基于区块链的核电站管理系统的可行性

作者

Shummas Humayun 7 分钟阅读发布于 28月 2023日

在技术快速发展的世界中，核能行业正在寻求创新解决方案以提高安全性、透明度和效率。一种有前景的技术是区块链，它提供了一种去中心化且安全的方法来跟踪和验证交易。

本Cryptopolitan指南探讨了区块链技术在核电站管理以及核能供应链各个阶段（从铀矿开采到废物管理）的潜力。

区块链与核电站概述

发电厂越来越多地采用自动化，导致计算机系统的使用增加。为此，实施了电厂管理系统（PMS）。该系统有助于电厂设施的高效运营和管理。它包括日常工作计划、维护计划、停机计划以及物料管理。停机计划涉及任务列表、资源分配和调度，而物料管理侧重于设备详情、存储和订购流程。

此外，PMS还可以协助辐射安全检查、工人资格认证、工具校准以及专用工具管理。能源部门也看到向使用专家系统进行各种任务的转变。这些系统为压水堆中的水化学、应急程序和燃料规划等任务提供了有价值的见解。

然而，管理核电站的一个挑战是确保监管机构和公众之间的信任。曾发生过使用非正品零件或延迟报告问题的情况。为了解决这些担忧，有人建议将区块链技术与PMS集成。区块链提供数据安全性、透明度和一致性等好处。但必须注意，它也面临挑战，特别是在隐私和处理大量数据方面。区块链的潜在应用涵盖各个部门，从金融到政府服务甚至工业流程。区块链应用最有希望的领域之一是供应链管理。

核电站如何应对事故或故障

国际公认的机构，如国际原子能机构（IAEA）和经济合作与发展组织核能署（OECD/NEA），建立了一套评级系统，用于衡量核设施事件的严重程度。该系统被称为国际核事件分级表（INES），确保核事故得到一致评级，并便于公众和媒体理解。INES 于 1990 年启动，到 1992 年已被包括韩国在内的约 60 个国家广泛采用。在该分级表中，4 至 7 级表示核事故，0 至 3 级表示故障。

事故发生时，核电站运营商会及时向核安全与核安全委员会（NSSC）和韩国核安全研究所（KINS）等相关当局报告详情。根据严重程度，这些机构会派遣专家小组调查事故、确定原因并提出预防措施。他们的调查结果随后由 NSSC 审查，并向核电站建议进一步行动。自 2013 年以来，已建立自动警报和消息系统，以确保透明度并防止掩盖真相。然而，在确保事故报告的完全透明度方面仍面临挑战。

当前电厂管理系统的問題

运营电厂管理系统面临着一系列挑战：

快速设备维修：当设备发生故障时，及时修复至关重要。这需要备有备件或能够快速采购备件的系统。与主要设备制造商合作或在类似发电厂之间共享维护信息可以加快这一过程。

记录事故和故障：准确记录所有事故至关重要。然而，在高压情况下，准确记录事件可能具有挑战性。根据监管指南，必须透明地报告与安全设施操作、故障和维护相关的记录。为了确保公众信任并防止掩盖嫌疑，需要一个透明、制度化的信息报告和披露系统。

将区块链整合到核电站运营中

区块链是一种去中心化账本系统，旨在促进数字交易。虽然许多人熟悉物联网（IoT）如何处理信息，但其安全性日益受到关注。这正是区块链发挥作用的地方，它为这些安全挑战提供了解决方案。

将区块链整合到核电站管理中的主要目标是确保敏感信息的客观和透明处理。区块链以去中心化的方式运行，而不是集中式系统。

对于核电站而言，这意味着它可以防止对数据进行任何未经授权的更改，确保操作员犯下的错误或失误不会被掩盖。此外，它提供了一种可靠的方式来监控事故期间采取的必要措施。

核电站信息管理中的区块链

虽然由于电网可靠性、能源消耗和监管风险等挑战，区块链技术可能不会彻底改变能源行业，但它在增强电厂信息管理方面具有巨大潜力。通过将区块链与 DREAMS 系统集成，有机会以无与伦比的透明度和准确性监控事件和故障。

韩国运营着 25 座核电站。自 2005 年以来，韩国水力核电公司（KHNP）一直使用名为 DREAMS 的综合电厂管理系统来监控这些核电站。该系统于 2016 年进行了升级，演变为 Smart E-Tower 系统，融入了第四次工业革命的先进技术。

如果任何工厂出现问题，Smart E-Tower 系统会对其进行分析，制定解决方案，并将调查结果反馈给受影响的工厂。这种集中式方法还允许同时监控所有工厂，从而对常见问题采取主动措施。

将区块链整合到电厂信息管理系统中可以解决当前的挑战，例如：

确保对事故或故障做出快速、安全的响应，并向监管机构保证报告的准确性。
通过区块链，预定义的数据可以自动报告给相关当局，并及时与其他工厂共享运营经验。
所有利益相关者（在区块链中表示为节点）可以透明地共享有关事故、故障甚至备件的信息。
为了实现这一集成区块链的 PMS 愿景，建议采用许可链模型。

区块链如何改善核电供应链？

区块链的多样性可以在核电供应链中得到利用，从单个组件的复杂供应链开始。鉴于核电站中微小故障可能带来的灾难性后果，正如最近的事件所强调的那样，确保对核发电中使用的每个组件和材料进行完全验证至关重要。

核电行业像许多其他行业一样，以复杂的供应链为特征。就燃料而言，旅程始于铀矿。在过去几十年中，主要的铀供应商包括哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、美国、俄罗斯和德国等国家。正如世界核组织所述，全球核电需求每年需要 67,500 吨铀。

区块链在该领域的潜力巨大。它可以监测铀的开采和加工，确保安全的环保采矿实践，特别是在像哈萨克斯坦这样的新兴经济体中可能存在担忧。此外，区块链可以阻止从认可的采矿地点盗窃或丢失铀。目前的报告系统可能需要超过一个月才能通知矿山管理层铀供应缺失。有了区块链，这一关键报告时间可以显著缩短，从而提高安全性和问责制。

用于追踪铀浓缩的区块链

开采后，核燃料供应链的下一阶段是铀浓缩。必须了解铀由两种同位素组成：U-235 和 U-238。浓缩程序旨在增加铀中 U-235 的浓度。虽然大多数核电站需要 3-5% 的 U-235 浓缩水平，但有些要求高达 20%。

另一方面，用于核武器的铀必须达到高达 90% 的 U-235 浓缩水平。令人担忧的是，用于将铀浓缩到 5% 或 20% 水平的技术也可以调整为达到 90% 的阈值。这种潜在的滥用突显了目前对铀浓缩的严格国际管制。

区块链为此挑战提供了解决方案。它可以建立浓缩铀批次的永久记录，加强各国和管理浓缩设施的私营实体之间的安全记录维护。这可能在防止铀被非法浓缩至武器级水平方面发挥重要作用。浓缩后，区块链可以进一步确保从浓缩设施到使用铀作为燃料的核电站之间的防篡改痕迹。

使用区块链防止核电站中的假冒物品

虽然铀对于核能生产至关重要，但它只是核电供应链中的一个组成部分。其他关键要素包括监督发电的计算机系统和芯片，以及构成基础设施的基础材料，如陶瓷、钢铁和混凝土。

核电行业像许多其他行业一样，一个紧迫的问题是假冒、欺诈和可疑物品（CFSI）的渗透。

借鉴沃尔玛食品信任倡议的先例，该倡议要求供应商使用区块链将农产品追溯至其源头，核电站可以采用类似的方法。通过要求所有材料，直至其基本组件，都通过区块链系统进行追溯，可以大幅降低掺入假冒物品的风险。这将反过来减少因劣质或假冒材料引起的潜在事故。

然而，实施这样的系统并非没有挑战。许多核电站目前依赖传统的纸质记录保存，甚至缺乏基本的计算机化供应链跟踪。转向基于区块链的系统将需要对现有流程进行重大 overhaul。

使用区块链追踪核电站废物

除了确保早期核材料的安全并协助检查过程外，区块链已成为监督核废物管理的有前途的工具。

核废物的风险水平各不相同。虽然有些相对无害，但某些废物类型可能会保留放射性，对人类健康构成数千年威胁。传统的废物储存方法有时会因腐蚀而失败，导致危险泄漏。认识到这些挑战，美国、芬兰等国家正在制定战略，将核废物储存在安全的地下设施深处。此类措施旨在防止含水层污染并阻止潜在的盗窃或破坏。

为了使这些地下储存策略成功，对废物产品的细致跟踪至关重要。在这里，区块链的能力脱颖而出。

2020 年，一项名为 SLAFKA 的值得注意的计划公布。这是斯蒂姆森中心区块链实践项目、芬兰辐射与核安全局（STUK）和澳大利亚新南威尔士大学之间的合作努力。SLAFKA 是一个专为保护核废物而定制的区块链原型。该项目专注于监测地下储存中的乏燃料，使受信任的各方能够共享关键信息，同时保持总体机密性。