Una buena implantación y explotación de un SMR - Parte II
Prof. Javier Borda Elejabarrieta
Dr. Ing, Ind., Msc Math Models, MBA
Presidente de Sisteplant
.../... Continuación
7. ILCCpm: EL ÚNICO MANTENIMIENTO POSIBLE
La gestión predictiva de la “curva de bañera” debe construirse desde las primeras fases del diseño del SMR o de la NPP, como parte de él y así permitiendo más fáciles ensayos, tests, inspección o sustitución de los elementos críticos y más sujetos a envejecimiento. Y, por supuesto, la definición de dónde y cómo deben operar los sistemas y componentes redundantes (p.e. bombas de refrigeración de emergencia), así como la forma en que deben proporcionar su información tecnológica esencial en la operación.
Particularmente, un mal concebido acceso para hacer tests puede conducir a su defectuosa realización o su dilatación temporal por economía, poniendo en riesgo una mayor aceleración del proceso de deterioro.
Bien, ya vemos la importancia que por todos lados tiene para la ILCCpm el conocimiento de los mecanismos de envejecimiento que, por lo tanto, debe ser exhaustivo e incluir:
- Las ecuaciones diferenciales físicas implicadas en ellos y sus parámetros ajustados por tests
- Contraste de esas ecuaciones por un software de AIML (Artificial Intelligence Assited Machine Learning)
de Sisteplant. - Estudio por RCM y árboles de fallos del riesgo de colapso catastrófico, basándonos en Weibull y la curva de bañera predictiva de ILCCpm
- Medidas para la corrección anticipada y reset al menos a las condiciones estándar de operación, y para su superación (MRO)
- Degradación de los estándares de operación (el OEEt “despiezado” en sus componentes) y su explícita relación con los escenarios definidos anteriormente.
El conocimiento de las causas-raíz es esencial. Nuestro sistema 
tiene un módulo SDCA, síntoma-defecto-causa-acción que, basado en estadística y su modulación por la posición estimada en la curva de bañera y los parámetros de Weibull). Muchas veces es algo difícil en gran parte por la carencia o diferencia de una comunicación bien estructurada ad-hoc entre diseño- fabricación-construcción y puesta en marcha.
Aunque esto es muy mejorado en las SMR por su fabricación estandarizada, es imprescindible establecer por parte de los ingenieros de Operaciones y Mantenimiento [O&M] el hilo de intereses para la buena marcha de la Central, y hacerlo en la parte inicial de su construcción, y su ajuste en los 5-10 primeros años de funcionamiento.
Otro tema vital del ILCCpm imprescindible es que en las NPPs, el Mantenimiento de bajo nivel debe ser impregnado de tecnología y fondo científico, con indicaciones explícitas para que contribuya a una conservación predictiva y sustitución optimizada de los componentes no críticos. La razón de esto es que fallos reiterados en estos últimos acaban influyendo en el deterioro acelerado de los principales.
La siguiente figura (FIG. 9) explica cuál debe ser según nuestra metodología, el ciclo integrado de ILCCpm aplicado a una instalación crítica como NPP o SMR.
Figura 9. Integración de sistemas para el Mantenimiento óptimo de un SMR
Definitivamente, la formación tecnológica y científica de los ingenieros de O&M aplicada en cada evento de Mantenimiento (predictivo, preventivo o correctivo) es imprescindible en la ILCCpm. Hay que aprovechar cada intervención de Mantenimiento que tenga contenido para analizar con profundidad física qué ha ocurrido y cómo puede evitarse o aliviarse en el futuro. Hay un momento para ello: la aplicación rutinaria de los Ciclos de Mejora Radical y Continua de nuestra Metodología explicada en la Figura 10.
Figura 10. Ciclos de Mejora Radical y Mejora Continua
Figura 11. ABC de los sistemas implicados en una Central NPP o SMR
8. EL AUXILIO DE LA I.A. Y EL MACHINE LEARNING ()
Se centra en facilitar una gestión avanzada y tecnológicamente profunda en tiempo real y predictiva de la curva de bañera de los elementos críticos del SMR y de su agregación, para ver la fiabilidad global de la central en todo momento.
Esto es necesario como soporte a la Dirección de O&M (operaciones y mantenimiento) y a los operadores de la sala de control y mantenimiento.
No se trata de suplir su buen juicio, garantizado por un buen nivel de IQ y de formación de ingeniería, sino de cribar en todo momento la complejidad del origen de cualquier desviación en el rendimiento de la explotación del SMR, y de relacionarla con una actuación de mantenimiento con visión profunda y prolongada. Criba pues la complejidad, para que las personas piensen con mayor profundidad y alcance.
Un aspecto muy importante de un SW de Inteligencia Artificial por “machine learning” (ML) es su capacidad extra-estadística, que explique las ecuaciones físicas detrás de los eventos. Esto es la “regresión simbólica” (SR), algo que en Sisteplant incorporamos a nuestro software de la I.A. especializado en la fiabilidad de mantenimiento y la predicción de posibles averías o malfunciones en los equipos críticos y en la Central en general. Situamos su envejecimiento efectivo y los puntos para “más que restaurarla” a condiciones de partida. La metodología detrás de esto es el ILCCpm (integrated life-cycle curve predictive maintenance) y nuestros índices básicos, entropía (S) representando la vejez, y eficiencia tecnológica (OEEt), relacionados de la siguiente forma, deben tratarse conjuntamente.
No vale con que la planta nuclear no falle, debe ser muy eficiente, porque la ineficacia es síntoma de un deterioro oculto no tratado adecuadamente
Cuanto menor sea mejor, lógicamente y el (OEE)t = 1- S, a la inversa.
La potencia de este enfoque en la práctica es enorme, porque permite mantener la salud del SMR o de la NPP permanentemente.
En relación con esto está el diseño conceptual del sistema de control de un SMR: sala + algoritmos.
La integración funcional del software para proporcionar el modelo de O&M será así en un esquema simplificado
9. LA POTENCIA REACTIVA, UN PROBLEMA
Un problema de las renovables (con excepción de la hidráulica) es que al no tratarse de máquinas síncronas con los 50Hz de la red (y de los grupos turbina-generador), originan potencia reactiva. En parte ésta se puede eliminar por variadores de frecuencia, y en el caso solar por onduladores CC-CA. Pero estos son dispositivos electrónicos de alta potencia con transistores, tiristores y condensadores cuyo funcionamiento de “pasa-no pasa” y “carga- descarga” origina a su vez otra potencia oscilante no útil debido a su forma no senoidal y a los armónicos multifrecuencia y amplitud generados (Transformada de Fourier). En definitiva, su saldo de energía reactiva es peor. Esa potencia de tránsito oscilante es creada por el desfase angular (φ) ente la tensión global del circuito generador (representado por un R, L, C) y la intensidad entregada a la red
La potencia efectiva instantánea será υ · i · cosφ, la reactiva υ · i · senφ.
Esta intensidad supone pérdidas de calor por efecto Joule en la impedancia global 
del circuito, y por eso se cobra. Interesa φ→0, para que la potencia útil sea máxima.
Naturalmente este efecto se minora por esos convertidores de frecuencia, onduladores y baterías de condensadores que mencionaba antes, pero no deja de ser un inconveniente, aunque salvable. La nuclear y la hidráulica tienen salida a turbinas síncronas (por reguladores de velocidad), con la frecuencia de Hz de la red y por lo tanto su potencia reactiva es menor.
10. CONVIVENCIA SINÉRGICA DE ENERGÍAS Y LO MEJOR PARA ESPAÑA (Y EUROPA)
La oscilación y crecimiento del precio de kWh vienen dados por una serie de factores:
- Escasez e incertidumbre sobre gas natural, una fuente de “fondo” bastante compatible con la naturaleza (por su bajo contenido en CO2) junto con la nuclear que emite cero.
- Oscilaciones climáticas e intermitencia de generación de las tres renovables básicas: hidráulica, eólica y solar.
- Impuestos irracionales a la nuclear; tasas irracionales ideológicas con “ciencia cero” detrás.
Por lo tanto, y de cara a tener una seguridad estable y diversificada de esas fuentes estables de fondo, gas natural y nuclear, no hay otro remedio que actualizar esta última. Es una estrategia como país que además, puede convivir con una sinergia local, especialmente en la España rural y vacía:
MI IDEA SERÍA CREAR “CLÚSTERES” LOCALES de GENERACIÓN compuestos de la siguiente forma (ver también apéndice 2):
a/. Alrededor de las centrales nucleares (NPP’s) existentes, activas o paradas:
- Si paradas hace más de 10 años, desmantelar los reactores y sustituirlos por SMR’s
- Si paradas hace menos de 5 años, realizar una revisión profunda, sustituir elementos irradiados y rearrancarlas
- Colocar a su alrededor 3/4 SMR’s, haciendo un recinto blindable de seguridad
- Complementar el “clúster” con biogás, solar (que valdría para el proceso de alimentar la eliminación del exceso de CO2 del BioCH4), y H2 -green por electrólisis, obteniendo la energía del” clúster” que dinámicamente sea más apropiada para minorar las pérdidas en la red.
b/. Alternativamente, el mismo concepto de varios SMR’s, con biogás, solar y H2 -green, en nuevas áreas rurales. Y desde luego alguno de ellos próximo a la mina de uranio que Berkeley intenta, lógicamente, explotar en Retortillo (Salamanca) con una planta de obtención de concentrado válido para reactores, y a la tecnológica y avanzada planta de fabricación de barras de combustible por ENUSA en Juzbado (también Salamanca).
De esta forma, conseguiríamos:
- Autosuficiencia energética, con un fondo “blindado” a eventos extraños que la alteren
- Exportación de tecnología nuclear, combustible y por supuesto, energía sobrante
- Enriquecer con un empleo muy cualificado, de calidad y bien remunerado áreas geográficas de la península hoy en declive
Después de este informe, querría que alguien con lógica, libre de estigmas, prejuicios ignorantes, e ideología, ¿qué sentido tiene la situación actual en España?
APÉNDICE 1
Menor intensidad de radiación en los SMR; otra ventaja
Un SMR se puede diseñar concentrando potencia en un espacio reducido, o bien escalándola con su geometría de barras de combustible. Este segundo caso es el más fiable y duradero y al que me refiero con estas ventajas. D es el diámetro de la vasija, e su altura, n el número de barras de combustible alojadas y α, β, δ, ε constantes tecnológicas del reactor, S la superficie lateral de la vasija.
La fuga neutrónica, si es intensa por unidad de superficie de la vasija la deteriora, ya que al chocar esas partículas contra su pared, destruyen átomos, generan radiación 𝛾 y fragilizan su estructura. Por lo tanto, interesa que la intensidad de fuga neutrónica ifn sea pequeña:
Por lo tanto 
donde K=constante
Con lo que, manteniendo la constante α de esparcimiento de las barras en la vasija del reactor, se ve que al disminuir su diámetro D lo hace también ifn, y la fuga neutrónica y el deterioro mecánico son mucho menores [Aprox. se reducen con el cuadrado del tamaño del reactor, D2]. Obviamente, la relación entre la potencia del SMR y la interacción neutrónica es del tipo
APÉNDICE 2
(Key note)
CLUSTERING RENEWABLE ENERGY SYSTEMS IN RURAL AREAS (RAECS)[1]
(Operation integrated control & Maintenance strategy)
Clustering the small-footprint renewable energy plants as Biogas, green H2, photovoltaic-solar, and nuclear mini-micro reactor SMR makes all the sense along rural areas. Doing ’t near a big existing nuclear power-plant has also, though not essential, lots of logic.
1. Advantages of doing a clusters in these rural places are:
- Make min grid losses and access investments
- Assure a continuous grid node electricity generation
- Optimize a so reduced cluster’ footprint and civil works costing
- Shield assembly security and safety
- Create very qualified well-paid jobs in depressed areas
2. The conceptual lay-out for this innovative concept:
Behind’ is the idea of the modules self-backing each other with the minimum energy path
Roles:
- NPR + SMR = prime generation, background
- Distributed batteries in each facility or module
- BIO H4 (gas) + SMR include synchronous turbo-generators
Backuping = solar primary function- Reduction means integrated CO2 decreasing from 25 to 1%
- Green H2 by water electrolysis
- Security shield fence enclosure
3. Operation Maintenance (O&M) Management:
Here’s the integration among control Systems and the role of the Sisteplant’s software on them. SW pieces are:
(External) - The energy system used SCADA’s.
(Sisteplant) - The CMMS software Prisma® with advanced SDCA analysis [2].
(Sisteplant) - The Machine learning and Symbolic Regression software Promind® for predictive analysis of the bath-tube curve ILCCpm).
(Sisteplant) - The software for guiding assisted-robotized Maintenance in dangerous tasks, Profun®.
(Sisteplant) - CBM = Real time condition-based monitoring software, Prisma®
The block diagram is as follows:
CBM includes Motors, valves, cabling, sensors, piping: online monitoring of vibration, flow-meters, cos φ, real-time visual inspections by robots, etc.
The primary loop is between Prisma/Promind and the SCADA, and integrate predictive indicator from ILCCpm, S =MTTR/MTBF, and efficiency.
Some key parameters for the ILCCpm analysis are:
SMR = Core temp, pressure, refrig, T, P, KW grid, radiation in sec. Loop.
BIO Gas = Core T, P, CH4 flow and pressure CO2%, kW grid, battery.
H2 Green = kW/m3 H2 + O2
FV = kW grid, back up battery.
REFERENCIAS
[1] RAEC = Rural Area Energy Cluster
[2] Symptom-Defect-Cause-Action taken
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