- In Wyoming wurde ein voll funktionsfähiger digitaler Simulator zur Ausbildung von Kernkraftwerksbetreibern installiert.
- Der Simulator verwendet die 3KEYMASTER-Software und kann physikalische Phänomene in Echtzeit simulieren.
- Das Natrium-Design nutzt flüssiges Metall-Natrium zur Kühlung, was es von herkömmlichen Kernkraftwerken unterscheidet.
- Der neue Simulator hilft den Betreibern, die Funktionsweise von flüssigem Metall und Wärmespeichersystemen zu erlernen.
Ingenieure in Wyoming haben einen voll funktionsfähigen digitalen Simulator installiert, um die Betreiber der neuen Generation von Kernkraftwerken auszubilden. Die Ausrüstung wurde auf die Baustelle des Natrium-Reaktors von TerraPower, das von Bill Gates unterstützt wird, geliefert. Das von Curtiss-Wright gebaute System fungiert als präziser digitaler Zwilling der zukünftigen Anlage, sodass Techniker vor der Inbetriebnahme des Reaktors im Jahr 2030 erstmals mit den Steuerungssystemen des Kraftwerks in Kontakt treten können. Die frühzeitige Ausbildung der Betreiber ist eine entscheidende Herausforderung für jedes nicht-traditionelle Kernkraftwerksdesign.
Funktionen und Betrieb des Simulators
Der Simulator läuft auf einer Software-Engine namens 3KEYMASTER, die physikalische Phänomene in Echtzeit simulieren kann, einschließlich der Berechnung des Fluidumlaufs, der Temperaturveränderungen und des Verhaltens des Kerns bei unerwarteten Stillständen der Anlage. Die Betreiber können Notfallübungen durchführen, automatische Sicherheitsmaßnahmen testen und die Arbeitsstunden aufzeichnen, die für die Erlangung der bundesstaatlichen Betriebserlaubnis erforderlich sind.
Gleichzeitig dient das System auch als Testplattform für Ingenieure. Curtiss-Wright baut auch das physische Gehirn der Anlage – das verteilte Kontrollsystem und das automatisierte Reaktorschutzsystem. Durch das Ausführen dieser Steuerungsprogramme im Simulator können Techniker Softwarefehler identifizieren und die Hardware-Reaktionen Jahre vor der Brennstoffbeladung überprüfen. Im Gegensatz zu Standardreaktoren funktioniert die Anlage anders als die meisten Kernkraftwerke in den USA. Die meisten Kernkraftwerke verwenden leichtes Wasser unter hohem Druck zur Kühlung ihres Kerns, während das Natrium-Design flüssiges Metall-Natrium verwendet.
Flüssiges Natrium kann Wärme effektiv übertragen und bleibt dabei bei extrem hohen Temperaturen flüssig. Da sein Siedepunkt nahe bei 900 °C liegt, arbeitet das System bei annähernd normalem Atmosphärendruck, was die großen, dickwandigen Schutzkuppeln, die in herkömmlichen Kernkraftwerken erforderlich sind, überflüssig macht.
Innovationen im Natrium-Design
Das Design bricht auch mit der Tradition, indem es die Stromerzeugung von der nuklearen Wärmeproduktion trennt. Die vom Reaktor erzeugte Wärme unterstützt eine Grundlaststromausgabe von 345 Megawatt und überträgt die Wärme über ein geschmolzenes Salzlagerungssystem. Wenn die Nachfrage im Stromnetz niedrig ist, läuft der Reaktor mit voller Leistung, während überschüssige Wärme in Wärmespeichertanks gespeichert wird. Wenn die lokale Nachfrage steigt, können die Betreiber diese gespeicherte Wärme nutzen, um zusätzlichen Dampf zu erzeugen. Das System kann die Stromausgabe auf bis zu 500 Megawatt erhöhen, ohne die Grundlastausgabe des Reaktorkerns zu verändern, und dies über einen Zeitraum von mehr als fünf Stunden.
Die Handhabung dieses Designs erfordert von den Betreibern, dass sie gleichzeitig zwei unabhängige Disziplinen beherrschen. Sie müssen den hydraulischen Druck des flüssigen Metalls im Kern überwachen und gleichzeitig das schnell reagierende Wärmespeichersystem betreiben. Der neu installierte Simulator ermöglicht es ihnen, diese Wärmeübertragungen zu üben, ohne die Stabilität des Reaktors zu beeinträchtigen. Die Kemmerer-Einheit wird im Rahmen des fortschrittlichen Reaktordemonstrationsprogramms des US-Energieministeriums gebaut. Sollte der Standort als praktikabel erachtet werden, plant TerraPower, dieses Betriebsmodell landesweit für kommerzielle Flotten zu nutzen. George Piccard, Vizepräsident für Betriebsführung bei TerraPower, fasst zusammen: „Der Bau des fortschrittlichsten Reaktors der Welt erfordert ebenso fortschrittliche Methoden zur Ausbildung der Betreiber.
Durch die Zusammenarbeit mit Curtiss-Wright zur Bereitstellung des Natrium-Trainingssimulators legen wir den Grundstein für die Ausbildung qualifizierter Kernkraftwerksmitarbeiter in jedem zukünftigen Natrium-Kraftwerk und stellen sicher, dass unsere Betreiber vor der Inbetriebnahme des Kraftwerks umfassend vorbereitet sind.
Bedeutung der digitalen Zwilling-Technologie in der Kernenergieausbildung
Die Einführung der digitalen Zwilling-Technologie ist entscheidend für die Ausbildung der Betreiber von Kernkraftwerken, insbesondere im Betrieb neuer Kernreaktoren. Durch den Simulator können die Betreiber Notfallübungen und Tests in einer sicheren Umgebung durchführen, was nicht nur ihre praktischen Fähigkeiten verbessert, sondern auch hilft, potenzielle Softwarefehler frühzeitig zu identifizieren. Mit der Weiterentwicklung der Kernenergietechnologie wird diese fortschrittliche Ausbildungsweise ein Schlüsselfaktor für die sichere Betriebsführung von Kernkraftwerken sein und könnte die Expansion neuer Kernenergieanlagen im ganzen Land fördern.