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Ce document est la propriété des partenaires du consortium Réacteur Numérique et ne peut être reproduit ou communiqué à l’ext érieur du consortium sans autorisation écrite Digital Nuclear Reactor: Goals and current state Digital Nuclear Reactor Initiative SNETP Virtual Forum 04/02/2021 Chaï Koren - EDF R&D

PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

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Page 1: PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

Ce document est la propriété des partenaires du consortium Réacteur Numérique et ne peut être reproduit ou communiqué à l’extérieur du consortium sans autorisation écrite

PSPC Réacteur Numérique

Digital Nuclear Reactor:

Goals and current state

Digital Nuclear

Reactor Initiative

SNETP Virtual Forum – 04/02/2021

Chaï Koren - EDF R&D

Page 2: PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

Ce document est la propriété des partenaires du consortium Réacteur Numérique et ne peut être reproduit ou communiqué à l’extérieur du consortium sans autorisation écriteCe document est la propriété des partenaires du consortium Réacteur Numérique et ne peut être reproduit ou communiqué à l’extérieur du consortium sans autorisation écrite

DIGITAL NUCLEAR REACTOR INITIATIVE

• An initiative which transformed into a 4 year

project (2020-2023) and combining efforts from

8 partners : EDF, CEA, FRAMATOME, CORYS,

ESI, AXONE, BOOST, CNRS-CRAN

• Aiming at providing an advanced Digital Twin

comprising:

– An advanced Multiphysics & Multiscale

simulation workbench for nuclear applications

– A modular and easily configurable Full

Scale NPP Simulator

– Advanced & instructive visualization tools

– A single digital portal for the three modules

and associated services.

Web

po

rta

l :

Un

iqu

e a

ccess

po

int

for

the e

nd

-user

Advanced

Multiphysics & Multiscale

simulation

Full Scale NPP simulator

Advanced visualization

tools

2

Page 3: PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

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DIGITAL NUCLEAR REACTOR INITIATIVE

• An initiative which transformed into a 4 year

project (2020-2023) and combining efforts from

8 partners : EDF, CEA, FRAMATOME, CORYS,

ESI, AXONE, BOOST, CNRS-CRAN

• Aiming at providing an advanced Digital Twin

comprising:

– An advanced Multiphysics & Multiscale

simulation workbench for nuclear applications

– A modular and easily configurable Real-

Time Simulator

– Advanced & instructive visualization tools

– A single digital portal for the three modules

and associated services.

Web

po

rta

l :

Un

iqu

e a

ccess

po

int

for

the e

nd

-user

Advanced

Multiphysics & Multiscale

simulation

Real-Time simulator

Advanced visualization

tools

3

Page 4: PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

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DIGITAL NUCLEAR REACTOR INITIATIVE

• An initiative which transformed into a 4 year

project (2020-2023) and combining efforts from

8 partners : EDF, CEA, FRAMATOME, CORYS,

ESI, AXONE, BOOST, CNRS-CRAN

• Aiming at providing an advanced Digital Twin

comprising:

– An advanced Multiphysics & Multiscale

simulation workbench for nuclear applications

– A modular and easily configurable Full

Scale NPP Simulator

– Advanced & instructive visualization tools

– A single digital portal for the three modules

and associated services.

Web

po

rta

l :

Un

iqu

e a

ccess

po

int

for

the e

nd

-user

Advanced

Multiphysics & Multiscale

simulation

Full Scale NPP simulator

Advanced visualization

tools

4

Page 5: PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

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Multiphysics & Multiscale workbench

System-scale

thermalhydraulics

CATHARE3

Fuel rods

ALCYONE/CIRANO/COPERNIC

Core

component-scale

thermalhydraulics

THYC

FLICA4/5

CFD Scale

NEPTUNE_CFD7/8

Neutronics

COCAGNE

CRONOS2

APOLLO3

MP

MP MP

MS MS

5

MP: Multiphysics coupling

MS: Multiscale coupling

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Multiphysics & Multiscale workbench

APOLLO3, CEA new neutronics code

• Both lattice and core calculations

• Transport solvers on unstructured meshes

• Parallelization on thousands of nodes

• Depletion chain with more than a thousand

isotopes

• Allows advanced calculation such as direct

calculation (on going work)

COCAGNE, new EDF in house Core code

• Multi-domains cross-section homogenization

(including explicit Pin by Pin)

• Simplified transport ( SPn n=1,3) and full

transport Sn Cartesian flux Solvers

• Micro depletion model with ~50 isotopes

using real core power.

• Up to 26 energy groups.

6

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Multiphysics & Multiscale workbench

Component scale:

THYC, EDF In-house code

FLICA4 developed at CEA

CFD scale: NEPTUNE_CFD, a

EDF, CEA, FRAMATOME and

IRSN collaboration

System scale : CATHARE3, a CEA, EDF,

FRAMATOME and IRSN collaboration

• Multiphase-flows solver : free-

surface flows, boiling flows,

bubbly flows…

• Dedicated models are

available to simulate regime

transitions of two-phase flows.

• Single and

multiphase flows

• Used for Cores,

Steam Generators,

Heat exchangers

• Part of the current

Multi-physics Core

Simulation chain of

EDF

Two-phase

thermal-hydraulic

code used for

reactor safety

analyses…7

Page 8: PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

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Multiphysics & Multiscale workbench

Based on the SALOME open-source numerical platform (EDF/CEA) :

Preprocessing tools : CAO modeler, Meshing

Proven capabilities of code integration & coupling, including simulation codes approved by french

regulator (ASN) as well as external codes

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Multiphysics & Multiscale workbench

Based on the SALOME open-source numerical platform (EDF/CEA) :

Preprocessing tools : CAO modeler, Meshing

Proven capabilities of code integration & coupling, including simulation codes approved by french

regulator (ASN) as well as external codes

Numerous tools : Jobs distribution, parametrical studies, data coupling, mesh interpolation, …

Advanced postprocessing tools

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Multiphysics & Multiscale workbench

Based on the SALOME open-source numerical platform (EDF/CEA) :

Modular structure : Each code is welcome « as is », including binaries

Helping ensure same behavior within the workbench as outside of the bench

Codes can be sequential or parallelized

10

Page 11: PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

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Multiphysics & Multiscale workbench

Based on the SALOME open-source numerical platform (EDF/CEA) :

Modular structure : Each code is welcome « as is », including binaries

Helping ensure same behavior within the workbench as outside of the bench

Codes can be sequential or parallelized

Multiphysics & Multiscale coupling achieved thanks to an interoperability standard which requires :

A python interface (« driver ») using a specified API (list of methods)

Capacity to write data using MED format or in a serialized manner

A set of drivers can then be easily:

combined to couple codes using a pre-defined algorithme (strong/weak coupling)

Create a new driver which handle a multiphysics or mutliscale coupling as a new standalone

« code »

Driver 1

Core TH

Driver 2

Core NKMP

Ex 1 : Code – Code coupling

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Multiphysics & Multiscale workbench

Based on the SALOME open-source numerical platform (EDF/CEA) :

Modular structure : Each code is welcome « as is », including binaries

Helping ensure same behavior within the workbench as outside of the bench

Codes can be sequential or parallelized

Multiphysics & Multiscale coupling achieved thanks to an interoperability standard which requires :

A python interface (« driver ») using a specified API (list of methods)

Capacity to write data using MED format or in a serialized manner

A set of drivers can then be easily:

combined to couple codes using a pre-defined algorithme (strong/weak coupling)

Create a new driver which handle a multiphysics or mutliscale coupling as a new standalone

« code »

Driver 1

Core TH

Driver 2

Core NKMP

Ex 1 : Code – Code coupling

Driver 1b Core

Driver 1

Core TH

Driver 2

Core NKMP

Driver 3

SYS THMS

Ex 2 : Code – Macro Driver coupling

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Multiphysics & Multiscale workbench

Based on the SALOME open-source numerical platform (EDF/CEA) :

Modular structure : Each code is welcome « as is », including binaries

Helping ensure same behavior within the workbench as outside of the bench

Codes can be sequential or parallelized

Multiphysics & Multiscale coupling achieved thanks to an interoperability standard which requires :

A python interface (« driver ») using a specified API (list of methods)

Capacity to write data using MED format or in a serialized manner

A set of drivers can then be easily:

combined to couple codes using a pre-defined algorithme (strong/weak coupling)

Create a new driver which handle a multiphysics or mutliscale coupling as a new standalone

« code »

Driver 1

Core TH

Driver 2

Core NKMP

Ex 1 : Code – Code couplingDriver 4 : Full primary TH/NK simulation

Driver 1b Core

Driver 1

Core TH

Driver 2

Core NKMP

Driver 3

SYS THMS

Ex 2 : Code – Macro Driver coupling

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Page 14: PSPC Digital Nuclear Réacteur Numérique Reactor Initiative

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Full Scale workbench : ALICES platform

A digital platform which can use international

standards (such as FMI) for a Plug’N’Play

module integration

A complete set of tools to handle a full-scope

simulation of a nuclear reactor

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Full Scale workbench : ALICES platform

A platform which can :

Act as the backbone of Control Room

simulators used for opeartors training

Be used to simulate an entire reactor while

taking into account tens of systems and sub-

systems

Be used for design and optimization studies

A digital platform which can use international

standards (such as FMI) for a Plug’N’Play

module integration

A complete set of tools to handle a full-scope

simulation of a nuclear reactor

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From advanced simulation to Full Scale simulators

• Operators training

• Driver assistance

systems

• Operations studies

Full Scale NPP Simulator

Advanced

simulation

workbench

16

Integration using FMI Standard (FMU module)

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From advanced simulation to Full Scale simulators

• Operators training

• Driver assistance

systems

• Operations studies

Full Scale NPP Simulator

Advanced

simulation

workbenchOption 1 :

Integrate a code « as is » using the FMI standard.

Possible for codes which can attain real-time

simulation or faster.

17

Integration using FMI Standard (FMU module)

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From advanced simulation to Full Scale simulators

• Operators training

• Driver assistance

systems

• Operations studies

Full Scale NPP Simulator

Advanced

simulation

workbenchOption 1 :

Integrate a code « as is » using the FMI standard.

Possible for codes which can attain real-time

simulation or faster.

Option 2 :

Generate reduced order models for codes which

cannot attain Real Time Simulation (CFD for

example)

18

Integration using FMI Standard (FMU module)

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Full Scale Simulator : Instructive visualization

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Questions ?