Американские ученые из Мичиганского университета представили новый физический алгоритм, который позволяет ядерным микрореакторам самостоятельно адаптировать уровень мощности в соответствии с изменением спроса. Это открывает перспективы для эффективного и безопасного использования таких реакторов в различных сферах.
Об этом сообщает ProIT
Особенности автономных микрореакторов и их применение
Ядерные микрореакторы нового поколения легко транспортируются и способны обеспечивать до 20 МВт тепловой энергии, что может использоваться для отопления и производства электроэнергии. Благодаря компактности и автономности такие установки становятся актуальными для удаленных населенных пунктов, районов с последствиями стихийных бедствий, военных баз и морских судов.
Когда микрореактор подключен к электросети, он может стабильно производить чистую энергию. Однако, чтобы адаптировать работу к потребностям пользователей в удаленных регионах без постоянного вмешательства персонала, необходимо автономное регулирование мощности. Ранее на крупных атомных электростанциях этот процесс осуществлялся вручную, что в случае микрореакторов является экономически невыгодным.
«Много стартапов и компаний в США стремятся к краткосрочному и широкому внедрению ядерных микрореакторов, и наша работа открывает четкий путь к достижению этой цели экономически жизнеспособным способом. Наш метод может помочь поставщикам проектировать реакторы с автономными системами управления, которые будут безопаснее и надежнее”, — утверждает один из авторов исследования, профессор кафедры ядерной инженерии и радиологических наук Брендан Кочунас.
Технологические решения и результаты исследования
Исследователи сосредоточились на высокотемпературных газоохлаждаемых реакторах (HTGR), в частности на модели Holos-Quad (Gen 2+). Они предложили упрощенную конструктивную модель, которая сохраняет ключевые характеристики, такие как удельная мощность, температура теплоносителя, давление и скорость потока.
Для оптимизации управления ученые применили метод предиктивного управления, который позволяет прогнозировать поведение системы и адаптировать ее в реальном времени. Контроллер, созданный в рамках проекта, оптимизировал вращение управляющих барабанов, окружающих активную зону микрореактора: при вращении внутрь мощность уменьшалась, а при вращении наружу — увеличивалась.
Чтобы сделать модель максимально реалистичной, в нее был интегрирован программный комплекс PROTEUS для точного моделирования физики микрореактора. При изменении мощности на 20% за минуту алгоритм демонстрировал отклонение от целевого показателя лишь на 0,234%.
Важно, что система управления полностью построена на основе физических и математических методов, без использования искусственного интеллекта. Это делает процессы прозрачными и упрощает процедуры сертификации. Проведенные тестирования подтвердили надежность контроллера MPC в работе с различными входными данными, доказывая автономность новой технологии.
Как отмечает Брендан Кочунас, инновационный алгоритм управления и его интеграция с мощными инструментами моделирования позволяют теперь разрабатывать ядерные реакторы и их системы контроля одновременно, что повышает эффективность и безопасность эксплуатации.
Подробные результаты исследования опубликованы в журнале Progress in Nuclear Energy.