達靈頓翻新項目中兩臺 2 號機組的俯視圖。(照片：R. Radell/安大略發(fā)電)

材料科學和技術(shù)的進步有助于延長核電廠的壽命，因此各國可以繼續(xù)獲得清潔能源的好處。

“為長期運行而翻修核電廠的成本遠低于建造新核電廠的成本，”國際原子能機構(gòu)核電廠運行和工程支持小組組長埃德布拉德利說。“核電站的長期運行是提高當前核能發(fā)電可持續(xù)性的絕佳機會，因為它是最具成本效益的低碳電力來源之一。與過去相比，我們今天擁有的材料和技術(shù)已成為許多試圖脫碳的國家的有吸引力且具有競爭力的選擇。”

大多數(shù)核動力反應堆最初的建造壽命為 30 至 40 年。延長核電廠的壽命涉及評估現(xiàn)有電廠并確定它是否可以安全、可靠和經(jīng)濟高效地在其假定的退役日期之后繼續(xù)運行。當工廠的壽命延長時，運營通常可以再持續(xù) 20 到 40 年。

“鑒于核電廠在初始選址、設計和建造期間所做的廣泛而徹底的工作，以及整個運行過程中的老化管理，以及某些升級和翻新，許多核電廠能夠繼續(xù)安全運行，遠遠超過最初的預期運行時間表，”國際原子能機構(gòu)高級安全官員羅伯特·克里瓦內(nèi)克說。然而，他補充說，一些核電站的某些部件和設計無法輕松或經(jīng)濟高效地更新，這意味著它們不適合長期運行。

老化核動力反應堆的主要挑戰(zhàn)之一是退化。工廠運行時，其結(jié)構(gòu)和部件必須能夠承受高溫、惡劣條件和持續(xù)運行，隨著時間的推移，它們可能會磨損。

“定期評估和更換部件可以減輕性能下降，但隨著時間的推移，這可能不是經(jīng)濟上的最佳方法，尤其是在長期運行的情況下，”布拉德利說。

新技術(shù)和新材料

激光束焊接和摩擦攪拌焊接等新技術(shù)的發(fā)展，以及雙相不銹鋼等材料的發(fā)展，這些材料具有更好的耐腐蝕性，這意味著一些部件現(xiàn)在能夠安全地使用更長時間，使其在核電站中更經(jīng)濟可行繼續(xù)操作。

研究人員還在更好地了解核電站的不同運行條件如何影響組件和結(jié)構(gòu)。例如，加拿大安大略省的 CANDU 反應堆于 1970 年至 1993 年投入使用，材料科學研究和部件檢查使一些部件能夠比預期的 30 年安全運行 10 年。一項耗資 185 億美元的翻新計劃將進一步延長第二個周期，最多再延長 40 年。這意味著 1980 年代建造的一些反應堆將安全運行到 2060 年代。

“我們的反應堆是在我們沒有太多核電站歷史的時候建造的，我們設計的最初預期壽命保守估計為 30 年，”該公司總裁兼首席執(zhí)行官 Fred Dermarkar 說。 CANDU Owners Group，一個由使用 CANDU 反應堆的七個國家的核運營商組成的行業(yè)組織。“當我們操作這些機器并了解它們并了解它們?nèi)绾卫匣瘯r，我們可以意識到繼續(xù)長期運行的巨大好處。”

Dermarkar 解釋了如何使用最先進的材料科學來預測未來多年的材料特性。“坎杜反應堆使用稱為壓力管的組件來冷卻燃料。在反應堆環(huán)境中，由于高中子通量、高溫和高壓以及冷卻水的腐蝕，壓力管的特性會隨時間變化。例如，為了預測腐蝕引起的變化，我們從已從運行中的反應堆中取出的輻照壓力管開始。然后我們應用技術(shù)來人為加速腐蝕，然后進行大量測試以確定這些人為老化部件的材料特性。通過這種方式，我們能夠展示我們可以在多大程度上使用這些組件。

大數(shù)據(jù)與核電

研究人員現(xiàn)在也在探索如何利用大數(shù)據(jù)來評估和確定核電站長期運行的可行性。大數(shù)據(jù)是一個術(shù)語，用于描述對非常快速且經(jīng)常實時收集的極其復雜和大量數(shù)據(jù)的分析，以識別趨勢和模式并預測結(jié)果和行為。

對于核電廠的長期運行，從電廠運行中收集數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點，包括運行日志、反應堆測量和報告的事件。通過使用與核相關(guān)的大數(shù)據(jù)軟件挖掘這些數(shù)據(jù)，研究人員可以使用模擬工具預測工廠的系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和部件在不同條件下如何老化，并確定可能需要更換的部件以及需要更換的大致時間。

“大數(shù)據(jù)不僅僅是未來;它現(xiàn)在正在發(fā)生，而且勢頭越來越大，”德馬卡說。“我們的發(fā)電廠正在進行現(xiàn)代化改造，它們配備了更多便攜且易于安裝的儀器，以收集數(shù)據(jù)并及早預測問題，使我們能夠及早采取糾正措施。我們看到了真正的好處：我們的工廠今天的表現(xiàn)比歷史上任何時候都要好。”

幫助各國駕馭核電廠的長期運行是原子能機構(gòu)工作的一部分。它制定國際公認的安全標準，通過技術(shù)出版物提供指導，例如核電廠老化管理：國際通用老化經(jīng)驗教訓出版物，并通過長期運行的安全方面 (SALTO) 同行評審團分享專業(yè)知識。原子能機構(gòu)還為來自世界各地的運營商、監(jiān)管機構(gòu)和決策者協(xié)調(diào)一個工作組，討論他們的經(jīng)驗并分享良好做法。

“長期運行的主要挑戰(zhàn)是保持最高的安全標準并以經(jīng)濟的方式做到這一點，”Entergy 核電許可證更新服務主任兼原子能機構(gòu)長期運行工作組主席加里 G 楊說。“我們的工作組正在不斷探索確保效率和安全的方法，并傳播該領(lǐng)域正在取得的成果和進展，以使研發(fā)對所有人最有益。”