Цифровая АЭС — это уже не фантастика

Цифровая АЭС — это уже не фантастика Аналитика

«росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом: eadaily

«Росатом» приступил к строительству в России атомного энергоблока с инновационным реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300. В корпорации говорят о создании новой технологии, которая позволит создать, по сути, возобновляемую атомную энергетику.

На площадке Сибирского химического комбината в Северске Томской области началось строительство атомного энергоблока с инновационным реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300. Сегодня, 8 июня, началась заливка первого бетона в фундаментную плиту реактора.

«Новый реактор со свинцовым теплоносителем и новым смешанным нитридным уран-плутониевым топливом, оптимальным для реакторов на быстрых нейтронах, будет иметь установленную мощность 300 МВт. Он станет частью важнейшего для всей мировой ядерной отрасли объекта — Опытного демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК). Этот кластер ядерных технологий будущего включает три взаимосвязанных объекта, не имеющих аналогов в мире: модуль по производству (фабрикации/рефабрикации) уран-плутониевого ядерного топлива; энергоблок БРЕСТ-ОД-300; а также модуль по переработке облученного топлива. Таким образом, впервые в мировой практике на одной площадке будут построены АЭС с быстрым реактором и пристанционный замкнутый ядерный топливный цикл. Облученное топливо после переработки будет направляться на рефабрикацию (то есть, повторное изготовление свежего топлива) — таким образом эта система постепенно станет практически автономной и независимой от внешних поставок энергоресурсов», — говорится в сообщении «Росатома».

Генеральный директор «Росатома» Алексей Лихачев считает, что переработка ядерного топлива бесконечное количество раз сделает ресурсную базу атомной энергетики практически неисчерпаемой. «Для будущих поколений снимается проблема накопления отработавшего ядерного топлива. Успешная реализация этого проекта позволит нашей стране стать первым в мире носителем атомной технологии, полностью отвечающей принципам устойчивого развития — в экологичности, доступности, надежности и эффективности использования ресурсов», — сказал Алексей Лихачев.

Интегральная конструкция и физика реакторной установки позволяют исключить аварии, требующие эвакуации населения. «В перспективе подобные установки должны сделать атомную энергетику не только более безопасной, но и более экономически конкурентной по сравнению с наиболее эффективной тепловой электрогенерацией (в частности, парогазовой технологией)», — заметил спецпредставитель по международным и научно-техническим проектам корпорации Вячеслав Першуков

По данным «Росатома», реактор БРЕСТ-ОД-300 должен начать работу в 2026 году. Ранее, к 2023 году, планируют построить комплекс по выпуску топлива, а к 2024 году — модуль переработки облученного топлива.

«Проект БРЕСТ-300 в частности и направление быстрых реакторов с теплоносителем свинец в целом вызывали немало споров внутри атомного сообщества (собственно из-за этого начало работ так и затянулось). Такие аппараты ранее не строились, то есть это принципиально новые реакторы. Их сторонники делают упор на важные преимущества свинцовых реакторов с точки зрения безопасности и экономики, свои аргументы есть у скептиков», — говорит директор автономной некоммерческой организации для поддержки развития атомной науки, техники и образования «АтомИнфо-Центр» Александр Уваров. По его мнению, в такой ситуации спорить над бумагами можно бесконечно: «Разделяю мнение одного из наших известных атомщиков, высказавшегося так: „Надо пускать БРЕСТ‑300 и смотреть, чудо ли это. Если чудо, все скажут спасибо“. Поэтому я рад тому, что БРЕСТ-300, наконец, начали строить».

Эксперт отмечает, что разработчики концепции БРЕСТ предлагают новый тип топливного цикла — пристанционный, при котором переработка отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и фабрикация из него нового топлива осуществляются непосредственно на площадке АЭС. «Упрощается логистика, отпадает нужда в технологическом хранении ОЯТ, и так далее», — при этом директор «АтомИнфо-Центра» считает, что говорить о полной безотходности топливного цикла рано: «Есть вопросы, которые потребуют решения. Например, так называемые миноры — нептуний, америций и кюрий, также образующиеся при работе реактора. С ними нужно что-то делать — вернуть ли их в реактор как часть топлива, дожечь ли в специализированной установке (реактор или ускоритель), или, например, отдать космонавтам, чтобы они производили из них плутоний-238 для своих нужд. Так что специалистам „Росатома“ ещё есть, над чем поработать, прежде чем будет достигнута полная безотходность топливного цикла».

Анализ отрасли: аэс

Период: 2021 – 2030

Стадии: Строительство (11), Приостановлен (2), Проектирование (2), Планирование (1), Подготовка к строительству (1)

Регионы: Свердловская область (3), Нижегородская область (3), Курская область (2) Все регионы…, Москва (2), Калининградская область (1), Ленинградская область (1), Чукотский автономный округ (1), Костромская область (1), Томская область (1), Санкт-Петербург (1), Саха/Якутия (1)

Безопасность

Все системы атомной станции проектируются и работают с учетом многочисленных принципов безопасности. Например, концепция глубоко эшелонированной защиты подразумевает наличие нескольких барьеров на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных веществ в окружающую среду.

Очень похоже на принцип Кащея Бессмертного: топливо сгруппировано в таблетки, которые находятся в циркониевых ТВЭЛах, которые помещены в стальной корпус реактора, который помещен в железобетонную гермооболочку. Таким образом, разрушение одного из барьеров компенсируется следующим. Делается все, чтобы при любой аварии радиоактивные вещества не вышли за пределы зоны контролируемого доступа.

Также, все системы имеют двух- и трехкратное резервирование, в соответствии с принципом единичного отказа, по которому система должна бесперебойно выполнять свои функции даже при отказе любого ее элемента. Вместе с этим применяется принцип разнообразия, то есть использования систем, имеющих разные принципы работы.

Энергоблоки регулярно выводятся в планово-предупредительные ремонты (ППР), в периоды которых происходит перегрузка топлива, а также производится диагностика, ремонт и замена оборудования, модернизация оборудования. Один раз в четыре года работающий энергоблок выводится в капитальный ППР с полной выгрузкой ядерного топлива из активной зоны реактора, обследованием и испытанием внутрикорпусных устройств, а также испытания корпуса реактора на прочность.

На работу некоторых систем безопасности можно посмотреть на интерактивной презентации с сайта Росэнергоатома.

А можно виртуально побродить по Балаковской АЭС.

Выбросы

Цифровая АЭС — это уже не фантастика

Наверное, самое большое число слухов и домыслов ходят вокруг выбросов атомных станций. Выбросы действительно есть и происходят они, в основном, через вентиляционные трубы — это те самые трубы, которые стоят возле каждого энергоблока и никогда не дымят. По большей части, в атмосферу попадают инертные радиоактивные газы — ксенон, криптон и аргон.

Но перед сбросом в атмосферу воздух из помещений АЭС проходит систему сложных фильтров, где удаляется большая часть радионуклидов. Короткоживущие изотопы распадаются еще до того, как газы достигнут верха трубы, еще больше снижая радиоактивность. В итоге, вклад в естественный радиационный фон газоаэрозольных выбросов АЭС в атмосферу незначителен и им вообще можно пренебречь.

Информационная модель и v-модель

Одна из первых стадий — это

создание информационной модели

, которая, само собой, включает в себя понятие 3D. (3D-модель проще для понимания, потому что всё представлено визуально.) Мы говорим про информационную модель, потому что 3D —

часть

информации: там большое количество различных математических данных и атрибутов. Возьмем какой-нибудь элемент, например, насос (которых, как я уже говорил, сотни тысяч): каждый из них обладает каким-то набором атрибутов, которые свойственны этому насосу, и эти атрибуты меняются на протяжении всего жизненного цикла.

Соответственно, вокруг информационной модели создаётся единое информационное пространство, которое позволяет всем участникам получать туда доступ, отслеживать изменения, которые делает он сам или делают какие-то другие участники проекта, которые географически распределены, и единственное, что их собирает вместе, — вот эта информационная модель.

Важный момент — это процессы управления требованиями и процессы управления конфигурацией. Большая часть этих процессов в свое время пришла как раз из управления проектами, которые перекочевали из программной инженерии, перешли в системную инженерию (это уже про большие инженерные объекты, создаваемые в физическом мире).

Наверное, все знакомы с понятием «V-модель» — собственно, программное обеспечение разрабатывается тоже в соответствии с V-моделью: формируются требования, на следующем этапе формируется архитектура, дальше идет процесс проектирования (проект, проектирование, рабочее проектирование), затем стадии реализации, создания объекта.

И потом идет обратно-восходящий процесс, когда нужно протестировать, провести различные процессы, связанные с верификацией, с приемкой, с проверкой и в конечном итоге сдать заказчику, который должен убедиться, что он получил именно то, что задумал. Поэтому есть два процесса — проверка и приемка.

Я думаю, все знают, чем они отличаются. Проверка — это формальное соответствие техническому заданию: у вас было 500 пожеланий — напротив каждого мы поставили галочку, вот, исполнили 500 формальных ответов. А приемка включает еще и удовлетворенность заказчика, т. е. не только вы все формально выполнили, но и он действительно получил то, что хотел. Поэтому оба процесса важны.

V-модель такая широкая, потому что в современном мире никто не ждет, когда закончится одна стадия (например, стадия разработки требований), начинаются проектирование, изготовление. Если посмотреть на срез (t, время), то вертикальная прямая красная линия как раз показывает, что проект одновременно находится сразу в нескольких стадиях жизненного цикла, т.е. где-то еще, может быть, заказчик определяется с требованиями, где-то уже вовсю идет разработка проекта, а где-то уже, грубо говоря, начали копать котлован (потому что про него уже всё понятно, там уже есть проект и т.д.).

Таким образом, в этом плане возникают еще бо́льшие требования к координации участников проекта, потому что вы не ждете окончания стадии. Собственно, эти темы, связанные с гибкими подходами, с Agile — они сейчас активно применяются и на этапе строительства, потому что вы не сможете управлять несколькими параллельными стадиями одновременно, если не применяете такие вот гибкие подходы и командообразующие мероприятия, когда участники, находящиеся на разных стадиях, одновременно работают над проектом.

В чем смысл горизонтального красного овала: на самом деле вся ценность управления проектом (крупным проектом в том числе и даже, может быть, в первую очередь) сконцентрирована как раз внутри этого овала. Всё, что выше него — это роль заказчика: он формирует идею, иногда очень абстрактную, иногда формализованную, и он же принимает потом продукт к себе в эксплуатацию, как результат.

Всё, что ниже овала — это могут быть различные подрядчики, участники, поставщики, какие-то партнеры. Центр овала — это и есть основная фишка, т.е. надо уметь поговорить с заказчиком и правильно сформулировать требования; надо правильно их декомпозировать, убедиться, что все они одинаково всеми понимаются (есть формальные критерии, как протестировать и принять это требование в работу); надо уметь поставить задачу нижестоящему слою участников (к примеру, всем подрядчикам или разработчикам программного обеспечения), чтобы она была четко сформулирована и ничего не потерялось.

Дополнительный анализ:  Сбербанк: глубоко ли уйдет

А в правой части надо уметь сделать всё наоборот, т. е. принять работу, протестировать на соответствие тем требованиям, которые были изначально, и продемонстрировать это заказчику, сказать: «Смотри: то, что ты хотел, то мы, собственно, тебе и передали».

Еще один такой общий, теоретический, может быть, аспект: наверное, все знакомы с классическим треугольником управления проектом, когда надо обеспечить три параметра — сроки, стоимость и качество в проекте. Стандартная шутка: «выбери два любых». В управлении сроками и управлении стоимостью все технологии давно придуманы, т.е. бери, применяй лучшие практики, обучайся технологиям, методикам.

Но основные проблемы, которые возникают в проекте, всегда связаны с качеством. Из моего опыта (а я имею довольно большой опыт в разных направлениях и отраслях): всегда есть какая-то проблема с постановкой требований, которая потом всплывает в конце проекта, либо что-то кто-то неправильно сделал, неправильно проверили, протестировали, и это всплыло уже на следующем этапе.

Но есть еще две технологии, которые говорят: нужно управлять требованиями и конфигурацией. Очень важно иметь эти две практики в хорошем качестве и отслеживать их, особенно когда речь о больших проектах. Эти процессы проектирования и конфигурации фактически и есть управление качеством всего проекта.

Для объектов капитального строительства, скажем, атомной станции, очень важно, чтобы у вас была детальная информационная модель, т.е. почти всё сейчас переносится в цифру: если вы что-то сделали не в цифровых технологиях, то с высокой долей вероятности произойдет ошибка на этапе сооружения.

Например, какая-нибудь вентиляционная труба и труба, связанная с пожаротушением, где-нибудь пересекутся, и вы это обнаружите не в компьютере, где можно было очень дешево и быстро поправить, а тогда, когда все это уже сварено, прикручено, потрачены реальные деньги, и вам нужно будет что-то ломать, перепроектировать, иногда даже что-то нужно будет менять с точки зрения согласований проекта — это сразу влияет на стоимость, на сроки.

Поэтому очень важно многие вещи протестировать еще в виртуальной среде. Фактически когда мы строим/создаем объект, мы тестируем его дважды: первый раз полностью делаем цифровой двойник в информационной среде и проверяем там работу систем, работу, связанную с сооружением и с проектированием; второй раз, когда первая проверка пройдена, — в реальном физическом мире.

Раньше, например, как делали самолет: проектировали, потом проводили огромное количество натурных испытаний (аэротруба, огромные макеты), всё это продувалось, потом строили самолет, он тестировался — проходило много лет… Была поставлена задача — а можно ли всё это сделать в виртуальной среде, т.е. чтобы первый же построенный самолет сразу взлетал и летел соответственно заложенным характеристиками.

Эта задача сейчас решена: большая часть самолетов проектируется полностью в компьютере и там же тестируется вплоть до того, что тестируются все лётные характеристики и уже потом дается правильное задание на изготовление, делается контроль процесса изготовления, чтобы всё соответствовало виртуальным моделям, — и первый же построенный самолет летит соответственно характеристикам (понятно, что идут какие-то мелкие доводки, но нет такой большой критики, как было раньше).

Аналогичная ситуация и происходит сейчас в капитальном строительстве: почти всё должно быть сделано в виртуальной среде, и уже потом на этапе строительства основная задача должна заключаться в проверке, чтобы реальное здание соответствовало тому, что вы нарисовали в компьютере, и чтобы всё делалось именно по этой технологии.

Как пример, есть так называемые технологические схемы: мы моделируем физические процессы работы оборудования, видим, как оно будет себя вести в той или иной среде, как будет перекачивать жидкость/газ и т. д. — всё это моделируется в компьютере, связанном с 3D.

Очень важно, чтобы вы в 3D, в этой информационной модели ничего не потеряли: вы рисуете схему, она у вас определенным образом работает, а потом компьютер проверяет, чтобы вы действительно не забыли какую-то задвижку или какой-то кусок трубы, которые у вас должны быть с точки зрения технологии процесса.

Сейчас компьютер очень многие вещи проверяет за проектировщика. Можно сказать «проложи мне, пожалуйста, трубу отсюда и до того угла», и компьютер с определенными, заложенными в него правилами прокладывает трубопровод. Может быть, помните из фантастических фильмов, как там показан процесс проектирования объектов: вывешивается большой плоский экранчик, и там несколькими знаками человек проектирует какой-то небоскреб — мы на самом деле близки к этим технологиям, сам принцип порождающего проектирования во многом уже этому соответствует. Важно, чтобы как можно больше знаний, правил было перенесено в компьютер.

Новости

§

§

Оцифрованное строительство

На самом деле тренд такой, что всё больше и больше вещей будет заменяться, в том числе роботами. Если посмотреть на завод BMW, который изготавливает машины — там практически нет людей. Еще какое-то количество лет назад это было невозможно. Как это происходит?

С моей точки зрения, это стало возможным только благодаря тому, что всё это было оцифровано. Если компьютер может играть в шахматы, то уж машину сварить ему никаких проблем не составляет, если всё правильно оцифровали, заалгоритмизировали и проверили.

Аналогичный тренд есть и в технологии капитального строительства. Уже много лет существуют 3D-принтеры, которые печатают дома, пока простые, хотя там был и высокий, многоэтажный. Понятно, что это нельзя сделать на примере атомной станции, но тренд именно такой.

Это так начинается: компьютер научился играть в шашки, через какое-то количество лет научился играть в шахматы, т.е. тренд неизбежен — чем больше вы внедряете цифровые технологии, настраиваете процессы и алгоритмы, тем больше вероятность того, что менее интеллектуальная работа будет выполняться компьютером.

На картинке один из примеров: фактически мы программируем работу монтажников на площадке — есть соответствующие инструменты, ИТ-механизмы. Как пример (внизу слева) что-то похожее на терминал для мобильной оплаты — это такой антивандальный киоск, который стоит прямо в котловане или на объекте в бетоне, в металле, весь в пыли, с соответствующей защитой.

Любой монтажник может подойти к нему, ввести свой пароль, увидеть трехмерную модель объекта, который он сейчас должен делать, через Wi-Fi распечатать или скопировать себе на планшет задание, пойти выполнить эту работу, отметить, что он сделал, вернуться и сдать работу.

Раньше для этого он должен был идти, например, в штаб, который находится в километре от объекта, — сейчас всё происходит непосредственно на площадке. И это всё ближе и ближе: скоро эти мониторы будут не нужны, человек будет получать всё это прямо на планшет.

Пока мы ставим такие штуки, потому что там много бетона, металла и не всегда работают современные сети связи, а так никаких ограничений уже нет. Молодое поколение сейчас уже без смартфона или планшета в принципе не существует. Те, кто сейчас становится строителями, уже в базе спокойно работают с компьютерными технологиями, в принципе, им уже не нужны будут графики, может, будет достаточно симулятора в компьютере, который показывает, что, где и зачем человек должен сделать. Это быстрее, чем рисовать графики по старинке.

Более того, если двигаться дальше, вот пример с ростовской станции, которую мы начали запускать в эксплуатацию в так называемой студии визуального моделирования. Фактически это такой инженерный 3D-кинотеатр, когда вы надеваете очки и оказываетесь, грубо говоря, внутри атомной станции — видите вокруг себя трубы, можете их даже передвинуть, перепланировать (это одновременно делает несколько человек), можете увидеть последовательность операций, протестировать, действительно ли пройдет тот или иной элемент.

Здесь же проводятся различные сложные совещания: вместо того чтобы ехать на объект, который строится, например, в Бангладеш, все специалисты могут подключиться удаленно и увидеть текущую ситуацию на объекте, сравнить ее с виртуальной моделью и подсказать какие-то решения команде, которая в этот момент находится на площадке.

Это распределенная виртуальная реальность, тоже элемент компьютерной игры, но перенесенный в инженерную, практическую деятельность. Вы не просто прозябаете в компьютерной игре — вы реально создаете какую-то ценность, строя серьезный большой объект, применяя абсолютно те же самые навыки, которые вы применяли, например, при программировании или компьютерном моделировании.

Например, на картинке показан монтаж корпуса реактора, одного из основных элементов атомной станции. Всё, что справа и снизу — это виртуальная симуляция. Корпус весит примерно 330 тонн, довольно тяжелый элемент, смонтировать его нужно с точностью до миллиметра, и он не должен никак перекоситься.

Потом к нему подключаются огромные трубопроводы, у которых градусы всех углов подключения также регламентированы, иначе всё пойдет не по проекту. И, конечно же, всё это моделируется в компьютере: моделируются операции, краны, и уже потом объект устанавливается на необходимое место, где с помощью, например, лазерного сканирования идет тестирование — а действительно ли мы выполнили все те параметры, которые изначально закладывали в проекте?

На картинке — еще один пример: на каком-то этапе сооружения для контроля за ходом строительства вы в компьютерной информационной модели отмечаете точки, которые хотите отслеживать с точки зрения хода работ. А дальше очень простая технология — в этих точках делается сферическая фотография на 360 градусов (этим тоже сейчас никого не удивишь), она совмещается с точкой из 3D-модели (при этом вы можете обернуться вокруг себя, прокрутить, посмотреть), и справа вы можете видеть, что, с точки зрения модели, в этот момент времени должно было быть сделано, а слева видите реальную фотографию того, что же на самом деле в этот момент происходит на стройке.

И вы очень быстро можете сопоставить, по плану всё это идет или не по плану, есть отклонения или нет отклонений. Раньше для этого нужно было провести огромное количество сравнительных операций — посмотреть документы, сравнить с графиком — а сейчас очень быстро, за считанные минуты, вы можете увидеть движение проекта, причем удаленно, т. е. не надо физически ехать на этот объект, вы смотрите, как все происходит на самом деле.

Дополнительный анализ:  Под грифом «Секретно»: В тихих кабинетах готовят продолжение пенсионной реформы - Статьи - Общество - Свободная Пресса

Соответственно, как я уже сказал, важным моментом является не только моделирование, но и проверка по факту выполнения работ. Многие вещи делаются уже не «на глазок», когда вы пришли и увидели — да, действительно поставили оборудование или залили бетон, но у вас нет средств формального контроля.

Сейчас такие средства есть — вы можете с помощью лазера просканировать объект, увидеть, что он действительно не отклонился ни от одной из своих осей. Более того, сейчас это можно делать с помощью дронов, если говорить про объекты не внутри здания, а на площадке.

Технология активно развивается: человеку даже не нужно ходить и тратить время, если объект большой. Вы можете регулярно, более того — в автоматизированном режиме заполнять, запускать по какому-то алгоритму дроны, которые будут сканировать и уже по факту давать информацию, есть ли отклонения от того, что у вас в модели на текущий момент времени.

Есть соответствующие другие средства контроля внутри объекта, те же самые сферические панорамы — таким образом, вы фактически делаете срез системы автоматизированного контроля (автоматического контроля, тестирования, говоря вашим языком) того, действительно ли делают то, что изначально вы запрограммировали в виде проекта, в виде информационной модели.

В заключение я хотел бы сказать, что с учетом тотальной цифровизации физического мира (а тренд все заметнее и заметнее), те навыки, которые сейчас развиты в ИТ-индустрии, в том числе тестирование, все активнее и активнее проникают в реальные физические индустрии.

И в этом плане я хотел бы, может быть, даже раскрыть потенциал технологий. Например, когда мы берем себе сотрудников, то очень многих берем на инженерные позиции, но из ИТ-индустрии, потому что иногда легче из айтишника сделать инженера, чем в некоторых инженеров перенести навыки этой культуры, гибких подходов и т.д., хотя это, конечно, не всегда так.

Если вам понравился этот доклад, обратите внимание: 6-7 декабря Heisenbug снова приходит в Москву. Там будут и полезные советы, и удивительные истории, и миры тестировщиков и разработчиков вновь соприкоснутся. Увидеть актуальное состояние программы (и, при желании, приобрести билет) всегда можно на сайте конференции.

Принцип работы

Цифровая АЭС — это уже не фантастика

В активную зону реактора загружены тепловыделяющие сборки, состоящие из пучка циркониевых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), заполненных таблетками двуокиси урана.

Цифровая АЭС — это уже не фантастика
Тепловыделяющая сборка в натуральную величину

Ядра урана делятся с образованием нейтронов (2 или 3 нейтрона), которые, попадая в другие ядра, также могут вызывать их деление. Так возникает цепная ядерная реакция. При этом отношение числа образовавшихся нейтронов к числу нейтронов на предыдущем шаге деления называется коэффициентом размножения нейтронов k. Если k<

Цифровая АЭС — это уже не фантастика
Реактор с загруженными тепловыделяющими сборками

В ходе протекания цепной реакции выделяется большое количество энергии в виде тепла, которое нагревает теплоноситель первого контура — воду, которая подается снизу в активную зону реактора с помощью главных циркуляционных насосов (ГЦН). Нагреваясь до температуры 322 °С вода поступает в парогенератор (теплообменник), где, пройдя по тысячам теплообменных трубок и отдав часть тепла воде второго контура, вновь поступает в активную зону.

Так как давление второго контура ниже, вода в парогенераторе вскипает, образуя пар с температурой 274°С, который поступает на турбину. Поступая в цилиндр высокого давления, а затем в три цилиндра низкого давления, пар раскручивает турбину, которая, в свою очередь, вращает генератор, вырабатывая электричество.

Цифровая АЭС — это уже не фантастика
Турбинное отделение и сама турбина

Такая сложная двухконтурная система создана для того, чтобы оградить оборудование (турбина, конденсатор), а также окружающую среду от попадания радиоактивных частиц из первого контура, появление которых возможно из-за коррозии оборудования, наведенной радиоактивности, а также разгерметизации оболочек ТВЭЛов.

Цифровая АЭС — это уже не фантастика
Брызгальный бассейн охлаждения резервных дизельных генераторов и систем безопасности

Управление блоками осуществляется из блочного щита управления, который обычно завораживает простого обывателя обилием «огоньков, крутилок и кнопочек».

Расположен он в реакторном отделении, но в «чистой зоне» и на нем постоянно находятся: ведущий инженер по управлению реактором, ведущий инженер по управлению турбинами, ведущий инженер по управлению блоком и начальник смены блока.

Вокруг атомной станции организуется зона наблюдения (та самая тридцатикилометровая зона), в которой ведется постоянный мониторинг радиационной обстановки. Также существует санитарно-защитная зона радиусом 3 км (зависит от проектной мощности АЭС), в которой запрещено проживание людей, а также ограничена сельскохозяйственная деятельность.

Внутренняя территория АЭС разделена на две зоны: зона свободного доступа (чистая зона), где воздействие радиационных факторов на персонал практически исключено, и зону контролируемого доступа (ЗКД), где возможно воздействие радиации на персонал.

Доступ в ЗКД разрешен далеко не всем и возможен только через помещение санпропускника, после процедуры переодевания в спец. одежду и получения индивидуального дозиметра. Доступ в гермооболочку, в которой расположены сам реактор и оборудование первого контура, при работе реактора на мощности вообще запрещен и возможен лишь в исключительных случаях.

Цифровая АЭС — это уже не фантастика
Дозиметрический контроль на выходе из ЗКД

Проект по внедрению на аэс системы предиктивной аналитики вышел на финишную прямую

Концерн “Росэнергоатом” (входит в Электроэнергетический дивизион Госкорпорации “Росатом”) совместно с АО “ВНИИАЭС” (дочернее общество Концерна) и компанией “Мейнтекс” приступили к последнему, завершающему этапу реализации первого в России проекта по созданию и внедрению системы предиктивной аналитики в области атомной энергетики.

Проект направлен на создание прототипа системы, которая будет своевременно, на ранней стадии обнаруживать скрытые дефекты в генерирующем оборудовании атомных станций.

По мнению экспертов, внедрение на АЭС России подобного интеллектуального решения позволит не только повысить безопасность и надежность работы российских АЭС в целом, но и снизить риски штрафов при неплановых остановах, а также сократить длительность простоев из-за ремонта и свести к минимуму количество нарушений и отказов в работе оборудования.

К практической реализации проекта специалисты приступили еще в мае 2020 года, а площадкой был выбран энергоблок №6 Нововоронежской АЭС (г. Нововоронеж, филиал Концерна “Росэнергоатом”).

“Сейчас начинается самая ответственная часть проекта. Разработанные и верифицированные предиктивные модели нескольких видов оборудования – это турбогенератор, паротурбинная установка и циркуляционные насосы энергоблока №6 НВАЭС – уже запущены для анализа актуального состояния оборудования в режиме реального времени. Опытная эксплуатация системы должна продемонстрировать эффективность выбранного решения”, – отметил руководитель Департамента цифровизации технической поддержки эксплуатации энергоблоков АЭС АО “ВНИИАЭС” Андрей Дружаев.

Директор департамента управления ИТ-проектами и интеграцией “Росэнергоатома” Олег Шальнов подчеркнул, что в настоящее время предиктивная аналитика оборудования АЭС является для концерна значимым направлением развития цифровизации. “На сегодняшний день и “Росэнергоатом”, его филиалы и дочерние общества, в том числе АО “ВНИИАЭС”, являются компаниями, которые ориентируются на прогрессивные технологии, апробируют лучшие практики по предиктивной аналитике и стремятся активно развиваться в этом направлении. Данное решение положительно зарекомендовало себя на международном рынке, в т.ч. в энергетическом секторе. Оно способно помочь реализовать целый ряд задач, среди которых: анализ больших массивов данных о работе оборудования в режиме реального времени, сопоставление текущих параметров с эталонными показателями, и многое другое”, – сообщил он.

В свою очередь руководитель проектного офиса по внедрению цифровых решений при эксплуатации АЭС Концерна “Росэнергоатом” Виктор Царану рассказал, что в настоящее время система предиктивной аналитики находится на этапе интеграции в текущие бизнес-процессы “Росэнергоатома”. В ближайшие месяцы будут подведены итоги пилотного проекта и проведена оценка перспектив развития данного направления. Отработанные решения войдут в состав так называемого Шаблона эксплуатации АЭС – это интегрированный комплекс цифровых платформ и инструментов, который обеспечивает оптимальное функционирование процессов на АЭС, – начиная с момента проектирования объекта до его вывода из эксплуатации. Шаблон будет внедрен на всех российских станциях, а также предложен в качестве нового продукта для АЭС, сооружаемых за рубежом Госкорпорацией “Росатом”.

Тестирование на практике

Например, про атомную станцию мы говорим, что у неё существует информационная модель, и держим в голове вот еще что: потом этот объект будет эксплуатироваться, у него есть уже существующие эксплуатационные и технологические процессы (он должен генерировать электрическую энергию, работать по определенным принципам). Соответственно, существует

управляющая информационная система

, которая будет этим объектом потом управлять. В процессе проектирования и создания самого объекта вы параллельно с V-моделью проектируете и создаете

автоматизированную систему управления технологическими процессами объекта

, который вы построите. Эта система тоже проходит соответствующие стадии жизненного цикла. Атомная станция оснащена огромным количеством датчиков, которые генерируют различную информацию, они связаны между собой в компьютерную сеть, и, соответственно, вы тоже должны спроектировать объект и протестировать его: а действительно ли управляющие сигналы пройдут на эти исполнительные устройства так, как вы задумывали в компьютере; не случится ли потом, что, нажав кнопочку, вы не откроете что-то, а закроете.

Этот элемент проходит тестирование в компьютере, как классический объект, потом отдельно тестируется каждая инженерная система, а потом еще и весь объект в целом, и получается многоступенчатый подход к приемке результатов выполненных работ. И при этом очень важно, что бо́льшая часть тестирования должна проходить в компьютере, потому что здесь еще более сложная ситуация, чем просто проектирование, создание объекта.

На картинке показан пример: фрагмент пульта управления атомной станции. Это макет, в котором математически зашита работа всех алгоритмов, которые будут потом стоять на реальном объекте — и вы заранее тестируете работоспособность этих элементов. Более того, так как объект очень сложный, то и вся служба эксплуатации (люди, которые будут потом тут сидеть и принимать решения) заранее должна отработать все свои навыки, практики, реакции на какие-то события, как бы на уровне симулятора, компьютерной игры (но только реальной).

Следующая стадия — стадия сооружения, создание самого объекта, когда вы уже выходите в поле, начинаете копать, лить бетон, варить металл и т.д. Здесь есть очень важный момент: многие вещи вы тоже должны заранее смоделировать в компьютере: вы должны увидеть последовательность операций, понять, что этот большой насос действительно влезет в этот проем, в эту дверь (а не как бывает на самом деле: вы его привезли, а его нельзя затащить, потому что там двери меньшего размера).

Дополнительный анализ:  Аналитика Оценок для iPhone и iPad скачать бесплатно, отзывы, видео обзор

Бытовой пример: к вам домой принесли пианино, а оно в дверь не влезло. Когда вы строите атомную станцию, такого в принципе быть не должно, хотя у вас таких «пианино» сотни тысяч, и понятно, что без компьютерного моделирования, проверки всех маршрутов, последовательностей операций это практически невозможно сделать.

На картинке краны, машины и механизмы — это не изображения, а кинематические модели, и у них внутри математика, которая показывает, что дал этот кран, действительно ли он поднимет на этом вылете стрелы вот этот габаритный груз и принесет туда, куда нужно.

Фактически все технологии связаны с компьютерными играми, они давно уже применяются в практической сфере. В данном случае, например, мы тестируем расположение техники на площадке, потому что если ее поставить неправильно, то это месяцы переделки. Это же огромные железные механизмы, их надо сразу правильно расставить.

Аналогично происходит с точки зрения последовательности операций: кто, зачем делает, варим мы сначала одну трубу или другую — вся последовательность должна быть протестирована. Этим занимаются разные организации, поэтому, если вы не сделали этого в централизованном виде (в компьютерной системе), то потом между ними возникает огромное количество противоречий.

На картинке изображение мелкое, но смысл такой: справа внизу — это фактически программирование работы монтажника по выполнению той или иной операции, последовательность, что когда он должен сделать (вплоть до расписывания по дням, иногда по часам). Но когда у вас горизонт 5 лет, то дневное планирование — это довольно детальное планирование.

Управление конфигурацией

Цифровая АЭС — это уже не фантастика

Далее идет процесс, скажем так, следующего уровня по сложности — это процесс управления конфигурацией. Он на самом деле очень простой. С точки зрения идеологии есть три сущности, которыми вы управляете в проекте:

  • то, что вы хотели сделать, т.е. изначальная идея, требования, все те базовые посылы, которые появились перед тем, как вы начали создавать свой объект;
  • то, что вы думаете и делаете, т.е. всё, что описывает ваш объект: чертежи, информационные модели, документация — виртуальное описание физического объекта;
  • собственно, сам построенный вами объект в бетоне или в металле.

Стандарт управления конфигурацией говорит простую вещь: вы должны обеспечить, чтобы все эти три элемента в любой момент времени соответствовали друг другу. Тогда получится, что вы построили объект качественно, в соответствии с требованиями, описали то, что на самом деле сделали и сделали то, что на самом деле описали.

Но когда у вас, как я уже говорил, сотни тысяч требований, миллионы элементов в проекте, тысячи участников, то управление этим процессом и обеспечение соответствия элементов друг другу превращается в мегасложную задачу, к которой в плане информационных технологий только недавно подошли с практической точки зрения: ведь это должна быть не научная вещь, а практическая, этой технологией должны пользоваться обычные люди, простые проектировщики, монтажники.

Здесь tag — это центральный элемент системы, проектная позиция (проще говоря, насос, задвижка), собственно, то, из чего состоит ваш объект. В нашем случае это сотни тысяч элементов — каждый из них сетевым образом связан с каким-то набором характеристик, атрибутов, т.е. у него есть свойства, связанные с физикой (тяжелый, легкий, красный, белый и т.д.), с его параметрами (с какой скоростью он перекачивает жидкость), в общем, что делает этот предмет.

У него есть описание для того, чтобы вы могли осуществить закупку. Вначале вы даже не знаете, что это за насос и какой завод его произведёт — вы просто знаете, что он должен перекачивать жидкость из одного места в другое. Это характеристика, функция.

И только потом она обрастает какими-то элементами, показывающими, что это конкретное изделие. Вам должно быть понятно, где этот элемент находится: если представить себе атомную станцию (условно — 150 объектов, существующих рядом), надо понять, где он стоит физически — на каком этаже, в какой инженерной системе, в каком здании, т. е. это тоже набор параметров, которые определяют географию, положение.

На картинке ниже показан пример: сначала вы думаете, что это какая-то «штука» (как думает проектировщик: «Здесь должна быть какая-то штука, перекачивающая жидкость из этой точки в эту точку с какой-то скоростью»). На втором шаге появляется какой-то набор параметров (на картинке примеры выделены оранжевым цветом).

Дальше вы переходите на следующую стадию жизненного цикла проекта, где понимаете, что на самом деле штук должно быть две, потому что нужен резерв (если одна сломается, вторая должна обязательно включиться) и т.д. Возникает логическая схема: появляется еще набор параметров, которые свойственны этому элементу на этой стадии.

Дальше вы переходите на следующую стадию, где говорите: «Да, теперь я понимаю, что ты на самом деле насос, а не задвижка, у тебя такие-то характеристики, и я могу начать покупать». И в конце концов вы покупаете конкретный элемент, приезжает конкретная железка с заводским номером, на котором написано «я не просто чайник — я чайник производителя такого-то под номером таким-то» — и это уже другая характеристика. Это пример движения одного элемента по жизненному циклу.

Как я уже говорил, есть сотни тысяч таких элементов, которые одновременно живут какой-то своей жизнью, и, значит, вы в какой-то момент времени смотрите на эту огромную информационную модель как на слона — с одной стороны увидели хвост, с другой — хобот, и каждый видит эту модель со своей колокольни.

Очень важно примирить всех между собой и сказать: «В настоящий момент важным для нас является вот такой срез этой модели». Возникают так называемые конфигурационные линии, т.е. вы говорите: несмотря на то, что у нас тут миллион элементов, важными на сегодня для нас являются вот эти вот 25 тысяч — и мы их отслеживаем, хотим, чтобы они не нарушили свои параметры.

Управление требованиями

Цифровая АЭС — это уже не фантастика

Важный процесс, как я уже говорил, — управление требованиями. На «входе», когда к нам приходит заказчик, особенно квалифицированный, он дает нам не классическое техническое задание (талмуд на бумаге «собрать станцию»), а базу данных цифровых требований.

Это примерно 15-20 тысяч требований, каждое из которых имеет формализованный вид, и задача — обеспечить исполнение этих требований в ходе проекта, т.е. проверка проекта будет происходить на соответствие этим требованиям. И заказчик говорит: «На этапе всего процесса создания объекта, проектирования объекта вы мне каждый раз доказывайте, что делаете этот объект во имя исполнения требований, а не придумывайте что-то, чтобы через пять лет принести не соответствующий требованиям проект.

При этом важно, что эти 15-20 тысяч — это еще не конечные требования. Да, очень часто они, казалось бы, звучат грубо, очень просто — например, «выполнять такой-то стандарт». Но по факту этот стандарт сам по себе представляет огромный массив требований следующего уровня, и одна из первых задач — дойти до последнего конечного требования, которое уже можно посчитать/измерить.

Более того, по каждому требованию нужно иметь программу испытаний, методику тестирования, в этом участвует огромное количество участников проекта, распределенных географически, и как раз это (когда мы говорим про горизонтальный красный овал на V-модели) есть основная ценность качественного управления проектом.

Всё это происходит, в первую очередь, через технологию работы с требованиями — они живут по всему жизненному циклу. Первый раз вы проверяете требования, когда выполняете информационные модели, разрабатываете проектно-рабочую документацию — вы говорите:

«Смотрите, мы сделали цифровую модель объекта, и она соответствует вашим требованиям». На этом этапе происходит тестирование, приемка-проверка — заказчик говорит: «Да, отлично!». Дальше второй этап, когда вы начинаете закупать оборудование и тоже ставите соответствующий набор требований заводам-изготовителям, поставщикам оборудования (уже про конкретную железяку, которая будет стоять в этом проекте), и проверяете, что они на заводе действительно изготавливают это так, как вы спроектировали в своей модели, чтобы это соответствовало базовым требованиям.

https://www.youtube.com/watch?v=QpnQqs0-Pag

На следующем этапе возникает процесс строительства, когда все эти железки, насосы, задвижки приезжают на объект, и вы из них, как из большого конструктора, собираете сложный объект. Но таких элементов сотни тысяч, и все они между собой должны быть как-то связаны, проверены.

Цифровая аэс — это уже не фантастика

Технически концепция FLM реализуется в решениях для 3D-визуализации, управления нормативно-справочной информацией, капитального строительства и эксплуатации, интеграции с системами проектирования и календарно-сетевого планирования и множеством вспомогательных систем. Примеры в линейке SAP: SAP S/4HANA Enterprise Management как ядро FLM, SAP Capital Project Management, SAP Product Lifecycle Management, SAP Visual Enterprise, SAP Enterprise Asset Management, SAP Mobily Platform.

Учетные системы в цифровой АЭС интегрированы с системами проектирования, чтобы генерировать цифровую инженерную информацию. Благодаря этому 3D-модель АЭС объединяет все источники данных, от CAD и инструментов создания документов до систем бизнес-уровня. Цифровая инженерная информация повышает операционную эффективность активов, а в ходе жизненного цикла она обогащается и трансформируется соответственно каждому этапу.

На этапе проектирования 3D-модель АЭС обогащается графиком проектно-изыскательских работ, проектной и рабочей документацией, сметной стоимостью. На этапе строительства — графиками строительно-монтажных работ, закупки оборудования и материалов, информацией о заключенных договорах, о привлечении собственных ресурсов, графиками освоения и финансирования, исполнительной и эксплуатационной документацией.

Закупать новые материалы и оборудование для строящейся АЭС предстоит в привязке к 3D-модели каждого этажа и помещения.

На этапе эксплуатации цифровая модель АЭС дополняется графиками ремонтов и технического обслуживания, техническими картами, данными, полученными с датчиков и при выполнении обходов, плановой и фактической стоимостью эксплуатации и модернизации актива, а также данными об изменении структуры самого актива.

Таким образом, в системе управления жизненным циклом актива объединяются потоки информации из неструктурированных данных, например, из документов и чертежей, и структурированных, таких как 3D-проекты, бизнес-системы, порталы, информационные сети, датчики, данные из систем технологического уровня. В системе аккумулируются все данные об АЭС, и пользователь всегда может обратиться к первоисточнику.

Итак, на цифровой АЭС образца 2020 года будет использоваться целый комплекс новых технологий, главная из которых — управление полным жизненным циклом электростанции. К 2050 году атомные станции будут развиваться и работать совсем в другом мире. К этому времени благодаря новым технологиям будут решены многие проблемы, например, 1,3 млрд жителей самых бедных стран планеты наконец получат доступ к электроэнергии.

Оцените статью
Аналитик-эксперт
Добавить комментарий

Adblock
detector