Девять проектов получат федеральное финансирование в размере 27 млн. долл. США на разработку технологии двойного использования для многообещающих перспективных конструкций ядерных реакторов, в том числе Kairos, Xe-100, BWRX-300 и SSR-W, и помогут добиться десятикратного сокращения их эксплуатации и расходы на техническое обслуживание.
Финансирование, объявленное Министерством энергетики (МЭ) 13 мая, будет предоставлено в рамках программы Агентства-Энергетика (ARPA-E) «Производство электроэнергии, управляемой интеллектуальными ядерными активами» (GEMINA).
Программа GEMINA, представленная в октябре 2019 года, усиливает исследования по использованию искусственного интеллекта и усовершенствование средств управления моделированием для создания инструментов, обеспечивающих большую гибкость в системах ядерных реакторов, повышенную автономность в работе и более быструю итерацию проекта.
GEMINA также поставила перед собой цель - помочь разработчикам ядерных реакторов сократить затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание в 10 раз, в основном за счет использования профилактического обслуживания и обнаружения неисправностей на основе моделей.
ARPA-E отмечает, что проекты GEMINA будут сосредоточены на решениях по эксплуатации и техническому обслуживанию для активной зоны реактора, баланса установки или всей системы реакторной установки.
Поскольку никакие усовершенствованные реакторные блоки в настоящее время не работают, команды, работающие над активной зоной, также работают над «разработкой киберфизических систем, которые моделируют динамическую работу активной зоны активной зоны реактора, используя комбинацию неядерных экспериментальных установок», говорится в заявлении.
Основные реципиенты: Kairos и GE Hitachi.
Объявленное финансирование идет на целый ряд интересных проектов.
Два проекта поддержат Kairos Power, разработчика высокотемпературного реактора с фторидной солью.
Аргоннская национальная лаборатория получит 2,2 млн. долл. США, чтобы сократить расходы на эксплуатацию конструкции реактора за счет усовершенствованных средств измерения и автоматизации.
Тем временем Мичиганский университет получит 5,2 миллиона долларов на разработку масштабируемого цифрового близнеца, который сначала будет проверен на контуре расплавленной соли, работающем на территории кампуса, а затем применен к конструкции реактора Kairos, чтобы продемонстрировать, как технология может быть использована для оптимизации работы установки.
Два других проекта также поддержат конструкцию реактора с кипящей водой (BWR) GE Hitachi.
GE Research получит 5,4 млн. долл. США для сокращения расходов на эксплуатацию и техническое обслуживание за счет перехода от системы прогнозного технического обслуживания, основанной на времени, к условиям, с использованием реактора BWRX-300 в качестве эталонного проекта.
GE будет заниматься разработкой цифровых близнецов для обеспечения непрерывного мониторинга, раннего предупреждения, диагностики и прогнозирования для реакторных систем, а также для решения вопросов, связанных с эксплуатацией, диагностикой и принятием решений.
Этот проект, в частности, также разработает структуру «скромного ИИ», которая «по умолчанию переходит на известный безопасный режим работы, когда существует ситуация, которую не распознают алгоритмы», для обеспечения систематической обработки неопределенностей, обеспечения достоверности данных и моделей и непрерывного обучения для этих «близнецов».
Массачусетский технологический институт (MIT) получит 1,8 миллиона долларов на поддержку BWRX-300.
Его проект будет собирать, проверять и использовать высококачественные цифровые близнецы систем BWRX-300.
«Работа MIT будет демонстрировать подходы к прогнозному техническому обслуживанию и методы обнаружения неисправностей на основе моделей.
«Цифровые близнецы» рассматривают режимы механического и термического усталостного разрушения, которые стимулируют эксплуатацию и техническое обслуживание далеко за пределами выбранных компонентов BWRX-300 и распространяются на все современные реакторы, где присутствует протекающая жидкость».
«Роль высокоточного разрешения является центральной, поскольку решает уникальные проблемы атомной промышленности».
BWRX-300 - небольшой модульный реактор с естественной циркуляцией (SMR) с водяным охлаждением ~ 300 МВт с системами пассивной безопасности. «Как десятый этап развития реактора с кипящей водой (BWR), BWRX-300 представляет собой простейшую, но наиболее инновационную конструкцию BWR с тех пор, как GE начала разработку ядерных реакторов в 1955 году», - сказал GEH.
X-energy значительно сократит затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание Xe-100.
Однако крупнейшим получателем финансирования является компания X-energy , которая получит 6 миллионов долларов на разработку проекта «цифрового близнеца», который поможет сократить фиксированные затраты на эксплуатацию, в целом, и эксплуатацию его реактора Xe-100 мощностью 75 МВт до 2 долларов США / МВтч.
X-energy заявила, что проект будет использовать «разработку человеческого фактора, оценку вероятностных рисков, анализ угроз, а также оценки безопасности и технического обслуживания для определения областей оптимизации».
Также разрабатываются инновационные способы использования передовых технологий - включая автоматизацию, робототехнику, дистанционное и централизованное обслуживание и мониторинг - для оптимизации набора персонала и обеспечения оптимальной работы установки. В рамках проекта команда разработает две модели для оценки и проверки этих решений.
«Набор инструментов X-energy Immersive Environment Tool - это междисциплинарная трехмерная модель, которая в сочетании с виртуальной реальностью будет тестировать методы, оптимизирующие обслуживание и безопасность.
Цифровая двойная структура синтезирует информацию с действующего предприятия и ассимилирует данные со всего парка, чтобы обеспечить целостное понимание актива», - сказал ARPA-E.
Стоимость сборки Moltex Eyeing меньше 2 долларов США / кВт.
Компания Moltex Energy, известная своим 300-МВт стабильным солевым реактором (SSR), усовершенствованным проектом реактора с расплавленной солью, получит 3,5 млн. долл. США на разработку двойной цифровой среды для SSR-утилизатора (SSR-W), варианта конструкции SSR, который использует ядерные отходы из запасов на существующих реакторах и предлагает хранение тепловой энергии от возобновляемых источников энергии.
SSR-W - это «низкокапитальный проект установки», нацеленный на строительство при стоимости менее $ 2 / кВт-ч», - говорится в сообщении компании.
«Цикл испытаний неядерных отдельных эффектов будет поддерживать разработку «цифрового близнеца» для проверки больших неопределенностей в условиях потока, обеспечивая виртуальную среду тестирования для демонстрации / моделирования операций и стратегий технического обслуживания в SSR-W».
Рендеринг предлагаемого завода Moltex Energy SSR.
Компания ссылается на исследования, проведенные Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI), когда она заявила, что для «вытеснения электростанций с комбинированным циклом на природном газе по всей территории США» требуются дополнительные средства на строительство атомной электростанции в размере менее 2 долл. США / кВт (POWER все еще работает над подтверждением эта претензия.)
«Дальнейшее снижение уровня затрат на электроэнергию, обеспечиваемое SSR-W, от 11 долл. США / МВтч до предлагаемых 1,75 долл. США / МВтч, дает возможность значительного снижения затрат на преобразовательную энергию», - сказал представитель Moltex Energy.
Компания отметила, что это второй этап финансирования.
Первый был объявлен в июле 2019 года, когда компания получила 2,55 миллиона долларов для коммерциализации и расширения своей SSR-W.
В 2018 году компания New Brunswick Energy Solutions Corp. и New Brunswick Power выбрали компанию для разработки своей технологии SSR-W в канадской провинции Нью-Брансуик с целью развертывания первого SSR-W на площадке ядерного реактора Point Lepreau до 2030 года.
Новые парадигмы для цифрового ТО.
EPRI, тем временем, возглавляет еще один проект, который повлечет за собой исследование концепции, в рамках которого будет изучен переход от обычной парадигмы электростанции «обслуживать и ремонтировать» к подходу «замени и восстанови».
Так называемый проект «Build-to-Replace» получит 1 миллион долларов на изучение того, можно ли целенаправленно разрабатывать и тестировать компоненты для более короткого и предсказуемого срока службы и если да, то каким образом.
«Основные компоненты в традиционном ядерном проектировании и строительстве должны прослужить многие десятилетия; их замена может быть технически сложной и дорогостоящей», - говорится в описании проекта EPRI.
«Подход EPRI аналогичен подходу, принятому в отрасли коммерческих авиалиний, в котором многократные переоборудования, включая замену двигателя, могут обеспечить экономическую эксплуатацию реактивного самолета на протяжении многих десятилетий».
В исследовании будет оцениваться несколько усовершенствованных конструкций реакторов с точки зрения экономии затрат и других важных экономических выгод, таких как повышение устойчивости для поставщиков.
Наконец, французский гигант ядерных технологий Framatome получит 809 700 долларов на разработку двух новых цифровых двойников для использования с Metroscope, программным пакетом, который соединяет цифровых близнецов и связанные с ними библиотеки сбоев и отслеживает их с помощью алгоритма для раннего обнаружения проблем.
«Цифровые близнецы» будут имитировать пассивную систему охлаждения с внутренними термогидравлическими неисправностями и типичным контуром охлаждения с различными режимами работы и состояниями управления», - говорится в описании проекта.
«Близнецы» будут соединены с системой охлаждения полости реактора высокотемпературного газоохлаждаемого реактора Framatome с паровым циклом, что позволит определять и оптимизировать чувствительность и надежность сенсоров».