致力于自动化核电站运营

# 致力于实现核电站运行的自动化 来源：https://news.mit.edu/2026/working-automate-nuclear-plant-operations-lauren-fortier-0724 要使核能被视作可行的清洁能源，其价格必须具有竞争力且经济可行。 核科学与工程系(NSE)的二年级博士生Lauren Fortier正在为此做出贡献，她正在开发用于核电站自主控制的远程操作协议。 在西北大学获得材料科学与工程本科学位后（Fortier凭借ROTC奖学金就读），她曾在美国一艘深处南海的航空母舰上监督核电站运行。"这是一种独特的体验，在其他地方很难见到，尤其是完全依赖核能。你在这片海洋中航行的唯一方式就是依靠那个核反应堆工作，"她说。 作为一名海军核操作员，Fortier爱上了运行方面的所有内容，学习了电站运行背后的科学原理。同时她也更加意识到流程中的不足之处。Fortier注意到许多电站运行极其依赖人工操作，她想知道是否可以减少这种依赖。 **从运行转向学术界** 就在她思考这些问题的同时，海军为Fortier提供了一个机会，允许她在一系列批准的学科中选择攻读硕士学位。Fortier选择了麻省理工学院的核工程专业，作为她工作的延伸。"直到那时，我在核能方面的经历都非常积极，所以我想在此基础上继续发展，从运行领域转向学术领域，"Fortier说。海军的高强度训练为她适应麻省理工学院的学术严谨性做好了准备。 在攻读硕士学位期间，Fortier开发了一个用于核电站运行的监控系统。她使用了一个具有强热工水力响应的模拟器。其假设是，从模拟中汲取的经验教训可以转化为现实世界的对应情况。 **追求核电站自主运行** 事实证明，硕士研究只是冰山一角。还有很多工作有待完成。 对于核能未来的可行性，位于偏远地区的小型核电站是一种明显的可能性。迄今为止，传统核电站的运行涉及大量人工操作，这些操作之所以可行，是因为这些设施以100%的容量运行，并且提供的电力足以证明维持大量人员的成本是合理的。但在分布式规模化且位于偏远地区的微反应堆中，无法负担大量人力人才。这正是经过监督和彻底审查的自主运行能够发挥作用的地方。 一个首要问题是："我们如何在核电站中过渡到自主运行？" Fortier希望采用一种集成的方法，即一个中央监控系统，而不是许多相互关联的部件。虽然这是一个合理的要求，但挑战在于修改主要面向人类的操作，使其现在也包含机器。 Fortier意识到，无论监控系统的框架多么完善，如果其僵硬性无法同时容纳人类和机器，其范围将受到严重限制。"因为一切都以人为中心，它不允许你选择执行程序的最佳方式，"Fortier观察到。相反，如果人类和计算机可以相互配合，各司其职，只在必要时进行战略性的人工干预呢？ **麻省理工学院促成的合作** 目标很优雅，但其范围远远超出了硕士论文。攻读博士学位似乎是自然而然的发展，因此Fortier在2025年完成硕士学位后，继续她的博士研究。 正是在追求自主运行的过程中，Fortier发现了麻省理工学院合作的力量。她的研究顾问Sacit Cetiner同时受聘于麻省理工学院NSE和爱达荷国家实验室(INL)。为了解决设计一个具有有效且易于采用的人机界面的自主监控系统的挑战，Fortier与INL的高级人因科学家Katya Le Blanc合作。与INL的人体系统仿真实验室的合作帮助Fortier更好地理解了设计信息物理系统。 "我本质上是一名工程师，在人类行为方面经验不多，因此与INL的合作对我来说受益匪浅。我在许多方面获得了更深入的见解，包括当机器不再工作时，人类需要接替时你想看到什么，"Fortier说。 她还利用了与西屋电气公司的合作——这是一家领先的设计机构和当前及下一代核电站的供应商。Fortier于2025年在那里完成了暑期实习——以测试她关于自主运行解决方案的想法。 在麻省理工学院，Fortier从她的联合顾问Anuradha Annaswamy那里学习了控制理论。Annaswamy是机械工程系主动自适应控制实验室的创始人和主任。"她是一位控制系统专家，这对我非常有益，因为虽然我可以解释如何处理核电站，但她能帮助我从控制系统的角度更好地理解如何进行运行操作，"Fortier说。 Annaswamy就监控系统框架和执行方面为Fortier提供建议。Fortier还在学习与控制系统相关的课程，以建立该学科的基础。Curtis Smith (https://nse.mit.edu/curtis-smith/) 是Fortier的另一位联合顾问，他曾任INL核安全与监管研究部主任，现为麻省理工学院NSE核科学与工程实践KEPCO教授。 **逐步迈向自主** Fortier澄清说，她正在设计的运行系统将逐步、系统地迈向自主，以建立与用户的信任。"当我们引入一个自动化的程序，逐步引导你完成你本来就会做的事情时，这让人感到安心并建立信任，"Fortier指出。她的博士工作侧重于引入面向目标的运行方式，即控制系统可以创建实现目标所需的事件序列，而不是遵循预先设定的操作程序。 另一个让人放心的点是，Fortier正在基于一种称为有限状态自动机的过程开发自动化，与AI不同，这种过程的执行非常透明。有限状态自动机（她在2024年夏天于INL实习期间也广泛研究过）的优势在于它是一个离散事件系统。这意味着自动化框架中的每一步都是事件驱动的——如果发生这种情况，就执行那个操作——因此它能根据电站的当前状况进行调整，并在各种状态或事件之间非常清晰地转换。它是通过传统自动化（而非AI驱动的自动化）来解决一个复杂问题。"我们没有使用像机器学习这样的数据驱动统计方法，因为我们还没有验证这类系统运行的工具，"Fortier说。 **未来影响** Fortier在核电站自动化开发方面的工作前景广阔，她因此成为2025年版能源部核能大学计划"核能研究与开发学生创新竞赛"的获奖者之一。 将核电站自动化程序应用于下一代设备，将为开发和部署商用微反应堆提供必要的推动力。 但首先需要做的是扩展监控系统，借鉴从小型控制方面工作中获得的见解。Fortier对未来道路和可能的前景感到兴奋。"与他人的合作，以及我们与利益相关者建立的关系，确实帮助产生了影响，并支持了工作的相关性，"她说。"有时当你被困在自己的小世界里时，外界的视角真的很有用。"