核能發電在應對氣候變化方面擁有巨大潛力。據相關數據顯示，目前核能發電量約佔全球總髮電量的11%，約佔全球低碳發電總量的30%。
然而，由於電荷增長緩慢、可再生能源迅速發展以及天然氣價格低廉等現狀，核電在競爭中逐漸處於劣勢地位，核電的潛力也備受限制。因此，許多核電廠業主都面臨著競爭壓力，亦或是陷入對未來可能處於競爭劣勢的擔憂之中。以美國為例，該國的單機組和多機組核電廠的平均電力成本分別約為40和30美元/兆瓦時，而該國大部分地區的市場電價約為25~30美元/兆瓦時不等。
如果一座發電廠的發電成本高於公開市場上的購電成本，那麼這座發電廠將面臨停運的窘境。雖然核電在美國無碳電力中的佔比高達50%以上，但實際上，美國已有9座發電廠計劃在未來三年內關閉，這將很可能導致該國無碳能源的發展停滯不前。
核電廠運營成本的重要組成部分之一是勞動力成本，即執行人為檢查和合規活動的熟練技術人員。EPRI高級項目經理 Robert Austin表示，由於人為作業流程更適用於核電廠，因而核電廠習慣採用勞動力高度密集型流程。但是，這些流程是在核電行業尚未面臨成本壓力的時期建立的，以當今經濟形勢而言，這一商業模式已不再適用。核電廠的經濟活力已岌岌可危，而世界上大部分地區的經濟也面臨著類似的情況。
為了維持運營，核電廠必須通過銷售過程熱能、尋求零排放信貸政策的支持等措施來設法降低運營成本，或增加運營收益。Austin表示，既然電力公司已經能夠更直接地控制成本，那麼現在就應當儘快考慮通過研究和技術創新來降低成本。
由於在三十多年來核電行業一直致力於提升安全性、可靠性和可用性，因此該行業至今尚未實現完全現代化，而運營成本也一直未能大幅下降。與此同時，製藥、信息、金屬、化工、石油和其他行業則已憑藉先進技術大大降低了成本。太陽能光伏發電、風力發電以及化石燃料發電等非核能發電領域也同樣如此。
EPRI核能理事會成員、道明尼電力公司（Dominion）副總裁Mark Sartain表示，自動化、數字控制、人工智能和虛擬現實等工具擁有巨大潛能，能夠減少核電廠相關工作所需的資源和紙張負擔，進而有望減少人力需求。他指出，當今世界上大部分核電廠的數字化程度並不高，這些核電廠仍然採用人工工作流程、模擬控制抑或落後的數控技術，因而經濟競爭力較低。
據Austin所述，一座容量為2000 MWe的雙機組核電廠通常需要僱傭約1000名工人。這些工人主要負責執行監管以及確保行業合規所需的檢查或其他工作。而事實上，
大部分此類工作都可以由數字控制器和計算機來完成。目前許多企業已經實現了這一轉型，例如，燃煤發電廠就已將員工人數從幾百人減至約50人。令人振奮的是，還有很多自動化發電廠擁有巨大的經濟潛力，可能遠遠超出行業所能意識到的潛能。核電廠現代化倡議
在認識到核電的這一潛力後，核電行業的利益相關方於2018年共同發起《核電廠現代化倡議》，以期將核能作為一種無碳、安全且可靠的能源予以保護。參與發起該倡議的組織包括EPRI、EPRI電力公司成員、美國能源部下屬輕水堆可持續發展項目、核電廠業主團體、美國核能研究所（NEI）以及核電運行研究院（INPO）。在Austin的領導下，EPRI將負責該倡議的推進工作。
基於該倡議，EPRI與其他組織（如輕水堆可持續發展項目）開始著手對通過應用現代化技術削減非燃料運營成本的可行性展開研究。Austin稱，實現現代化並不需要進行大規模施工或重大變更，如更換堆芯、新建加固廠房或澆築大量混凝土等，該工作主要涉及數字過程控制器、計算機和服務器的安裝。因此，他認為，要實現將核電廠運營成本下降50%的目標，在技術上不存在較大障礙。 然而，EPRI仍需通過研究和測試驗證這一論斷。
如此大幅度的成本削減足以使許多核電廠恢復經濟活力，而且核電廠的各類組件都具備此類成本削減潛力。例如，如果在立式泵上安裝傳感器並對其持續在線監測數據進行簡單分析，每臺泵的年維護成本可減少25,000美元，如果將該方法應用於一座擁有數百臺類似水泵的典型核電廠，則在20年時間內累計節省成本將超過50,000,000美元。
Sartain表示，在啟動該核電廠現代化倡議後，EPRI可作為指定責任機構對各研究組織、行業團體、電力公司和供應商正在實施或計劃實施的現代化舉措起到輔助和鞏固作用，以避免重複研究或遺漏重要主題，尋求新的研發機會，以及通過報告和其他可交付形式傳播現代化成果。
該倡議的目標包括：
- 2019：利用現有技術評估現代化的可行性和潛在經濟利益。
- 2020：確定部署方案，公佈監管解決方案，並確定示範核電廠。出版核電廠現代化手冊，從而可為感興趣的電力公司提供指導。
- 2021：通過概念設計和詳細商務案例進一步完善方案。將個案研究添加到手冊中。
該投資對於多數核電廠而言是否值得？
作為該倡議的一部分，EPRI對美國核電廠現代化舉措的經濟性作出了分析。EPRI首席技術負責人John Bistline指出，該分析旨在對經濟影響進行初步預估，而非提供精確數據。核電廠業主和運營商可以根據各自的專有數據或其他針對特定核電廠的假設修正這些預估數據。
基於特定的運營成本下降比例，研究人員利用EPRI的美國區域經濟、溫室氣體和能源模型（US-REGEN），對本國各個核電廠的現代化投資損益兩平值進行了量化，其中包括對核電廠剩餘運營週期內的年節約成本數額進行折現，以確定此類成本的現值。
Bistline表示，據初始預估數據顯示，大部分核電廠的現代化投資金額需達1億美元以上，方可將核電廠的運維成本降低25%。對於部分美國核電廠而言，投資5億美元可實現25%的減支，而達到10億美元則可實現50%的減支。未來EPRI的研究將主要致力於對這些損益兩平成本與採取特定現代化技術和改進措施的預估成本進行比較。
▲核電廠現代化的損益兩平值（來源：EPRI）
【*損益兩平值是指通過降低運營成本能夠完全收回的投資金額。該數值通過將每個核電廠剩餘運營週期內的年節約成本折為現值計算而得。】
【基於特定的運營成本下降比例，研究人員利用EPRI的美國區域經濟、溫室氣體和能源模型（US-REGEN），對本國各個核電廠的現代化投資損益兩平值進行了量化。據初始預估數據顯示，大部分核電廠的合理現代化投資金額需達1億美元以上，方可將核電廠的運維成本降低25%。這些預估主要基於公開可用的核電廠成本數據，同時也揭示了各核電廠損益兩平值的巨大差異。未來各個核電廠所在區域的電力成本模型將基於各地區的天然氣價格、可再生能源發展和碳排放政策情況。核電廠業主和運營商可根據各自的專有數據或其他針對特定核電廠的假設來修正這些預估損益兩平值。】
鑑於現代化舉措的巨大潛力，部分計劃關閉的核電廠也有望提高其經濟競爭力。Bistline表示，隨著核電廠現代化倡議的實施，電力公司和其他利益相關方將獲得更多信息，並可利用這些信息來規劃特定核電廠的未來運營模式。
12個流程改進和技術領域
該現代化倡議的參與方共確定了12個對於實現核電廠成本削減25~50%的目標至關重要的流程改進和技術領域，具體總結如下：
- 數字化，包括集成數控、虛擬現實和人工智能
- 全廠無線連接
- 通用信息模型，可支持不同軟件之間的數據交換併兼容不同數據庫
- 分析工具，用於檢查各模式的大數據設置和相關分析
- 自動化工作計劃和管理軟件
- 連續設備監測，以提供基於狀態的維護通知，而非定期維護。
- 風險知情工程和決策，根據任務對安全性和可靠性的影響程度提供不同的風險等級信息
- 實時自動化水化學監測和分析
- 核電廠關鍵區域的連續自動化輻射監測
- 通過監控技術和數據處理實現更高的物理安全性
- 針對工人和公眾安全實施更有效的應急規劃
- 核電廠關鍵結構的連續監測和異常情況實時分析
EPRI正在對這些領域進行的研究項目將被納入現代化倡議中。例如，EPRI的新指南將指導電力公司如何部署具有高成本效益的集成式數控設備，並有效解決安全及危害問題。其他EPRI工具還能進行維護成本分析和監測，從而進一步提高維護任務的效率。
Austin稱，EPRI正在研究電力行業其他領域目前所使用的技術和流程。例如，許多非核能發電廠已採用遠程監控技術，並在輸配電部門應用信息模型通用標準。目前，EPRI的研究已延伸至發電資源、能源和環境、電力供應和應用、以及核能等多個領域，而所有這些領域的研究成果都將起到借鑑作用。
除了降低成本以外，使用集成數控元件來替代模擬電子元件還能帶來以下利益：
- 運營商可以摒棄必須通過成本極高的逆向工程進行更換的落後模擬組件。
- 工業數字控制器比模擬控制器的工作效率更高，從而能夠提升各個核電廠系統的可靠性和安全性。
- 關鍵組件的需求減少，可靠性得到增強。
- 可在系統外設計單點漏洞。
Sartain稱，目前美國部分核電廠正在對數字控制器進行升級，以期降低維護成本和人員需求。部分電力公司也已建立遠程監控和診斷中心，以簡化數據收集和分析流程。而先進數字技術在實物保護領域的應用也使核電廠的安保人員需求有所減少。
選擇退役還是現代化？
目前，該倡議的實施進展迅速。大部分技術已在其他行業得到驗證，減支成效也近在眼前。EPRI計劃於2019年完成部分可行性研究工作，並於2020和2021年完成美國核電廠的商業案例分析和技術演示工作。
Sartain表示，該倡議的成功意味著電力公司充分肯定了倡議所帶來的利益，並致力於核電廠的現代化部署，以實現安全、可靠、有競爭力且無碳的電力供應；與此同時，核電廠的運營壽命也能夠延長至80年或更長時間，或許部分電力公司在決定進行核電廠的現代化部署前還曾考慮過退役。
大部分將要進行自動化升級的任務都已歷經數十年的謹慎監管和完善。因此，NEI與NRC正在針對監管要求進行審查和必要更新，從而為現代化流程和技術的使用提供支持，並進一步確保核電廠的安全性和可靠性。
如果大部分核電廠的業主和運營商認可現代化部署的經濟效益，要實現這一技術轉型需要多長時間？
Sartain解釋稱，這在很大程度上取決於各個核電廠的具體情況，但大部分核電廠可能需要進行多年分階段停堆改造來完成部署。有一些升級工作可以在核電廠運行過程中實施，有一些必須停堆實施，還有一些則需要將兩者結合進行。具體部署計劃可以根據現代化的範圍進行優化，以儘可能減少停堆時間。
Austin表示，對現有核電廠進行現代化改造是保障和增加無碳發電的最經濟有效的方式。其他行業已通過這種方式降低成本，核能也能如此。
能源部將重點轉向核電廠現代化
美國能源部下屬輕水堆可持續發展項目主要致力於該國核反應堆的延壽工作。
項目經理Alison Hahn表示，在過去幾年，這一目標主要通過為許可證續期申請提供技術支持來實現，現如今該項目部則已將工作重點轉向核電廠的現代化改造，因為這一技術解決方案能夠提升當前勞動密集型商業模式的績效。該項目部的重點工作領域包括：
- 對落後儀控技術進行現代化升級或置換
- 演示基於狀態的先進監控技術
- 開發能夠減緩核電廠組件材料老化的方法
- 加強核電廠系統性能分析和表徵能力
- 促進核電廠的多樣化輸出，以包括非電力產品，如過程熱等。
- 進行增強性能和監管要求評估，以提升物理安全性。
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