AI能否安全控制核反應(yīng)堆?
核能提供了全世界超過10%的供電量,某些地區(qū)70%以上的電力生產(chǎn)都由核能提供。核的作用是非常大的從全世界范圍來看,從上世紀(jì)90年代中國(guó)開始發(fā)展核能,20年時(shí)間中國(guó)增長(zhǎng)速度超過了歐美,中國(guó)核能的快速發(fā)展,就意味著中國(guó)的核電發(fā)展將領(lǐng)先世界。
EmTech China峰會(huì)舉辦的第二天,即1月29日,來自MIT的核能實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人胡玲文發(fā)表演講,講述了核能安全可靠和低排放的有點(diǎn),暢談了未來核能發(fā)展的機(jī)遇。以下為演講全文:
今天我想介紹核能相關(guān)的背景,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室的進(jìn)展和我們一些最先進(jìn)的反應(yīng)器、反應(yīng)堆的情況,我們?cè)趺礃討?yīng)對(duì)氣候變化,怎么樣處理環(huán)境的污染,以及怎么樣抓住未來的核發(fā)展的一些機(jī)遇,如何通過最新的技術(shù),能夠幫助我們更好地降低核能的成本,讓它更加可持續(xù)、并且降低成本。
我首先想和大家簡(jiǎn)單地介紹一下核能在世界范圍內(nèi)的發(fā)展。自上世紀(jì)70年代,美國(guó)和歐洲就開始利用核能進(jìn)行發(fā)電。現(xiàn)在,核能提供了全世界超過10%的供電量?;茉从袃r(jià)格不穩(wěn)定的問題,核能沒有。因此發(fā)達(dá)國(guó)家在持續(xù)地發(fā)展核能,以美國(guó)為例,20%的供電是來自于核能,同時(shí)美國(guó)有超過100所核電站,而歐洲以法國(guó)為例,70%以上的電力生產(chǎn)都由核能提供。
從全世界范圍來看,歐美的核能發(fā)展在減速的同時(shí),但從上世紀(jì)90年代開始,中國(guó)開始發(fā)展核能,而且這20年來,中國(guó)核電站數(shù)量的增長(zhǎng)速度超過了歐美。在2015年的時(shí)候,中國(guó)的核電發(fā)電能力僅為美國(guó)的1/4,如今在中國(guó),總共有三十多座核電站,還有20所在建。中國(guó)核能的快速發(fā)展,就意味著中國(guó)的核電發(fā)展將領(lǐng)先世界,在2030年的預(yù)計(jì)圖中,中國(guó)的核電發(fā)電能力,將和美國(guó)持平,預(yù)計(jì)10%的電力由核電提供。
現(xiàn)在的核反應(yīng)堆的技術(shù),主要是基于輕水反應(yīng)堆,該技術(shù)是上世紀(jì)60-70年代逐漸成熟的,基本上需要輕水來收集核能產(chǎn)生的熱量,進(jìn)而推動(dòng)汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī),其效率大概是30-35%左右。
未來,在2030年左右,我們可以期待第四代的反應(yīng)堆的出現(xiàn)。它們的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的反應(yīng)堆不同,但核電的安全性、經(jīng)濟(jì)效益將得到進(jìn)一步改善。我們可以期待,高溫新型反應(yīng)堆的能源轉(zhuǎn)化效率應(yīng)該能夠提升45%以上。
那么下面我想和大家簡(jiǎn)單的介紹幾個(gè)創(chuàng)新案例。首先是來自比爾·蓋茨投資的Terra Power的快速增殖行波反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆使用液態(tài)金屬鈉作為工質(zhì),可以顯著提升鈾的使用效率。
第二類是熔鹽反應(yīng)堆,其工質(zhì)為高溫熔鹽,溫度可達(dá)600-700℃。這種理念其實(shí)早在數(shù)十年前就在美國(guó)被提出來了,能源轉(zhuǎn)化效率能夠達(dá)到45%左右。幾年前,有人提出了MCFR(熔融氯鹽快堆)與IMSR(整體熔鹽堆)這兩種理念來提高鈾的整體使用效率。以上的兩種案例現(xiàn)在都獲得了投資,因?yàn)橥顿Y人意識(shí)到,核能是應(yīng)對(duì)氣候變化的重要清潔能源形式。
昨天的Emtech大會(huì)上,我們聽到了很多新的技術(shù),我們也在考慮,這些新技術(shù)是否能夠幫助我們持續(xù)地提高下一代核電站的效率以及經(jīng)濟(jì)效益。我們一直覺得,其實(shí)核能能夠長(zhǎng)期地使用。核電站一般都可以運(yùn)行18個(gè)月而無需添加核燃料,大部分的運(yùn)行成本其實(shí)都在于運(yùn)維、調(diào)試等環(huán)節(jié)。因此,通過提高技術(shù)手段,可以實(shí)現(xiàn)降低成本、提高效率的目的。
首先,可以將傳感器、數(shù)字化控制、無線傳輸應(yīng)用于核電站的控制系統(tǒng),能夠幫助我們更好地監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng),包括控制反應(yīng)堆,確保整個(gè)反應(yīng)堆的安全。
此外,我們?cè)谠O(shè)計(jì)反應(yīng)堆的時(shí)候,還能夠利用先進(jìn)的計(jì)算模型進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)。在這種計(jì)算模型里,我們可以關(guān)注到每一次的核裂變反應(yīng)和每一個(gè)中子的輸運(yùn)與輻射,從而更精確地模擬溫度變化與冷卻過程。我們已經(jīng)做得很好了,但我希望最終可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的模擬。
最新的人工智能領(lǐng)域也值得考慮。每一個(gè)核能反應(yīng)堆都有現(xiàn)場(chǎng)的操作員。我們?cè)谠O(shè)計(jì)反應(yīng)堆的時(shí)候,為了確保它的安全,可以安裝一套被動(dòng)的安全系統(tǒng),我們是否能夠用AI來控制整個(gè)核反應(yīng)堆的安全?有沒有可能最終用人工智能去提高核電廠的自動(dòng)控制水平,讓人工智能操作員去評(píng)估系統(tǒng)狀況、做出合適的決定。
先進(jìn)制造技術(shù)也有應(yīng)用空間。比如是否可以設(shè)計(jì)一個(gè)小型的、可以用卡車和飛機(jī)運(yùn)輸?shù)姆磻?yīng)堆,去滿足大型核電站無法滿足的對(duì)于核能的需求。我們也正在設(shè)計(jì)一個(gè)10兆瓦的小型模組化的反應(yīng)堆。它的發(fā)電功率基本上是5年10兆瓦不需要額外添加任何的燃料,我們正在設(shè)計(jì)這樣的反應(yīng)堆,并且我們希望把前面提到的所有的新型技術(shù)都放在這個(gè)反應(yīng)堆當(dāng)中,將燃料棒的使用周期從5年延長(zhǎng)到10年。
在麻省理工,我們正努力在麻省理工6MW反應(yīng)堆的基礎(chǔ)上,興建一座亞臨界實(shí)驗(yàn)裝置,從而避免復(fù)雜、耗時(shí)、昂貴的許可申請(qǐng)的過程,從而節(jié)約數(shù)十億美元的成本,實(shí)現(xiàn)更快速的展示,集成各種各樣的功能,包括進(jìn)行儀表控制系統(tǒng)測(cè)試。
核反應(yīng)堆技術(shù)的發(fā)展,始終都是通過國(guó)際合作而推進(jìn)的。這樣的合作應(yīng)涵蓋政府、企業(yè)、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)等多種組織,通過一致的努力減緩氣候變化和減少污染,并且推廣更多的創(chuàng)新解決方案。