«Цифровые двойники» могут значительно повысить эффективность атомной энергетики

Уже в ближайшем будущем благодаря компетенциям ученых Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) станет возможным радикальное повышение эффективности работы атомных электростанций.

Об этом заявил 25 апреля на семинаре «Цифровизация научных исследований и технологий» заместитель директора центра по работе с предприятиями УрФУ Александр Черепанов. Он представил свое видение решения наиболее актуальных задач корпорации Росатом, которое может предложить университет.

«У нас есть инструменты, с помощью которых мы можем заметно ускорить разработку новых видов технологий в этой сфере или упростить их изучение, — говорит Александр Черепанов. — УрФУ — один из ведущих институтов, которые занимаются цифровизацией для НИОКР. В рамках новой энергетики мы в состоянии создать технологии по переработке отходов атомных станций, а потому исчезнет необходимость добычи нового урана. Поскольку повторная переработка дает новый вид топлива, то получается замкнутый топливный ядерный цикл».

По словам Александра Черепанова, УрФУ располагает серьезной базой, используя которую можно ускорить и упростить разработку новых материалов, технологий и аппаратов для будущей атомной энергетики. Как известно, подавляющее большинство современных атомных электростанций сегодня используют реакторы на тепловых нейтронах. Одно из редчайших исключений — Белоярская атомная электростанция (БАЭС) с реактором на быстрых нейтронах (БН). Процент же выработки топлива реакторов на тепловых нейтронах составляет всего 3%. И если работа станций будет продолжаться в таком же режиме, то мирового запаса урана хватит только на 30 лет. При этом многие хранилища отходов заполнены по всему миру, и их повторное использование многие считают невозможным.

«В кооперации мы создаем технологии, которые позволяют перерабатывать отработанное топливо, извлекать оттуда ненужные компоненты и возвращать остальное в ядерный реактор уже другого типа (БН), — уверен Александр Черепанов. — После этого полученные отходы снова можно использовать в классических реакторах. Ни у кого в мире на данный момент нет таких технологий».

Если эта схема будет успешно реализована, то запасов существующих отходов на Земле для работы атомных станций хватит минимум на 1000 лет. Кроме того, уйдет потенциальная экологическая угроза в случае повреждения складов с отходами во время природных катаклизмов.

Впрочем, чтобы эффективно реализовать задуманное, недостаточно использовать только испытательные стенды. Многие процессы ученые стремятся сымитировать в рамках «цифровых двойников», что заметно ускоряет и удешевляет разработку новой технологии.

«Есть большое многообразие различных путей решения задачи. И если мы будем сразу стремиться все это сделать в железе, то это займет очень много времени и потребует больших финансовых затрат, — подчеркивает Александр Черепанов. — В цифровом же виде можно быстро проверить сотни и тысячи вариантов решений, выбрать оптимальный вариант и затем проверить его на практике».

Данная работа ученых УрФУ вписывается в концепцию создаваемого на Урале научно-образовательного центра «Передовые промышленные технологии», одной из ключевых задач которого является решение реальных производственных задач предприятий региона. Вспомогательные технологии, в частности связанные с цифровизацией производственных процессов, входят в перечень ключевых направлений деятельности нового НОЦа.