Атомные электростанции производят большое количество электроэнергии, не загрязняя при этом планету. Так что мешает использовать только их? Проблема в расходах на эксплуатацию, которые слишком велики. Ученые из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) разрабатывают системы, которые могли бы сделать ядерную энергетику более конкурентоспособной. И поможет искусственный интеллект.
Атомные электростанции дороги отчасти потому, что для обеспечения безопасности и постоянного потока энергии они требуют перманентного контроля и обслуживания. Аргонн находится на полпути к завершению трехлетнего проекта стоимостью 1 миллион долларов, направленному на изучение того, как умные компьютеризированные системы могут изменить экономику.
Автономная работа может помочь повысить прибыльность атомных электростанций, а также принести пользу при развертывании передовых концепций реакторов.
Проект направлен на создание компьютерной архитектуры, которая могла бы обнаруживать проблемы на раннем этапе и рекомендовать соответствующие действия операторам-людям. По оценкам учёных, эта технология может сэкономить атомной отрасли более 500 миллионов долларов в год.
Типичная атомная станция может содержать сотни датчиков, и каждый из них контролирует работу различных частей. Работа по проверке каждого датчика, а также производительности компонентов системы, таких как клапаны, насосы, теплообменники, в настоящее время возлагается на персонал, который ходит по цеху. Вместо этого алгоритмы могли бы проверять данные, изучая, как работает нормальный датчик, и ища аномалии.
Проверив датчики завода, система искусственного интеллекта будет интерпретировать их сигналы и рекомендовать конкретные действия.
Представьте, что приборная панель вашего автомобиля предупреждает о шине с низким давлением. Вы знаете, что не нужно сразу же останавливаться, но можно немного снизить скорость, пока не накачаете шину, чтобы избежать прокола.
Люди постоянно действуют подобным образом. Мы оцениваем информацию, принимаем решение и предпринимаем действия, например, меняем элементы управления и ремонтируем. Метод искусственного интеллекта, называемый обучением с подкреплением, воспроизводит логику мозга, обучая систему принимать решения, оценивая потенциальные результаты. На атомной станции компьютеры могли бы обнаруживать проблемы и сообщать о них операторам станции как можно раньше, помогая оптимизировать контроль, а также предотвращая более дорогостоящий ремонт в будущем. Кроме того, компьютеры могут предотвратить ненужное обслуживание оборудования.
Задачи более низкого уровня, которые сейчас выполняют люди, можно передать алгоритмам. Это позволит поднять людей до более высокой степени ситуационной осведомленности, чтобы они были наблюдателями, принимающими решения.
В партнерстве с промышленностью для разработки сценариев испытаний аргоннские инженеры создали компьютерную симуляцию, или «цифрового двойника», усовершенствованного ядерного реактора. Хотя система предназначена для обслуживания новых реакторных технологий, она также достаточно гибкая, чтобы ее можно было применять на существующих атомных станциях.
Команда проверяет свою концепцию искусственного интеллекта на смоделированном реакторе, и к настоящему времени они завершили системы для контроля и диагностики его виртуальных частей. Оставшаяся часть проекта будет сосредоточена на способности системы принимать решения — что она делает с диагностическими данными.
Поскольку автономная атомная станция требует этих разнообразных функций, конечным продуктом работы аргоннской команды является системная архитектура, объединяющая несколько алгоритмов. Например, инженеры адаптируют код, включая модуль системного анализа Argonne (SAM), инструмент анализа для современных реакторов. SAM, разработанный в сотрудничестве с инженерной фирмой Kairos Power, получил награду R&D 100 в 2019 году.