http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=510522e3-a37c-4339-9ef7-8675dccb0ede&print=1© 2024 Российская академия наук
- Судя по названию “Разработка технологии интеллектуального управления, создание и внедрение на российских и зарубежных АЭС роботизированного транспортно-технологического комплекса перегрузки ядерного топлива”, она может сделать существование человечества безопаснее?
- Безусловно. Ведь важнейшим условием масштабного продвижения атомных электростанций на международный рынок электроэнергии является обеспечение их экономической эффективности в сравнении с другими способами получения энергии, но при непременном соблюдении требований по безопасности работы. Основным параметром, определяющим экономическую эффективность действующего энергоблока АЭС, считается сегодня коэффициент использования установленной мощности (КИУМ). Его вычисляют как соотношение фактической энерговыработки реакторной установки к ее энерговыработке при непрерывной работе на номинальной мощности за определенный период эксплуатации. Повышения КИУМ действующих энергоблоков достигают двумя способами: либо за счет увеличения их мощности и улучшения эксплуатационных свойств, либо путем сокращения периода их простоя, когда энергоблок не вырабатывает электроэнергию. Непродуктивный простой реактора обусловлен, в первую очередь, необходимостью его ежегодной остановки для проведения планово-предупредительного ремонта, главное в котором - перегрузка ядерного топлива в активной зоне реактора.
- Ядерное топливо в виде ТВС - тепловыводящих сборок, о которых много говорили при аварии в Чернобыле?
- Да, ТВС - это пучок трубчатых тепловыделяющих элементов, содержащих таблетки из диоксида урана. Таких ТВС, например, в реакторе типа ВВЭР-1000 всего 163. Их перезагрузка подразумевает удаление из реактора отработавших ТВС и перемещение из бассейна выдержки в активную зону реактора “свежих” сборок, а также перестановку внутри активной зоны реактора не полностью выработанных ТВС для поддержания его нормальной работы. Все транспортно-технологические операции с ядерным топливом осуществляют с помощью специального транспортно-технологического комплекса (ТТК), в состав которого входит перегрузочная машина весом около 56 тонн, с манипулятором в виде 9-метровой телескопической рабочей штанги. С помощью этой техники ТВС захватывают и передвигают по активной зоне реактора и бассейну выдержки.
Раньше перегрузка занимала около 15 суток. Естественно, в этот период реактор не вырабатывал электроэнергию, что существенно снижало КИУМ энергоблока. Почему так долго? Управление ТТК осуществлялось в ручном или полуавтоматическом режимах, при которых оперативный персонал должен был постоянно контролировать выполнение каждой транспортно-технологической операции и нести ответственность за ее безопасность.
Поэтому целью нашей работы стала разработка новой технологии интеллектуального управления ТТК, обеспечивающей сквозную роботизацию операций перегрузки ядерного топлива. И мы это сделали. Внедрение нашей технологии позволило существенно сократить время перегрузки и снизить влияние “человеческого фактора”. Как следствие, удалось повысить энергоэффективность и безопасность эксплуатации действующих энергоблоков АЭС.
- А в чем научная новизна разработки вашего коллектива?
- В технологии интеллектуального управления ТТК перегрузки ядерного топлива применен комплекс взаимоувязанных системных, алгоритмических, схемотехнических, программных и конструктивно-технологических решений. На основе предложенной нами логико-вероятностной модели процесса перегрузки и методики количественного анализа ее безопасности были разработаны новые алгоритмы интеллектуального управления перегрузочной машиной. Они обеспечивают автоматическое планирование и оптимизацию маршрутов ее перемещений, а также выбор скоростных режимов с учетом всех ограничений, при гарантированном соблюдении необходимых и достаточных условий безопасности. Все это и позволило сократить время перегрузки и повысить ее безопасность. Плюс на основе использования пространственной математической модели удалось разработать новую конструкцию перегрузочной машины, которая легче предыдущей в 1,5 раза, но при этом соответствует требованиям безопасности. Это, в свою очередь, позволило повысить скорости движения ее механизмов в 1,6 раза, а точность позиционирования захвата рабочей штанги в 3 раза (с 3 до 1 мм!).
Впервые в контуре управления ТТК была задействована вычислительная система с многопроцессорной и многосетевой архитектурой, которая обладает повышенным быстродействием благодаря распараллеливанию процессов интеллектуального управления перегрузочной машиной, а также отказоустойчивостью, за счет применения разработанных нами методов и алгоритмов автоматического диагностирования и парирования возникающих отказов.
Кроме непосредственно операций по перемещению ТВС в реакторной зоне ТТК выполняет ряд вспомогательных операций, одна из которых - контроль герметичности оболочек ТВС. В существовавших ранее комплексах эта процедура требовала множества дополнительных перемещений ТВС перегрузочной машиной, на что уходило много времени. Чтобы его сэкономить, мы предложили новый метод оперативного контроля герметичности оболочек ТВС - непосредственно в процессе выемки ТВС из активной зоны реактора. Это и общее время перегрузки сократило, и повысило безопасность за счет просто уменьшения числа транспортных операций с ТВС.
Еще одна вспомогательная операция - контроль критических формоизменений ТВС в реакторе. Ранее она выполнялась с помощью механической “щуповой” системы, требующей механического контакта с ТВС, что, во-первых, существенно снижает безопасность, а во-вторых, занимает много времени. Избежать этих недостатков помог предложенный нами новый, бесконтактный метод контроля. Он основан на реконструкции трехмерной сцены активной зоны реактора и определении высотных координат всех головок ТВС путем обработки видеоизображений, получаемых штатной телевизионной камерой ТТК. Применение этого метода позволило значительно сократить время, затрачиваемое на данную технологическую операцию, и повысить ее безопасность за счет исключения механического контакта с ТВС.
- Технология запатентована?
- Новизна наших научно-технических решений подтверждена более чем 20 патентами и свидетельствами, в том числе зарубежными (США, Евразия, Финляндия, Украина), их публикацией в 3 монографиях и 30 статьях в профильных изданиях, а также дипломами и медалями российских и зарубежных выставок. По результатам работы защищены одна докторская и три кандидатские диссертации.
- Не считали, каков может быть технологический, экономический и социальный эффект от внедрения результатов вашей работы?
- Применение всех перечисленных выше технических решений и научных результатов, полученных нашим авторским коллективом, позволило сократить время перегрузки ядерного топлива на энергоблоках типа ВВЭР-1000 на 40%. Точнее, с 14,66 до 8,75 суток. А безопасность повысить почти на 20%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить КИУМ энергоблока на 1,66%, что обеспечивает ежегодно выработку до 144 МВт.ч дополнительной электроэнергии, поставляемой потребителю. Если учесть, что стоимость выработанной электроэнергии одним типовым энергоблоком проекта В-320 (ВВЭР-1000) равна примерно 1,145 рубля за МВт, то экономический эффект от внедрения ТТК нового поколения на одном энергоблоке АЭС составляет около 165 миллионов рублей в год. Технология внедрена на 17 энергоблоках российских АЭС и 6 энергоблоках зарубежных АЭС, что дает суммарный ежегодный экономический эффект более 2 миллиардов рублей.
Добавьте к этому еще социальную значимость работы: наукоемкое производство роботизированного ТТК локализовано на территории России, то есть обеспечило создание новых рабочих мест.
- Реализация столь масштабного проекта потребовала, вероятно, сотрудничества с различными научными и производственными коллективами нашей страны?
- Конечно, не зря в авторский коллектив входят ученые, представляющие как академическую (ЮНЦ РАН), так и вузовскую (ЮФУ и ИТМО) науку. Это люди, известные научными достижениями в робототехнике и интеллектуальном управлении сложными мехатронными объектами. Есть среди награжденных и представители конструкторских и эксплуатирующих организаций, таких как ОКБМ им. И.И.Африкантова, концерн “Росэнергоатом”, Ростовская и Ново-Воронежская АЭС. Такое сотрудничество и позволило довести полученные научные результаты до широкого практического внедрения.