作者:李惠钰 来源:中国科学报 发布时间:2020/11/13 20:28:36
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第五代核能系统:路虽远,行则至焉

 

人类要迈向更远的未来,离不开核能的创新与发展。当“四代堆”的概念不足以指引未来时,核能行业人士不禁开始探寻,未来的核能系统应该是什么样子?

带着这一思考,合肥灵渔科技咨询有限公司(简称“灵渔咨询”)提出了一种“核能协同网络”的第五代核能系统的概念,打破前四代核能系统开发沉溺于单堆演化的固定思维模式,使核能开发从“单堆改进提升的旧套路”转向“网络系统优化的新范式”。

日前,中国科协发布了2020“重大科学问题和工程技术难题”,“第五代核能系统会是什么样子?”也被列为重大科学问题之一。据记者了解,该问题是我国从能源市场需求出发,对未来核能系统进行的一次主动思考,改变了以往被动消化吸收外来概念的老路子。

“第五代核能系统有望使我国主导并输出相关概念和思想,从而引领世界核能创新。”中国科学院院士邹才能评价道。

从单堆演化到多堆协同

目前,核能的发展可分为四代——一代是验证工程可行性的试验型产品;二代是商业上可行的批量化产品;三代是希望经济性和安全性进一步提升的演化型产品;四代则是重新设计、全方位提升的下一代产品。

“提到核能的未来,很多人立马会想到‘四代堆’,但‘四代堆’的概念却给人一种错觉和误导。就好像意味着三代要取代二代,四代要取代三代一样。”灵渔咨询时靖谊博士告诉《中国科学报》,“其实,这并不一定就是核能未来的样子。”

实际上,前四代堆的划分是典型的单堆演化思维,过分关注了单个核能系统自身,在大系统和市场化思维方面非常不足。第五代核能系统则是由“堆群”组成的核能协同网络整体,“堆群”中可能存在着不同的堆型,不同堆型的任务分工也各有侧重。

“白天可再生能源发电多的时候,它就可以少发一点电,进入休息状态或是去干点别的。”时靖谊举例称,“就好像一个生态公园,白天放风筝、跑步、骑车的人多一点,晚上则跳广场舞、散步的人多一点。”

灵渔咨询研究认为,这种系统具有系统性、灵活性和多能性三大特点。系统性是其最大特点,意味着未来核能系统的开发不再像过去那样仅盯着单个反应堆系统,而是考虑堆与堆之间的协同,强调从大系统出发解决问题。其次,系统的设计也要从能源系统出发,研究其对核能的需求和要求。同时考虑核燃料资源利用的全寿期,管住反应堆的“吃喝拉撒”,首尾兼顾。

灵活性是第五代核能系统的核心要求。首先,它必须要能为电网提供平衡调节能力。“电网要它出多少力就出多少力,而不像现在的核能系统那样,不管什么时候都在出大力。”时靖谊说。其次,核能协同网络还得提供灵活部署的能力,为应急救灾等场景提供支持。“就像互联网公司线上平台一样,疫情期间能快速扩容,疫情结束后还能缩容。”

多能性则是第五代核能系统的内涵要求。今天的核能利用主要是发电,而未来的核能还将在工艺供热、海水淡化、核能制氢等方面发挥重要作用。在邹才能看来,未来,第五代核能系统还将更加灵活地融入和支持“智慧能源”的多能协调,发挥多能担当,助力电网、工业、运输等领域的深度脱碳,推动构建“清洁低碳、安全高效”能源体系。

有望引领世界核能创新

邹才能认为,第五代核能系统的概念落地和最终建成具有“四个革新、一个引领”意义,即实现由产品推动转向需求拉动的开发观念革新、由单堆演化转向网络优化的开发模式革新、由基荷能源转向平衡调能的应用观念革新、由单一发电转向多领域供能的应用场景革新,从而引领世界核能创新。

“我们与国外最大的差距不是装备与技术,而是对未来核能的理解与思考。”在时靖谊看来,核能的创新与发展需要思想先行、理念先行,如果理念和思想上是别人的,则很难摆脱跟随式发展和逆向式设计的长期思维定势,以至于长期追赶、长期落后。

核能的发展需要有未来观,即从未来看现在。灵渔咨询研究认为,率先提出第五代核能系统的概念,虽然在对未来的认识上做到了领先一步,但在技术上仍存在关键挑战,包括单堆的研发、堆与堆之间的协同、单堆的整体性测试枢纽。此外,思想认识层面也需要在研发群体和利益相关者之中形成共识,打破原有的固有思维限制。

“第五代是一个核能协同网络的概念。既然是网络,我们就可以先建一部分,先行先试,不断优化、不断完善、不断扩充。”时靖谊表示,我国现有能源系统可为第五代核能系统的开发提供30年的战略机遇期,在这30年内我们有望实现第五代核能系统初级阶段的落地,即实现第五代核能系统的最小可用产品。

“第五代核能系统将引领中国走向未来核能开发的前沿,并将带动核能开发新基础设施的建设和发展。30年后,谁能说主导未来核能的不会是我们呢?”时靖谊说,千里之行,始于足下。路虽远,行则至焉。

 
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