Die Kernenergie hat sich als eine der weltweit am häufigsten genutzten sauberen Energiequellen durchgesetzt. Der Grund für die weite Verbreitung der Kernenergie liegt darin, dass sie im Gegensatz zu anderen konkurrierenden sauberen Energieoptionen als angemessene Energiequelle sowohl für den privaten als auch für den großindustriellen Gebrauch dienen kann. In den Vereinigten Staaten macht die Kernenergie derzeit 60 % aller sauberen Energiequellen aus, aber trotz ihrer Beliebtheit ist ihre Nutzung mit Sicherheitsbedenken und Herausforderungen verbunden.
Im Gegensatz zu anderen sauberen Energiequellen fürchtet die Öffentlichkeit die Folgen eines Fehlverhaltens beim Betrieb der Kernenergie, und die Aufarbeitung des Tschernobyl-Unfalls durch HBO zeigt, wo das Interesse der Öffentlichkeit noch immer liegt. Das Jahr 1986 ist lange vorbei, und heute ist die Kernenergiebranche streng reguliert, und der Schwerpunkt der Branche liegt auf der Gewährleistung der Sicherheit durch die Aufrüstung bestehender Kernenergiesysteme, wobei Technologien zur digitalen Transformation helfen können.
Bevor wir uns damit befassen, wie die digitale Transformation helfen kann, wollen wir beschreiben, wie die traditionelle Kernkraftanlage betrieben wird/wurde. In den späten 80er- und 90er-Jahren dienten große, deckenhohe Schalttafeln mit Hunderten von Knöpfen als Schalttafel, auf der die KPIs einer Anlage angezeigt wurden. Diese Knöpfe waren mit Schaltern, Alarmen, Ventilanzeigen und verschiedenen Steuerungskomponenten verbunden, um die tägliche Leistung zu überwachen. Um die Anlage optimal zu betreiben, liefen Dutzende von hochqualifizierten Wissenschaftlern umher und zeichneten Daten von diesen Schalttafeln zur weiteren Analyse auf.
Die Bediener der Schalttafeln arbeiteten mit den Ingenieuren zusammen, deren Aufgabe es war, die auf die Schalttafeln übertragenen Warnsignale zu übersetzen. Die Bediener, Ingenieure und Datenanalysten mussten dann mit veralteten Systemen zusammenarbeiten, um die erfassten Daten zu analysieren und die durchzuführenden Sanierungsmaßnahmen zu bestimmen. Der analoge Prozess war umständlich und eine Reaktion auf Vorfälle in Echtzeit war trotz der zahlreichen in das System integrierten Ausfallsicherungen schwierig. Der digitale Wandel in der Nuklearindustrie begann mit dem Einsatz von Tablets und anderen intelligenten Geräten zur Datenerfassung in Echtzeit. Die Umstellung von analogen auf digitale Verfahren erleichterte die Datenerfassung und vereinfachte die Arbeit der Betreiber.
Heute reicht es nicht mehr aus, einfach von analogen Datenerfassungsprozessen auf digitale Werkzeuge umzusteigen. Es gibt jetzt hochmoderne Tools für die digitale Transformation, die die Aufrüstung von Kernenergieanlagen unterstützen, die Betriebsabläufe vereinfachen und eine sicherere Leistungserbringung gewährleisten können.
Bewertung von Anlagen-Upgrades vor der Implementierung
Die Nuklearindustrie befindet sich in einer Phase, in der alte Anlagen durch moderne Optionen ersetzt werden, und es ist von entscheidender Bedeutung, die Auswirkungen des Austauschs einzelner Anlagen auf den Betrieb der Anlage zu verstehen. Digitale Transformationstechnologien wie Simulationsmodellierungssoftware sind ein hervorragendes Werkzeug zur Erstellung realistischer 3D-Modelle einer kerntechnischen Anlage unter Berücksichtigung ihrer Komplexität, Einschränkungen und historischen Daten.
Die Simulationsmodellierung von Kernenergiesystemen wird schon seit einiger Zeit eingesetzt, aber diese Simulationsmodelle basierten auf empirischen Modellen und waren daher stark auf experimentelle Daten angewiesen. Mit den Fortschritten bei den Technologien für die digitale Transformation, wie IoT, intelligente Geräte und Sensoren, stehen die genauen Daten zur Verfügung, die zur Erstellung von Modellen benötigt werden, die die tatsächlichen Betriebsbedingungen einer kerntechnischen Anlage widerspiegeln. Durch die Integration der erfassten Daten in intelligente objektbasierte Simulationssoftware wird eine genaue virtuelle Umgebung geschaffen, um die Auswirkungen von Aufrüstungen von kerntechnischen Anlagen zu bewerten und Was-wäre-wenn-Fragen in Bezug auf den Betrieb zu beantworten.
Simulationsmodelle von kerntechnischen Anlagen und Betriebszyklen bieten auch Einblicke in den täglichen Betrieb bestimmter Anlagen. Die aus den Simulationsmodellen gewonnenen Erkenntnisse können für die Entwicklung vorausschauender Wartungsstrategien und optimierter Betriebspläne genutzt werden, um sicherzustellen, dass die Beteiligten bessere Entscheidungen hinsichtlich des Betriebs treffen.
Verbesserung der Sicherheit in kerntechnischen Anlagen
Technologien für die digitale Transformation bieten die erforderlichen Werkzeuge für die Steuerung von Betriebsprozessen in verschiedenen Phasen des Arbeitszyklus einer Anlage, und die Möglichkeit, bestimmte Vorgänge abzuschalten, ist wichtig für die Gewährleistung der Sicherheit. Eine kürzlich durchgeführte Studie über den japanischen Atomunfall in Fukushima und den angewandten Schadensbegrenzungsprozess stellte fest, dass die Abschaltung der gesamten Anlage zwar die Zahl der Unfälle reduzierte, aber auch ihren Preis hatte. Durch die vollständige Abschaltung verlor Japan für einen längeren Zeitraum etwa ein Drittel seiner Energiequelle, und die Gebühren für die Verbraucher stiegen erheblich.
Die Integration von Simulationsmodellen als Bewertungsinstrument bietet eine leistungsstarke Plattform, die Ausfallkontrollzentren bei der Bewertung von Ausfallmanagementprotokollen und -strategien unterstützen kann. Präzise 3D-Simulationsmodelle bieten sowohl den Einsatzzentralen als auch den Arbeitern ein praktikables Werkzeug für die Zusammenarbeit bei ungeplanten Zwischenfällen.
Nuklearanlagen können Simulationsmodelle nutzen, um Störfallszenarien zu erstellen und gestaffelte Reaktionen zu bewerten, die im Vergleich zur Abschaltung einer gesamten Kernenergieanlage praktikabler sind. Die Integration intelligenter Geräte bietet auch die Möglichkeit, Fail-Safes aus der Ferne zu aktivieren. Die Fernsteuerung bestimmter Anlagenabläufe bedeutet, dass die Anlagenbetreiber bei Gefahrenszenarien sicher bleiben.
Überwachung und Analyse des Anlagenbetriebs aus der Ferne und in Echtzeit
Die Möglichkeit, den Betrieb von Kernenergieanlagen aus der Ferne zu überwachen und zu steuern, ist ein entscheidender Faktor, der den Betrieb von Kernkraftwerken revolutionieren kann. Der digitale Zwilling, eine Technologie zur digitalen Transformation, erzeugt ein exaktes virtuelles Abbild einer kerntechnischen Anlage. Der digitale Zwilling ist ein cyber-physisches System oder eine cyber-physische Umgebung, die die Übertragung von Daten aus der physischen Anlage in das digitale Modell nahezu in Echtzeit ermöglicht. Der Datenaustausch wird durch die Integration von IoT- und Edge-Computing-Lösungen innerhalb einer kerntechnischen Anlage ermöglicht.
Der digitale Zwilling kann als Echtzeit-Überwachungstool, Bewertungsplattform und Datenanalyselösung für die Bewertung des gesamten Betriebs einer kerntechnischen Anlage dienen. Auf diese Weise können kerntechnische Anlagen aus der Ferne überwacht, Entscheidungen getroffen und Maßnahmen ergriffen werden, indem industrielle Automatisierungslösungen eingesetzt werden.
Fazit
Der Prozess des Baus oder der Modernisierung von Kernenergieanlagen ist mit zahlreichen Engpässen verbunden. Das Beispiel der britischen 20-Milliarden-Pfund-Anlage Hinkley und ihre Schwierigkeiten, das Budget und die vorgegebenen Lieferfristen einzuhalten, zeigen, dass vor der Implementierung von Upgrades umfassende Bewertungen erforderlich sind. Technologien zur digitalen Transformation bieten umfassende Lösungen zur Bewertung der Kapazitätsplanungsanforderungen, zur Optimierung der Ressourcennutzung und letztlich zur Senkung der Energiekosten für die Verbraucher.