A energia nuclear se consolidou como uma das fontes de energia limpa mais adotadas em todo o mundo. A adoção generalizada da energia nuclear se deve à sua capacidade de servir como fonte de energia adequada para usos domésticos e industriais em larga escala, ao contrário de outras opções de energia limpa concorrentes. Nos Estados Unidos, a energia nuclear responde atualmente por 60% de todas as fontes de energia limpa, mas, apesar de sua popularidade, seu uso vem acompanhado de temores e desafios de segurança.
Ao contrário de outras fontes de energia limpa, o público teme as consequências de algo errado com as operações de energia nuclear, e a reapresentação do incidente de Chernobyl pela HBO destaca onde ainda reside o interesse do público. O ano de 1986 já passou há muito tempo e hoje o setor de energia nuclear é estritamente regulamentado e o foco do setor é garantir a segurança por meio da atualização dos sistemas nucleares existentes, e as tecnologias de transformação digital podem ajudar.
Antes de nos aprofundarmos em como a transformação digital pode ajudar, vamos descrever como a instalação nuclear tradicional é/era administrada. No final dos anos 80 e 90, grandes painéis, tão altos quanto o teto de uma casa comum, com centenas de botões, serviam como painel de controle que descrevia os KPIs de uma instalação. Esses botões eram conectados a interruptores, alarmes, indicadores de válvulas e vários componentes de controle para acompanhar o desempenho diário. Para manter a instalação funcionando de forma otimizada, dezenas de cientistas altamente treinados andavam de um lado para o outro registrando dados desses painéis para análise posterior.
Os operadores do painel trabalhavam ao lado da equipe de engenharia, que tinha a tarefa de traduzir todos os sinais de alerta transmitidos para o painel. Os operadores, engenheiros e analistas de dados precisavam então trabalhar em conjunto com sistemas desatualizados para analisar os dados capturados e determinar a atividade de correção a ser executada. O processo analógico era complicado e a resposta a incidentes em tempo real era difícil, independentemente das inúmeras proteções contra falhas integradas ao sistema. A transformação digital inicial do setor nuclear veio com o uso de tablets e outros dispositivos inteligentes para capturar dados em tempo real. A mudança do processo analógico para o digital facilitou o processo de coleta de dados e simplificou o trabalho dos operadores.
Hoje em dia, simplesmente passar de processos analógicos de coleta de dados para o uso de ferramentas digitais não é suficiente. Atualmente, existem ferramentas de transformação digital de ponta com a capacidade de apoiar a atualização das instalações de energia nuclear, simplificar os processos operacionais e garantir uma prestação de serviços mais segura.
Avaliação das atualizações da planta antes da implementação
O setor nuclear está passando por uma fase de substituição de equipamentos antigos por opções modernas e é fundamental compreender o impacto da substituição de ativos individuais nas operações da instalação. As tecnologias de transformação digital, como o software de modelagem de simulação, são uma excelente ferramenta para criar modelos 3D realistas de uma instalação nuclear e, ao mesmo tempo, integrar suas complexidades, restrições e dados históricos.
A modelagem de simulação de sistemas de energia nuclear tem sido usada há algum tempo, mas esses modelos de simulação foram baseados em modelos empíricos e, portanto, dependem muito de dados experimentais. Com os avanços nas tecnologias de transformação digital, como IoT, dispositivos inteligentes e sensores, estão disponíveis os dados precisos necessários para criar modelos que espelham as condições operacionais reais de uma instalação nuclear. A integração de dados capturados em um software de simulação inteligente baseado em objetos cria um ambiente virtual preciso para avaliar os efeitos das atualizações de instalações nucleares e responder a perguntas hipotéticas em termos de operações.
Os modelos de simulação de instalações nucleares e ciclos operacionais também fornecem informações sobre as operações diárias de ativos específicos. A percepção obtida com os modelos de simulação pode ser usada para desenvolver estratégias de manutenção preditiva e programações otimizadas do operador para garantir que as partes interessadas tomem decisões melhores em relação às operações.
Melhoria da segurança nas instalações nucleares
As tecnologias de transformação digital fornecem as ferramentas necessárias para controlar os processos operacionais em diferentes estágios do ciclo de trabalho de uma instalação, e a capacidade de encerrar operações específicas é importante para garantir a segurança. Um estudo recente sobre o incidente nuclear de Fukushima, no Japão, e o processo de mitigação empregado afirmou que, embora o desligamento de toda a instalação tenha reduzido os acidentes, isso teve um custo. O desligamento completo garantiu que o Japão perdesse aproximadamente um terço de sua fonte de energia por um longo período e as taxas de serviço aumentaram consideravelmente para os consumidores.
A integração da modelagem de simulação como uma ferramenta de avaliação oferece uma plataforma poderosa que pode ajudar os Centros de Controle de Interrupções a avaliar os protocolos e as estratégias de gerenciamento de interrupções. Modelos precisos de simulação em 3D oferecem aos centros de resposta e aos trabalhadores uma ferramenta viável para colaboração na resposta a incidentes não planejados.
As instalações nucleares podem aproveitar modelos de simulação para criar cenários de incidentes e avaliar respostas escalonadas que são opções mais viáveis em comparação com o desligamento de toda uma instalação de geração de energia nuclear. A integração de dispositivos inteligentes também oferece um meio de ativar as proteções contra falhas remotamente. O controle remoto de operações específicas da instalação significa que os operadores da instalação permanecem seguros ao lidar com cenários perigosos.
Monitoramento e análise remotos das operações das instalações em tempo real
A capacidade de monitorar e controlar remotamente as operações das instalações de energia nuclear é um divisor de águas que pode revolucionar a forma como as instalações nucleares são administradas. O gêmeo digital, uma tecnologia de transformação digital, cria uma representação virtual exata de uma instalação nuclear. O gêmeo digital criado é um sistema ou ambiente ciberfísico que permite a transferência de dados da instalação física para o modelo digital quase em tempo real. O intercâmbio de dados é possível por meio da integração de soluções de IoT e computação de ponta em uma instalação nuclear.
O gêmeo digital pode servir como uma ferramenta de monitoramento em tempo real, uma plataforma de avaliação e uma solução de análise de dados para avaliar todas as operações de uma instalação nuclear. Dessa forma, as instalações nucleares podem ser monitoradas remotamente, as decisões podem ser tomadas e as ações podem ser tomadas usando soluções de automação industrial.
Conclusão
O processo de construção ou atualização de instalações de energia nuclear também está repleto de vários gargalos. O exemplo da instalação britânica de Hinkley, que custou 20 bilhões de libras, e suas dificuldades para se manter dentro do orçamento e dos prazos de entrega especificados destacam a necessidade de avaliações abrangentes antes de implementar as atualizações. As tecnologias de transformação digital oferecem soluções abrangentes para avaliar os requisitos de planejamento de capacidade, otimizar o uso de recursos e, por fim, reduzir o custo de energia que os consumidores pagam.