Моделирование — на поток

«ДЖЭТ» идет на новые рынки

Компания «ИТЦ «ДЖЭТ» («ДЖЭТ») вошла в структуру «Русатом Сервиса» лишь в прошлом году, но создает тренажеры для атомных станций уже 31 год. Казалось бы, что проще: повторить в модели то, что уже создали в железе. Однако в моделировании много сложностей, а еще больше — возможностей. Ниже — рассказ о том, каких именно.

«ДЖЭТ» сегодня и завтра

«ДЖЭТ» поставил практически все тренажеры, которые работают на АЭС российского дизайна, в том числе два тренажера в Китай, по одному — в Индию, Белоруссию и Бангладеш. Последний проходит приемо-сдаточные испытания. Уже подписан контракт еще на два тренажера для Китая — их поставят в 2023–2024 годах. Компания участвует в модернизации полномасштабного тренажера для «Пакш-1» в Венгрии, активно работает над документацией для тренажера для «Ханхикиви» в Финляндии, готовит проекты для египетской «Эль-Дабаа» и изготавливает тренажеры российской Курской АЭС-2. «Компаний нашего профиля в мире, наверное, не больше десяти. И мы стали мировым лидером в тренажеростроении в атомной отрасли», — отмечает управляющий директор «ДЖЭТ» Алексей Ковалевич.

Тренажеры в деталях

Тренажеростроение — базовая компетенция «ДЖЭТ», компания намерена продолжать ее развивать. На АЭС тренажеры заказывают, потому что станция — это технически сложный объект. И для того чтобы сотрудники могли наработать опыт без риска для оборудования, устанавливают тренажеры, имитирующие рабочее место оператора. «Мы стараемся полностью повторить дизайн помещения и оборудования. Заказываем панели, пульты и сигнализации такие же, как на реальной станции. Лампочки того же цвета, ключи поворачиваются в ту же сторону, надписи теми же шрифтами, видеокадры на экране (информация, которую видит оператор) точно те же, что и в реальности», — поясняет Алексей Ковалевич.

Чтобы тренажер работал корректно, разработчики создают математическую модель процессов, происходящих на АЭС. Но вместо реальных движений стержней регулирования, турбины, задвижек и прочих агрегатов — алгоритмы. Также они воспроизводят в компьютере физические процессы: движение воды, газов, нейтронов.

Благодаря более чем 30-летнему опыту, вручную программировать нет необходимости: все коды нижнего уровня давно скомпонованы в специальные инструменты. Вместо конкретного оборудования используются маленькие модели-примитивы (своего рода «кубики»), из которых инженер-программист собирает модель, максимально приближенную по характеристикам к реальному оборудованию. Затем он компонует «собранные из кубиков» модели в технологическую схему. Итог — система, которая адекватно описывает работу всего оборудования. Несмотря на то, что результат известен, процесс творческий, так как достичь этого результата можно по-разному.

Программы в «ДЖЭТ» постоянно дорабатывают, чтобы максимально точно воспроизводить реальные процессы. Например, если раньше модель представляла всю активную зону как единое целое, то последние четыре года программисты рассчитывают каждую ТВС. Такая четкость позволяет видеть и моделировать более сложные процессы в активной зоне. «Например, мы можем моделировать так называемый “холодный язык”. Он возникает, когда разрывается паропровод, одна петля первого контура тепловой схемы АЭС сильно захолаживается, и в реактор идет холодная вода. На картограммах появляется характерное распределение температур в активной зоне реактора — отсюда и название. И теперь мы можем этот процесс показать», — объясняет Алексей Ковалевич.

Более подробно стали моделировать и контайнмент, поскольку большое внимание уделяется распространению водорода. На БЩУ стало больше приборов, которые показывают его содержание. «Если раньше в модели была условно бочка, то сейчас это детализированный объект, где видны перетоки водорода, работа рекомбинаторов и так далее», — говорит Алексей Ковалевич.

Но детализация требует все больших вычислительных мощностей. Если их нет — работа системы замедляется, а это неправильно. Один из главных критериев — смоделированные в тренажере процессы должны протекать в реальном времени, как на станции.

Причина замедления — недостаточная частота процессора. Даже распараллеливание (распределение вычислений между несколькими процессорами) не спасает, так как система начинает терять устойчивость и выдавать ошибки. Особенно часто они происходят, когда моделируются аварии и параметры сильно скачут.

Задача разработчиков — найти оптимум между соответствием реальному времени, устойчивостью системы и ее детализацией.

Верификация

Адекватность модели реальности достигается благодаря сверке с данными из различных источников. Если блок уже работает, используют операционные данные. Если есть данные экспериментов, учитывают и их. Для аварийных режимов берут расчеты из обоснования безопасности. Других источников по авариям нет: не приводить же реальный блок в аварийное состояние только для того, чтобы получить данные. «Мы одними из первых в мире, еще до “Фукусимы”, в 2006 году, стали ставить модели тяжелых аварий — плавление активной зоны, реактора — на полномасштабные тренажеры. Эти модели вошли в обязательный комплект к российским тренажерам», — отмечает Алексей Ковалевич.

Тренажер создается таким образом, чтобы проверить корректность модели несколько раз. Сначала моделируются отдельные системы, например паропроводы с турбиной и система питательной воды. Затем проходят автономные испытания, которые должны подтвердить, что модели систем правильно отображают реальность. Проверку выполняют технологи, которые раньше сами работали на АЭС и представляют на практике, что и как должно действовать. После того, как все системы прошли автономные испытания, они объединяются в полную модель, которая, в свою очередь, должна пройти программу заводских комплексных испытаний.

При тестировании проверяют несколько десятков режимов, которые наиболее актуальны для заказчика. Вообще, их может быть бесконечное количество (если задавать различные комбинации отключений оборудования), но все проверить невозможно, иначе заказчик свой тренажер получил бы только через несколько лет. «На тренажере для НВАЭС мы моделировали около 1 тыс. насосов, 4,5 тыс. задвижек и 12 тыс. датчиков. За разумное время проверить все возможные комбинации нереально», — объясняет Алексей Ковалевич. Впрочем, «ДЖЭТ» всегда готов исправить замечания во время гарантийного обслуживания. После — тоже готов.

Моделирование

Кроме строительства тренажеров «ДЖЭТ» делает ставку на моделирование. «Мы можем моделировать любые технологические объекты, где течет какая-либо жидкость,— неважно, вода это или жидкий металл. Мы можем моделировать, например, газо- и нефтепроводы. Водород («горячая» сейчас тема) тоже можем моделировать — в трубе и в установке по производству водорода. Мы уже заявляемся на эти работы. Для ледоколов мы можем моделировать качку, крены и так далее», — рассказывает Алексей Ковалевич.

Вот свежий пример: для Китая «ДЖЭТ» сделал модель первого контура атомного реактора и установил ее на тренажер, который раньше работал по американской лицензии. Она хорошо показала себя, после чего китайские заказчики купили еще две бессрочные лицензии. А для «Прорыва» «ДЖЭТ» сделал модель первого контура с металлическим теплоносителем.

В планах у «ДЖЭТ» — участвовать в разработке тренажеров и для АСММ. В настоящее время для них тренажеры делает ФГУП «НИТИ им. А. П. Александрова», который исторически занимается подводными лодками.

Большой шаг в развитии направления — создание открытой платформы для моделирования различных технологических процессов. «Мы хотим создать аналог MATLAB — большую платформу, с помощью которой можно моделировать различные физические процессы — механические, тепловые, электрические и другие», — рассказывает Алексей Ковалевич. Пользователями ее, по замыслу руководства «ДЖЭТ», могут быть студенты, инженеры, НИИ. У платформы уже есть имя — REPEAT (Real-time Platform for Engineering Automated Technologies).

В «ДЖЭТ» рассматривают оба наиболее распространенных варианта доступа: в облаке и с установкой платформы на оборудовании клиента. Лицензионная политика тоже разрабатывается: можно будет купить лицензию на определенный срок (месяц, год и т. п.) или бессрочную. Первый релиз REPEAT запланирован на эту зиму. В «ДЖЭТ» предполагают, что продажи начнутся уже в начале 2022 года. Рассчитывают на рынки стран бывшего СССР, Китая и Индии.

Пока REPEAT находится на стадии активной разработки, для студентов Ивановского государственного энергетического университета (ИГЭУ) в начале этого учебного года установили уже существующее ПО для моделирования — «САПФИР», «фирменное» ПО, разработанное силами талантливых инженеров АО «ИТЦ «ДЖЭТ». Это основное средство графической и автоматизированной разработки математических моделей, которые рассчитываются в реальном времени. «САПФИР» имеет также ряд дополнительных полезных функций: возможность отображать и управлять 3D-сценами с использованием графики OpenGL, создавать векторную графику с использованием градиента и прозрачности, а также отображать и управлять видео- и звуковым потоком. В ИГЭУ «ДЖЭТ» оборудовал два класса, специалисты компании провели установочные занятия, студенты получили первые задания.

Для того, чтобы расширить перечень решаемых задач (и, как следствие, заказов), «ДЖЭТ» договаривается с РФЯЦ-ВНИИЭФ об использовании возможностей «Логоса» — программных комплексов для расчетов тепла, движения жидкостей и газов и прочностных характеристик. «Наши продукты не пересекаются, поэтому мы не боимся каннибализации брендов. Комплексы “Логос” используют CFD-моделирование, которое подходит для точных расчетов процессов в отдельных агрегатах. А мы рассчитываем весь технологический объект в различных режимах, хотя и менее детализировано. С “Логосом” мы видим перспективы сотрудничества в разрезе предиктивной аналитики в тех агрегатах, где невозможно поставить датчики — например просчитать остаточный ресурс камеры сгорания газовой турбины», — рассказывает Алексей Ковалевич.

Еще одно направление, которое развивает «ДЖЭТ», — это прогнозное моделирование. Модель для прогнозов делают менее детализированной, чем для обычного тренажера, поэтому компьютер обсчитывает ее быстрее и может уже через час ответить на вопрос «что будет через десять часов при таких-то исходных параметрах аварии», а также «как будет развиваться процесс при изменении этих параметров». Прогнозные модели полезны для кризисных центров АЭС, которые разрабатывают рекомендации для станций: какие действия будут наиболее эффективными в той или иной ситуации. Моделями уже заинтересовался РАСУ, который разрабатывает системы интеллектуальной поддержки оператора (СИПО, подробно о ней «Вестник атомпрома» писал в № 6 2021 года).

Кроме того, «ДЖЭТ» обсуждает с рядом крупнейших энергокомпаний создание цифрового двойника тепловой электростанции — так, планируется реализовать проект на Урале. Для начала «ДЖЭТ» выполнит математическую модель, оптимизацию технико-экономических параметров и предиктивную аналитику для станции «Новосвердловская» около Екатеринбурга.

Модели «ДЖЭТ» нужны и для наладки АСУ ТП. Такую работу уже выполнили для первых двух блоков АЭС «Куданкулам», «Руппур» и Белорусской АЭС. Следующий проект — третий и четвертый блоки «Куданкулама». Тестирование АСУ ТП и прогнозное моделирование — дополнительная опция к тренажеру (выполнять такие работы без создания тренажера — слишком дорого и долго).

Признание за рубежом

В «ДЖЭТ» гордятся своими успехами в Поднебесной. «Заказчики нам доверяют, и мы их доверие оправдываем. Так, по сделкам в Китае мы выступали уже в качестве “единственного поставщика”, то есть выбора поставщика не проводилось», — заверяет Алексей Ковалевич.

Первый договор заключили еще в 2000 году. Китайские специалисты тогда еще не работали с тренажером, поэтому относились к нему с недоверием и опаской. Чтобы снять все вопросы и сомнения, целый год сотрудники «ДЖЭТ» работали в Китае — по двое, как на вахте. Включали, выключали, объясняли, показывали. Через год китайские специалисты стали чувствовать себя гораздо увереннее, а сейчас во всех вопросах уже разбираются так же хорошо, как их российские «менторы» — спасибо постоянной практике.

Для «ДЖЭТ» этот тренажер тоже оказался сложным: его делали для строящейся АЭС, многих вводных данных еще не было. Потом наработали опыт, стало легче. Да и доверие удалось завоевать: китайские партнеры убедились в добросовестности и деловой порядочности российских коллег. «Изменение отношения проявляется даже не в действиях, не в словах. Но когда заходишь в переговорную, чувствуешь, что нет напряжения и страха, просто у каждого своя конструктивная позиция по понятным вопросам, и надо найти ту самую золотую середину», — рассказывает Алексей Ковалевич.

Такой же путь «ДЖЭТ» прошел с Индией, сейчас проходит с Бангладеш. В Европе — по-другому. Главное — не заслужить репутацию, а соответствовать всем регламентам и идти строго по процедуре. Иначе получить согласование невозможно. В Финляндии «ДЖЭТ» последовательно выполняет все требования финского регулятора уже полтора года, чтобы получить одобрение проекта тренажера для АЭС «Ханхикиви».

Доверие клиентов и успешное прохождение всех процедур имеют значение: компания планирует нарастить выручку в десять раз к 2030 году. Наращивать будут, предлагая услуги моделирования на различных рынках — теплоэнергетики, нефтегазового сектора, даже транспорта. В компании не исключили поглощения других компаний — с компетенциями в сегментах, где у самого «ДЖЭТ» пока недостаточно опыта. Свои услуги по моделированию тренажеров, прогнозных моделей и цифровых двойников компания будет предлагать не только в России, но и за рубежом — в странах Центральной и Южной Азии.