Research » Разработка методов, инструментария и проведение расчетных исследований безопасности АЭС » Программно-технический комплекс «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР»

ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС «ВИРТУАЛЬНО-ЦИФРОВАЯ АЭС С ВВЭР»

Отдельные компоненты ПТК «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР»

Научный руководитель ИБРАЭ РАН Большов Л.А. и научный руководитель АО «ВНИИАЭС» Соловьев С.Л. на первой демонстрации ПТК «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» комиссии во главе с первым заместителем ген. директора по операционному управлению ГК «Росатом» Локшиным А.М.

Первая демонстрация ПТК «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» комиссии во главе с первым заместителем ген. директора по операционному управлению ГК «Росатом» Локшиным А.М.

Демонстрация ПТК «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» делегации во главе с научным руководителем проектного направления «Прорыв» Адамовым Е.О. и советником генерального директора Госкорпорации «Росатом» Асмоловым В.Г. Докладчик к.ф-м.н. Мосунова Н.А.

В последние годы несомненной тенденцией во всех областях промышленности является их цифровизация. В атомной энергетике одним из перспективных направлений в этой области является создание цифрового двойника АЭС, наличие которого уже в ближайшее время может стать обязательным атрибутом для продажи проектов на международном рынке. Цифровой двойник является виртуальной моделью объекта, позволяющей отслеживать его состояние на всех этапах жизненного цикла с целью предотвращения возможных коллизий данных, оптимизации обслуживания и повышения эффективности использования объекта.

В АО «Концерн Росэнергоатом» задумались о необходимости создания виртуальных моделей АЭС уже давно. В 2009 г. стартовала разработка концепции и технологии «Виртуальной АЭС с ВВЭР». С 2015 г. началась активная стадия проекта с наименованием «Разработка программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР». Основные исполнители работ: АО «ВНИИАЭС» и ИБРАЭ РАН. Финансирование осуществляется за счет средств ФРКП АО «Концерн Росэнергоатом».

Программно-технический комплекс «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» представляет собой совокупность интегрированных в общей среде расчетных кодов, обеспечивающих согласованное моделирование многообразных процессов, протекающих в системах и элементах АЭС с РУ технологии ВВЭР, функционирующую на высокопроизводительной вычислительной системе, рабочие места и видеостену из мониторов с высоким разрешением.

С помощью входящих в состав программно-технического комплекса расчетных кодов возможно построение моделей конкретных энергоблоков с РУ технологии ВВЭР для моделирования широкого спектра режимов работы энергоблока: нормальной эксплуатации, ее нарушений, включая тяжелые аварии.

Программно-технический комплекс «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» способен решать широкий спектр задач, включая:

инженерную поддержку Кризисного центра АО «Концерн Росэнергоатом» и формирование сценариев противоаварийных тренировок;
верификацию проектных решений;
расчетное обоснование безопасности;
повышение операционной эффективности, и другие.

Пилотная модель программно-технического комплекса разрабатывается для энергоблока №1 НВАЭС-2.

Состав системы расчетных кодов программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР»

Система кодов, входящих в состав программно-технического комплекса, позволяет моделировать следующие процессы:

нейтронно-физические в активной зоне реакторной установки;
теплогидравлические в оборудовании реакторного и турбинного отделений, в системе помещений защитной оболочки;
распространения тепла в твэле;
наработки и выхода продуктов деления в газовый зазор твэла;
термомеханические в топливе и оболочке твэла;
распространения продуктов деления по первому контуру и в системе помещений защитной оболочки;
разрушения активной зоны, поведения расплава на днище корпуса реактора и в устройстве локализации расплава;
электромеханические в оборудовании электрической части энергоблока.

Моделируется также АСУ ТП нижнего уровня.

Все вышеуказанные процессы моделируются согласованно друг с другом. Кроме того, для моделирования нейтронно-физических, теплогидравлических и термомеханических процессов предусмотрена иерархия моделей — от инженерных подходов до углубленного моделирования:

по нейтронной физике: диффузионное приближение, метод Монте-Карло;
по теплогидравлике: канальное приближение, ячейковое приближение, приближение пористого тела, CFD с RAND моделями турбулентности;
по термомеханике: 1.5D приближение, 3D приближение на базе метода конечных элементов.

Методы углубленного моделирования (CFD с RANS моделями турбулентности, метод Монте-Карло, 3D приближение на базе метода конечных элементов) позволяют проводить верификацию проектных решений, выполнять оптимизацию конструкции, а также используются для настройки моделей инженерных методик.

Следует отметить, что входящие в состав программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» расчетные коды могут использоваться не только в составе ПТК, но и как автономные программные продукты. Для этих целей каждый из модулей снабжен руководством пользователя и руководством по моделям, верификационным отчетом, графическим интерфейсом пользователя, позволяющим произвести подготовку данных для расчета и визуализировать результаты моделирования.

Особенности программной реализации компонентов программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР»

Компоненты программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» реализованы на основе методологии объектно-ориентированного программирования на языках С++ или FORTRAN. При этом обеспечена кросс-платформенность как всего ПТК, так и его отдельных компонентов по отношению к операционным системам семейств Windows и Linux. Реализовано распараллеливание компонентов на основе технологий OpenMP и MPI, позволяющих в полном объеме использовать возможности высокопроизводительной вычислительной системы, входящей в состав программно-технического комплекса.

Разработка программ проводится с использованием системы коллективной разработки программного обеспечения SVN, кроме того, в проекте используются специальные процедуры контроля качества, такие как контроль исходных текстов на предмет соответствия шаблонам, автоматическое тестирование и другие.

Текущее состояние разработки и планы дальнейшего развития программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР»

В 2017 году завершена разработка основных расчетных кодов, формирующих ядро программно-технического комплекса. Первая демонстрация программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» состоялась 23 мая 2018 г. в АО «ВНИИАЭС» (дочернее общество АО «Концерн Росэнергоатом», входит в электроэнергетический дивизион Госкорпорации «Росатом») в рамках проведения 11-й Международной научно-технической конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (МНТК-2018). В 2018 году будет завершена разработка последнего из модулей — модуля разрушения активной зоны. Кроме того, в 2018 г. должны быть завершены работы по интеграции отдельных программных модулей в состав программно-технического комплекса.

К концу 2018 года будут полностью завершены работы по монтажу и наладке технических средств. В конце 2019 г., после завершения работ по верификации программно-технического комплекса и его опытной эксплуатации, будут проведены приемо-сдаточные работы.

В дальнейшем планируется поэтапное внедрение программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» в деятельность Кризисного центра АО «Концерн Росэнергоатом», а также его тиражирование на энергоблоки других типов.

Site map | Feedback