АО "ВНИИАЭС" разрабатывает цифровые двойники атомных станций малой мощности

13.02.2021    Время чтения 10.1 мин.    Электроэнергетика

Группа специалистов АО «ВНИИАЭС» приступила к разработке цифровых двойников атомных станций малой мощности (АСММ) с реакторной установкой РИТМ-200Н и «Шельф-М». Проект осуществляется при участии АО «ОКБМ Африкантов», АО «НИКИЭТ», АО «Гринатом» и НИУ ВШЭ, бизнес-заказчиком является АО РАОС.

АСММ – перспективное направление развития атомной энергетики, позволяющее обеспечить электроэнергией и теплом отдаленные районы, значительно повысить безопасность эксплуатации и снизить расходы.

Цифровой двойник АСММ будет включать в себя расчетные коды, моделирующие физические процессы в АСММ (теплогидравлические, нейтронно-физические, электротехнические) в различных режимах эксплуатации, средства моделирования и собственно модели, базы данных и сервисное программное обеспечение.

Цифровой двойник будет выполнять целый ряд функции на различных стадиях жизненного цикла АСММ – от проектирования до вывода из эксплуатации. В том числе расчетное обоснование проектных решений и безопасности, технико-экономическая оптимизация проекта, обучение персонала АСММ и многое другое. Иными словами, на цифровом двойнике можно будет отработать проектно-конструкторские решения до их воплощения «в металле», проверить совместимость оборудования и систем управления, решить вопросы безопасности, обучить персонал.

Цифровой двойник для АСММ создается в России впервые. Проект возглавляет руководитель направления «Атомные станции малой мощности» Госкорпорации «Росатом» и научный руководитель ВНИИАЭС Сергей Соловьев, который ранее отвечал за ближайший аналог – программно-технический комплекс «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР», разработанный АО «ВНИИАЭС» и введенный в эксплуатацию в 2019 году.

- Сегодня цифровые двойники являются важнейшим элементом разработки и сопровождения сложных инженерных изделий и промышленных объектов на всем жизненном цикле, - отметил директор проекта, заместитель директора ВНИИАЭС-НТП Александр Михальчук. - Фактически в ближайшие несколько лет разработка и поставка цифровых двойников совместно с изделиями может стать стандартом. Их основные области применения - производство, транспорт, энергетика, медицина и здравоохранение, потребительские товары.

По данным исследовательского агентства MarketsAndMarkets, мировой рынок цифровых двойников в 2020 году составил 3,5 млрд.$, а по прогнозу до 2024 года  возрастет до 12-18 млрд.$.  Российский сегмент этого рынка в 2020 году достиг 200 млн.$.

Росэнергоатом

В 2019 году исполнилось 40 лет с момента создания Всероссийского научно-исследовательского института по эксплуатации атомных электростанций.
Сегодня институт успешно развивается по многим направлениям, в том числе и благодаря тесному взаимодействию со всеми АЭС и Центральным аппаратом АО "Концерн Росэнергоатом".
В институте накоплены значительные компетенции по многим направлениям. ВНИИАЭС – научный руководитель эксплуатации всех российских АЭС, принимаем активное участие в мероприятиях МАГАТЭ, ВАО АЭС. 
Во ВНИИАЭС работает свыше 500 человек. Из них 11 докторов наук, более 70 кандидатов наук. Уделяет много внимания привлечению молодых специалистов, вопросам их кадрового роста.
Миссия АО «ВНИИАЭС» – достижение лидерства в научно-технической поддержке и технологических работах на всех этапах жизненного цикла АЭС:
разработка стратегии развития, оценка перспектив, новые технологии и проекты;
научно-технический прогресс (НТП) всех аспектов эксплуатации, включая модернизацию и продление ресурса;
вывод из эксплуатации блоков АЭС, включая технологии переработки радиоактивных отходов, обращения с ОЯТ, вопросы замкнутого ядерного топливного цикла;
выход на международный рынок, оказание услуг по НТП и тренажеростроению для АЭС российского дизайна;
выход на рынки смежных отраслей промышленности.
Госкорпорация «Росатом» сформулировала стратегические направления научно-технологического развития отрасли, реализация которых является неотъемлемым условием сохранения позиций технологического превосходства и долгосрочной конкурентоспособности.
АО «ВНИИАЭС» принимает активное участие в реализации стратегических направлений научно-технологического развития отрасли.
С февраля 2017 года в институте реализуется стратегия развития до 2030 года «Возможности настоящего – энергия будущего».

ВНИИАЭС доказал свою востребованность и компетентность по следующим направлениям деятельности:

• научное руководство пуском, вводом в эксплуатацию и освоением мощности сооружаемых энергоблоков; 
• анализ и обобщение опыта эксплуатации оборудования и систем АЭС; 
• научно-техническое сопровождение ТОиР оборудования, трубопроводов и систем АЭС, разработка ремонтных технологий и нормативно-технической документации; 
• научно-техническое сопровождение работ по обеспечению оптимальных водно-химических режимов на АЭС, работ по обеспечению радиационной безопасности и обращения с радиоактивными отходами, эксплуатационные нейтронно-физические расчеты для действующих АЭС, а также в области эксплуатационного контроля состояния металла основного оборудования и трубопроводов АЭС, оценка их прочности, работоспособности и ресурса, математическое моделирование и тренажеростроение;
• оказание научно-методической помощи организациям дивизиона «Электроэнергетический» по направлению «Метрологическое обеспечение измерительных систем из состава АСУ ТП АЭС» на правах базовой организации метрологической службы дивизиона.

Сейчас ВНИИАЭС ведёт работы по всем направлениям научно-технической поддержки эксплуатации АЭС, которые были определены при образовании института в 1979 году, успешно осваивая новые направления.
Институт участвует во всех аспектах деятельности атомных станций, работая в тесном сотрудничестве с коллегами по отрасли: главными конструкторами – ОКБ Гидропресс, ОКБМ Африкантов, проектантами  – АЭПами, а также с Курчатовским институтом, который выполняет функции научного руководителя по ряду блоков.
В современных реалиях научно-техническая поддержка эксплуатации включает в себя функции инженерно-технической поддержки, обеспечивающей поддержание состояния эксплуатации на уровне поставленных целей по безопасности и эффективности, плюс поиск решений (в том числе через НИОКР) по проблемным местам эксплуатации, что дает возможность выдавать рекомендации по пути повышения безопасной и эффективной эксплуатации АЭС. Результатом такой работы является предвидение и разрешение проблемных мест еще до возникновения или проявления недостатков в эксплуатации.  
Обеспечение эффективной и безопасной эксплуатации АЭС требует особого внимания к уровню подготовки оперативного персонала управления энергоблоками. Процесс подготовки персонала, в свою очередь, сильно зависит от качества технических средств обучения (ТСО), на основе которых он проводится. Эти ТСО представляют собой тренажеры различных видов, которые состоят из математической модели объекта, для управления которым готовится персонал, а также технических средств, которые в том числе включают в себя и имитаторы пультов и панелей управления энергоблоком АЭС разной детализации (вплоть до копий, идентичных реальным пультам и панелям блочного пульта управления энергоблока). Разработка и поставка заказчику (в первую очередь АЭС) таких тренажеров и является одним из основных направлений работы отделения.

Тренажеростроение является неотъемлемой частью деятельности ВНИИАЭС практически с момента основания института. Сотрудники отделения имеют успешный опыт реализации более 70 проектов по разработке тренажеров различного уровня для персонала АЭС технологий ВВЭР, РБМК, БН, расположенных как на территории РФ, так и за рубежом (Китай, Индия, Украина, Словакия, Болгария).

Отделение обладает всеми компетенциями для выполнения функций генерального подрядчика по созданию и поставке тренажеров заказчику, включая решение «под ключ» следующих задач:

-            разработка технического задания на поставку тренажера;

-            разработка технического проекта тренажера;

-            разработка программного обеспечения тренажера для имитации объекта, для управления которым готовится персонал;

-            комплексный заказ технических средств, на базе которых строится тренажер (вычислительные средства, имитаторы пультов и панелей управления);

-            интеграция программного обеспечения тренажера в состав комплекса технических средств;

-            разработка эксплуатационной документации для тренажера;

-            разработка комплекса учебно-тренировочных задач, на базе которых должна вестись подготовка обучаемого персонала;

-            монтаж комплекса технических средств тренажера на площадке заказчика;

-            наладка тренажера на площадке заказчика;

-            обучение персонала заказчика навыкам работы на тренажере;

-            организация и сопровождение предварительных испытаний, опытной эксплуатации и приемочных испытаний тренажера на площадке заказчика;

-            сопровождение эксплуатации тренажера, включая его периодические модернизации с целями расширения функциональных возможностей и приведения в соответствие текущему состоянию энергоблока-прототипа.

Продуктовая линейка отделения включает в себя следующие средства обучения:

-            универсальные лаборатории для ознакомления с базовыми физическими и технологическими принципами работы и управления энергоблоком АЭС;

-            классы анализаторов режимов реакторной установки (тренажеры активной зоны) для ознакомления с физическими основами процессов и явлений, происходящих в активной зоне ядерного реактора, а также порядка управления ходом протекания этих процессов и явлений;

-            тренажеры оборудования и систем (ТОС) для различных технологических систем (например, водоподготовительной установки), а также систем АСУ ТП энергоблока для наработки оперативным персоналом отдельных цехов практических навыков работы с оборудованием различного назначения;

-            аналитические и полномасштабные тренажеры для наработки оперативным персоналом энергоблока АЭС навыков управления энергоблоком в целом в различных ситуациях (включая аварийные).

Накопленный опыт позволяет предлагать заказчикам современную высококачественную продукцию. Сегодня отделение в составе АО «ВНИИАЭС» является центром по методическому и техническому обеспечению проектирования, изготовления и сопровождения технических средств обучения в дивизионе «Электроэнергетический» Госкорпорации «Росатом» и единственным предприятием в России, способным разрабатывать и модернизировать полномасштабные и аналитические тренажеры для отечественных АЭС с любыми типами реакторов, АСУ ТП (аналоговыми или цифровыми) и на всех типах платформ (USDS, ENICAD, InSIDE), использованных при создании действующего тренажерного парка АО «Концерн Росэнергоатом».

В основе технологий моделирования, применяемых отделением, лежит современный подход, основанный на применении графических систем автоматизированного проектирования, который позволяет многократно повысить эффективность разработки математических моделей конкретного энергоблока. Более того, в настоящее время в практику внедрены подходы по частичной автоматизации создания моделей на основе актуальной проектной документации по энергоблокам, разработанной с применением современных средств проектирования (например, SmartPlant Foundation). А для моделей АСУ ТП доступен полностью автоматический подход их создания на основе конкретной версии прикладного программного обеспечения оборудования автоматизации ТПТС (ЕМ, НТ, СБ) и TXS. Весь набор применяемых инструментов позволяет вести оперативную разработку математических моделей энергоблоков, воспроизводящих работу реальных объектов с высоким уровнем детализации и достоверности.

Современный полномасштабный тренажер, разрабатываемый отделением, включает в себя всережимную полномасштабную модель энергоблока, учитывающую в комплексе:

-            нейтронно-физические процессы, происходящие в активной зоне ядерного реактора;

-            теплогидравлические процессы, происходящие в оборудовании и системах реакторного и турбинного отделений;

-            электромеханические процессы, протекающие в оборудовании и системах электрической части энергоблока;

-            управляющие воздействия, инициированные АСУ ТП;

-            процессы переноса массы и энергии, протекающие во время тяжелых аварий (тепловое разрушение конструкций активной зоны и корпуса реактора, поведение расплава на днище бетонной шахты реактора или в устройстве локализации расплава);

-            процессы накопления и распространения радиоактивных веществ (накопление продуктов деления в топливе, их выход в контур циркуляции теплоносителя и контайнмент, распространение по пристанционной территории).

Для решения всего объема задач отделения его численный состав насчитывает порядка ста квалифицированных специалистов, обладающих компетенциями в различных областях -от математического моделирования до практических навыков технологического сопровождения процесса оперативного управления энергоблоком).

За последние годы сотрудники отделения успешно завершили разработку и ввели в обучение полномасштабные тренажеры для энергоблоков №4 Калининской АЭС (2013 г.), №3 Смоленской АЭС (2015 г.), №1 Балаковской АЭС (2015 г.), №3,4 Ростовской АЭС (2016 г.), №4 Белоярской АЭС (2019 г.). Кроме этого, введен целый ряд тренажеров оборудования и систем для энергоблоков №6 Нововоронежской АЭС и №4 Белоярской АЭС.

Руководство АО «ВНИИАЭС» 
Тухветов Фарит Тимурович Генеральный директор
Лупишко Анатолий Николаевич Первый заместитель Генерального директора, директор ВНИИАЭС-НТП
Давиденко Николай Никифорович Заместитель Генерального директора - директор по технологическому развитию
Соловьев Сергей Леонидович Научный руководитель
Баев Игорь Александрович Заместитель Генерального директора по развитию бизнеса
Емельянова Елена Александровна Заместитель Генерального директора по экономике и финансам
Барциц Мактина Эдуардовна Заместитель Генерального директора по правовой и корпоративной работе, управлению имущественным комплексом
Герасин Олег Владимирович Заместитель Генерального директора по безопасности
Пантюхова Юлия Александровна Главный бухгалтер
Михальчук Александр Васильевич заместитель директора ВНИИАЭС-НТП, директор отделения физических расчетов и режимов
Петров Сергей Сильвестрович заместитель директора ВНИИАЭС-НТП, директор отделения общестанционных технологий
Южаков Андрей Юрьевич заместитель директора ВНИИАЭС-НТП, директор отделения опыта сооружения и эксплуатации АЭС
Потапов Владимир Вячеславович заместитель директора ВНИИАЭС-НТП, директор отделения управления ресурсом АЭС
Иванов Евгений Анатольевич заместитель директора ВНИИАЭС-НТП, директор отделения РБ, РАО и ОЯТ, вывода из эксплуатации
Чернаков Виктор Алексеевич заместитель директора ВНИИАЭС-НТП, директор отделения математического моделирования и тренажеростроения

Контакты АО «ВНИИАЭС» 
Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций" (АО «ВНИИАЭС»)
Адрес: 109507, Москва, ул.Ферганская, 25
Телефон: +7 (499) 796-91-33
E-mail: vniiaes@vniiaes.ru

 

АО "ВНИИАЭС"

Предложить новость »