Hệ mô phỏng NMĐHN là công cụ đào tạo, huấn luyện vừa mang tính trực quan, vừa có tính thực tế cao. Cùng với việc đẩy mạnh các chương trình đào tạo ngắn hạn cũng như dài hạn với các đối tác nhằm xây dựng đội ngũ cán bộ chuyên môn, việc bổ sung hệ mô phỏng NMĐHN lò VVER – 1200 sẽ đáp ứng nhu cầu học tập, đào tạo về công nghệ lò VVER – 1000 nói chung và VVER – 1200 (AES 2006) nói riêng.
Theo IAEA, tất cả nhân viên thuộc ngành công nghiệp năng lượng và nhà máy có thể nâng cao kiến thức, hiểu biết và kỹ năng khi được đào tạo trên hệ mô phỏng, trong đó:
Đối với nhân viên pháp quy:
o Có những hiểu biết tốt hơn về các quá trình hoạt động của nhà máy;
o Học được cách thức để kiểm tra và kiểm chứng chức năng và độ chính xác của hệ mô phỏng; và
o Hiểu rõ về tính hiệu quả và tính an toàn của thiết kế khi thực hiện các kịch bản sự cố trên hệ mô phỏng.
Nhân viên kỹ thuật và vận hành:
o Có khả năng kiểm chứng các thủ tục vận hành ở điều kiện bình thường và khẩn cấp;
o Có khả năng kiểm tra những thay đổi của nhà máy;
o Đào tạo nhân viên bảo trì trong một môi trường an toàn; và
o Mở rộng năng lực của họ trong khi thực hiện kiểm tra và xác thực các quá trình của nhà máy.
Cán bộ làm công tác đào tạo:
o Hoàn thiện và cải thiện hiệu quả của quá trình đào tạo và kiểm chứng chất lượng nhân viên được đào tạo;
o Chỉ ra một cách trực quan những thay đổi của mối quan hệ giữa các thông số nhà máy với việc sử dụng phối cảnh kỹ thuật các hệ thống thông qua các sơ đồ mô phỏng.
Sinh viên, học viên chuyên ngành:
o Thực hành thao tác bảng điều khiển hệ thống đo đạc thông qua các màn hình hiển thị cảm ứng hình ảnh thực; và
o Học hỏi, củng cố kiến thức lỹ thuyết với một chương trình thay đổi mềm dẻo, mở rộng khả năng tự tìm hiểu, tự học.
Đối với cán bộ quản lý:
o Có các hiểu biết cơ bản về các hệ thống trong NMĐHN, tương tác và ảnh hưởng của các thành phần trong hệ thống chung của NMĐHN;
o Đánh giá được nhu cầu nhân lực, kỹ năng nhân viên và những yêu cầu kỹ thuật cần thiết nhằm đảm bảo hoạt động có hiệu quả các hệ thống trong NMĐHN.
Đối với cán bộ nghiên cứu, hỗ trợ kỹ thuật:
o Có các hiểu biết sâu hơn về các quá trình và hệ thống trong NMĐHN, tương tác và ảnh hưởng của các hệ thống, đặc biệt là các hệ thống an toàn và điều khiển, trong trạng thái vận hành bình thường hay trong các điều kiện chuyển tiếp, sự cố;
o Đánh giá được vai trò của các thành phần, thiết bị, hệ thống công nghệ và các yêu cầu kỹ thuật cần thiết trong quá trình vận hành cũng như so sánh với các giá trị thiết kế, từ đó đưa ra và đề xuất các giải pháp kỹ thuật giúp cho việc hoàn thiện, tối ưu hóa quy trình vận hành, phương án xử lý tình huống hay các thay đổi nếu có trong hệ thống công nghệ;
o Nâng cao chất lượng kết quả R&D khi sử dụng hệ mô phỏng cùng với các công cụ phân tích, đánh giá an toàn khác.
Hình 2. Vai trò trong quá trình đào tạo và các ứng dụng khác của hệ mô phỏng.
Sự khác nhau trong phạm vi mô phỏng, các phương pháp mô phỏng, tương tác giữa người hướng dẫn và người học, và các đặc điểm tường minh về đồ họa với giao diện cụ thể cho phép hệ mô phỏng không chỉ hướng dẫn cho người học với các mục tiêu học tập khác nhau, mà còn cho phép thực hiện lại các quá trình, các thao tác nhằm đạt được sự hiểu biết và kỹ năng nhất định. Các thao tác mang tính thời gian thực cho phép quan sát và hiểu rõ hơn các phản ứng của hệ thống nhà máy.
Những nhu cầu đào tạo có thể được giải quyết bằng cách sử dụng các mô phỏng khác nhau một cách trực tiếp và với sự hướng dẫn cụ thể. Việc ứng dụng những quá trình mô phỏng này có thể rất hiệu quả và cũng tương đối rẻ. Hình 2 thể hiên ba chức năng chính của hệ mô phỏng: Đào tạo, hỗ trợ kỹ thuật và giới thiệu công nghệ NMĐHN.
Các hệ mô phỏng NMĐHN ở Việt Nam
Kể từ khi chương trình phát triển điện hạt nhân được Quốc hội thông qua (2009), việc áp dụng các phần mềm mô phỏng hoạt động của các NMĐHN trong nghiên cứu và đào tạo đã được một số đơn vị quan tâm. Bộ các phần mềm mô phỏng nguyên lý cơ bản của các NMĐHN cho mục đích đào tạo của IAEA với các phần mềm mô phỏng lò PWR-2 nhánh (2-loop PWR), lò PWR kiểu Hàn Quốc, lò PWR kiểu Nga (VVER-1000) và lò APWR, hai kiểu lò nước sôi: BWR và ABWR; hai kiểu lò nước nặng: PHWR và APHWR. Bộ phần mềm này đã được sử dụng tại Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam, Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh và một số trường khác trong việc giúp sinh viên tìm hiểu những vấn đề cơ bản về hoạt động của NMĐHN, đặc biệt là các tình huống sự cố dựa trên các kịch bản đã dựng sẵn, qua đó giúp người học hiểu hơn về công nghệ và an toàn nhà máy điện hạt nhân. IAEA cũng thường xuyên tổ chức các hội thảo trình bày kinh nghiệm sử dụng các phần mềm mô phỏng như một công cụ đào tạo nhằm giới thiệu về công nghệ các NMĐHN.
Hình 3. Giao diện vòng sơ cấp trong bộ phần mềm mô phỏng của IAEA (trên) và PCTRAN (dưới) cho lò VVER-1000.
Ngoài ra, phần mềm PCTRAN (Personal Computer Transient Analyzer) mô phỏng các trường hợp tai nạn khác nhau của NMĐHN cũng được nhiều cơ sở giảng dạy, nghiên cứu nhiều nước sử dụng (Hình 3). IAEA đã tài trợ phần mềm này cho cục ATBXHN nhằm hỗ trợ nâng cao năng lực an toàn hạt nhân của cơ quan pháp quy. PCTRAN do công ty Micro-Simulation Technology (Hoa Kỳ) phát triển, mô phỏng trên máy tính cá nhân (desktop simulator) cho nhiều lò phản ứng khác nhau.
Các hệ mô phỏng của IAEA cũng như PCTRAN thuộc hệ mô phỏng các nguyên lý cơ bản (Basic principle desktop, Hình 1 – kỳ 1) với các màn hình giao diện (Hình 2) thể hiện các hệ thống chính của NMĐHN đã được đơn giản hóa. Đây là những công cụ học tập hữu ích cho sinh viên chuyên ngành công nghệ hạt nhân.
Tháng 11-2014, trường đại học Đà Lạt đã tiếp nhận hệ thống thiết bị mô phỏng lò phản ứng hạt nhân thời gian thực OPR1000 Core Simulator (CoSi) do Hàn Quốc tài trợ. Sinh viên trường đại học Đà Lạt sử dụng thiết bị này để học tập và thực hành thực nghiệm mô phỏng. Hệ thống thiết bị gồm máy tính chủ và các máy tính trạm được cài đặt hệ thống phần mềm giả lập lò phản ứng hạt nhân OPR-1000 công suất 1000MWe do Hàn Quốc phát triển.
Hệ mô phỏng lò VVER – 1200
Dự án NMĐHN Ninh Thuận 1 với thiết kế lò phản ứng VVER – 1200 hay AES 2006 đã được lựa chọn. Dựa trên các kinh nghiệm vận hành các NMĐHN AES91/92, thiết kế AES2006 (Hình 4) đã bổ sung nhiều hệ thống an toàn, kể cả các hệ thống an toàn thụ động.
Hình 4. Nhà máy điện hạt nhân lò VVER-1200.
Trong khuôn khổ Dự án hợp tác kỹ thuật với Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) về “Phát triển cơ sở hạ tầng điện hạt nhân, Pha II” (VIE2012) do Cục Năng lượng nguyên tử chủ trì, hệ thống mô phỏng lò phản ứng VVER-1200 của Công ty WSC (Hoa Kỳ) dự kiến sẽ được lắp đặt tại trung tâm Đào tạo hạt nhân, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam trong tháng 10- 2015. Hệ thống mô phỏng được chuyển giao cho phía Việt Nam trong khuôn khổ Dự án hợp tác kỹ thuật VIE 2012 gồm một máy chủ và bốn máy trạm (Hình 5).
Hệ thống được cài đặt phần mềm mô phỏng nhà máy điện hạt nhân sử dụng công nghệ lò phản ứng VVER-1200, công suất 1200 MWe, có khả năng mô phỏng thời gian thực, cung cấp các sơ đồ hệ thống cung cấp hơi hạt nhân, hệ thống điều khiển và đo đạc các thông số vật lý lò phản ứng, hệ thống nước cấp, hệ thống tuabin-máy phát và các hệ thống an toàn. Hệ thống mô phỏng cho phép thực hiện quy trình vận hành như khởi động và đưa lò lên mức 100% công suất, dừng lò và phát sinh sự cố bất thường nhằm đánh giá diễn biến hoạt động của lò phản ứng.
Hình 5. Hệ mô phỏng lò phản ứng VVER – 1200 do WSC cung cấp.
Đây là hệ thống mô phỏng thời gian thực về lò phản ứng VVER-1200 đầu tiên tại Việt Nam với gần 160 giao diện tương tác (HMI) và thuộc nhóm hệ mô phỏng tiên tiến (Advanced simulator) như phân loại trên Hình 1.
Hệ mô phỏng thực hiện quá trình mô phỏng với thời gian thực, độ chính xác cao và có thể phát triển thành hệ mô phỏng có tính năng tùy biến đầy đủ theo yêu cầu của người sử dụng. Hệ mô phỏng cung cấp mô hình mô phỏng nhà máy điện hạt nhân thực đầy đủ thích hợp cho việc đào tạo nhân viên vận hành và rèn luyện các kỹ năng cơ bản giữa các nhân viên trong tổ vận hành. Hệ thống này là công cụ hữu hiệu cho việc giảng dạy các nguyên lý cơ bản của quá trình vận hành lò VVER, đặc biệt đối với các nước đang xem xét chương trình điện hạt nhân và chưa có điều kiện để tiếp cận với các hệ mô phỏng phòng điều khiển thực của NMĐHN.
Giao diện HMI của hệ mô phỏng thể hiện ở mức độ chi tiết các thành phần, thiết bị quan trọng với các tham số trực quan mà các hệ đo trong nhà máy thực có được. Hệ thống thực hiện mô phỏng được quản lý từ máy chủ với bảng điều khiển IS (Instructor station) cho phép vận hành NMĐHN từ chế độ dừng lạnh lên chế độ vận hành ở 100% mức công suất. Các máy trạm (clients) thực hiện các chức năng như trong phòng điều khiển, trong khi nhân viên vận hành lò phản ứng thao tác với các thanh điều khiển, điều chỉnh nồng độ boron trong hệ tải nhiệt, vận hành bơm tải nhiệt chính, quan sát bình điều áp với các bộ đốt nóng nước bằng điện .v.v., nhân viên ở một máy trạm khác có thể đóng vai trò điều khiển các hoạt động của hệ thống tuôcbin – máy phát.
Hình 6. Giao diện vòng sơ cấp (trên) và thứ cấp (dưới) cho lò VVER-1200.
Các tình huống sự cố có thể được phát sinh từ máy chủ IS, tại đó cán bộ hướng dẫn (Instructor) có thể chuẩn bị trước các kịch bản, ghi nhận các diễn biến của quá trình và đưa ra những gợi ý để học viên cùng trao đổi, thảo luận.
Hình 7. Các chuyên gia của WSC và các cán bộ Việt Nam thảo luận về một tình huống trên hệ mô phỏng trong chuyến công tác khảo sát kỹ thuật (WSC, Maryland, 7-2015).
Các hệ thống an toàn của lò AES2006 như các bình tích nước cao áp (HA), hệ làm nguội tâm lò khẩn cấp (ECCS), kể cả hệ thống thụ động như hệ lấy nhiệt thụ động từ vòng thứ cấp (PHRS) cũng được mô tả chi tiết với khả năng thiết lập nhiệt độ nước làm mát hệ ngưng tụ (từ môi trường ngoài) hay nhiệt độ không khí bên ngoài nhà lò.
Với việc trang bị hệ mô phỏng NMĐHN lò VVER-1200, các cán bộ Việt Nam công tác trong ngành năng lượng nguyên tử sẽ có điều kiện tìm hiểu sâu hơn về các tính năng vận hành NMĐHN lò VVER với công nghệ hiện đại. Sinh viên học ngành công nghệ hạt nhân tại các trường đại học trong nước có thể được đào tạo theo các khóa học chuyên đề trên hệ mô phỏng này. Trung tâm Đào tạo hạt nhân, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam cùng với cục Năng lượng nguyên tử sẽ phối hợp chặt chẽ để khai thác hiệu quả hệ mô phỏng này.
Kết luận
Hệ mô phỏng NMĐHN là công cụ đào tạo, huấn luyện vừa mang tính trực quan, vừa có tính thực tế cao. Cùng với việc đẩy mạnh các chương trình đào tạo ngắn hạn cũng như dài hạn với các đối tác nhằm xây dựng đội ngũ cán bộ chuyên môn, việc bổ sung hệ mô phỏng NMĐHN lò VVER-1200 sẽ đáp ứng nhu cầu học tập, đào tạo về công nghệ lò VVER-1000 nói chung và VVER-1200 (AES2006) nói riêng. Hệ mô phỏng này cần được nghiên cứu, lắp đặt và vận hành một cách khoa học nhằm khai thác tốt nhất những đặc trưng kỹ thuật của hệ, góp phần vào công tác xây dựng nguồn lực cho chương trình điện hạt nhân. Để sử dụng hiệu quả hệ mô phỏng, cần xác định hai nhiệm vụ quan trọng sau đây:
– Xây dựng nhóm cán bộ vận hành có năng lực và hiểu biết về công nghệ lò VVER và hệ mô phỏng;
– Xây dựng chương trình đào tạo thích hợp, bao gồm các chương trình cơ sở lý thuyết, các hệ thống công nghệ và chương trình thực hành trên hệ mô phỏng, phục vụ tốt cho đào tạo cán bộ và sinh viên ngành công nghệ hạt nhân.
Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam đã và đang thực hiện một số đề tài nghiên cứu liên quan đến công nghệ và an toàn NMĐHN lò VVER-1200. Kết quả của các đề tài đã góp phần vào việc xây dựng đội ngũ cán bộ và thực hiện vai trò của cơ quan hỗ trợ kỹ thuật. Hệ mô phỏng NMĐHN lò VVER-1200 được đưa vào sử dụng sẽ tạo điều kiện để các kiến thức, kết quả nghiên cứu về lò VVER được truyền tải đến đông đảo cán bộ trong và ngoài viện, cũng như sinh viên các trường đại học.
Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam