ПРИЛОЖЕНИЕ НА ТЕХНИКИТЕ НА СИМУЛАЦИОННОТО МОДЕЛИРАНЕ И ИЗКУСТВЕНИЯ ИНТЕЛЕКТ ПРИ ИЗСЛЕДВАНЕ НА ЯДРЕНАТА БЕЗОПАСНОСТ
Работният пакет съдържа задачи, насочени към усъвършенстване на количествените и качествените характеристики на човешките ресурси в ядрената сфера, усъвършенстване на образователната подготовка на ядрените специалисти и създаване на механизми за запазване и обмен на придобити знания в ядрената сфера. Едно от съвременните предизвикателства, притежаващо потенциал за въздействие както върху човешкия фактор, така и върху технологията, е изкуственият интелект. В работния пакет се предвижда провеждането на детайлен експериментален анализ за оценка неговата приложимост при дейностите, свързани с повишаване на безопасността на ядрените инсталации. Потенциално възможните области на приложение включват експлоатационни дейности, оптимизиране на ремонти, анализи на безопасност и помощ при вземане на решения. Ще бъде обърнато внимание и на съпътстваща, но не по-малко важна, оценка на приложението на изкуствения интелект при изграждане на интелигентни системи за управление на електропреносните системи в условията на все по-широко навлизащите в световен мащаб възобновяеми източници на енергия.
Ядрената безопасност, като основен фактор, свързан с експлоатацията на ядрените съоръжения, е неизбежно свързана с новите технологии. Предвидените дейности, свързани с идентифицирането и оценката на рисковете, свързани с експлоатацията на ядрените съоръжения, съвместно с разработването на стратегии за тяхното управление, ще доведат до създаването на методика за оценка на вътрешни и външни рискове чрез методите и подходите на електронните технологии, включително и изкуствения интелект. Като свързваща част между приложението на изкуствения интелект и други съвременни дигитални методи и инструменти и анализите на ядрената безопасност, се явява употребата на приложното симулиране за целите на получаването на практически опит, знания и умения за справяне с различни ситуации, включително и аварийни. Приложното симулиране, основавайки се на съвременни технологии и методи, е от ключово значение за повишаване на компетентностите на оперативния и ремонтния персонал, което от своя страна е основен фактор при осигуряване на необходимите достатъчно високи нива на ядрената безопасност. Компютърните симулации могат да намерят приложение също така при валидация и верификация на нови технологии и процедури, преди те да бъдат въведени в реални експлоатационни условия.
Съществен фактор при изследването на безопасността на ядрените енергийни реактори, на който се обръща особено внимание след аварията в ЯЕЦ Фукушима Дайчи, е осигуряването на процеса за управление на тежки аварии отвъд приетата за повечето ядрени реактори от второ поколение граница от 72 часа след изходното събитие. Тъй като основна трудност пред успешното прилагане на подобни мерки за продължителен период от време се явяват процесите, свързани с извънкорпусната фаза на тежката авария, изследването на влиянието на продължителната фаза при съществуващи съоръжения е от изключителна важност.
Работни задачи
Изкуственият интелект (ИИ) има обещаващ потенциал за приложение в редица сектори на индустрията и ядрената енергетика, въпреки своите специфики, не прави изключение. Със своята способност да повишава ефективността, автоматизацията, безопасността и прогнозната поддръжка, както и да оптимизира процесите, изкуственият интелект вече доказва своята приложимост в индустрията. Задължително прилаганата консервативност при експлоатацията на ядрените съоръжения, обаче, налага известни ограничения пред интензивното навлизане на техниките на ИИ в експлоатационните дейности. В рамките на работния пакет ще бъдат изследвани възможностите за приложение на изкуствения интелект при обучение на оперативен персонал, при изследване на ефективността на симптомно-ориентирани аварийни инструкции и при оценка на операторските действия.
Приложимостта на машинното обучение (МО), като част от дефиницията за изкуствения интелект, ще бъде изследвана основно са целите на непрекъснатия мониторинг на критично оборудване и оптимизиране на междуремонтните периоди. От гледна тока на ядрената безопасност подходът има съществено преимущество при реализиране на подходи от типа leak before break, където основната задача е ефективно идентифициране на аномалиите чрез анализ на големи набори от сензорни данни, което позволява подмяна на оборудване преди то да е дефектирало ефективно и да е довело до нарушаване на основните експлоатационни режими. Приложението на технологията може да даде по-бързи и по-точни резултати, като същевременно се разчита на по-малко, но незаменимо човешко взаимодействие, с което значително може да се понижи вероятността от постигане на човешка грешка и редуциране на влиянието на човешкия фактор. Повишената прецизност, намалените разходи и оптимизираните човешки дейности с помощта на машинното обучение имат потенциал да допринесат до значителни ползи за сектора на ядрената енергетика и най-вече в областта на повишаване на ядрената безопасност.
Потенциалните приложения на ИИ в конвенционалната част на електроенергийните системи са значими – например повишаване на ефективността електропреносната система и осигуряване на стабилно снабдяване с електроенергия чрез регулиране на производството на електроенергия на основата на данни за потреблението в реално време и прогнозиране на натовареността на различните типове генериращи мощности, включително и зависимите от променливите природни условия като интензивност на слънцегреенето, ветровете, морските вълни и други. В областта на управлението на генерираните мощности от ядрена енергия прогнозното регулиране също има място, особено при все по-широко коментираните реактори с ниски мощности, включително и малки модулни реактори, които в общия случай се характеризират с възможности за работа в маневрени режими.
В рамките на отделните дейности по задачата се предвижда изследване на приложимостта на изкуствения интелект и машинното обучение за анализ на големи обеми разнородни данни с висока производителност, създаване на изчислителни прогнозни и класификационни модели с цел анализ на процесите в ядрените реактори, прогнозиране на вероятностите за отказ на системи и компоненти и повишаване на безопасността при производството на ядрена енергия.
Водещ изследовател: проф. д-р инж. Веска Ганчева
Идентифицирането и оценката на рисковете, свързани с експлоатацията на ядрените съоръжения, съвместно с разработването на стратегии за тяхното управление, лежат в основата на целите за безопасна експлоатация на ядрената енергетика. Приложното анализиране на рисковете представлява основен инструмент за гарантиране на безопасността в ядрената сфера. Идентифицирането на потенциалните рискове и разработване на планове за тяхното управление е подход, чрез който е възможно постигането на минимизиране на вероятността от възникване на инциденти. Създаването на всеобхватна методика за оценка на вътрешни и външни рискове чрез методите и подходите на електронните технологии, включително и изкуствения интелект, е една от основните задачи в създаването на съвременните средствата за анализ на ядрената безопасност.
Високото ниво на обучение и квалификацията на кадровия състав са от критична важност при осигуряване на безопасността на ядрените съоръжения.
Съществен елемент от осигуряването на безопасността на ядрените инсталации е прилагането на подхода ВАБ ниво 3, което ще предостави по-задълбочено и по-цялостно разбиране на рисковете, свързани с експлоатирането на ядрените съоръжения. Прилагането на ВАБ ниво 3 ще помогне да се оценят последствията от евентуални аварии и да се разработят адекватни мерки за защита и реагиране, което е критично за безопасността на обществото и околната среда.
Фокусът в работната задача е насочен върху внедряването на изчислителни модели и подготовката на кадри за работа с тях.
Водещ изследовател: д-р инж. Емил Кичев
Приложното симулиране позволява да се придобият практически опит и знания относно управлението на ядрените съоръжения и физиката на протичащите процеси. Симулаторното обучение спомага за повишаване на готовността на оперативния персонал и увереността в справянето с различни ситуации, включително и аварийни с натрупване на събития. Тематиката е пряко свързана с повишаването на безопасността на ядрените съоръжения.
Приложното симулиране, основавайки се на съвременни технологии и методи, е от ключово значение за повишаване на компетентностите на оперативния и ремонтния персонал, което от своя страна е основен фактор при осигуряване на необходимите достатъчно високи нива на ядрената безопасност.
Компютърните симулации могат да намерят приложение също така при валидация и верификация на нови технологии и процедури, преди те да бъдат въведени в реални експлоатационни условия.
Водещ изследовател: д-р Светлин Филипов
Повечето мерки, внедрени в ядрените централите с реактори ВВЕР, след аварията в ЯЕЦ Фукушима Дайчи, подпомагат процеса за управление на аварии до 72 часа след изходното събитие. Все повече, в резултат на усилията на ENSREG и МААЕ, се налагат допълнителни изисквания по отношение на действия и технологични решения, предназначени за продължително управление на аварията и съответно привеждане на централата в безопасно състояние отвъд настоящият интервал от 72 часа.
Основна трудност пред успешното прилагане на мерки за управление на аварии за продължителен период от време се явяват процесите, свързани с извънкорпусната фаза на тежката авария, в това число възможността за ефективно охлаждане на стопилката, изхвърлена в шахтата на реактора и генерираните запалими газове, чиято концентрация надвишава изискванията за привеждане на блока в безопасно състояние.
В тази връзка ще бъде изследвано влиянието на продължителната фаза на тежка авария върху централите с реактори ВВЕР, като се оценят конкретни организационни мерки по отношение на управление на аварии, технологични решения за охлаждане на стопилката в шахтата и дългосрочното въздействие и управление на запалимите газове в хермозоната.
Водещ изследовател: гл. ас. д-р Емил Костов