微型核反應(yīng)堆利用算法自主調(diào)節(jié)輸出功率
美國密歇根大學(xué)研究團隊開發(fā)出一項基于物理學(xué)的新算法，可控制微型核反應(yīng)堆按需自主調(diào)節(jié)輸出功率。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《核能進展》雜志。
研究團隊表示，目前，美國多家初創(chuàng)企業(yè)與傳統(tǒng)公司正積極推動微型核反應(yīng)堆的規(guī)模化短期部署，最新成果讓實現(xiàn)該目標(biāo)變得為經(jīng)濟可行。
微型核反應(yīng)堆熱輸出最高可達20兆瓦，具有便于運輸、適用場景多樣等優(yōu)勢，可用于供熱或發(fā)電，適合偏遠(yuǎn)社區(qū)、災(zāi)區(qū)、軍事基地乃至貨運船舶等場景。若接入電網(wǎng)，也能提供穩(wěn)定的零碳能源。
然而，這類反應(yīng)堆需具備“負(fù)荷跟蹤”能力，即根據(jù)實際需求動態(tài)調(diào)整輸出功率。大型核電站通常依賴人工調(diào)節(jié)，但在偏遠(yuǎn)地區(qū)，人工操作成本高昂，成為制約微型反應(yīng)堆推廣的關(guān)鍵障礙。
本研究聚焦于高溫氣冷堆——一種可靈活擴展規(guī)模的先進堆型?；谄湮⑿突O(shè)計，研究團隊構(gòu)建了一個簡化模型，保留了功率密度、冷卻劑入口溫度、堆芯壓力與流速等核心參數(shù)。
團隊采用了模型預(yù)測控制（MPC）方法，即在設(shè)定約束與時間范圍內(nèi)實現(xiàn)對系統(tǒng)行為的預(yù)測與優(yōu)化控制。他們專門設(shè)計了一款MPC控制器，通過調(diào)控反應(yīng)堆中心控制鼓的旋轉(zhuǎn)角度來調(diào)節(jié)功率：向內(nèi)旋轉(zhuǎn)降功率，向外旋轉(zhuǎn)升功率。而且，為確保模型真實準(zhǔn)確反映堆芯運行狀態(tài)，他們還引入了高保真反應(yīng)堆物理分析工具PROTEUS進行仿真驗證。
測試表明，在每分鐘增減20%功率的任務(wù)中，該控制算法的誤差始終低于目標(biāo)值的0.234%。整個過程未使用人工智能，完全基于物理原理與數(shù)學(xué)計算，結(jié)構(gòu)清晰、可解釋性強。這些特性有利于通過監(jiān)管審查。大量靈敏度測試也進一步證實，該MPC控制器能適應(yīng)多種模型輸入條件，驗證了自主控制的廣泛適用性。
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