Reatores de energia nuclear geram cerca de 10% da eletricidade mundial. Projetos avançados de reatores e progressos recentes em materiais, métodos computacionais e diagnósticos melhoraram significativamente a segurança e a confiabilidade dos reatores. No entanto, para serem competitivas com os sistemas energéticos modernos, as usinas nucleares devem ser econômicas e eficientes e é aí que entra a chamada Inteligência Artificial, ou IA para os íntimos.
Custo da Operação da Usina Nuclear
Os custos de uma usina nuclear consistem em custos de capital e operação. O custo de capital inclui o custo de engenharia, comissionamento, fabricação, construção e financiamento. Os custos de operação incluem custos de combustível, manutenção, descomissionamento e descarte de resíduos.
Novos desenvolvimentos e pesquisas se concentram na redução dos custos de engenharia, fabricação e construção. O que também pode ajudar na redução dos custos de manutenção é automizar tarefas tediosas usando inteligência artificial (IA). Trabalhadores qualificados e processos especiais atualmente fazem essas tarefas.
IA e Energia Nuclear
A IA tem o potencial de tornar a tecnologia de energia nuclear mais confiável e flexível, prevendo acidentes, interações materiais e vazamentos. Também poderia ajudar a reduzir os custos operacionais associados ao combustível, descomissionamento e descarte de resíduos.
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne (ANL) estão desenvolvendo um sistema de IA que poderia agilizar a operação e manutenção de reatores nucleares. Eles relatam que essas usinas são caras porque precisam de monitoramento e manutenção constantes para garantir a segurança. Os pesquisadores estão explorando como algoritmos baseados em IA poderiam substituir essas atividades.
“Os custos de operação e manutenção são bastante relevantes para as unidades nucleares, que atualmente exigem grandes equipes de instalações e manutenção extensiva”, disse Roberto Ponciroli, engenheiro nuclear principal da Argonne. “Achamos que a operação autônoma pode ajudar a melhorar sua rentabilidade e também beneficiar a implantação de conceitos avançados de reator.”
Uma usina nuclear inclui centenas de sensores para monitorar diferentes partes da usina para garantir que eles estejam funcionando de forma confiável. A confiabilidade dos dados desses sensores é fundamental para a tomada de decisões. No entanto, os sensores podem se degradar.
Atualmente, os oficiais inspecionadores monitoram cada sensor e o desempenho dos componentes do sistema. Os engenheiros da ANL estão tentando fazer IA que possa verificar os dados dos sensores e aprender como o funcionamento normal dos sensores difere dos degradados.
A IA também poderia avaliar as informações a partir de dados de sensores, tomar decisões e tomar as ações necessárias. Os engenheiros podem conseguir isso com um método de IA chamado de aprendizagem reforçada que replica a lógica do cérebro humano aprendendo a tomar decisões com base em seus possíveis resultados. O sistema pode alertar os operadores da usina rapidamente se houver algum problema e ajudar a otimizar os controles para evitar danos a peças caras.
Como uma usina nuclear autônoma requer diversas funcionalidades, os pesquisadores planejam mesclar vários algoritmos, como o System Analysis Module (SAM), uma ferramenta de análise para reatores avançados.
Módulo de Análise de Sistemas para Reatores Nucleares Avançados
O SAM é uma ferramenta de análise de sistemas desenvolvida pela ANL, em colaboração com a Kairos Power, para análise avançada de segurança. Ele usa uma estrutura de aplicativos orientada a objetos chamada MOOSE e sua biblioteca de elementos finitos e de malha para suportar ambientes avançados de software e métodos numéricos.
O SAM é uma ferramenta de modelagem e simulação de alta fidelidade e eficiente em computação. Pode modelar e simular transferência de calor e respostas dinâmicas de fluidos em reatores. Os engenheiros da ANL demonstraram as capacidades de simulação de acidentes típicos de reatores de vários tipos avançados de reator com SAM. Também possui capacidade avançada e eficiente de mistura térmica e modelagem de estratificação para melhorar a análise de segurança e reduzir as incertezas.
O SAM também incorpora recursos flexíveis de modelagem de núcleo. Um núcleo na usina nuclear é a parte crítica que contém combustível nuclear. A incapacidade da usina de realizar a operação desejada em seu núcleo pode resultar em altos custos operacionais e redução da segurança e confiabilidade do sistema. Os engenheiros da ANL desenvolveram um feixe de haste multicanal para explicar a diferença de temperatura entre a região central e as bordas do canal de refranão na montagem do combustível.
A ferramenta pode se integrar a outras ferramentas avançadas de simulação de modelagem multies em escala e multifis físicas.
Direção futura de IA e Nuclear
Os engenheiros da ANL desenvolveram um reator simulado para testar seu sistema de IA. A equipe está atualmente validando seus algoritmos no reator simulado, e até agora, eles alcançaram sistemas para controlar e diagnosticar sua parte virtual. O próximo passo será focar na capacidade de tomada de decisão do sistema.
Fonte: EEPower