As usinas nucleares fornecem grandes quantidades de eletricidade sem liberar a poluição do aquecimento do planeta. Mas a despesa de funcionamento dessas fábricas tornou difícil para elas permanecerem abertas. Para que a energia nuclear desempenhe um papel na economia de energia limpa dos EUA, os custos devem cair. Cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) estão desenvolvendo sistemas que podem tornar a energia nuclear mais competitiva usando inteligência artificial.
As usinas nucleares são caras em parte porque exigem monitoramento e manutenção constantes para garantir um fluxo de energia consistente e segurança. Argonne está na metade de um projeto de três anos de US$ 1 milhão para explorar como sistemas computadorizados inteligentes podem mudar a economia.

"Os custos de operação e manutenção são bastante relevantes para as unidades nucleares, que atualmente exigem grandes equipes e manutenção extensiva", disse Roberto Ponciroli, engenheiro nuclear principal de Argonne. “Achamos que a operação autônoma pode ajudar a melhorar sua lucratividade e também beneficiar a implantação de conceitos avançados de reatores”.

O projeto visa criar uma arquitetura de computador que possa detectar problemas precocemente e recomendar ações adequadas aos operadores humanos. A tecnologia pode economizar mais de US$ 500 milhões por ano para a indústria nuclear, estimam Ponciroli e colegas.

Uma usina nuclear típica pode conter centenas de sensores, todos eles monitorando diferentes partes para garantir que estejam funcionando corretamente.

"Em um mundo onde as decisões são tomadas de acordo com os dados, é importante saber que você pode confiar em seus dados", disse Ponciroli. "Os sensores, como qualquer outro componente, podem se degradar. Saber que seus sensores estão funcionando é crucial."

A tarefa de inspecionar cada sensor – e também o desempenho dos componentes do sistema, como válvulas, bombas, trocadores de calor – atualmente é da equipe que percorre o chão de fábrica. Em vez disso, os algoritmos podem verificar os dados aprendendo como um sensor normal funciona e procurando por anomalias.

Tendo validado os sensores de uma planta, um sistema de inteligência artificial interpretaria os sinais deles e recomendaria ações específicas.

Ponciroli oferece um exemplo:digamos que o painel do seu carro o alerte sobre um pneu com baixa pressão de ar. Você sabe que não precisa encostar imediatamente, mas pode decidir desacelerar um pouco para evitar um furo até poder encher o pneu com ar.

Os humanos fazem esses tipos de julgamentos o tempo todo. Avaliamos informações, tomamos decisões e agimos, como alterar controles (no cenário acima, desacelerar o carro) e fazer reparos. Um método de inteligência artificial chamado aprendizado por reforço replica a lógica do cérebro ensinando o sistema a tomar decisões avaliando resultados potenciais. Em uma usina nuclear, os computadores podem detectar problemas e apontá-los para os operadores da usina o mais cedo possível, ajudando a otimizar os controles e também evitar reparos mais caros no futuro. Ao mesmo tempo, os computadores podem evitar manutenção desnecessária em equipamentos que não precisam dela.

"As tarefas de nível inferior que as pessoas fazem agora podem ser entregues a algoritmos", disse Richard Vilim, engenheiro nuclear sênior de Argonne. “Estamos tentando elevar os humanos a um grau mais alto de consciência situacional, para que sejam observadores tomando decisões”.

Em parceria com a indústria para desenvolver cenários de teste, os engenheiros da Argonne construíram uma simulação de computador, ou "gêmeo digital", de um reator nuclear avançado. Embora o sistema seja projetado para atender a novas tecnologias de reatores, disse Vilim, também é flexível o suficiente para ser aplicado em usinas nucleares existentes.

A equipe está validando seu conceito de inteligência artificial no reator simulado e, até o momento, completou sistemas para controlar e diagnosticar suas peças virtuais. O restante do projeto se concentrará na capacidade de tomada de decisão do sistema – o que ele faz com os dados de diagnóstico.

Como uma usina nuclear autônoma requer essas funções variadas, o produto final do trabalho da equipe de Argonne é uma arquitetura de sistema que une vários algoritmos. Por exemplo, os engenheiros estão adaptando o código, incluindo o System Analysis Module (SAM) da Argonne, uma ferramenta de análise para reatores avançados. O SAM, desenvolvido em colaboração com a empresa de engenharia Kairos Power, ganhou o prêmio R&D 100 de 2019.

"O Argonne é adequado para este projeto, porque já temos todos os recursos de que precisamos internamente", disse Ponciroli. "É apenas uma questão de combiná-los para obter ainda mais deles." + Explorar mais

Componentes do reator nuclear impressos em 3D instalados na usina nuclear TVA Browns Ferry