仿真技术在核电安全运行方面的应用

寂静回声

跟随数字技术合成的逼真画面，自由进入一座核电站，无论是常规岛里的汽轮机，还是核岛中的燃料棒，都近在咫尺。踱步在核电站中，每一处都触手可及。福岛核事故发生后，外界一直依据日本官方提供的信息判断事故的发展态势，对于事故的应对措施，外界专家认为，如果能用更好的解决方案，事故造成的后果不会像现在这样严重。
　　韩国首尔大学核工程系教授、PHILOSOPHIA公司首席执行官徐钧烈表示，其团队运用达索系统的模拟分析，产生了不同的结论，“日本官方称，核反应堆在事故后立即停止了，而且反应堆的冷却系统虽然在事故后受到破坏，但是相关冷却设备一直在运转。但是我们分析得出的结论是，核反应堆其实在低能电量的状态下持续运行了一段时间。对于冷却设备仍在运转，我们认为如果真是那样，就不会发生后续的事故。”徐钧烈介绍，东京电力公司（以下简称“东电”）和日本政府其实并没有透露核电站具体的设计数据。“我们通过google搜索到了燃料池的模型，并通过达索系统的CATIA软件分析出更多反应堆的内部结构情况，仿真的结果显示，在地震和海啸发生后的48小时内，福岛一号核电站已经有三个燃料棒熔毁，而东电在几天后才公布这个消息。这里并不是要评论和指责东电或者日本政府，而要表明，如果能够采用先进的仿真技术，可以避免和防范更严重的灾难。”徐钧烈说。
目前很多国家在包括核电在内的工业领域采用了达索系统的3Dexperience解决方案，包括法国、德国、美国及韩国等。在核电领域，该解决方案包含了核电站的规划、设计、建造、运营、维护及拆解等全寿命周期。
　　徐钧烈指出，20世纪，核能设备的发展在硬件方面水平已经达到了一个相当的高度，很难再去超越。但进入21世纪后，核能发展还是主要基于软件的升级和新技术的进步。“比如，在建一个核电站之前，可以用CATIA和DELMIA的相关技术，使以后的使用者能够在建造之前就看到核电站的全貌，包括内部虚拟结构以及运转起来的情况，以确保在建的核电站可以达到预期的水平，而不是像以往一样建好之后才发现没有预计到的缺陷和问题，所以前期设计和后期建造上的效率上都有很大提升。”
　　当问及仿真技术的应用能在多大程度上提高核电运行的安全性，即主要作用于核电建设前期还是事故后的处理分析时，徐钧烈介绍，以紧急冷却系统为例，在核电站的设计中必须设计紧急冷却系统，一般希望能运行至少40年到60年。在紧急情况下，核电站内部的温度可以达到300到500摄氏度，如果用只有10-20摄氏度的海水冷却，冷却系统管道及保护套很容易炸裂，就像玻璃杯倒进过热的水一样。所以，用CATIA提供的3Dexperience解决方案往核电站中虚拟地注入海水，然后分析找到最薄弱的环节以及可能引发的紧急情况，这样就能避免同样的问题在下一个核电站建设过程中发生。“这次福岛核事故就表明，其冷却系统的很多关节处炸裂了，而海水没有很有效地注入反应堆。”据了解，目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一——“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”（人造太阳计划），将全面引进达索的方案。此外，该系统在冰川领域的研究可以一定程度上解决能源资源问题。
在国内，中国原子能科学研究院、中国核动力研究院、国家电力公司成都勘测设计研究院，清华大学等科研机构都采用或引进了达索系统解决方案。
　　
　　中国原子能科学研究院的快堆项目今年4月引进了达索系统的解决方案，包括从三维设计的CATIA到整个多项目群管理的ENOVIA、序列生产的3DVIA。同时，中国核动力研究院准备引进达索的DELMIA，即序列仿真，“正如福岛核事故，拿到模型之后就可以通过DELMIA和相关的分析软件做序列分析。”赵宇解释，“此外，清华大学核能技术研究所采用了CATIA三维设计，后来又在CATIA基础上结合自己的发展方向做了二次开发。一个先进的技术发展方向和一个先进的解决方案的结合，会带来更大的效益。”
　　一位业内专家表示，无论哪种解决方案，一定要看重其是否能科学、合理并有效地提升我国核电项目的系统规划及管理模式等信息化建设水平，同时能保障我国核电的安全性、高效性发展。徐钧烈表示，中国在能源领域的潜力非常大，无论是核电、还是太阳能和风电等，在仿真技术的领域有很大的应用空间，可以通过跟周边国家的合作进一步完善自己的技术实力、制定更切合实际的计划。另外，也可以使软件硬件更好地协同，克服物理特性等现实中的局限性，用三维的世界帮助调整中国在能源领域新的发展趋势。
中核工业集团_3Dexperience 核电项目设计，建设及运营解决方案（中文字幕）
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