工程院院士葉奇蓁：占領(lǐng)未來核能制高點 中國在這些方面有后發(fā)優(yōu)勢

中國在建三代核電捷報頻傳。臺山核電1號機組和三門核電1號機組均陸續(xù)裝料，“華龍一號”示范工程按照預(yù)定工期有序順利推進。

AP1000、EPR、“華龍一號”，是國際上采用最高安全標(biāo)準(zhǔn)的三代核電技術(shù)，這三種技術(shù)的首堆均在中國實現(xiàn)突破，也意味著中國在核電領(lǐng)域的風(fēng)向標(biāo)作用正在加速形成。

在這樣一個時間節(jié)點，謀劃和思考我國核能的未來顯然意義重大。在中國核能可持續(xù)發(fā)展論壇期間，中國工程院院士葉奇蓁在接受本刊記者采訪時表示：“我國核能具有后發(fā)優(yōu)勢，要讓我國核能實現(xiàn)從并跑到領(lǐng)跑，必須創(chuàng)新思維，在堆型發(fā)展和嚴(yán)重事故反應(yīng)、耐事故核燃料、核電人工智能等技術(shù)領(lǐng)域提前布局，占領(lǐng)核能領(lǐng)域的制高點。”

中國核電具有后發(fā)優(yōu)勢

記者（以下簡稱“記”）：自1985年秦山核電站建設(shè)以來，我國核電已經(jīng)走過了30多年發(fā)展歷程，我國核電具有明顯的后發(fā)優(yōu)勢。那么該如何理解這一優(yōu)勢？

葉奇蓁（以下簡稱“葉”）：上世紀(jì)50年代到60年代初，全世界先后建成一批不同技術(shù)的中小型反應(yīng)堆，人類進入核能利用時代。歐美國家大規(guī)模建造和使用核電應(yīng)該在上世紀(jì)70年代到80年代中期，世界上絕大多數(shù)核電站都建于這一時期。

我國從上世紀(jì)80年代開始建造核電站。從世界核電發(fā)展歷程上來看，我國核電起步不算早。也正是因為這樣，我國的核電技術(shù)是在發(fā)達國家大規(guī)模建造核電的基礎(chǔ)上，采用最新的核電技術(shù)發(fā)展起來的。

目前，世界上在運的核電機組大多是二代機型，而我國現(xiàn)在運行的核電機組，采用的多是二代改進型技術(shù)。另外，中國建造核電站采用的工業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)也比早期核電站要先進。舉個例子，我國核電建造過程中，壓力容器法蘭接管段鍛件是統(tǒng)一的，反應(yīng)堆的活性區(qū)是沒有焊縫的，而過去的冶煉、鍛造能力是沒有辦法實現(xiàn)這些技術(shù)的。

從運行方面來看，我國也吸取了國際上幾十年的運行經(jīng)驗，特別是事故的經(jīng)驗，制定了完善的應(yīng)對措施。美國三哩島核事故原因之一就是人機界面不夠完善。我國核電站主控室人機界面都改善了，設(shè)立了主要參數(shù)顯示系統(tǒng)，并且現(xiàn)在很多電站已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字化了。要知道，全世界大多數(shù)核電站都不是數(shù)字化的。中國的每一位操縱員，在上崗之前都要經(jīng)過嚴(yán)格、科學(xué)的培訓(xùn)。除此之外，每個電站都配備了模擬機，進一步提高了操縱員的運行能力。從我國核電運行業(yè)績也可以看出，我國運行機組80%的指標(biāo)優(yōu)于中值水平，70%達到先進值，且整體安全指標(biāo)逐年提升。

目前在建的三代核電，中國是最早引入和開發(fā)的國家之一。三代核電采用的都是國際最高安全標(biāo)準(zhǔn)，滿足美國用戶要求文件（URD）和歐洲用戶要求文件（EUR）。中國率先引進并在三門、海陽建設(shè)首批4臺AP1000先進壓水堆核電廠，同時又在臺山建設(shè)2臺EPR機組。中國自主研發(fā)了三代核電“華龍一號”和CAP1400。如今，福建福清、廣西防城港4臺首批“華龍一號”機組示范工程進展總體順利。中國工程院、法國科學(xué)院、法國國家技術(shù)院3家單位在向國際原子能機構(gòu)的聯(lián)合報告中指出：世界上三代核電首堆工程大多拖期，除了中國的“華龍一號”。三代核電能在中國有這樣的建設(shè)成果，也是因為我們吸取經(jīng)驗，把很多問題避免了。

目前，我國在建核電機組數(shù)量是全世界最多的，占了世界在建核電機組近一半。這么大規(guī)模的建造，必然積累大量的經(jīng)驗，也必然會鍛煉人才隊伍。而我們的裝備技術(shù)，也在這個過程中走向先進。也正因此，才說我國核電具有后發(fā)優(yōu)勢。

記：現(xiàn)在核電行業(yè)經(jīng)常提到一句話就是“從跟跑到并跑到領(lǐng)跑”，那么我國核電領(lǐng)域要實現(xiàn)領(lǐng)跑這一目標(biāo)，是不是還面臨一些挑戰(zhàn)？

葉：當(dāng)然，我們還需要在基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)科學(xué)、基礎(chǔ)材料等領(lǐng)域發(fā)力。比如我們的很多材料都是進口，在基礎(chǔ)理論方面也還需要下功夫，在軟件方面也需要加大自主研發(fā)的力度。在完善了這些工作之后，我相信，有朝一日中國的核電技術(shù)會達到領(lǐng)先。

記：盡管我國核電在發(fā)展過程中有著很多積累，但是也應(yīng)該看到，我國核電已經(jīng)兩年多“零核準(zhǔn)”，您如何看待這一問題？

葉：這里我想說，要對我國核電有信心。近幾年，我國正處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型期，出現(xiàn)了暫時的電力過剩，但從長遠來看，中國還是需要發(fā)展能源的。目前，我國能源結(jié)構(gòu)相當(dāng)不平衡，火電占了60%以上，風(fēng)電、太陽能近兩年雖然發(fā)展很快，但是負(fù)荷因子不高，水電發(fā)展有限制，核電僅占3%～4%。這樣的電力結(jié)構(gòu)是不合理的，造成的污染排放問題很嚴(yán)重。中國承諾了減排，燃煤、天然氣都會產(chǎn)生二氧化碳，而核電是清潔、高效的能源，應(yīng)該予以發(fā)展。從核能本身的資源屬性來看，我國的天然氣和油氣資源大都依靠進口，能源的安全性成問題，而核電是高密度的能源，它需要的燃料資源很少。此外，核電可以接近電力負(fù)荷中心，可以有效解決我國東南沿海、中部地區(qū)能源緊缺的問題，減少電能輸送的損失。

堆型+技術(shù)迎接核能的未來

記：核電是高科技產(chǎn)業(yè)，世界上很多國家也爭先發(fā)展核電。您剛剛也說到，要對中國的核電有信心。而從這一輪核電競技來看，中國的后發(fā)優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，那么要讓這一優(yōu)勢放大，如何布局核電未來產(chǎn)業(yè)？

葉：中國核電未來的發(fā)展，我想從兩個方面來講，一個是堆的布局，還有一個是技術(shù)的發(fā)展。

從堆型發(fā)展上來看，一種是要發(fā)展功率大的反應(yīng)堆，主要用于發(fā)電，既能支撐我國能源體系，又能支撐國家“走出去”戰(zhàn)略。這種堆要實現(xiàn)批量化、規(guī)?；陌l(fā)展，并且解決經(jīng)濟性的問題。

第二種是發(fā)展多用途模塊化小型反應(yīng)堆，便于在邊緣地區(qū)、海洋平臺使用，提供采暖、發(fā)電、海水淡化、制氫等多種用途，一些舊的火電機組，也可以用小堆去取代。此外，當(dāng)前我國正在發(fā)展分布式能源系統(tǒng)，可自持的小堆也可以作為該能源系統(tǒng)的一部分。

從20世紀(jì)70年代開始，世界上很多國家都針對小堆開展了相關(guān)設(shè)計、研究，但至今，小堆還未能展示出大規(guī)模應(yīng)用的實用性。主要是因為開發(fā)的進程緩慢、單位造價高、安裝復(fù)雜等。近年來，在美國能源部倡議下，國際上對小堆的興趣越來越強烈。國際上目前有四五種主流小堆，目標(biāo)是在2020～2030年左右建成。中國、美國、歐洲、俄羅斯、日本都在開展相關(guān)研究。這里我想說，要切實滿足市場需求，小堆必須真正采用創(chuàng)新的理念。小堆絕對不能是目前三代核電的“縮小版”，小堆的發(fā)展要充分吸取核能各方面發(fā)展優(yōu)勢。舉幾個例子，小堆可以采用高性能耐事故燃料，在事故發(fā)生的時候限制放射性物質(zhì)的外泄；或者采用改進的堆芯，減少堆芯熔化的概率等……更多的可能性需要我們?nèi)?chuàng)新。

再一個就是開發(fā)低溫供熱堆，專門針對供熱。目前，我國大氣污染排放嚴(yán)重，嚴(yán)重霧霾天氣不少，核能供熱代替燃煤有著可行性。中核集團開發(fā)的泳池式供熱堆，可以做到零堆融，相當(dāng)安全。由于供熱堆只在供暖期間使用，它的擴展應(yīng)用目前也在考慮，比如利用供熱堆生產(chǎn)同位素。由于供熱堆離城市近，便于短壽命同位素運輸，將為推廣同位素診斷和治療創(chuàng)造有利條件。

記：在技術(shù)層面，核能未來發(fā)展方向有哪些？

葉：技術(shù)的持續(xù)改進主要是為了提高安全性。第一就是降低核電廠嚴(yán)重事故概率，要進一步研究堆芯熔化的機理以及堆腔注水技術(shù)，即使發(fā)生極其嚴(yán)重的事故，也要保證安全殼的完整性與可靠性，防止放射性物質(zhì)外泄。

第二點就是開發(fā)耐事故燃料（ATF燃料），降低堆芯熔化的風(fēng)險，緩解和消除鋯水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣爆炸的風(fēng)險，提高事故下裂變產(chǎn)物的包容能力，從而提高核安全。ATF燃料的開發(fā)還有一個重要意義，全世界在運核電站多為二代核電站，要在二代核電站的基礎(chǔ)上進一步改進安全系統(tǒng)，可能性比較小。但是可以通過更換燃料，大大提高安全性。

第三點就是加強核電領(lǐng)域人工智能的研究。2017年7月，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃指出，到2020年中國的人工智能總體技術(shù)和應(yīng)用要與世界先進水平同步。核科技是高科技戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是國家安全的重要基石。人工智能在核電領(lǐng)域的應(yīng)用，具有重要意義，落實新一代人工智能在核能行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，需要深入應(yīng)用以工業(yè)機器人、圖像識別、深度自學(xué)習(xí)系統(tǒng)、自適應(yīng)控制、自主操縱、人機混合智能、虛擬現(xiàn)實智能建模為代表的新一輪智能技術(shù)。

總體來講，核電在人工智能領(lǐng)域的發(fā)展分三個階段。第一階段是基礎(chǔ)建設(shè)階段。即從智能儀表、智能控制器到核電站全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的建立。可以說，這一階段我們已經(jīng)有了基礎(chǔ)。除了早期核電站如大亞灣核電站和秦山一期，國內(nèi)的電站基本上采用了數(shù)字化儀控系統(tǒng)。第二階段是人工智能架構(gòu)的建立。利用互聯(lián)網(wǎng)+建立大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，開發(fā)數(shù)字核電站和虛擬現(xiàn)實技術(shù)?，F(xiàn)在核電站已經(jīng)有了數(shù)字化的測量系統(tǒng)，但是如何把分散系統(tǒng)的智能集成統(tǒng)一的大智能，需要充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)+和大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢。第三階段是核電人工智能應(yīng)用開發(fā)。人工智能要具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的能力，包括操作指導(dǎo)、事故處理指導(dǎo)，核電站高放射區(qū)域、不可達地區(qū)利用機器人系統(tǒng)維修。這些技術(shù)也將為嚴(yán)重事故處理和電站退役創(chuàng)造條件。

核電站在人工智能領(lǐng)域，要做到哪一點、做到什么程度，還需要研究。但是，核電朝著智能化的方向發(fā)展是一定的。人工智能是今后國際競爭的制高點，中國核電技術(shù)要實現(xiàn)從并跑到領(lǐng)跑的跨越，必須考慮占領(lǐng)這一領(lǐng)域的制高點。