L'énergie nucléaire s'est imposée comme l'une des sources d'énergie propre les plus utilisées dans le monde. L'adoption généralisée de l'énergie nucléaire est due à sa capacité à servir de source d'énergie adéquate pour les utilisations domestiques et industrielles à grande échelle, contrairement à d'autres options concurrentes en matière d'énergie propre. Aux États-Unis, l'énergie nucléaire représente actuellement 60 % de toutes les sources d'énergie propre, mais malgré sa popularité, son utilisation s'accompagne de craintes et de défis en matière de sécurité.
Contrairement aux autres sources d'énergie propre, le public craint les retombées d'un incident dans les opérations nucléaires et la rediffusion de l'incident de Tchernobyl par la chaîne HBO montre que l'intérêt du public est toujours là. 1986 est bien loin et aujourd'hui, l'industrie de l'énergie nucléaire est strictement réglementée et l'objectif de l'industrie est d'assurer la sécurité en modernisant les systèmes nucléaires existants et les technologies de transformation numérique peuvent y contribuer.
Avant d'examiner en quoi la transformation numérique peut être utile, décrivons la manière dont les installations nucléaires traditionnelles sont/étaient exploitées. À la fin des années 80 et dans les années 90, de grands panneaux aussi hauts que le plafond d'une maison moyenne, dotés de centaines de boutons, servaient de tableau de commande pour définir les indicateurs clés de performance d'une installation. Ces boutons étaient reliés à des interrupteurs, à des alarmes, à des indicateurs de vannes et à de multiples composants de contrôle afin de suivre les performances quotidiennes. Pour que l'installation fonctionne de manière optimale, des dizaines de scientifiques hautement qualifiés se déplaçaient pour enregistrer les données de ces panneaux en vue d'une analyse ultérieure.
Les opérateurs des panneaux travaillaient aux côtés du personnel technique chargé de traduire les signaux d'alarme transmis au panneau. Les opérateurs, les ingénieurs et les analystes de données devaient ensuite collaborer avec des systèmes obsolètes pour analyser les données capturées et déterminer l'activité de remédiation à mettre en œuvre. Le processus analogique était lourd et il était difficile de répondre aux incidents en temps réel, malgré les nombreuses sécurités intégrées au système. La transformation numérique de l'industrie nucléaire a commencé avec l'utilisation de tablettes et d'autres appareils intelligents pour capturer les données en temps réel. Le passage d'un processus analogique à un processus numérique a facilité le processus de collecte des données et simplifié le travail des opérateurs.
Aujourd'hui, le simple passage d'un processus analogique de collecte de données à l'utilisation d'outils numériques ne suffit plus. Il existe désormais des outils de transformation numérique de pointe capables de soutenir la modernisation des installations d'énergie nucléaire, de simplifier les processus opérationnels et de garantir une prestation de services plus sûre.
L'industrie nucléaire traverse une phase de remplacement des équipements anciens par des options modernes et il est essentiel de comprendre l'impact du remplacement des actifs individuels sur les opérations de l'installation. Les technologies de transformation numérique telles que les logiciels de modélisation de simulation constituent un excellent outil pour créer des modèles 3D réalistes d'une installation nucléaire tout en intégrant ses complexités, ses contraintes et ses données historiques.
La modélisation de simulation des systèmes d'énergie nucléaire est utilisée depuis un certain temps, mais ces modèles de simulation étaient basés sur des modèles empiriques et reposaient donc fortement sur des données expérimentales. Avec les progrès des technologies de transformation numérique telles que l'IoT, les appareils intelligents et les capteurs, les données précises nécessaires pour créer des modèles qui reflètent les conditions d'exploitation réelles d'une installation nucléaire sont disponibles. L'intégration des données capturées dans un logiciel de simulation intelligent basé sur des objets permet de créer un environnement virtuel précis pour évaluer les effets des mises à niveau des installations nucléaires et répondre aux questions de simulation en termes d'exploitation.
Les modèles de simulation des installations nucléaires et des cycles d'exploitation permettent également de mieux comprendre les opérations quotidiennes d'actifs spécifiques. Les connaissances acquises grâce aux modèles de simulation peuvent être utilisées pour élaborer des stratégies de maintenance prédictive et des programmes optimisés pour les opérateurs, afin de garantir que les parties prenantes prennent de meilleures décisions concernant leurs opérations.
Les technologies de transformation numérique fournissent les outils nécessaires pour contrôler les processus opérationnels à différents stades du cycle de travail d'une installation et la capacité d'arrêter des opérations spécifiques est importante pour garantir la sécurité. Une étude récente sur l'incident nucléaire de Fukushima au Japon et sur le processus d'atténuation utilisé a montré que l'arrêt complet de l'installation a permis de réduire le nombre d'accidents, mais qu'il a eu un coût. L'arrêt complet a permis au Japon de perdre environ un tiers de sa source d'énergie pendant une période prolongée et les frais de service ont considérablement augmenté pour les consommateurs.
L'intégration de la modélisation de simulation en tant qu'outil d'évaluation fournit une plate-forme puissante qui peut aider les centres de contrôle des pannes à évaluer les protocoles et les stratégies de gestion des pannes. Des modèles de simulation 3D précis fournissent aux centres d'intervention et aux travailleurs un outil de collaboration viable pour répondre aux incidents imprévus.
Les installations nucléaires peuvent s'appuyer sur des modèles de simulation pour créer des scénarios d'incidents et évaluer des réponses échelonnées qui sont des options plus viables que l'arrêt complet d'une installation de production d'énergie nucléaire. L'intégration d'appareils intelligents permet également d'activer les sécurités à distance. Le contrôle à distance des opérations spécifiques de l'installation signifie que les opérateurs de l'installation restent en sécurité lorsqu'ils sont confrontés à des scénarios dangereux.
La capacité de surveiller et de contrôler à distance les opérations des installations d'énergie nucléaire change la donne et peut révolutionner la façon dont les installations nucléaires sont gérées. Le jumeau numérique, une technologie de transformation numérique, crée une représentation virtuelle exacte d'une installation nucléaire. Le jumeau numérique créé est un système ou un environnement cyber-physique qui permet le transfert de données de l'installation physique vers le modèle numérique en temps quasi réel. L'échange de données est rendu possible par l'intégration de solutions IoT et d'informatique de pointe au sein d'une installation nucléaire.
Le jumeau numérique peut servir d'outil de surveillance en temps réel, de plateforme d'évaluation et de solution d'analyse de données pour évaluer l'ensemble des opérations d'une installation nucléaire. Ainsi, les installations nucléaires peuvent être surveillées à distance, des décisions peuvent être prises et des mesures peuvent être prises à l'aide de solutions d'automatisation industrielle.
Le processus de construction ou de modernisation des installations d'énergie nucléaire est également parsemé de multiples goulets d'étranglement. L'exemple de la centrale britannique de Hinkley, d'une valeur de 20 milliards de livres, et les difficultés qu'elle a rencontrées pour respecter le budget et les délais de livraison spécifiés soulignent la nécessité de procéder à des évaluations approfondies avant de mettre en œuvre des améliorations. Les technologies de transformation numérique offrent des solutions complètes pour évaluer les exigences en matière de planification des capacités, optimiser l'utilisation des ressources et, en fin de compte, réduire le coût de l'énergie payé par les consommateurs.