核電站提供大量電力而不會釋放地球變暖的污染。但運(yùn)營這些工廠的費(fèi)用使它們難以保持開放。如果核能要在美國清潔能源經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮作用，成本必須下降。美國能源部 (DOE) 阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們正在設(shè)計(jì)可以利用人工智能使核能更具競爭力的系統(tǒng)。

核電站之所以昂貴，部分原因是它們需要持續(xù)監(jiān)控和維護(hù)，以確保一致的電力流動和安全。Argonne 正在進(jìn)行一項(xiàng)耗資 100 萬美元、為期三年的項(xiàng)目，旨在探索智能計(jì)算機(jī)化系統(tǒng)如何改變經(jīng)濟(jì)狀況。

“運(yùn)營和維護(hù)成本與核裝置非常相關(guān)，目前需要大量現(xiàn)場工作人員和大量維護(hù)，”阿貢的首席核工程師羅伯托龐西羅利說。“我們認(rèn)為自主運(yùn)行有助于提高他們的盈利能力，也有利于先進(jìn)反應(yīng)堆概念的部署。”

該項(xiàng)目旨在創(chuàng)建一種計(jì)算機(jī)架構(gòu)，可以及早發(fā)現(xiàn)問題并向操作員推薦適當(dāng)?shù)男袆?。Ponciroli 及其同事估計(jì)，這項(xiàng)技術(shù)每年可為核工業(yè)節(jié)省超過 5 億美元。

一個(gè)典型的核電站可以容納數(shù)百個(gè)傳感器，所有這些傳感器都在監(jiān)控不同的部件，以確保它們正常工作。

“在一個(gè)根據(jù)數(shù)據(jù)做出決策的世界里，重要的是要知道你可以信任你的數(shù)據(jù)，”Ponciroli 說。“傳感器與任何其他組件一樣，會退化。知道您的傳感器正在運(yùn)行至關(guān)重要。”

檢查每個(gè)傳感器的工作——以及閥門、泵、熱交換器等系統(tǒng)組件的性能——目前由在工廠車間走動的員工負(fù)責(zé)。相反，算法可以通過學(xué)習(xí)正常傳感器的功能并尋找異常來驗(yàn)證數(shù)據(jù)。

在驗(yàn)證工廠的傳感器后，人工智能系統(tǒng)將解釋來自它們的信號并推薦具體行動。

Ponciroli 舉了一個(gè)例子：假設(shè)您的汽車儀表板提醒您注意輪胎氣壓低。你知道你不需要馬上停下來，但你可能會決定放慢一點(diǎn)以避免爆胎，直到你可以給輪胎充氣。

人類一直在做出這些類型的判斷。我們評估信息、做出決定并采取行動，例如改變控制(在上述場景中，讓汽車減速)和進(jìn)行維修。一種稱為強(qiáng)化學(xué)習(xí)的人工智能方法通過教系統(tǒng)通過評估潛在結(jié)果來做出決策來復(fù)制大腦的邏輯。在核電站，計(jì)算機(jī)可以盡早發(fā)現(xiàn)問題并將其標(biāo)記給工廠操作員，從而幫助優(yōu)化控制并避免更昂貴的維修費(fèi)用。同時(shí)，計(jì)算機(jī)可以防止對不需要的設(shè)備進(jìn)行不必要的維護(hù)。

“人們現(xiàn)在所做的較低級別的任務(wù)可以交給算法，”阿貢高級核工程師理查德維利姆說。“我們正試圖將人類提升到更高程度的態(tài)勢感知能力，以便他們成為做出決策的觀察者。”

Argonne 工程師與工業(yè)界合作開發(fā)測試場景，建立了先進(jìn)核反應(yīng)堆的計(jì)算機(jī)模擬或“數(shù)字雙胞胎”。Vilim 說，雖然該系統(tǒng)旨在服務(wù)于新的反應(yīng)堆技術(shù)，但它也足夠靈活，可以應(yīng)用于現(xiàn)有的核電站。

該團(tuán)隊(duì)正在模擬反應(yīng)堆上驗(yàn)證其人工智能概念，到目前為止，他們已經(jīng)完成了控制和診斷其虛擬部件的系統(tǒng)。該項(xiàng)目的其余部分將專注于系統(tǒng)的決策能力——它對診斷數(shù)據(jù)的作用。

由于自主核電站需要這些不同的功能，Argonne 團(tuán)隊(duì)工作的最終產(chǎn)品是將多種算法拼接在一起的系統(tǒng)架構(gòu)。例如，工程師正在調(diào)整代碼，包括 Argonne 的系統(tǒng)分析模塊 (SAM)，這是一種先進(jìn)反應(yīng)堆的分析工具。SAM 是與工程公司 Kairos Power 合作開發(fā)的，獲得了 2019 年 R&D 100 獎。

“Argonne 非常適合這個(gè)項(xiàng)目，因?yàn)槲覀円呀?jīng)擁有內(nèi)部所需的所有能力，”Ponciroli 說。“這只是將它們結(jié)合起來以從中獲得更多收益的問題。”