作為產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的一個(gè)熱門技術(shù)，如今的數(shù)字孿生已經(jīng)開(kāi)始在核能產(chǎn)業(yè)中得到應(yīng)用。

據(jù)悉，目前數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)在核能行業(yè)中得到應(yīng)用與開(kāi)發(fā)，旨在改善核反應(yīng)堆安全性、運(yùn)行狀態(tài)與設(shè)計(jì)等。這些數(shù)字孿生應(yīng)用場(chǎng)景，又將如何重塑核能產(chǎn)業(yè)？

數(shù)字孿生是什么？

數(shù)字孿生是利用真實(shí)世界數(shù)據(jù)創(chuàng)建而成的，對(duì)應(yīng)任意物理空間或物體的虛擬副本。借助傳感器網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字孿生能夠觀察物理環(huán)境以動(dòng)態(tài)收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。孿生副本通過(guò)與人類、設(shè)備及其他數(shù)據(jù)孿生交互以從信息中學(xué)習(xí)，由此獲得支持關(guān)鍵決策、發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題、優(yōu)化/改進(jìn)系統(tǒng)等能力。

數(shù)字孿生目前被應(yīng)用于多種場(chǎng)景，從設(shè)計(jì)無(wú)繩電梯到緩解交通擁堵、再到指導(dǎo)橄欖球聯(lián)賽。而在核領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)核反應(yīng)堆的虛擬副本也已經(jīng)被建立起來(lái)。

這些技術(shù)已經(jīng)在先進(jìn)核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)人員、核公共事業(yè)公司、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室手中得到應(yīng)用，協(xié)助整個(gè)廠區(qū)建立起全生命周期監(jiān)控與模擬體系。

正如負(fù)責(zé)支持MAGNET項(xiàng)目的愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室數(shù)字工程研究員Jeren Browning所解釋，“數(shù)字孿生技術(shù)的成功應(yīng)用，有望徹底改變先進(jìn)核工業(yè)……自主控制能夠帶來(lái)顯著的成本節(jié)約與安全提升，它能讓新的微型反應(yīng)堆快速上線并輕松滿足監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

關(guān)鍵應(yīng)用1-預(yù)測(cè)性維護(hù)

核數(shù)字孿生的一大關(guān)鍵應(yīng)用，在于預(yù)測(cè)性維護(hù)。數(shù)字孿生包含智能模塊，能夠持續(xù)監(jiān)控單一組件及整體系統(tǒng)的運(yùn)行情況，這對(duì)核反應(yīng)堆無(wú)疑至關(guān)重要。數(shù)字孿生可以幫助預(yù)測(cè)特定組件在哪個(gè)時(shí)段可能發(fā)生故障，搶在實(shí)際問(wèn)題出現(xiàn)之前防止意外中斷。這種預(yù)測(cè)能力也使科學(xué)家們得以深入優(yōu)化反應(yīng)堆的維護(hù)規(guī)劃與操作。

根據(jù)愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)核管理委員會(huì)最近發(fā)布的一份報(bào)告，包括Kairos Power、X-energy、通用電氣和Westinghouse在內(nèi)的各先進(jìn)反應(yīng)堆開(kāi)發(fā)商都在開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生技術(shù)，希望借此在未來(lái)的反應(yīng)堆上實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)、縮短停機(jī)時(shí)間、全面管理老化/退化等能力。

關(guān)鍵應(yīng)用2-監(jiān)督與合規(guī)性監(jiān)控

數(shù)字孿生在核能領(lǐng)域的另一大應(yīng)用，就是對(duì)核電站運(yùn)行狀況的監(jiān)督與合規(guī)性監(jiān)控。數(shù)字孿生能夠提供與技術(shù)規(guī)范相關(guān)的實(shí)時(shí)信息、集成與分析，通過(guò)歷史記錄、產(chǎn)出表現(xiàn)和技術(shù)判斷等信息充分支持各類操作決策。

例如，Westinghouse公司目前就在使用數(shù)字孿生開(kāi)展設(shè)施檢查與審計(jì)，例如對(duì)監(jiān)控檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析。再配合無(wú)人機(jī)，管理方就能檢測(cè)出反應(yīng)堆周邊的混凝土裂縫、監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)的中子噪聲并實(shí)時(shí)管理各種嚴(yán)重的反應(yīng)堆事故。

行業(yè)應(yīng)用1-核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)與仿真

數(shù)字孿生還能助力設(shè)計(jì)新型核反應(yīng)堆，讓工程師們嘗試各種不同的性能與安全優(yōu)化方法。仿真數(shù)字孿生可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中大大節(jié)約時(shí)間與資金投入，同時(shí)更好地為集中實(shí)驗(yàn)測(cè)試提供信息支持。

目前，美國(guó)聯(lián)邦政府就通過(guò)資助項(xiàng)目幫助企業(yè)開(kāi)發(fā)包含數(shù)字孿生的先進(jìn)核反應(yīng)堆，Kairos Power也借此機(jī)會(huì)嘗試為其氟化鹽冷卻的高溫反應(yīng)堆開(kāi)發(fā)數(shù)字孿生副本。

正如能源部高級(jí)研究計(jì)劃署首席研究員Annalis Manera所解釋：“通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，我們不僅希望能支持正在運(yùn)行當(dāng)中的反應(yīng)堆，同時(shí)也想要支持那些尚處于設(shè)計(jì)階段的反應(yīng)堆。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持下，我們已經(jīng)有能力建立起高分辨率數(shù)字孿生模型?！?/p>

行業(yè)應(yīng)用2-應(yīng)急響應(yīng)

數(shù)字孿生還能在各類罕見(jiàn)緊急情況或事故當(dāng)中提供幫助。例如，數(shù)字孿生可以提高響應(yīng)效率、集成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)/模型，并協(xié)調(diào)各機(jī)構(gòu)及響應(yīng)者針對(duì)緊急事件做出的響應(yīng)支持，借此緩解或消除事件引發(fā)的嚴(yán)重影響。

數(shù)字孿生還可作為日常數(shù)據(jù)的直接傳輸通道，幫助評(píng)估數(shù)據(jù)并利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)做出決策。在數(shù)字孿生的協(xié)助下，天氣、氣候、地理情報(bào)等信息都將被匯聚于一處，共同支撐起嚴(yán)密可靠的規(guī)劃、預(yù)測(cè)與建議性決策。