當(dāng)前，利用人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代數(shù)字技術(shù)賦能核電，已成為主要核電國(guó)家重點(diǎn)發(fā)力方向。我國(guó)應(yīng)緊密跟蹤趨勢(shì)發(fā)展，統(tǒng)籌布局智能核電技術(shù)研發(fā)，積極爭(zhēng)取智能核電技術(shù)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)權(quán)。

全球智能核電技術(shù)

研發(fā)應(yīng)用明顯提速

智能核電技術(shù)指將人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等新一代數(shù)字技術(shù)與先進(jìn)核能系統(tǒng)結(jié)合，可提升核電自主運(yùn)行水平，減少各環(huán)節(jié)人因失誤，在高輻射等危險(xiǎn)工作環(huán)境能夠替代部分人工勞動(dòng)，有效提升核電運(yùn)行安全性及經(jīng)濟(jì)性。

人工智能概念20世紀(jì)50年代被提出，美國(guó)能源部1985年發(fā)布《人工智能與核能》報(bào)告，首次提出人工智能具有核能領(lǐng)域應(yīng)用前景，開(kāi)創(chuàng)智能核電技術(shù)研發(fā)先河。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代數(shù)字技術(shù)在自動(dòng)駕駛、先進(jìn)制造、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域的成功實(shí)踐，美國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)、日本等發(fā)達(dá)核電國(guó)家相繼加快智能核電技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。

1.美國(guó)

美國(guó)以數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)反應(yīng)堆遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障診斷及預(yù)測(cè)等功能，降低核電廠運(yùn)維成本及人因失誤可能。美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)(EPRI)重視數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)在核電領(lǐng)域應(yīng)用，開(kāi)發(fā)“故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)對(duì)核電廠的在線監(jiān)測(cè)，聯(lián)合核電運(yùn)營(yíng)商建立了無(wú)損評(píng)估數(shù)據(jù)集、設(shè)備維護(hù)數(shù)據(jù)集、核電運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)集等核電大數(shù)據(jù)庫(kù)。2021年，EPRI發(fā)布《利用人工智能促進(jìn)核能發(fā)展》報(bào)告，提出以數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，向掌握核電運(yùn)行規(guī)律、預(yù)測(cè)評(píng)估設(shè)備狀態(tài)、提高核電廠自動(dòng)化水平、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程等方向發(fā)展，旨在實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)、減少人因失誤、降低輕水堆運(yùn)維成本。先進(jìn)堆方面，美國(guó)能源高級(jí)研究計(jì)劃局(ARPA-E)2019年啟動(dòng)智能核資產(chǎn)管理發(fā)電(GEMINA)項(xiàng)目，利用人工智能、高級(jí)控制系統(tǒng)等技術(shù)為先進(jìn)堆開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生技術(shù)，目標(biāo)是將下一代核電廠的運(yùn)行和維護(hù)成本降低90%。

2.韓國(guó)

韓國(guó)制定智能核電研發(fā)頂層戰(zhàn)略，利用第四次產(chǎn)業(yè)革命核心技術(shù)賦能核電，提高核電運(yùn)行安全水平。韓國(guó)科學(xué)和信息通信技術(shù)部2018年12月發(fā)布《未來(lái)核能安全力量強(qiáng)化方案》，提出利用第四次產(chǎn)業(yè)革命核心技術(shù)(數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)與人工智能)以及材料、傳感等尖端技術(shù)與傳統(tǒng)核能安全技術(shù)相結(jié)合，從根本上改變核能安全管理模式。韓國(guó)原子能院已圍繞設(shè)備狀態(tài)診斷技術(shù)、核電廠智能啟停技術(shù)等開(kāi)展基礎(chǔ)研究。韓國(guó)水電核電公司(KHNP)正在利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等數(shù)字技術(shù)，研發(fā)部署能夠覆蓋韓國(guó)國(guó)內(nèi)所有核電廠主要設(shè)備的線上綜合監(jiān)測(cè)及診斷(CMD)系統(tǒng)，建成后能夠?qū)崿F(xiàn)韓國(guó)各核電廠運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控、主要系統(tǒng)與設(shè)備異常預(yù)警、設(shè)備在線診斷以及設(shè)備中長(zhǎng)期趨勢(shì)與剩余使用壽命的預(yù)測(cè)分析等功能。

3.俄羅斯

俄羅斯研發(fā)核電廠建安項(xiàng)目管理軟件及耐輻射機(jī)器人，提高施工效率、降低人員受輻射風(fēng)險(xiǎn)。在“俄羅斯數(shù)字經(jīng)濟(jì)”國(guó)家計(jì)劃的引導(dǎo)下，俄羅斯國(guó)家原子能集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)出“Multi-D”核設(shè)施建設(shè)生命周期管理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)施工及安裝全過(guò)程的3D模擬，優(yōu)化資源配置，提高工程效率。俄利用該系統(tǒng)為羅斯托夫3號(hào)機(jī)組建設(shè)節(jié)省2個(gè)月工期并降低建設(shè)成本。為降低人員暴露在輻射環(huán)境中的危險(xiǎn)，俄應(yīng)用人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)開(kāi)發(fā)核電機(jī)器人，替代人工開(kāi)展輻射環(huán)境作業(yè)。2020年，俄羅斯國(guó)家技術(shù)集團(tuán)開(kāi)發(fā)出“催眠”耐輻射機(jī)器人設(shè)備控制系統(tǒng)，可用于反應(yīng)堆維護(hù)、核燃料貯存設(shè)施輻射監(jiān)測(cè)等工作。2021年5月，列寧格勒核電廠首次采用機(jī)器人系統(tǒng)診斷和修復(fù)乏燃料池墻壁襯里和底部。

我國(guó)智能核電技術(shù)研發(fā)

具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)但仍存短板

我國(guó)智能核電技術(shù)研發(fā)總體上具有后發(fā)優(yōu)勢(shì)。我國(guó)商運(yùn)核電機(jī)組大多建設(shè)于近些年，核電儀控系統(tǒng)數(shù)字化、信息化方面更新部署較快，核電數(shù)智化轉(zhuǎn)型的工程基礎(chǔ)良好。《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《能源技術(shù)創(chuàng)新“十三五”規(guī)劃》《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)核電運(yùn)行安全管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》等文件，均提出發(fā)展核電數(shù)智化相關(guān)技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用。在政策引導(dǎo)下，核工業(yè)相關(guān)主管部門、大型核電企業(yè)也積極探索智能核電技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用，相繼開(kāi)展秦山大數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目、核動(dòng)力院反應(yīng)堆遠(yuǎn)程智能診斷平臺(tái)(PRID)系統(tǒng)，國(guó)防科工局核能開(kāi)發(fā)項(xiàng)目下“人工智能在反應(yīng)堆方面的應(yīng)用”等多類項(xiàng)目，推動(dòng)智能技術(shù)與核電行業(yè)深度融合。

與美國(guó)等智能核電技術(shù)領(lǐng)先國(guó)家相比，我國(guó)智能核電技術(shù)研發(fā)仍存在一些短板：一是由于我國(guó)核電行業(yè)起步整體晚于美歐，運(yùn)行數(shù)據(jù)積累相對(duì)較少，且缺少深度挖掘，許多項(xiàng)目還處于通過(guò)智能技術(shù)提升數(shù)據(jù)獲取能力階段，缺少針對(duì)智能診斷、智能決策、智能控制層面的研發(fā)應(yīng)用。二是我國(guó)自主研發(fā)的各類核電信息系統(tǒng)雖然單獨(dú)運(yùn)行效率較高，但系統(tǒng)間協(xié)同性不足，缺乏對(duì)數(shù)據(jù)的整合，無(wú)法發(fā)揮多維度全面反映核電運(yùn)行狀態(tài)的要求。三是國(guó)家層面尚未形成頂層指導(dǎo)性發(fā)展路線圖，技術(shù)研發(fā)呈現(xiàn)多向散發(fā)態(tài)勢(shì)，技術(shù)主線不突出，系統(tǒng)性不強(qiáng)，同時(shí)尚未建立高質(zhì)量的產(chǎn)業(yè)鏈配套技術(shù)能力。

啟示建議

2021年5月，習(xí)近平總書(shū)記在中俄核能合作項(xiàng)目講話中提到“推進(jìn)核能產(chǎn)業(yè)和新一代數(shù)字技術(shù)深度融合，為全球核能創(chuàng)新發(fā)展貢獻(xiàn)更多智慧”。數(shù)智化已成為當(dāng)前核電技術(shù)的主流發(fā)展趨勢(shì)，智能核電技術(shù)不僅能通過(guò)預(yù)測(cè)性維護(hù)、遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)等手段降低運(yùn)維成本、減少人因失誤，提高大型核電廠安全性與經(jīng)濟(jì)性，還能通過(guò)智能啟停、智能診斷、智能控制等功能開(kāi)發(fā)與迭代，為在太空、極地、深海等極端環(huán)境部署自主運(yùn)行的小型、微型核反應(yīng)堆奠定關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。我國(guó)核電基礎(chǔ)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施良好，具有一定后發(fā)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)抓住“換道超車”的歷史性發(fā)展機(jī)遇，統(tǒng)籌加快智能核電技術(shù)發(fā)展。

加強(qiáng)頂層規(guī)劃，積極定制適用于我國(guó)的智能核電技術(shù)發(fā)展路線圖。充分利用現(xiàn)有核電大數(shù)據(jù)中心、核電設(shè)計(jì)院等行業(yè)資源，聯(lián)合人工智能領(lǐng)域研發(fā)機(jī)構(gòu)，構(gòu)建“國(guó)家引領(lǐng)—行業(yè)支撐—廣泛協(xié)同”的研發(fā)體系，瞄準(zhǔn)提升核電運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、提高運(yùn)維安全性、提高事故應(yīng)對(duì)能力、使核電廠具備一定自主運(yùn)行能力的總體目標(biāo)，明確全生命周期核電大數(shù)據(jù)體系、設(shè)備健康管理平臺(tái)、核電智能運(yùn)維檢修機(jī)器人平臺(tái)等智能核電技術(shù)重要架構(gòu)，定制適用于我國(guó)的核能智能化技術(shù)發(fā)展路線圖，切實(shí)推動(dòng)智能技術(shù)與核能產(chǎn)業(yè)的深度融合。

采用換道超車思維，提前布局智能化小堆和微堆開(kāi)展差異化競(jìng)爭(zhēng)。依靠在運(yùn)大型商業(yè)壓水堆收集各工況數(shù)據(jù)，開(kāi)展智能核電技術(shù)迭代的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)適用于小堆和微堆的智能核電技術(shù)研發(fā)，加強(qiáng)反應(yīng)堆狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備故障感知等智能診斷技術(shù)，以及反應(yīng)堆自啟停、設(shè)備自動(dòng)控制等智能控制技術(shù)方面研究，提高反應(yīng)堆自主運(yùn)行水平，滿足小堆和微堆未來(lái)全工況運(yùn)行期間“無(wú)人監(jiān)控，少人值守”的高度自主化運(yùn)行要求。

切實(shí)防控智能技術(shù)推廣應(yīng)用帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)加強(qiáng)核電網(wǎng)絡(luò)信息安全建設(shè)。核能智能化技術(shù)的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用關(guān)系緊密，信息化、數(shù)字化在帶來(lái)便捷高效的同時(shí)，也伴隨著安全隱患。伊朗核設(shè)施遭受“震網(wǎng)”病毒攻擊等事件為核行業(yè)敲響警鐘，確保網(wǎng)絡(luò)信息安全至關(guān)重要。建議加強(qiáng)核電網(wǎng)絡(luò)信息安全建設(shè)，建立動(dòng)態(tài)、可持續(xù)的網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)營(yíng)體系，強(qiáng)化關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)，加快實(shí)施核電網(wǎng)絡(luò)信息安全在線監(jiān)管平臺(tái)，提升安全管控和體系化對(duì)抗能力。(摘編自《中國(guó)核工業(yè)》雜志2023年第4期)