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Come l’intelligenza artificiale potrebbe abbassare i costi dell’energia nucleare

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Credito: CC0 Pubblico Dominio

Le centrali nucleari forniscono grandi quantità di elettricità senza rilasciare l’inquinamento che provoca il riscaldamento del pianeta. Ma la spesa per la gestione di questi impianti ha reso difficile per loro rimanere aperti. Se il nucleare deve svolgere un ruolo nell’economia dell’energia pulita degli Stati Uniti, i costi devono scendere. Gli scienziati dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) stanno ideando sistemi che potrebbero rendere l’energia nucleare più competitiva utilizzando l’intelligenza artificiale.

Le centrali nucleari sono costose in parte perché richiedono un monitoraggio e una manutenzione costanti per garantire un flusso di energia e una sicurezza costanti. Argonne è a metà di un progetto triennale da 1 milione di dollari per esplorare come i sistemi computerizzati intelligenti potrebbero cambiare l’economia.

“I costi operativi e di manutenzione sono piuttosto rilevanti per le unità nucleari, che attualmente richiedono grandi equipaggi del sito e un’intensa manutenzione”, ha affermato Roberto Ponciroli, ingegnere nucleare principale di Argonne. “Pensiamo che il funzionamento autonomo possa aiutare a migliorare la loro redditività e anche avvantaggiare l’implementazione di concetti avanzati di reattore”.

Il progetto mira a creare un’architettura informatica in grado di rilevare tempestivamente i problemi e raccomandare azioni appropriate agli operatori umani. La tecnologia potrebbe far risparmiare all’industria nucleare più di 500 milioni di dollari all’anno, stimano Ponciroli e colleghi.

Una tipica centrale nucleare può contenere centinaia di sensori, tutti monitorando parti diverse per assicurarsi che funzionino correttamente.

“In un mondo in cui le decisioni vengono prese in base ai dati, è importante sapere che puoi fidarti dei tuoi dati”, ha affermato Ponciroli. “I sensori, come qualsiasi altro componente, possono degradarsi. Sapere che i sensori funzionano è fondamentale”.

Il compito di ispezionare ciascun sensore, e anche le prestazioni dei componenti del sistema come valvole, pompe, scambiatori di calore, spetta attualmente al personale che cammina nell’impianto. Al contrario, gli algoritmi potrebbero verificare i dati imparando come funziona un normale sensore e cercando anomalie.

Dopo aver convalidato i sensori di una pianta, un sistema di intelligenza artificiale interpreta i segnali da essi e consiglia azioni specifiche.

Ponciroli offre un esempio: supponiamo che il cruscotto della tua auto ti avverta di uno pneumatico con bassa pressione dell’aria. Sai che non è necessario accostare subito, ma potresti decidere di rallentare un po’ per evitare una foratura finché non riesci a riempire d’aria la gomma.

Gli esseri umani fanno questo tipo di chiamate di giudizio tutto il tempo. Valutiamo le informazioni, prendiamo una decisione e agiamo, come modificare i controlli (nello scenario precedente, rallentare l’auto) ed effettuare riparazioni. Un metodo di intelligenza artificiale chiamato apprendimento per rinforzo replica la logica del cervello insegnando al sistema a prendere decisioni valutando i potenziali risultati. In una centrale nucleare, i computer potrebbero rilevare i problemi e segnalarli agli operatori dell’impianto il prima possibile, aiutando a ottimizzare i controlli e anche ad evitare riparazioni più costose in futuro. Allo stesso tempo, i computer potrebbero impedire la manutenzione non necessaria su apparecchiature che non ne hanno bisogno.

“I compiti di livello inferiore che le persone svolgono ora possono essere affidati agli algoritmi”, ha affermato Richard Vilim, un ingegnere nucleare senior di Argonne. “Stiamo cercando di elevare gli esseri umani a un grado più elevato di consapevolezza situazionale in modo che siano osservatori che prendono decisioni”.

Collaborando con l’industria per sviluppare scenari di test, gli ingegneri Argonne hanno costruito una simulazione al computer, o “gemello digitale”, di un reattore nucleare avanzato. Sebbene il sistema sia progettato per servire le nuove tecnologie dei reattori, ha affermato Vilim, è anche abbastanza flessibile da essere applicato alle centrali nucleari esistenti.

Il team sta convalidando il suo concetto di intelligenza artificiale sul reattore simulato e finora ha completato i sistemi per controllare e diagnosticare le sue parti virtuali. Il resto del progetto si concentrerà sulla capacità decisionale del sistema, cosa fa con i dati diagnostici.

Poiché una centrale nucleare autonoma richiede queste varie funzioni, il prodotto finale del lavoro del team Argonne è un’architettura di sistema che unisce più algoritmi. Ad esempio, gli ingegneri stanno adattando il codice incluso il System Analysis Module (SAM) di Argonne, uno strumento di analisi per reattori avanzati. SAM, sviluppato in collaborazione con la società di ingegneria Kairos Power, ha vinto un premio R&D 100 nel 2019.

“Argonne si adatta bene a questo progetto, perché disponiamo già di tutte le capacità di cui abbiamo bisogno internamente”, ha affermato Ponciroli. “Si tratta solo di combinarli per ottenere ancora di più da loro.”


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