在20世紀(jì)60年代，核能因其生產(chǎn)無(wú)碳、安全和可靠的電力的能力而成為電網(wǎng)的主要支柱。事實(shí)上，核能目前提供了約50%的無(wú)碳電力，但其面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是成本。

【資料圖】

自從水力壓裂采油技術(shù)出現(xiàn)后，低成本的化石燃料給核電行業(yè)帶來(lái)了壓力，使其無(wú)法保持競(jìng)爭(zhēng)力。受到上網(wǎng)電價(jià)的限制，考慮維護(hù)和運(yùn)營(yíng)成本，很多核電站已很難保證盈利。

精益管理

專(zhuān)家認(rèn)為，在未來(lái)5到10年內(nèi)，美國(guó)的核電站可能會(huì)縮減40%——這對(duì)美國(guó)控制碳排放和應(yīng)對(duì)氣候變化影響的是一個(gè)重大打擊。

為了幫助該行業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)力，愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(INL)的研究人員開(kāi)發(fā)了核電綜合運(yùn)營(yíng)(ION)，這是一種利用技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)運(yùn)營(yíng)降低美國(guó)核電站的維護(hù)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的方法。

ION的目標(biāo)是通過(guò)在三到五年內(nèi)部署第一代技術(shù)，將現(xiàn)有核電站的運(yùn)營(yíng)成本降低30%。

這將有助于核電站與其他電力競(jìng)爭(zhēng)——特別是由天然氣發(fā)電廠生產(chǎn)的相對(duì)便宜的電力。除此之外，我們希望將ION的原則應(yīng)用于先進(jìn)的反應(yīng)堆和小型模塊化反應(yīng)堆，以確保下一代核反應(yīng)堆是安全和經(jīng)濟(jì)的。

INL的研究人員計(jì)算了平準(zhǔn)化電力成本(LCOE)——考慮建設(shè)和運(yùn)營(yíng)發(fā)電站的成本所需的每單位發(fā)電量的平均收入，并發(fā)現(xiàn)核電站的LCOE在每兆瓦時(shí)25至32美元之間，而天然氣發(fā)電廠的LCOE大約為每兆瓦時(shí)18至58美元，這取決于燃料的價(jià)格。如果公用事業(yè)業(yè)主和運(yùn)營(yíng)商實(shí)施ION，研究人員估計(jì)，核電站的LCOE可以減少到大約每兆瓦時(shí)18至22美元。

“ION回答了這樣一個(gè)問(wèn)題：如何進(jìn)行戰(zhàn)略創(chuàng)新?”INL輕水反應(yīng)堆可持續(xù)發(fā)展項(xiàng)目的工廠現(xiàn)代化途徑負(fù)責(zé)人Craig Primer說(shuō)。“你如何確定你的改造項(xiàng)目的優(yōu)先次序，使你的工廠保持成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?ION為確定目標(biāo)運(yùn)營(yíng)成本和制定成功的實(shí)施策略奠定了必要的基礎(chǔ)”。

借鑒理念

INL的ION首席研究員和行業(yè)聯(lián)絡(luò)員Jason Remer表示，商業(yè)世界中到處都是未能適應(yīng)文化或技術(shù)變化而付出代價(jià)的行業(yè)——想想錄像帶連鎖店和大型書(shū)店。他說(shuō)：”商業(yè)的性質(zhì)發(fā)生了變化，”他說(shuō)?！比绻豁?xiàng)新技術(shù)出現(xiàn)，你是要采用這項(xiàng)技術(shù)，還是要變得停滯不前?”

為了開(kāi)發(fā)ION，Remer和他的同事們參考了外部組織大幅降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本的例子。具體來(lái)說(shuō)，他們以一家在挪威沿海經(jīng)營(yíng)石油平臺(tái)的石油和天然氣公司為模型，制定了他們的戰(zhàn)略。

這家挪威公司與哈爾登能源技術(shù)研究所的一個(gè)團(tuán)隊(duì)合作，幫助解決收入下降的問(wèn)題。該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地審視了該公司的運(yùn)營(yíng)，并制定了四種類(lèi)型的變革：技術(shù)、流程、治理和人員。

事實(shí)證明，該公司正在為那些不一定需要在平臺(tái)上工作的人員支付費(fèi)用，而且這些員工的酒店、餐飲和交通費(fèi)用都很昂貴。

“他們把所有不需要的東西都清理出了平臺(tái)，” Remer說(shuō)。“然后他們鋪設(shè)了高速光纜，以便一些人員可以在岸上工作。石油鉆井平臺(tái)沒(méi)有雇用全職工作人員進(jìn)行服務(wù)和維護(hù)，而是將其中的一些工作承包出去，這樣就有更多有經(jīng)驗(yàn)的人為多個(gè)平臺(tái)服務(wù)?！?/p>

“有工作人員的生產(chǎn)平臺(tái)現(xiàn)在被遠(yuǎn)程監(jiān)控，維護(hù)人員在需要的時(shí)候才會(huì)飛往平臺(tái)上操作，”Remer繼續(xù)說(shuō)。通過(guò)應(yīng)用簡(jiǎn)單、成熟的技術(shù)和合理的商業(yè)運(yùn)營(yíng)，使其轉(zhuǎn)變運(yùn)營(yíng)方式，并大大降低了成本。

與電力公司合作

類(lèi)似的理念對(duì)核電站而言，意味著盈利和工廠關(guān)閉之間的區(qū)別。

自2019年以來(lái)，Remer和他的同事已經(jīng)與Xcel能源公司等核電站運(yùn)營(yíng)商合作，實(shí)施ION概念?！拔覀冋噲D幫助我們的公用事業(yè)公司將其運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本下降約三分之一”，Remer說(shuō)。Xcel能源公司已經(jīng)開(kāi)始在其兩個(gè)核電站實(shí)施ION，即位于明尼蘇達(dá)州的Monticello和Prairie Island，據(jù)Xcel能源公司的核戰(zhàn)略和性能總監(jiān)Gene Foote說(shuō)?！敖?jīng)歷了一段時(shí)間后，我們的表現(xiàn)沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)”，F(xiàn)oote說(shuō)?！拔覀儽仨毺岣邩I(yè)績(jī)并降低成本。我們必須做一些有意義的事情”。

在現(xiàn)任Xcel能源公司執(zhí)行副總裁兼首席發(fā)電官Tim O"Connor的推動(dòng)下，F(xiàn)oote和他的同事們開(kāi)始努力在這兩個(gè)工廠實(shí)施ION。Foote說(shuō)：“除了重組和集中運(yùn)營(yíng)外，我們開(kāi)始走綜合運(yùn)營(yíng)的道路。這就是我們開(kāi)始看到我們的業(yè)績(jī)有一些真正的改善的地方。”

促使Xcel核電站發(fā)生改變的措施之一是實(shí)施“電子工作包”。電子工作包不需要手動(dòng)執(zhí)行和記錄程序，而是允許工人使用平板電腦設(shè)備執(zhí)行維護(hù)程序，并協(xié)調(diào)和跟蹤工作。

Foote說(shuō)：“如果電子工作包看到一個(gè)超出標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值，它就會(huì)提醒你，有時(shí)還會(huì)寫(xiě)一份整改措施報(bào)告?！彼€允許經(jīng)理自動(dòng)獲取工人的位置，工人和主管的許多行政負(fù)擔(dān)被減輕了，而且不再需要后端的行政管理來(lái)完成這些事情?！?/p>

在通過(guò)ION實(shí)施變革的頭三年內(nèi)，Xcel能源公司大幅降低了其運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，并已成為美國(guó)評(píng)級(jí)最高的核電公司之一。由于ION的重要作用，O"Connor將ION過(guò)程中的一些方法帶到了公司的其他部門(mén)，特別是精簡(jiǎn)和集中培訓(xùn)計(jì)劃。

在未來(lái)，Xcel公司希望能進(jìn)一步推廣ION。福特指出，“我們還將去探索數(shù)字控制室這樣的新技術(shù)，以使我們的核電站能夠繼續(xù)運(yùn)行10年。然后我們肯定會(huì)探索其中的一些長(zhǎng)期技術(shù)”。

數(shù)字和非數(shù)字創(chuàng)新

今天的核能行業(yè)已經(jīng)很好地采用了一些新技術(shù)——例如，材料和燃料的進(jìn)步已經(jīng)幫助核電站大大減少了停機(jī)時(shí)間，同時(shí)提高了安全性。

但行業(yè)在接受其他技術(shù)方面進(jìn)展緩慢，例如數(shù)字控制系統(tǒng)，它可以節(jié)省人員配置并提高安全性。

“模擬系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代或70年代的技術(shù)”，Remer說(shuō)。“它們非?？煽亢桶踩F(xiàn)在已經(jīng)不生產(chǎn)了，所以要獲得零件很困難，也很昂貴。需要大量的維護(hù)?！?/p>

另一方面，數(shù)字系統(tǒng)有監(jiān)測(cè)和自我報(bào)告系統(tǒng)，減少了對(duì)模擬系統(tǒng)所需的密集測(cè)試的需求。這些系統(tǒng)還可以幫助吸引新的人才，因?yàn)榇髮W(xué)大部分都是在最先進(jìn)的數(shù)字系統(tǒng)上培訓(xùn)核工程師。然而，我們?cè)诠陀眯Ｍ夤こ處煏r(shí)遇到了困難，因?yàn)樗麄兘邮苓^(guò)數(shù)字培訓(xùn)，但他們卻被認(rèn)為是“不合格”的。

“因?yàn)樗麄兘邮艿氖菙?shù)字培訓(xùn)，但卻被要求從事模擬工作”， Remer說(shuō)?！坝辛藬?shù)字控制系統(tǒng)，核電站的環(huán)境就與他們理解的環(huán)境更為相似。”

一些核電站一直堅(jiān)持使用某些數(shù)字技術(shù)，這產(chǎn)生了另一個(gè)基于技術(shù)的解決方案——人工智能和先進(jìn)傳感器的結(jié)合——可以幫助工廠操作員遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，并在需要時(shí)才維修設(shè)備，而不是按照設(shè)定的時(shí)間表。

與Xcel能源公司實(shí)施的許多創(chuàng)新一樣，精簡(jiǎn)不必要的或多余的監(jiān)管活動(dòng)可以帶來(lái)巨大的節(jié)約。手工填寫(xiě)報(bào)告等任務(wù)通?？梢詼p少或取消。Remer和他的團(tuán)隊(duì)正在努力尋找在確保安全的同時(shí)滿(mǎn)足要求的最佳方法。

例如，數(shù)字控制系統(tǒng)可能允許核電站自動(dòng)進(jìn)行化學(xué)采樣?！皢T工可能需要個(gè)人防護(hù)設(shè)備——例如安全護(hù)目鏡——來(lái)執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)”，Remer說(shuō)?！叭缓笤诓蓸油瓿珊笮枰斎霐?shù)據(jù)。如果有一個(gè)電子采樣系統(tǒng)，這些程序就完全沒(méi)必要了。”

盡管有這么多好處，最新的技術(shù)并不總是答案。工廠是獨(dú)特的，需要在個(gè)案的基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估，以最大限度地節(jié)約成本和提高生產(chǎn)率。