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核能的健康发展关系到我国能源安全以及低碳经济发展的可持续性。然而,现有核技术带来的铀资源利用率低和亟待无害化处理的大量乏燃料问题已成为制约核能可持续发展的屏障。深入研究我国未来先进核裂变能系统战略选型的问题,避免重蹈欧美核电大国“先发电,废料留给子孙后代”的弯路,摆脱核能技术跟随的发展惯性,独立自主发展核心技术,意义深远。论文针对面向未来的先进核裂变能系统战略选型中的两个关键问题,做了以下研究。 针对未来核能发展情景构建的问题,在传统情景分析方法的基础上,提出了一种从概率和影响程度两个维度构建情景选择模型的方法。首先,采用交叉影响法估计情景发生的概率。然后,以基准情景为参照,分析各情景对基准情景的技术目标的影响。采用欧氏距离刻画两两情景的影响差异度,并给定差异度阈值,找到各情景可以代表的情景集合。最后,以选择情景个数和代表情景占比为约束,以被选情景所代表的总体对技术目标的影响期望值最大化为目标,构建0-1规划模型选出具有代表性的情景。该方法不仅为技术选择工作奠定了基础,也为情景分析中如何定量化选取关键情景提供了一种有效路径。 针对不同情景下的技术方案选择问题,提出了一种包含鲁棒优化模型的两阶段选型方法框架。第一阶段是初选。首先,分析核能用途及其技术特性需求。然后,结合专家打分法对各技术方案的技术目标和各用途的技术目标阈值评估。最后,以用途匹配和技术目标阈值为约束筛选出支撑各用途的可行核能系统技术方案。第二阶段是终选。该阶段引入鲁棒优化思想,通过分析情景和技术研发复杂性对技术选择的影响,建立了以满足用途需求、技术可复用性强为约束,以可实现技术目标的鲁棒性好、被选方案之间的技术可复用性最大为目标的多目标0-1鲁棒优化模型。其中确定指标权重时,在效用加性方法基础上,引入了部分指标权重的关系约束,使权重更贴近未来情景需求。与传统选型方法相比,该选型框架选出了对不确定性因素不敏感的技术方案组合。当内外部的环境发生了超出预期的变化时,这些技术方案只需付出较小的代价就能迅速做出调整。 为验证方法的有效性,论文将所提方法应用于我国面向2030年核能发展情景的技术选型中。首先,采用所提的情景选择方法,以政策支持力度、公众接受度、替代技术的成熟度为不确定因素构建情景,选取了乐观、悲观、中间、基准四种代表性的情景。然后,采用所提的包含鲁棒优化模型的两阶段选型方法框架对不同情景下的技术方案进行选择。在初选阶段,以9种核能用途需求和各用途的技术目标阈值为约束,从31种核能系统技术方案中遴选出18种。在终选阶段,分析了4种代表情景对技术目标的影响,利用多目标0-1鲁棒优化模型从18种技术方案中获得了满足用途、技术可复用性强、技术目标鲁棒性好的技术方案组合,并对打分结果、选型个数、技术可复用性占比三个参数进行了敏感性分析。该案例说明了所提方法可为科学判断和分析我国核能可持续发展面临的技术选择问题提供决策支持。