Чи може цифрова трансформація забезпечити більшу енергоефективність і продовжити термін служби атомних електростанцій значно більше, ніж на 40 років? Це те, на що спроможне програмне забезпечення від Ansys. Пропонуємо Вам переконатись у перспективах використання симуляцій Ansys Twin Builder в атомній енергетиці на підставі ексклюзивного інтерв’ю з віце-президентом і генеральним менеджером Ansys Еріком Бантені, яке він дав французькій групі EDF, що сприяє розробці безпечних технологій виробництва електроенергії з низьким вмістом вуглецю за допомогою інструментів мультифізичного моделювання Ansys.
Чому атомна галузь зацікавлена в цифровому моделюванні?
Як можна гарантувати продовження терміну служби електростанцій, проводити прогнозне технічне обслуговування, порівняти те, як система погіршує продуктивність порівняно з тим, що було заплановано, у дуже індивідуальний спосіб на рівні кожного з компонентів?
На атомній станції працює багато систем. Існують тисячі насосів із широким діапазоном робочих змін, які працюють у різних умовах, з дуже довгим терміном служби, дуже високою вартістю активів тощо. Тому дуже важливо захистити їх і зменшити витрати на технічне обслуговування. Є як питання безпеки, так і економічне питання. Програмне забезпечення Ansys пропонує можливість створення цифрового двійника для всього обладнання, що обслуговується.
Ерік Бантені (Eric Bantegnie), віце-президент і генеральний менеджер Ansys
Про яке обладнання йдеться розмова?
Це обладнання, яке оператор установки вважає критичним для управління.
Це варіюється від складного обладнання, такого як турбогенератори, до простих речей, таких як насоси. Немає обмежень щодо обладнання. Наприклад, якщо на заводі є два однакові насоси, вони не будуть використовуватися однаково, вони не матимуть однакового терміну служби. Тому ми створимо імітаційну модель для кожного насоса. Дані датчиків, встановлених на кожному насосі, дозволять програмному забезпеченню давати індивідуальні прогнози для кожної частини обладнання.
Інженер використовує комп'ютер для обслуговування обладнання на електростанції
Як працює симуляція?
Ansys пропонує мультифізичні, багатообладнані та багатомасштабні симуляції.
Мультифізика: для даного обладнання виконується моделювання поєднання всіх фізичних явищ одночасно. Для електродвигуна моделюються електрична частину, а також термічна частину, вібрація. Можна змішувати кілька типів фізики одночасно, щоб отримати точне моделювання. Інші засоби моделювання можуть моделювати лише одне фізичне явище за раз.
Багатообладнаність: можна поєднувати приналежність різних взаємодіючих компонентів у програмному забезпеченні. У генераторі змінного струму є десятки різних частин, і можливо змоделювати кожну з цих частин і змоделювати ціле.
Багатомасштабність: симуляція надзвичайно тонких та детальних явищ, таких як електронний чіп або маленький шматок у трубі, тому можна імітувати дуже малі та мікроскопічні масштаби. Але також можна симулювати дуже масштабні фізичні явища на сотні метрів (радари дальнього радіусу дії) і різних порядків величини (турбогенератори, автономні автомобілі). Таким чином, послідовно збільшується частина обладнання, його допоміжна частина, компоненти тощо.
Як програмне забезпечення Ansys може продовжити термін служби атомної станції?
Коли використовується програмне забезпечення Ansys, є можливість використовувати інструменти аналізу безпеки, які дозволяють операторам перераховувати всі можливі режими збоїв технічних систем. Це все, що потенційно може не працювати. Тож розробник має у своєму розпорядженні цей каталог, а за допомогою моделювання може у режимі реального часу бачити, чи система переживає певний режим збою (тобто аномальна вібрація, аномальна температура).
Проблеми в роботі можна виявити в режимі реального часу. Зазвичай датчики встановлюються там, де ми можемо, і не обов’язково там, де вони нам потрібні. Наприклад, якщо є корозія всередині насосу через пісок або окиснювачі, неможна встановити датчик у насос, оскільки це заблокує його. Але моделювання дає змогу точно передбачити, якими будуть фізичні параметри роботи насосу. Моделювання дає дуже точні прогнози, попереджає про відхилення в системі, повідомляє, чи потрібна операція з технічного обслуговування або чи слід зупинити систему. Підхід на базі цифрового двійника дозволяє уникнути поломок і відстежувати деградацію систем. Таким чином стає можливим продовжити термін служби атомної станції.
ТЕЦ з великим димарем
Моделювання режимів роботи атомних станцій, які знаходяться в експлуатації
Електростанції були побудовані десятки років тому, коли потужність обчислень і моделювання була не такою, як сьогодні. Але цифрові двійники можна використовувати на обладнанні старих електростанцій, які все ще працюють. За допомогою Ansys можна моделювати існуюче обладнання, для якого не обов’язково мати детальні 3D-дані. Можна створювати симуляції крупним планом на основі робочих даних, щоб проводити прогнозне обслуговування. Режими відмов також можна моделювати та аналізувати для задоволення потреб безпеки.
Цифрове моделювання сьогодні масово використовується в автомобільній та аерокосмічній промисловості. Як застосовується Twin Builder у атомній галузі?
Атомна галузь підходить для моделювання, тому що в атомній промисловості є багато речей, які фізично не можна перевірити. Якщо потрібно знати, чи може атомна станція порушити свій режим роботи, ви не можете цього зробити, краще це змоделювати. Рішення, розроблені для ядерної галузі, часто приймаються рештою промисловості через кілька років. Програмне забезпечення Ansys для мультифізичного моделювання Ansys Twin Builder орієнтовано на використання і для ядерної промисловості.
Нова бібліотека рідинного охолодження (LCL), яка доступна в Ansys Twin Builder Heating та Cooling Library, розширює можливості для моделювання в атомній енергетиці. Ця бібліотека є сумісною з багатьма інструментами бібліотеки Modelica, яка може допомогти розгорнути моделювання систем охолодження по-новому. Загалом LCL можна використовувати для моделювання контурів охолодження в багатьох галузях промисловості, таких як енергетика, аерокосмічна, автомобільна, переробна тощо. Поєднання з великими бібліотеками електроніки та електричних машин у Twin Builder, робить LCL природним пристосуванням для охолодження силової електроніки та управління температурою технічних пристроїв.
Які можна навести приклади успішного впровадження Ansys?
Рішення, які Ansys розробляє та створює прототипи для атомної промисловості, через рік-два будуть поширені в інших галузях промисловості, які мають високий попит на безпеку. Це аерокосмічна галузь, традиційна та відновлювальна енергетика та більше охоплення автомобільної промисловості з автономними системами. Ядерна система має багатоскладні проблеми з багатьма взаємодіями з механічними та тепловими системами. Термомеханічні проблеми дуже складні, існують високі температури, вібрації тощо, фізика, що стосується цього, дуже складна.
Атомна енергетика також пов’язана з проблемами корозії, оскільки системи створені для того, щоб служити дуже довго. За допомогою Ansys можна вирішити вказані проблеми та надати відповіді, які можна застосувати в нафтогазовій промисловості, де також є проблеми з корозією на трубопроводах і нафтопереробних заводах.
Які наступні задачі чекають на вирішення з Ansys?
Розробники Ansys дуже просунулись у точному фізичному моделюванні. Співпраця з французькою групою EDF цікава у розгортанні цифрових двійників. Атомні станції мають багато підсистем, які потенційно можуть бути цифровими двійниками. Атомна електростанція потенційно означає 20 000 або 30 000 цифрових близнюків. Отже, коли ми знаємо, як розгорнути всі ці цифрові двійники для обслуговування атомної станції, ми також зможемо розгорнути їх, наприклад, на атомному підводному човні або на нафтопереробному заводі у великих і дуже складних системах. Потрібно ще багато чого дізнатися про те, як створювати стратегії розгортання та як отримувати дані. Сьогодні клієнти Ansys мають лише кілька тисяч цифрових двійників. Перехід до 10 000 або 100 000 означає зміну масштабу, і це ще попереду.
