Введение

Современная атомная энергетика переживает период интенсивной цифровой трансформации, обусловленной необходимостью повышения эффективности, безопасности и конкурентоспособности в условиях глобального энергетического перехода. Российская Федерация, обладая ведущими позициями в мировой ядерной индустрии, стоит перед стратегической задачей обеспечения технологического суверенитета в области цифровых решений для атомной отрасли [14].

Актуальность исследования определяется растущей ролью цифровых технологий в обеспечении конкурентных преимуществ атомной энергетики и необходимостью формирования отечественной технологической базы в условиях геополитических вызовов. Согласно данным Госкорпорации «Росатом», к 2024 году в рамках единой цифровой стратегии было реализовано более 60 проектов цифровизации, что свидетельствует о масштабности трансформационных процессов в отрасли [15].

Целью данного исследования является комплексный анализ современного состояния и перспектив развития цифровой инфраструктуры российской атомной энергетики в контексте достижения технологической независимости и повышения операционной эффективности.

Современное состояние цифровой инфраструктуры российской атомной энергетики

Цифровая трансформация атомной энергетики представляет собой комплексный процесс внедрения передовых информационных технологий во все аспекты деятельности отрасли — от проектирования и строительства до эксплуатации и вывода из эксплуатации ядерных объектов. Теоретической основой данного процесса служит концепция Индустрии 4.0, адаптированная к специфическим требованиям ядерной безопасности и регулятивной среды [3].

Особенностью цифровизации атомной отрасли является необходимость обеспечения высочайших стандартов безопасности и надежности, что предъявляет повышенные требования к верификации и валидации цифровых решений. В отличие от других отраслей промышленности, где цифровизация может осуществляться поэтапно, атомная энергетика требует системного подхода, учитывающего взаимосвязь всех технологических процессов и их критичность для ядерной безопасности [3].

Стоит оговориться, что в целом процессы цифровизации энергетики активизируются, и государство планирует вкладывать в это направление значение средства. В рамках панельной сессии Российской энергетической недели-2023 обсуждали планируемые объемы инвестиций в цифровизацию ТЭК, которые представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Инвестиции в цифровизацию ТЭК России по годам

Источник: составлено автором по данным из открытых источников

Пик инвестиций в 2028-2029 годах обусловлен или завершающими финансовыми вливаниями в уже реализующиеся проекты, или стартом бюджетирования новых проектов, которые к 2028 году получат одобрение со стороны государства и будут юридически оформлены.

Методологической основой цифровой трансформации выступает концепция цифрового двойника, позволяющая создавать высокоточные виртуальные модели физических объектов и процессов. Данный подход обеспечивает возможность моделирования различных сценариев эксплуатации, включая аварийные ситуации, без риска для реальных объектов.

Ключевым элементом цифровой инфраструктуры атомной энергетики являются PLM-системы, обеспечивающие управление полным жизненным циклом сложных технических изделий. Государственная корпорация «Росатом» реализует масштабный проект создания отечественной PLM-системы «САРУС», которая к 2024 году была внедрена на 2000 рабочих местах в атомной отрасли. Система «САРУС» разработана как технологически независимое решение, полностью свободное от зарубежных компонентов. Ключевой особенностью системы является использование суверенного российского геометрического ядра RGK (Russian Geometric Kernel), что обеспечивает полную независимость от зарубежных технологий в области трёхмерного моделирования [1].

Экономический эффект от внедрения PLM-систем проявляется в сокращении сроков проектирования и повышении качества проектных решений. Согласно прогнозам экспертов отрасли, применение искусственного интеллекта в проектировании позволит сократить срок проектирования атомной электростанции с пяти лет до нескольких месяцев к периоду 2030–2040 годов [1].

Системы CAE-класса играют критически важную роль в обеспечении безопасности и эффективности ядерных технологий. Отечественная система математического моделирования «Логос», разработанная в рамках программы импортозамещения, представляет собой комплексное решение для расчётов, анализа и симуляции физических процессов при решении инженерных задач. Она обеспечивает возможность виртуальных испытаний и прогнозирования чрезвычайных ситуаций на производстве. Например, с её помощью можно моделировать тройниковые соединения трубопроводов, широко используемые в тепловой и атомной энергетике, задавая различные граничные условия и анализируя поведение системы при экстремальных нагрузках.

Параллельно развиваются отечественные CAE-решения, такие как платформа Fidesys, успешно прошедшая аттестацию в Научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности. Данная система позволяет решать задачи статической и динамической прочности, топологической оптимизации и моделирования аддитивного производства.

Вместе с этим развитие технологий цифрового двойника представляет одно из наиболее перспективных направлений цифровизации атомной энергетики. В 2020 году был принят в промышленную эксплуатацию программно-технический комплекс «Виртуально-цифровая атомная электростанция с реактором ВВЭР», разработанный ВНИИАЭС совместно с ИБРАЭ РАН. Данный комплекс позволяет моделировать и отрабатывать любые режимы работы энергоблоков с реактором ВВЭР, от нормальной эксплуатации до сложных нештатных ситуаций. Система объединяет более десяти расчётных модулей в единую платформу, обеспечивая возможность проведения противоаварийных тренировок и верификации алгоритмов управления энергоблоком [11].

Экономический эффект от внедрения цифровых двойников демонстрируется на примере цифровизации процессов пусконаладки на Курской АЭС-2, где экономия составила более 1,5 млрд рублей только по одному виду работ. Учитывая, что на объекте функционирует 12 тысяч единиц электроприводной арматуры, потенциальный экономический эффект от полной цифровизации процессов значительно превышает указанную сумму [11].

Системы предиктивной аналитики также становятся неотъемлемым компонентом современной цифровой инфраструктуры атомных станций. Отечественная система «Прогностика» использует методы машинного обучения, нейронные сети и статистический анализ для прогнозирования состояния оборудования в диапазоне до 7 дней. Она строит динамические физические и математические модели, которые постоянно сопоставляются с данными, поступающими от датчиков в режиме реального времени. Благодаря «Прогностике» удалось предотвратить три инцидента на ТЭЦ «Академическая», которые могли бы суммарно вывести станцию из строя на 24 часа, что эквивалентно потере 5,5 млн кВт·ч электричества и 3360 Гкал тепла [10].

Важнейшим направлением технологического развития является внедрение квантовых вычислений для решения сложных задач моделирования и оптимизации. В 2024 году в атомной отрасли было проработано 17 различных проектов с применением квантовых технологий, по четырем из которых получены положительные результаты. Разработанные квантовые алгоритмы и программное обеспечение позволяют решать задачи оптимизации производства, хранения и поставки продукции, моделирования процессов теплопереноса и теплопередачи, а также оптимизации в цифровых двойниках производственных объектов. Более 150 специалистов отрасли уже прошли обучение по программам квантовых вычислений в Корпоративной академии «Росатома» [6].

Применение технологий искусственного интеллекта и робототехники направлено на повышение безопасности и снижение влияния человеческого фактора. На Балаковской АЭС проводится аудит по внедрению робототехнических решений для работы в условиях повышенной радиации, что позволит исключить риск травматизма персонала при выполнении опасных операций. Системы машинного зрения уже внедряются для контроля применения средств индивидуальной защиты на Кольской АЭС, автоматически отслеживая правильность их использования сотрудниками. Подобные решения способствуют созданию безлюдных производств и минимизации рисков для персонала.

Интеграция технологий блокчейн и интернета вещей (IoT) открывает новые возможности для обеспечения прозрачности операций и мониторинга в режиме реального времени. Блокчейн-технологии применяются для повышения надежности финансовых операций и создания неизменяемых записей о критически важных процессах. Системы IoT обеспечивают сбор и анализ больших объемов данных от множества датчиков, установленных на оборудовании АЭС. Это позволяет создать комплексную картину состояния всех систем станции и оперативно реагировать на любые отклонения от нормальных параметров эксплуатации.

Экономические эффекты цифровизации

Анализ экономических эффектов цифровизации атомной энергетики демонстрирует значительные потенциальные выгоды от внедрения цифровых технологий. Согласно данным Международного энергетического агентства, общая экономия от внедрения цифровизации в энергетику составляет порядка 80 млрд долларов США в год в течение 2016–2040 годов, что эквивалентно примерно 5% от общей годовой стоимости выработки электроэнергии [13, 15].

В российской атомной отрасли экономические эффекты проявляются в нескольких ключевых направлениях:

• сокращение операционных затрат.Например, внедрение систем предиктивной аналитики позволяет оптимизировать графики технического обслуживания и предотвращать аварийные ситуации. Экономия от предотвращения одного инцидента может составлять миллионы рублей в виде сохраненной выработки электроэнергии;
• использование PLM и CAE систем сокращает сроки проектирования и повышает качество проектных решений. Перспективное внедрение технологий искусственного интеллекта может сократить сроки проектирования АЭС с пяти лет до нескольких месяцев;
• достижение 80% уровня использования российского ПО в корпоративном сегменте «Росатома» обеспечивает технологическую независимость и снижает валютные риски;
• цифровизация процессов строительства обеспечивает экономию миллиардов рублей за счет более точного контроля качества и сроков выполнения строительства и пусконаладки.

Цифровая трансформация атомной энергетики сталкивается с рядом существенных вызовов и ограничений:

• все цифровые решения должны соответствовать строжайшим требованиям ядерной безопасности, что существенно усложняет и удорожает процесс разработки и внедрения;
• растущая цифровизация увеличивает поверхность кибератак, требуя создания многоуровневых систем защиты информации и технологических процессов;
• внедрение передовых технологий требует подготовки специалистов новой квалификации, способных работать с цифровыми инструментами;
• консервативная регулятивная среда может замедлять внедрение инновационных решений, требуя длительных процедур верификации и лицензирования.

Анализ текущего состояния и тенденций развития позволяет выделить следующие стратегические направления цифровой трансформации российской атомной энергетики:

завершение создания единой цифровой платформы. К 2030 году планируется обеспечить высокий уровень цифровой зрелости 100% продуктов бизнеса Госкорпорации «Росатом»;

постепенный переход от решения модельных задач к практическим применениям квантовых вычислений с ожидаемыми эффектами после 2030 года;

внедрение искусственного интеллекта в процессы проектирования, эксплуатации и управления с целью достижения качественного скачка в эффективности;

развитие портфеля цифровых решений не только для внутренних нужд отрасли, но и для внешних рынков.

Заключение

Цифровая трансформация российской атомной энергетики представляет собой стратегически важный процесс, обеспечивающий технологическое лидерство отрасли в условиях глобальной конкуренции. Комплексный подход к развитию цифровой инфраструктуры, включающий PLM-системы, технологии инженерного анализа, цифровые двойники, предиктивную аналитику и перспективные квантовые вычисления, создаёт основу для повышения эффективности, безопасности и конкурентоспособности российской атомной энергетики.

Достигнутые результаты, включая создание более 60 цифровых продуктов, внедрение отечественных PLM и CAE систем, а также реализацию пилотных проектов квантовых вычислений, свидетельствуют о успешности выбранной стратегии цифровизации. Экономические эффекты, выражающиеся в миллиардах рублей экономии и сокращении сроков реализации проектов, подтверждают целесообразность инвестиций в цифровые технологии.

Перспективы дальнейшего развития связаны с масштабированием успешных решений, внедрением технологий искусственного интеллекта и квантовых вычислений, а также созданием полноценной экосистемы цифровых продуктов для внутреннего и внешнего рынков. Успешная реализация цифровой трансформации обеспечит российской атомной энергетике устойчивые конкурентные преимущества и будет способствовать достижению стратегических целей технологического суверенитета.