Dijital Twins'in Modernize Edilmesindeki Rolü

Nükleer güç her zaman Kanada, Güney Kore, Çin ve Romanya'daki elektrik üretimine yönelik bir yaklaşım talep etti. Dünyanın en kanıtlanmış ağır su reaktör tasarımlarından biri olarak, CANDU (CANada Deuterium Uranium) filosu, Kanada'daki elektrik üretimine önemli ölçüde katkıda bulunuyor, Arjantin, Güney Kore, Çin ve Romanya.

Bir CANDU reaktörünün dijital ikizi, yüksek sadakatle fiziksel bitkiyi aynaya veya temel bir işlem simülasyonu ötesine geçer. Bu, karmaşık sistemlerin canlı sensör beslemeleri, operasyonel oturumlar, denetim kayıtları ve hatta çevresel veriler, yüksek sadakatli fiziksel bitkiyi aynaya kadar algılar. Konseptin her iki gün boyunca elektriksel olarak ısı taşıma sistemi, enerji tasarrufu ve emisyonlu sistemlere dokunan ve optimize edilmiş bir dijital ikizler tarafından kontrol edilir.

Nükleer endüstri, operasyonel maliyetleri azaltmak ve bitki yaşamlarını genişletmek için tarihsel olarak muhafazakar olmuştur, çünkü sıkı güvenlik gereksinimleri ve lisans çerçeveleri nedeniyle, reaktör filosunun diğer yüksek hacimli endüstrilerde gösterilen avantajları, operasyonel maliyetleri azaltmak ve genişletmek için artan baskı ile birlikte, dijital ikizler için zorlayıcı bir gelişme yarattı. CANDU operatörleri şimdi, tüm nükleer sektör için hizmet edebilecekleri milyonlarca dolar değerinde bir artış.

Bir CANDU Digital Twin

Dijital ikizin geleneksel bir modelden nasıl farklı olduğunu anlamak için, reaktörün benzersiz bir şekilde yeniden yönlendirildiğini düşünün. Büyük baskı gemilerinin kullanıldığı su reaktörlerinin aksine, CANDU birimleri, düşük basınçlı bir calandria ile çevrilir ve baskı tüpleri gibi karmaşık bir profil oluşturur.Her kanal, reaktörün gücü güçlendiriciyken tekrar yakıtlı borular oluşturur.Bu, doğal uranyum kullanımı ile birlikte, özellikle dezenfekte edici bir şekilde bozulma sağlar.

Bir CANDU bitkisi için dijital ikiz bu nedenle bütünlemelidir:

  • [FONT:0]Neutronic modelleri[Dönetici: 0,3|Döneticileri ve aktı haritalama kampanyası ile güncellemek, ayrıntılı fission ürün envanterini yakalamak ve çekirdekteki ısı dağılımını kesmek.Bu modeller, güç yakıt yakıtı ve bölge kontrol emicileri ile ortaya çıkan asimetrik bir yanak modelleri dikkate almalıdır.
  • [FONT:0] ⁇ -hydraulic simülasyonlar[Dönetici:0) Yakıt kanallarında iki fazlı akış yakalamak ve pompa gezileri dahil olmak üzere çeşitli güç geçicilerinin davranışı, istasyon karaout senaryoları ve kayıp taşıma kazaları dahil olmak üzere, dikey PWR tasarımlarında bulunan kanalların yatay yönelimi.
  • [FONT:0]Structural Mekanik veriler[Dönetici:0) Sürekli olarak basınç tüplerinde sürünür, korozyon ve deuterium uptake in baskı tüpleri - fitness-for-servis değerlendirmelerine ve lisans yenileme uygulamalarına merkezi. ikiz, servis denetimlerinden sürekli olarak bozulma modellerine kadar hasarsız inceleme sonuçları dahil etmelidir.
  • [FONT:0) Balance-of-plant etkileşimleri[Dönetici:0) Buhar jeneratörlerinden türbine kadar, tümleşik optimizasyona, mevsimsel soğutma suyu sıcaklık varyasyonları veya kademeli performans bozulmaları nedeniyle bile değişir.
  • [FONT:0]Fuel yönetim algoritmaları[[Döneticileri kovalayan ve yeniden yakıtlandırma sıralarını yeniden etkinleştiren, en yüksek kanal güçlerini en aza indirmek ve uzun vadede yakıt döngüsü maliyetlerini kontrol etmek.

Bu multi-fiziksel entegrasyon, aracı tahmin edici bir varlık için basit bir konumdan yükselten şeydir. Sürekli olarak, dinamik temelli modeller ile sensör verileri yeniden yapılandırın veya doğrudan ölçemeyen değişkenlere yol açabilir - iç oksit tabakası büyümesi gibi, yarı zamanlı olarak, sabit bir tüpte yerel hidrojen konsantrasyonu, bir kanalda sabit bir tüpün geri kalanına karşı doğrulanır - ve sabit olmayan sapmalar için sabitlenir veya planlanmamış sapmalar gerektirir.

CANDU tasarımının doğası modülerliği, ayrık yakıt kanalları ve değiştirilebilir bileşenlerle, aslında dijital ikiz uygulama için ideal bir aday haline getirir.Her kanal, birincil ısı taşıma sistemi ve paylaşılan serin sistem dinamikleri için bağımsız olarak modellenebilir.Bulunlama sistemi ve yüksek değerli kanallar, yüksek riskli veya yüksek değerli kanalların ilk önce, ikiz genişleme ile tüm temeli güvenilir ve altyapıyı olgunlaştırmak için bir kanala odaklanabilir.

Dijital Twin Twin

Data Acquisition and IoT Entegrasyon

Bir CANDU reaktörü zaten binlerce sensör ölçümlü nötron flux, serin sıcaklıklar, baskılar, akış oranları, titreşim ve akustik emisyonlar ile donatılmıştır.Bir dijital ikizin ilk katmanı, birincil ısı taşıma pompalarında ve bağlamsallaştırmada kullanılan veri ağ geçidinde hızla geniş bir taksit olmadan ayarlanan verileri zenginleştirebilir.

Veri kalitesi güvencesi bu katmanın kritik bir yönüdür. Sensör sürükleniyor, kalibrasyon hataları ve iletişim damlaları tespit edilmeli ve ikizlerin hatalı girişlere karşı çalışmasını engellemek için otomatik olarak bayraklandırılmalıdır. Modern dijital ikiz platformlar, gelen verileri tarihsel kalıplara ve kırmızı ölçümlere kıyasla karşılaştıran istatistiksel doğrulama rutinleri içerir, ikizler tespit edildiğinde uyarıları ve yönlendirme yeteneklerinin komşuya karşı kullanmasına engel olur.

Fizik-Based Simülasyon Core

ikizin kalbinde, yakıt paketleri olarak kullanılan bir dizi fizik çözünürlükte bulunur. İlk devredeki hesaplamalı sıvı modelleri ile çiftleşir, bu araçlar kısmi bir kanal tıkanıklığı sonrasında gelişebilecek bir asimetrik akış dağıtımlarını simüle edebilir. Simülasyon çekirdeği iki modda çalışır: hızlı bir şekilde operatör desteği için, kontrol edilen model için yüksek zamanlayıcı bir model için kesintiye uğratılır.

Bu fizik çözücüleri arasındaki darbe, bu çift sistemden gelen en önemli teknik sorunlardan birini sunar.Demirsel-hipdraulic modeli doğrudan nötron modurasyonunu ve absorpsiyonunu etkiler, bu yüzden, yüksek sadakat modellerini değiştirirken, yüksek seviyeli devrelerdeki hızları, genellikle her birkaç saniyesine kadar sabitleyici bir şekilde uygular.Bu dengeleyici bir darbe yaklaşımı kullanır ve sabitleme modellerini her seferinde iletişim halinde iletişim kurar.

Makine Öğrenme ve Tahmin Edici Analytics

Fizik modelleri arka kemiği sağlar, ancak makine öğrenme algoritmaları, kalan duvarı kalınlığını tahmin etmek için desen tanıma katmanını ekler. Örneğin, bir gradient-boosted ağaç modeli tarihsel baskı tüpü inceleme verileri üzerinde eğitilebilir, takviye edici reaktör gücü geçmişi, serin kimyacı ve sıcaklıkları, geri kalan duvarı kalınlığını tahmin etmeye başlar. Dijital ikiz sağlıklı kohorttan sapmaya başladığında, mühendislik ekibini bir şekilde yeniden çalıştırmayı önerir.

BİLMİN:0)Canadian Nükleer Güvenlik Komisyonu[DÜT:1) Bu tahmin edici katmanların lisans sahiplerine, özellikle de bitkiler yaşam uzatmalarını takip ederken, komisyonun araştırmalarının makine öğrenme tahminlerine ilişkin belirsizlik ölçütlerine odaklanması, AI-prodüktörlerin etrafındaki güvenin nasıl iyi anlaşılabileceğini ve düzenleyicilerle iletişim kurabileceğini ve aynı zamanda açıklanabilir AI tekniklerinin açıklanmasını sağlamak.

CANDU dijital ikizler içinde makine öğreniminin giderek daha önemli bir uygulaması, birincil ısı taşıma sisteminde bir anomali tespitidir.Eğitimde otomatik olarak normal işletim verilerinin yıllar boyunca, ikizler beklenen korelasyonları yüzlerce sensör kanalıyla öğrenebilir.Bu erken uyarı kapasitesi, özellikle de bilinen bir başarısızlık modunda eşleşmediği ortaya çıktığında - başarısız olmaya başlayan bir bağlantıdan ince bir vibrasyon imzası gibi - insan incelemesi için, çoğu zaman veya haftalar boyunca geleneksel alarm eşiği aşılabilir.

Yaşam döngüsü Yönetimi: İlk Betondan Decommissioning

İnşaat ve Komisyon

İlk kritiklik öncesinde bile, dijital ikiz, tahmin edilen aralıkların ötesinde hareket eden herhangi bir asır veya destekle tohumlanabilir.Bu erken yatırım karları daha sonra, çünkü ikiz, bitkinin tüm yaşamı boyunca konfigürasyon yönetimi için gerçek kaynağı olur.Herhangi bir şekilde inşa edilmiş ve test edilen dizilerinin ötesinde hareket eden tüm dosyaların yanı sıra, ikizler tarafından yönlendirilir.

Komisyon sırasında, dijital ikiz, işletim prosedürlerini doğrulamak için sanal bir test yatağı olarak hizmet eder. operatörlerin gerçek bir valf veya kontrol çubuğunu manipüle etmeden önce, ikizin sırasını, reaktör yanıtlarının ve potansiyel zorlukların tespit etmeyi gözlemler.Bu yetenek özellikle de tasarım gereksinimleriyle karşı karşıya kalır, ancak gerekli olan gerçek testlerin sayısını azaltır.

Operasyonlar ve In-Service Support

Bir birim ticari operasyona girdiğinde, dijital ikiz operatörün birincil durumsal farkındalık aracı haline gelir. Modellerin renk kodlu bir ısı haritası, her yakıt kanalının sağlık göstergesinin nerede – kanaldaki floresan, soğuk hava sıcaklığı ve titreşim – her birkaç saniye güncellenir.Eğer ikizler Grup[TFLT) tarafından yapılan denetimler, gecikmeli bir hipnasyon koşulunun geliştirilmesine yönelik bu tür bir incelemenin daha yüksek bir olasılık olduğunu gösterir.

Dış planlamanın ötesinde, dijital ikiz günlük operasyonel kararları destekliyor. Bir yakıt makinesi operasyonu normal sıradan sapmaya başladığında, ikiz, ağ dağıtımı ve yakıt sıcaklıkları üzerindeki etkisini anında taklit edebilir, kontrol odası ekibine devam edip, aynı zamanda işlemden en aza indirmeye karar verir.

Operatör alanı verilerinin entegrasyonu ikizin sadakatini de artırıyor. Bakım ekiplerinin turlarını gerçekleştiriyor, doğrudan ikizlere bağlı olarak mobil bir arayüze girebilirler. Tesisin gerçek bir durumdaki küçük sızıntının tekrarlanması hakkında bir not oluşturur.

Yaşlanma Yönetimi ve Yaşam

Birçok CANDU-6 reaktörler, bu kampanyalar sırasında tam bir sanal çoğaltma, her adımını yeniden işitmeye, makine ve calandria tüp yedekleri dahil olmak üzere, 25 ila 30 yıllık operasyonel yaşam eklemeyi hedefliyor. Dijital ikizler bu kampanyalar sırasında vazgeçilmez hale gelir. Çeşitli "burnable zehir" konfigürasyonları için her adımını tekrarlamak için, istasyondaki yenileme işlemlerini kontrol etmek ve reaktörlerin yapısal çeliklerini korumak için yardımcı olur.

Benzer şekilde, buhar jeneratörleri için, dijital ikiz, kimyasal temizlik veya fişleme gerçekleştirmek için tüpleri yaşlayabilir, mevcut denetim sonuçları dahil edebilir ve ahşap birikimin beş veya on yıl önce termal performansı nasıl etkileyeceğini projeleyebilir. Bu, maliyetle ilgili en iyi dengeyi, doz ve performans kurtarmayı sağlar.

Yaşam uzatma ekonomisi dijital ikiz anlayışlar aracılığıyla da geliştirilmektedir. Kalan bileşeninin ömrünü daha doğru bir şekilde sağlayarak ikiz, sermaye harcamalarını gerçekten ihtiyaç duyduklarına kadar, düzenleyici bir şekilde değiştirmeleri için gereken en uygun şekilde değiştirme ve değiştirmeleri sağlayarak sermaye harcamalarını da destekler.Bu, genişletilmiş çalışma süresine göre önemli tasarruf sağlayabilir.

Decommissioning Planlama

Bir birim sonunda ekonomik hayatının sonuna ulaştığında, dijital ikizler düşük seviyeli ve orta düzey atık akışları için genel olarak ayarlayarak, aktivasyon ve kirlenme hesaplamalarını minimum anketlerle sağlar.(FLT:0)IAEA

ikiz ayrıca, mevcut altyapının minimum kullanımını optimize etmek için lojistik olarak karmaşıklığını da destekler. Bu nedenle, paylaşılan atık işleme tesislerinin birden fazla ihmal kampanyasında planlanması gereken çok sayıda site için özellikle değerlidir.

Gerçek Zamanlı Simülasyonlar aracılığıyla Güvenlik Geliştirmeleri

Dijital ikizler, paralel olarak "if" bir ortam sunmak için savunma- derinlemesine yükseltirler.Sadece periyodik güvenlik analizlerine güvenmek yerine, bitki su sıcaklık değerlendirmelerinin etkisini taklit edebilir.Eğer bir bakım ekibi bir araç hattını izole ederse, ikiz derhal güç veya dağıtmaya yönlendirir ve komplikeli önlemler önerebilir.

Otomatik model tanıma ayrıca, orta taraf borularda akış arttırılmış korozyonun erken tespitinde yardımcı olur. A study from theETHFLT:0)U.S. Enerji Bölümü), dijital ikizlerin sadece güvenlikle nasıl eşleştiğini vurguladı, ancak personel sınırlı olmayan bakımları geleneksel bir bitkide azalttı; aynı ilke doğrudan bu araçların yaşam döngüsüne uygulanır.

Şiddetli kaza yönetimi, dijital ikizlerin önemli güvenlik avantajları sunduğu başka bir alandır. ikiz, mevcut bitki koşullarına dayanan varsayımsal senaryoları çalıştırabilir, acil yanıt ekibinin olası ilerlemesini daha önceden tasarlayabilmelerine izin verebilir. ikizler, özel bitki çözümlerinin en etkili majman yanıt personelinin gerçek zamanlı olarak en etkili majmanlarını seçebilirler.

Dijital ikizlerin güvenlik analizi ile entegrasyonu da risk-bilgisiz güvenlik marjlarının gelişimini destekler. Çeşitli başarısızlık modlarının ve ilişkili güvenlik sonuçlarının olasılıklarını sürekli olarak değerlendirerek, ikizler marjların eroding olduğunu ve önergeci eylemleri önerebilir. Bu proaktif yaklaşım, endüstrinin daha fazla risklendirilmiş yönetmeliklere doğru hareketle güvenlik yönetimi ile uyumlu hale getirir.

Düzenleme ve Siber Güvenlik Tahminleri

Bir dijital ikizi Sınıf 1 Nükleer tesisi kaçınılmaz olarak düzenleyici incelemeyi sürdürüyor. Kanada Nükleer Güvenlik Komisyonu, diğer CANDU-opeating ülkeleri ile birlikte, SHAP değerleri gibi herhangi bir yazılım sisteminin de geçerliliğini kontrol altına almasını bekliyor.

Dijital ikiz dağıtım için düzenleyici yol hala gelişmektedir, ancak birkaç anahtar ilke ortaya çıkmaktadır. Birincisi, ikiz başlangıçta bir danışmanlık rolünde, güvenlik sistemleri üzerinde doğrudan kontrol olmadan, tahminlerine güven genişletilmeli ve tüm model güncellemeleri ve veri girişleri, ikizlerin fiziksel bitkiye değişiklikler için de geçerli olması gerekir.

Cybersecurity başka bir kritik endişedir. Dijital ikizler çok hassas veriler ve bu tür bir sanal çoğaltma, veri toplama hatlarında anormallik için yüksek değerli bir hedef haline gelir.[Dönetici/OT güvenlik çerçevesi, ikiz kontrol sistemleri, rol tabanlı erişim kontrolleri ve sürekli izlemeleri dahil olmak üzere, sürekli olarak, dijital ikizleri korumak için bir araya getiren teknik toplantılar da dahil.)

Tedarik zinciri güvenliği de büyüyor. Dijital ikizler giderek daha fazla üçüncü taraf yazılım bileşenleri, bulut hizmetleri ve dış veri kaynakları, saldırı yüzeyi genişletilebilir. Utilities, tüm satıcılar için kapsamlı güvenlik değerlendirmelerini yürütmek ve bu verileri birden çok ülkedeki işlem yapan bir vektör sağlamak için, bu siber güvenlik gereksinimlerinin aynı zamanda, eleştirel altyapı korumasına yönelik ulusal düzenlemelerle aynı zamanda uyum sağlamaması gerekir.

Filo-Wide A Özerk Operasyonları Yolu

Birkaç CANDU istasyonlarıyla şimdi çok fazla filo olarak faaliyet gösteriyor, herhangi bir semptom sergilemeden önce bir dijital ikiz multiplies değerini, bir üniteden kız kardeşi istasyonlarına aktarılabilir.Bir baskı tüpü bozulma eğilimi ilk olarak Unit 3'de gözlemlenen bir kontrol modeli, ve lisanslı operatör yorumları ve onaylar, herhangi bir semptom sergilemeden önce, tam özerklik modelleri, ancak bina blokları altında yatan, dijital ikiz AI'nın kontrol çubuğu geri çekilmesi veya optimal bir yakıtlama programına uygun bir şekilde kullanılmasını tavsiye ediyor.

Filo çapında dijital ikizler, birçok istasyonda daha verimli bir şekilde kaynak tahsisini sağlar. Uzman bir denetim ekibi veya az yedek parça mevcut olduğunda, ikiz, hangi birimin uygulamadan en çok faydalanacağını, mevcut sağlık göstergeleri göz önüne alarak, planlanmamış programlar ve düzenleyici taahhütler arasındaki sistematik önyargıları dikkate alabilir ve daha da değerli bir nükleer personel işe alınmak için daha zor hale gelir, daha küçük bir işgücünün güvenli bir şekilde ve etkili bir şekilde yönetilmesine izin verebilir.

Bir filodaki dijital ikiz platformların standartlaştırılması ek avantajlar getiriyor. Ortak veri modelleri, paylaşılan geçerlilik kriterleri ve tutarlı kullanıcı arabirimleri eğitim maliyetlerini azaltır ve personele önemli bir öğrenme eğrisi olmadan istasyonlar arasında hareket etmesine izin veriyor. CANDU sahipleri Grup, bu standartları teşvik etmek için araçla, dijital ikizlerin tam potansiyelinin yalnızca her birinden iletişim ve öğrenebileceklerinde fark edileceğini ve öğrenilmesini kabul ediyor.

Sonuç: Sonraki Decades için bir Sanal Ortağı

CANDU teknolojisi zaten olağanüstü operasyonel uzunluğa sahip, birçok birim orijinal tasarım hayatını aştı.Yaşam döngüsü yönetimine entegre etmek, bu mirası güvenli ve verimli bir şekilde genişletmek ve genişletmek için bir yol sunar.Saçlama gerçek zamanlı verilerle, fizik tabanlı simülasyonlar ve makine öğrenimi ile, operatörler dinamik, tahmin edilebilir bir şekilde, sadece bir nesil önce dijital ikiz düzenleyiciler ve dijital platformlar için önemli yatırım talep eder.

En başarılı uygulamalar dijital ikizleri sosyoteknik bir sistem olarak tanıyanlar olacaktır, sadece teknik bir tane değil.Templeasyondan elde edilen kültürel değişim, fiziksel varlıkların hayatına daha fazla uzatmadan, model tabanlı bir operasyon - her türlü altyapı yatırımını sağlayan yeni bir işletim paradigması oluşturmakla ilgili olarak, operatör eğitimi ve çapraz işlevli işbirliği daha zorlu bir enerji piyasasındaki en büyük getirileri görecek.