Опыт выделения основных систем атомной энергетики и определения их жизненных циклов 1

Основные идеи системной инженерии Общий междисциплинарный язык – как договариваться и передавать знания всем участникам проекта Жизненный цикл – как учесть последствия любых решений для всего периода жизни системы и исправлять ошибки на как можно более ранних стадиях Моделецентричность – как обеспечить накопление и использование всей информации о системе начиная с самых ранних стадий жизненного цикла 2

3 Синхронизация и доказательства «Гейтовый принцип»: принятие решений при переходе от одного этапа жизненного цикла к другому При переходе от одного этапа жизненного цикла к другому происходит синхронизация всех уровней описаний системы и доказательство приемлемости рисков проекта (прежде всего – доказательство того, что все текущие описания удовлетворяют требованиям). Синхронизация обеспечивается внесением необходимых уточнений во все уровни описаний и надлежащим управлением конфигурацией. Доказательство приемлемости рисков для перехода от этапа конструирования модификации типового ядерного острова к этапу использования (в рамках этапа проектирование ЖЦ Блока) состоит прежде всего в расчетном обосновании. 3

Подход управления жизненным циклом и методы системной инженерии позволяют конкурентам предлагать своим клиентам: более короткие циклы проектирования, изготовления оборудования и строительства станций станции с улучшенными эксплуатационными характеристиками станции с улучшенными инвестиционными характеристиками Конкуренты активно разрабатывают реакторы нового поколения и осваивают технологии их изготовления Лучшие практики оформляются стандартами и включаются в системы лицензирования 4

5 Организационная коррекция Закон Конвея: «Организации, проектирующие системы, неизбежно производят системы, являющиеся копиями их организационных структур». Если проект системы должен допускать внесение изменений, то и организация должна быть готова к переменам. Ядерный остров должен конструироваться единой командой, управление конфигурацией модификации должно идти из одной точки. Как итог: создание условий для перехода к лицензированию типового ядерного острова, когда лицензируется решение, а не конкретная станция. Станция только проверяется на соответствие лицензированным проектным решениям в момент приемки-сдачи. 5

60 (80) лет эксплуатации АЭС: новая реальность Состоявшийся переход от 30-ти к 60-ти (80-ти) годам срока службы АЭС поменял и техническую, и экономическую, реальность Управление жизненным циклом станции распространяется на все ее стадии – от конструкторского замысла до вывода из эксплуатации. В Европе, США, Японии, Корее и других странах сформировалось в качестве генерального направления работ исследование и разработка технологий управления полным жизненным циклом АЭС, в том числе управление старением (ресурсом) оборудования Программы по управлению жизненным циклом стали основой для обеспечения безопасности, продления срока службы, оптимизации режимов эксплуатации, ППР и межремонтных периодов, предупреждения внеплановых остановов, учета накопленного опыта при развитии проектов и сооружение новых АЭС 6

Системный подход к организации Предметная область (с чем имеет дело организация) Нормы (что соблюдают люди, занимающиеся организованной деятельностью) Работы (как планируются работы, как они исполняются во времени) Учёт ( как учитывается результат) Люди (какие люди составляют организацию, каковы их компетенции, какие они исполняют роли и какие занимают позиции) Коммуникация между людьми (как люди общаются и как они интерпретируют смысл из сообщений) 7

Системная инженерия позволяет выделять системы в объектах и определять их стадии жизненного цикла При переходе к очередной стадии жизненного цикла происходит синхронизация всех уровней описаний системы и демонстрация соответствия результатов стадии выдвинутым требованиям Ключевая задача: формирование общего представления об объектах 8

Обобщенный жизненный цикл объекта использования атомной энергии Идея (теор. физика) Эксперименты (стенд) Расчёт Конструирование Проектирование Строительство Эксплуатация Вывод из эксплуатации ЖЦ БЛОКА ЖЦ ЯСПП АЭС Блок ЯСПП Топливо ОЯТ Площадка Организация Персонал У каждой системы уникальный жизненный цикл Не все системы можно сделать типовыми 9 РАО

Системы атомного энергетического кластера и их жизненные циклы Площадка: изыскания, мониторинг АЭС: строительство общей инфраструктуры и блоков Блок: проектирование (включая конкретизацию ядерного острова и формирование турбинного острова), закупка и поставка оборудования, строительство, эксплуатация, вывод из эксплуатации Типовой ядерный остров: исследования, конструкторский замысел, конфигурирование, модифицирование, лицензирование модификации Прочее оборудование: специфицирование, конструирование, закупки, поставки Здания и сооружения, водоочистка, системы охлаждения, системы выдачи мощности: проектирование (привязка), строительство Топливо (ТВС) 10

Что ядерного в атомной станции Блок = ЯСПП + турбинный остров + система выдачи мощности + здания и сооружения Ядерная система паропроизводства (ЯСПП, NSSS) ЯСПП = ядерный остров + топливо Система для доказательства безопасности, лицензирования, рыночных поставок. Каждая подсистема ЯСПП (ядерный остров, топливо) имеет свой жизненный цикл, характеризующийся единством используемых технологий расчетов и конструирования. Ядерный остров = РУ + системы безопасности + СКУ-РУ + система перегрузки топлива + гермозона (конструируется) Топливо = ТВС (его не монтируют на станции, его загружают) ЯППУ = топливо + РУ, не рассматривается как система. Термин пришел из подводных лодок (там это включает кроме топлива и РУ еще системы безопасности и СКУ-РУ, на лодках системы перегрузки топлива практически нет, а гермозона – это сама лодка). Это понятие использовать для АЭС нерационально, сегодня это сленг, в современных документах не используется. 11

12 Уровни описания для стадий жизненного цикла типового ядерного острова Физика : «ядерный распад», «ядерный синтез» Платформа (для физики «ядерный распад»: тепловые легководные реакторы, реакторы на быстрых нейтронах, ВТГР, МГТР; для физики «ядерный синтез»: «Токамак») – дана в виде расчетных обоснований и баз данных материалов. Стадия ЖЦ: исследования Технология (для платформы «тепловые легководные»: «кипящие» (РБМК), «под давлением» (ВВЭР)) - дана в виде набора конструктивных требований и эскизных технических решений (учебники). Стадия ЖЦ: конструкторский замысел Конфигурация (для технологии ВВЭР: В440, ВВЭР-1000, АЭС-2006, ВВЭР-1500; для технологии ВБЭР: судовые, ВБЭР-300) – дана в виде набора функциональных (производительности, безопасности) требований и доказанных конфигурационных решений страниц текста, НЕ ПРОЕКТ! Стадия ЖЦ: конструирование конфигурации (конфигурирование) Модификация (для конфигурации ВВЭР-1000: 187, 392Б, … 418. Для конфигурации АЭС-2006: 491, 392М) - дана в виде доказанных типовых проектных решений (уровень ТЭО, «проект-прототип»). НЕ ПРОЕКТ БЛОКА! Номер модификации относится не к РУ, а к ЯСПП в целом – но это сегодня не отражается в документации! Стадия ЖЦ: конструирование модификации (модифицирование)

Уровни описаний типового ядерного острова ВГТР Ядерный синтез Тепловые легководные реакторы Реакторы на быстрых нейтронах Ядерный распад МГТР Инер- циальные Токамаки ITERВБЭРВВЭРРБМКВКDEMO-C В440АЭС-2006ВВЭР-1000СудовыеВБЭР (Тяньвань) …187392Б488392М ФИЗИКА ПЛАТФОРМА КОНФИГУРАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЯ МОДИФИКАЦИЯ 13

14 Модификация ядерного острова Единица конструирования, принятая в зарубежной практике. Критерий выделения: общее расчетное обоснование (включая топливо), необходимое для доказательства приемлемости рисков Допускает смену типов топлива без переконструирования (ЯСПП = ядерный остров + типовое топливо, общее расчетное обоснование/лицензирование для каждого типа топлива) Единица лицензирования (при типовом топливе) принятая в зарубежной практике (в России нужно скорректировать нормативную базу!) 14

15 Конкретизация модификации типового ядерного острова Конкретизировать можно только модификацию (по сути представляющую проект- прототип ядерного острова уровня ТЭО, «проект-прототип = типовой») Конкретизация = «перештамповка» модификации с привязкой к условиям конкретного блока. Привязка не требует переобоснования безопасности. Конкретизация была и раньше: Модификация типового ядерного острова ВВЭР была конкретизирована для 4 из 6 блоков Запорожской АЭС, модификация типового ядерного острова ВВЭР была конкретизирована для 2 из 3 блоков Калининской АЭС. На сегодня жизненный цикл блока и жизненный цикл типового ядерного острова не разделены, поэтому понятия «проект ядерного острова» и «модификация типового ядерного острова» перепутаны. «Проект» всегда относится к конкретному ядерному острову, а «модификация» -- к типовому ядерному острову. По факту номер модификации реакторной установки означает ее согласованность с системами безопасности, СКУ-РУ, системой перегрузки топлива и гермозоной, т.е. означает номер не столько самой установки, сколько номер модификации ядерного острова. Время разработки модификации типового ядерного острова зависит от: –Разделительной ведомости (обилия согласований между различными организациями) –Разделения жизненного цикла проектирования конкретного блока и жизненного цикла модификации типового ядерного острова (сейчас они смешаны). Конкретизация по существу сводится к «перештамповке» описаний выбранной в ходе ЖЦ блока модификации типового ядерного острова в проектную документацию конкретного блока. 15

16 Блок и его ЖЦ Блок конкретен (не бывает «типового блока»). Проект Блока привязывается к местности и общей инфраструктуре конкретной станции, он не может быть «типовым». Проектирование блока может быть сокращено во времени за счет использования выбранных в ходе жизненного цикла блока модификации типового турбинного острова и лицензированной модификации типового ядерного острова. Проект Блока целиком нельзя «перештамповать», его нужно проектировать. Жизненный цикл блока: ОБИН (включает выбор площадки, модификаций типового ядерного острова, типового турбинного острова) Проектирование (ТЭО) Рабочее проектирование (детальные чертежи) Закупки и поставки Строительство Эксплуатация Модернизация Вывод из эксплуатации соответствует стадии «использование» ЖЦ типовых ядерного острова и турбинного острова. 16

17 Именование типовых модификаций ядерного острова Разделители в имени: –Специализация (ЖЦ модификации ТЯО): «-» –Конкретизация (ЖЦ блока АЭС): «/» Пример имени модификации типового ядерного острова: –Технология: ВВЭР –Конфигурация: ВВЭР-1000У («у» - улучшенная» по требованиям защиты ВВЭР-1000). –Модификация: ВВЭР-1000У-320М (модификация для указанной конфигурации на основе идей модификации 320 конфигурации ВВЭР-1000) Использование в конкретных блоках: –Ростов-2,3/ВВЭР-1000У-320М –Калинин-2/ВВЭР-1000У-320М Для текущих станций: –ЛАЭС-2/АЭС –Нововоронеж-2/АЭС М 17

18 Оформление владения типовыми ядерными островами для их коммерческого оборота Выпуск описания жизненного цикла типового ядерного острова в качестве стандарта организации ГК «Росатом». Приведение в соответствие договорной документации на исследования, конструирование и проектирование. Привлечение консультанта по юридическому оформлению интеллектуальной собственности – включая проблему патентов, выданных частным лицам Учет проектно-конструкторской информации: спецификационная ведомость результатов работ по каждому этапу жизненного цикла типового ядерного острова (списки различных описаний, составляющих технологическую платформу, технологию, конфигурацию, модификацию) 18

19 Сегодняшняя практика создания ядерного острова Реакторная установка – конструируется Системы безопасности – проектируются Система перегрузки топлива – конструируется/проектируется Гермозона – проектируется Топливо – не входит в состав ядерного острова, но учитывается в расчетном обосновании Согласование характеристик оборудования и расчетное обоснование методически и организационно затруднено Невозможно создать типовой ядерный остров (у каждого АЭПа по необходимости он будет свой) 19

20 Разделительная ведомость между генпроектантом, генконструктором и научным руководителем: из прошлого в настоящее Разделение Ядерного острова на РУ, системы безопасности и гермозону прошло в гг. (ОКБ ГП и Центральный АЭП утвердили разделительную ведомость, по которой реакторную установку нужно «конструировать», а защиты «проектировать»). К этому моменту уже была конфигурация В440 технологии ВВЭР. Разделительная ведомость на сегодня делит работы АЭП (проектирование защит и гермозоны), ОКБ ГП (конструирование реакторной установки), РНЦ КИ (расчетное обоснование). СКУ в разделительную ведомость не попадает. Разделительная ведомость по проектно-конструкторским работам ядерного острова сохраняется до сегодняшнего дня, ее структура определяется на сегодня не столько реалиями конструирования ядерного острова, сколько историческими, политическими и другими причинами. Конструирование разорвано, так как системы безопасности, бассейны системы перегрузки топлива, гермозоны сегодня не конструируются, а проектируются. Этот разрыв конструирования зафиксирован в разделительной ведомости. Разрыв конструирования ведет к размыванию ответственности и увеличению рисков (в том числе рисков безопасности). 20

21 От «разделительной ведомости» к «интеграционной ведомости»! Для устранения рисков необходимо ликвидировать сегодняшнюю разделительную ведомость Нужна не разделительная ведомость, а интеграционная! Интеграционные ведомости должны составляться для обеспечения единства полномочий и ответственности в доказательстве достижения тех или иных характеристик (что в случае модификации типового ядерного острова часто означает единство расчетного обоснования) по критерию минимизации обменов информацией через границы организаций. 21

Расчетное обоснование Расчетное обоснование – это демонстрация программами моделирования безопасности работы типового ядерного острова на всех режимах, включая аварийные. Проблемы: Расчетное обоснование модификаций сегодня: тысячи нормочасов. Это не позволяет быстро обсчитывать варианты модификации при ее конструировании. Расчетные программы плохо интегрированы, не получают информацию непосредственно из баз данных САПР, системы поддержки требований, поэтому расчеты постоянно отстают от изменений в проекте. Расчетные программы считают медленно, ибо написаны еще для БЭСМ-6. Решение: Восстановить координацию в области интеграции расчетов и внедрить новые знания (процессы, методы) по расчетному обоснованию путем создания Рабочей Группы по стандартизации расчетного обоснования и принятия группы стандартов в данной сфере. 22

Почему расчетное обоснование важно Форма использования науки в инженерии – суть атомной специфики Магистральный путь к новым реакторам На критическом пути и очень трудоемко Ключевой фактор для обоснования безопасности Ключевой фактор для оптимизации коммерческих характеристик путем конструкторских решений До сих пор институционально/процессно не оформлено, поэтому нельзя обсуждать и улучшать 23

АЭС-2009 Правильно выделить систему (ЯСПП) Использовать все имеющиеся технологические заделы (делать новую конфигурацию для уже отработанной и надежной технологии ВВЭР) Использовать негативный опыт АЭС-2006, чтобы не повторять ошибок Сдвинуть проблемы на зарубежных заказах с этапа стройки и пусконаладки на как можно более ранние этапы – прежде всего конструирования ЯСПП (более ранний этап, чем проектирование Блока АЭС) 24