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

材料科學和技術的進步有助于延長核電廠的壽命，因此各國可以繼續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電可持續性的絕佳機會，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有電廠并確定它是否可以安全、可靠和經濟高效地在其假定的退役日期之后繼續運行。當工廠的壽命延長時，運營通常可以再持續 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，”國際原子能機構高級安全官員羅伯特·克里瓦內克說。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之一是退化。工廠運行時，其結構和部件必須能夠承受高溫、惡劣條件和持續運行，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。

新技術和新材料

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

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構。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組織。“當我們操作這些機器并了解它們并了解它們如何老化時，我們可以意識到繼續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。

大數據與核電

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

對于核電廠的長期運行，從電廠運行中收集數百萬個數據點，包括運行日志、反應堆測量和報告的事件。通過使用與核相關的大數據軟件挖掘這些數據，研究人員可以使用模擬工具預測工廠的系統、結構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。

“大數據不僅僅是未來;它現在正在發生，而且勢頭越來越大，”德馬卡說。“我們的發電廠正在進行現代化改造，它們配備了更多便攜且易于安裝的儀器，以收集數據并及早預測問題，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工作的一部分。它制定國際公認的安全標準，通過技術出版物提供指導，例如核電廠老化管理：國際通用老化經驗教訓出版物，并通過長期運行的安全方面 (SALTO) 同行評審團分享專業知識。原子能機構還為來自世界各地的運營商、監管機構和決策者協調一個工作組，討論他們的經驗并分享良好做法。

“長期運行的主要挑戰是保持最高的安全標準并以經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，并傳播該領域正在取得的成果和進展，以使研發對所有人最有益。”