La energía nuclear se ha convertido en una de las fuentes de energía limpia más utilizadas en todo el mundo. La adopción generalizada de la energía nuclear se debe a su capacidad para servir como fuente de energía adecuada tanto para usos domésticos como industriales a gran escala, a diferencia de otras opciones de energía limpia competidoras. En Estados Unidos, la energía nuclear representa actualmente el 60% de todas las fuentes de energía limpia pero, a pesar de su popularidad, su uso conlleva temores y retos de seguridad.
A diferencia de otras fuentes de energía limpias, el público teme las consecuencias de que algo vaya mal en las operaciones de energía nuclear y la repetición del incidente de Chernóbil por la HBO pone de relieve dónde sigue estando el interés del público. 1986 quedó atrás y hoy en día el sector de la energía nuclear está estrictamente regulado y la atención del sector se centra en garantizar la seguridad mediante la actualización de los sistemas nucleares existentes, a lo que pueden contribuir las tecnologías de transformación digital.
Antes de profundizar en cómo puede ayudar la transformación digital, describamos cómo se gestionan las instalaciones nucleares tradicionales. A finales de los años 80 y 90, grandes paneles tan altos como el techo de una casa con cientos de botones servían como panel de control que describía los indicadores clave de rendimiento de una instalación. Estos botones estaban conectados a interruptores, alarmas, indicadores de válvulas y múltiples componentes de control para hacer un seguimiento del rendimiento diario. Para que la instalación funcionara de forma óptima, decenas de científicos altamente cualificados iban de un lado a otro registrando los datos de estos paneles para su posterior análisis.
Los operadores de los paneles trabajaban junto con el personal de ingeniería, encargado de traducir las señales de advertencia que se transmitían al panel. A continuación, los operadores, ingenieros y analistas de datos tenían que trabajar juntos con sistemas obsoletos para analizar los datos capturados y determinar la actividad de reparación que debía ejecutarse. El proceso analógico era engorroso y responder a los incidentes en tiempo real resultaba difícil, a pesar de los numerosos sistemas de seguridad integrados en el sistema. La primera transformación digital de la industria nuclear llegó con el uso de tabletas y otros dispositivos inteligentes para capturar datos en tiempo real. El paso del proceso analógico al digital facilitó el proceso de recopilación de datos y simplificó el trabajo de los operadores.
Hoy en día, no basta con pasar de los procesos analógicos de recopilación de datos al uso de herramientas digitales. Ahora existen herramientas de transformación digital de vanguardia con capacidad para apoyar la actualización de las instalaciones de energía nuclear, simplificar los procesos operativos y garantizar una prestación de servicios más segura.
Evaluación de las mejoras de la planta antes de su aplicación
La industria nuclear está atravesando una fase de sustitución de los equipos heredados por opciones modernas y es crucial comprender el impacto de la sustitución de activos individuales en las operaciones de la instalación. Las tecnologías de transformación digital, como el software de modelado de simulación, ofrecen una herramienta excelente para crear modelos 3D realistas de una instalación nuclear integrando al mismo tiempo sus complejidades, limitaciones y datos históricos.
El modelado de simulación de sistemas de energía nuclear se ha utilizado durante un tiempo, pero estos modelos de simulación se basaban en modelos empíricos, por lo que dependían en gran medida de datos experimentales. Con los avances en tecnologías de transformación digital como IoT, dispositivos inteligentes y sensores, se dispone de los datos precisos necesarios para crear modelos que reflejen las condiciones de funcionamiento reales de una instalación nuclear. La integración de los datos capturados en un software de simulación inteligente basado en objetos crea un entorno virtual preciso para evaluar los efectos de las mejoras de las instalaciones nucleares y responder a preguntas hipotéticas en términos de operaciones.
Los modelos de simulación de las instalaciones nucleares y los ciclos operativos también proporcionan información sobre las operaciones diarias de activos específicos. La información obtenida de los modelos de simulación puede utilizarse para desarrollar estrategias de mantenimiento predictivo y calendarios optimizados para los operadores, con el fin de garantizar que las partes interesadas tomen mejores decisiones sobre sus operaciones.
Mejora de la seguridad en las instalaciones nucleares
Las tecnologías de transformación digital proporcionan las herramientas necesarias para controlar los procesos operativos en las distintas fases del ciclo de trabajo de una instalación, y la capacidad de detener operaciones específicas es importante para garantizar la seguridad. Un estudio reciente sobre el incidente nuclear de Fukushima en Japón y el proceso de mitigación empleado afirmó que, aunque el cierre de toda la instalación redujo los accidentes, tuvo un coste. El cierre completo hizo que Japón perdiera aproximadamente un tercio de su fuente de energía durante un largo periodo y las tarifas de servicio aumentaron considerablemente para los consumidores.
La integración de modelos de simulación como herramienta de evaluación proporciona una potente plataforma que puede ayudar a los Centros de Control de Apagones a evaluar protocolos y estrategias de gestión de apagones. Los modelos de simulación 3D precisos proporcionan tanto a los centros de respuesta como a los trabajadores una herramienta viable para la colaboración a la hora de responder a incidentes imprevistos.
Las instalaciones nucleares pueden aprovechar los modelos de simulación para crear escenarios de incidentes y evaluar respuestas escalonadas que son opciones más viables en comparación con el cierre de toda una instalación generadora de energía nuclear. La integración de dispositivos inteligentes también permite activar a distancia dispositivos de seguridad. El control remoto de operaciones específicas de la instalación permite a los operadores de la misma mantenerse a salvo cuando se enfrentan a situaciones peligrosas.
Supervisión y análisis a distancia del funcionamiento de las instalaciones en tiempo real
La capacidad de supervisar y controlar a distancia las operaciones de las instalaciones de energía nuclear es un cambio de juego que puede revolucionar el modo en que se gestionan las instalaciones nucleares. El gemelo digital, una tecnología de transformación digital, crea una representación virtual exacta de una instalación nuclear. El gemelo digital creado es un sistema o entorno ciberfísico que permite la transferencia de datos de la instalación física al modelo digital casi en tiempo real. El intercambio de datos es posible gracias a la integración de soluciones de IoT y edge computing dentro de una instalación nuclear.
El gemelo digital puede servir como herramienta de supervisión en tiempo real, plataforma de evaluación y solución de análisis de datos para evaluar todas las operaciones de una instalación nuclear. De este modo, las instalaciones nucleares pueden supervisarse a distancia, tomar decisiones y actuar en consecuencia mediante soluciones de automatización industrial.
Conclusión
El proceso de construcción o modernización de instalaciones de energía nuclear también está plagado de múltiples cuellos de botella. El ejemplo de la instalación británica de Hinkley, de 20.000 millones de libras, y sus dificultades para ajustarse al presupuesto y a los plazos de entrega especificados ponen de manifiesto la necesidad de realizar evaluaciones exhaustivas antes de poner en marcha las mejoras. Las tecnologías de transformación digital ofrecen amplias soluciones para evaluar los requisitos de planificación de la capacidad, optimizar el uso de los recursos y, en última instancia, reducir el coste energético que pagan los consumidores.