Ventilation control of the new safe confinement of the Chornobylnuclear power plant based on neuro-fuzzy networks

• Autorzy: Loboda Petro , Starovit Ivan S. , Shushura Oleksii M , Havrylko Yevhen V. , Saveliev Maxim V. , Sachaniuk-Kavets’ka Natalia , Neprytskyi Oleksandr , Oralbekova Dina , Mussayeva Dinara

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.5375

Warianty tytułu

PL

Kontrola wentylacji nowej bezpiecznej powłoki czarnobylskiej elektrowni jądrowej oparta na rozmytych sieciach neuronowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The accident at the Chornobyl Nuclear Power Plant (ChNPP) in Ukraine in 1986 became one of the largest technological disasters in human history. During the accident cleanup, a special protective structure called the Shelter Object was built to isolate the destroyed reactor from the environment. However, the planned operational lifespan of the Shelter Object was only 30 years. Therefore, with the assistance of the international community, a new protective structure called the New Safe Confinement (NSC) was constructed and put into operation in 2019. The NSC is a large and complex system that relies on a significant number of various tools and subsystems to function. Due to temperature fluctuations and the influence of wind, hydraulic processes occur within the NSC, which can lead to the release of radioactive aerosols into the environment. The personnel of the NSC prevents these leaks, including through ventilation management. Considering the long planned operational term of the NSC, the development and improvement of information technologies for its process automation is a relevant task. The purpose of this paper is to develop a method for managing the ventilation system of the NSC based on neuro-fuzzy networks. An investigation of the current state of ventilation control in the NSC has been conducted, and automation tools for the process have been proposed. Using an adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) and statistical data on the NSC's operation, neuro-fuzzy models have been formed, which allows to calculate the expenses of the ventilation system using the Takagi-Sugeno method. The verification of the proposed approaches on a test data sample demonstrated sufficiently high accuracy of the calculations, confirming the potential practical utility in decision-making regarding NSC’s ventilation management. The results of this paper can be useful in the development of digital twins of the NSC for process management and personnel training.

PL

Awaria w Czarnobylskiej Elektrowni Jądrowej (ChNPP), która miała miejsce w Ukrainie w 1986 roku, stała się jedną z największych katastrof technologicznych w historii ludzkości. Podczas likwidacji awarii zbudowano specjalną strukturę ochronną – Obiekt "Ukrycie", mającą na celu izolację zniszczonego reaktora od otoczenia. Jednak planowany okres eksploatacji sarkofagu "Ukrycie" wynosił tylko 30 lat, dlatego przy wsparciu społeczności międzynarodowej zbudowano nową strukturę ochronną – "Nowa Bezpieczna Powłoka" (NSC), która została oddana do użytku w 2019 roku. NSC jest dużym i skomplikowanym systemem, którego funkcjonowanie zapewnia znaczna liczba różnych narzędzi i podsystemów. Ze względu na zmienne temperatury i wpływ wiatru, w NSC zachodzą procesy hydrauliczne, które mogą prowadzić do uwolnienia promieniotwórczych aerozoli do otoczenia. Personel NSC zapobiega tym wyciekom, między innymi poprzez zarządzanie wentylacją. W związku z długim planowanym okresem eksploatacji NSC, istotnym zadaniem jest rozwój i doskonalenie technologii informatycznych dla automatyzacji procesów. Celem pracy jest opracowanie metody zarządzania systemem wentylacji NSC opartej na rozmytych sieciach neuronowych. Przeprowadzono badania istniejącego stanu rozwiązywania problemów zarządzania wentylacją NSC oraz wybrano narzędzia do automatyzacji procesu. Za pomocą adaptacyjnego systemu wnioskowania neuro-rozmytego (ANFIS) i danych statystycznych dotyczących funkcjonowania NSC, stworzono modele neuro-rozmyte, które pozwalają na kalkulację kosztów systemu wentylacyjnego metodą Takagi-Sugeno. Weryfikacja zaproponowanych podejść na próbce kontrolnej danych wykazała wystarczająco wysoką dokładność obliczeń, co potwierdza możliwość ich praktycznego zastosowania w procesie podejmowania decyzji dotyczących zarządzania wentylacją NSC. Wyniki pracy mogą być również przydatne przy tworzeniu cyfrowe bliźniaków NSC w celu zarządzania procesami i szkolenia personelu.

Słowa kluczowe

EN

New Safe Confinement; ventilation management; neuro-fuzzy network; information technology; fuzzy logic; digital twin

PL

Nowa Bezpieczna Powłoka; zarządzanie wentylacją; rozmyta sieć neuronowa; technologia informacyjna; logika rozmyta; cyfrowy bliźniak

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 13, nr 4
• Strony: 114--118
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Loboda Petro

• National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Department of Software Engineering in Energy, Kyiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-0808-8014

autor

Starovit Ivan S.

• National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Department of Software Engineering in Energy, Kyiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-6511-4610

autor

Shushura Oleksii M

• National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Department of Digital Technologies in Energy, Kyiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0003-3200-720X

autor

Havrylko Yevhen V.

• National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Department of Software Engineering in Energy, Kyiv, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-9437-3964

autor

Saveliev Maxim V.

• Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants National Academy of Sciences of Ukraine, Chornobyl, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0002-2118-4748

autor

Sachaniuk-Kavets’ka Natalia

• Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-6405-1331

autor

Neprytskyi Oleksandr

• Vinnytsia Mykhailo Kotsiubynskyi State Pedagogical University, Vinnytsia, Ukraine

• https://orcid.org/0000-0001-9536-2538

autor

Oralbekova Dina

• Satbayev University, Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0000-0003-4975-6493

autor

Mussayeva Dinara

• Al Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan

• https://orcid.org/0000-0002-8349-213X

Bibliografia

• [1] Batiy V. G. et al.: Dynamics of radioactive aerosol concentration during the removal of fuel-containing materials from the Shelter object. Nuclear and Radiation Safet 4, 2015, 41-44.
• [2] Grieves M.: Virtually Intelligent Product Systems: Digital and Physical Twins. Complex Systems Engineering: Theory and Practice, 2019, 175-200.
• [3] Jang J. S. R.: ANFIS: Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics 23(3), 1993, 665-685.
• [4] Krasnov V. O. et al.: Shelter Object: 30 years after the accident. Institute for Problems of Nuclear Power Plants Safety, Chornobyl 2016.
• [5] Kratz B., Wieduwilt F., Saveliev M.: Pillars for Establishing a Durable and Future-Proof IT Architecture Maturing Along with the NSC: Approaches from Continuous Integration to Service Mesh. Mathematical Modeling and Simulation of Systems 344, 2022, 43-57.
• [6] Krukovsky P. G. et al.: CFD-model as a digital twin of the radiation state of the new safe confinement of the Chernobyl Nuclear Power Plant. Problems of Atomic Science and Technology (VANT) 4 (128), 2020, 54-62.
• [7] Krukovskyi P. G. et al.: Unorganized emissions of air with radioactive aerosols from the new safe confinement of the Chernobyl Nuclear Power Plant into
• the surrounding environment. Issues of atomic science and technology 6, 2021, 181-186.
• [8] Krukovsky P. G. et al.: Model of thermal, gas-dynamic, moisture, and radiation conditions of the new safe confinement and the Shelter Object. 2nd International Conference "Issues of Decommissioning of Nuclear Facilities and Environmental Recovery" INUDECO, Slavutych, 2017, 347-350.
• [9] Krukovsky P. G. et al.: New safe confinement of the Chernobyl nuclear power plant (calculation-experimental analysis in design and operation). LLC "Franko Pak", Kyiv 2019.
• [10] Loboda, P. P., Starovit, I. S.: Architecture of the digital twin for the New Safe Confinement of the ChNPP. Connectivity 2, 2022, 22-26.
• [11] Pysmennyy Y. et al.: Development of special mathematical software for controlling the ventilation units of the new safe confinement of the ChNPP. Nuclear & Radiation Safety 2(94), 2022, 35-43.
• [12] Shushura O. M. et al.: Simulation of information security risks of availability of project documents based on fuzzy logic. Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska – IAPGOS 12(3), 2022, 64-68.
• [13] Viharos Z., Kis K.: Survey on Neuro-Fuzzy systems and their applications in technical diagnostics and measurement. Measurement 67, 2015, 126-136.
• [14] Zadeh L. A.: Fuzzy sets. Information and Control 8, 1965, 338-353.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).