阿贡国家实验室利用数字孪生技术开发新型先进反应堆

TechRanger 7月 17, 2020 3.56w 浏览 0

美国能源部（DOE）的阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）最近从能源部的高级能源研究计划署（ARPA-E）获得了800万美元，用于与初创公司合作，并利用数字孪生技术帮助开发新型先进反应堆。

在设计下一代核电站时，评估新工具和技术的最安全方法是首先在数字模型上对其进行测试。这些数字孪生模仿反应堆，可被公司用来探索新颖的技术和方法，以降低成本或在破土动工之前改进设计。

资金来自ARPA-E的“由智能核资产管理的发电”（GEMINA）计划。阿贡大学的核工程师参与了今年由GEMINA计划资助的9个项目中的4个，获得了全国2800万美元拨款的近三分之一。

GEMINA计划以双子星座（双子座）命名，旨在资助可能会大大降低运营和维护下一代核电站成本的技术。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

GEMINA计划资助的Argonne的四个项目是：自动化电厂：智能、高效和数字化（已应用SSR ）；先进反应堆传感器和组件（MARS）的维护；用于先进反应堆创新的安全自动化（SAFARI）；基于计量仪的高温气冷（HTGR）反应堆腔冷却系统的数字双基资产性能和可靠性诊断。

在每个项目中，工程师将与行业合作伙伴合作，利用Argonne的核专业知识解决美国能源行业的现实问题。Argonne的几个合作者正在开发新型的先进反应堆，这将是此类反应堆中的第一个。这些公私伙伴关系使每个参与人员受益。它们有助于推动下一代发电厂的科学发展，为工业界提供世界一流的研发机会，并最终降低发电成本。

“ARPA-E带来的国家实验室、大学和工业界合作，帮助核初创企业进行调查的高危险研发问题，他们可能不会用自己的资源来工作，”亚历山大·海菲兹，在阿贡国家实验室首席工程师说，“我们与GEMINA项目的目标是大幅度降低运行和先进反应堆维护成本，使核电与发电的化石燃料的形式更具有竞争力。”

阿贡国家实验室的最大GEMINA补助是SSR 应用。为此，Argonne的工程师正在建造SSR-W反应堆的数字孪生，以及仪表化的熔融盐回路，以研究系统在现实生活中的行为。目标是将SSR-W设施的运营成本从每兆瓦时（MWh）约11美元降低到每兆瓦时2美元以下。

在SAFARI项目中，Argonne的工程师还与Kairos Power合作，开发了利用人工智能和机器学习使先进反应堆自动化的技术。他们将获得GEMINA 300万美元的资助，将建立一个可扩展的数字孪生以及数字工具，以自动执行先进反应堆电厂的维护、运行和监控。

Argonne为SAFARI项目开发的工具将在其密歇根大学的项目合作伙伴运行的熔盐环路中进行测试。科学家还将把SAFARI工具应用于Kairos的氟化物盐冷高温反应堆设计中。此步骤将向团队展示如何将建议的功能用于优化工厂设计。

Argonne还通过为公司的数字孪生设计被动冷却系统来帮助核技术开发商Framatome。该项目由核科学家达里乌斯·李索夫斯基（Darius Lisowski）领导，将利用Argonne的自然对流关机排热测试设施（NSTF）的数据模拟空气和水如何自然循环以冷却反应堆。利用这些数据开发Framatome的数字孪生，将大大提高其可靠性和成熟度。Framatome将使用数字孪生将被动冷却系统与典型冷却回路进行比较。最终，该研究旨在确定其反应堆的优越冷却系统，以确保其下一代反应堆提供安全的无碳电力。

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