Dowiedz się, jak polska firma wspiera naukowców w poszukiwaniu alternatywnych źródeł energii

Naukowcy z całego świata pracują nad rozwiązaniem problemów kluczowych dla przyszłości ludzkości. Jednym z nich jest znalezienie bezemisyjnego źródła energii, które – bez szkody dla środowiska – dostarczy energii potrzebnej do codziennego życia.

Miną lata zanim dotrzemy do tego momentu, ale nie zrobimy tego bez podwalin. Nad nimi pracuje m.in. polska firma S2Innovation. Współtworzy ona projekt DONES – ośrodek neutronowy pozwalający naukowcom na badanie różnych materiałów pod kątem m.in. wytrzymałości. O ich bezpieczeństwo dbają Mateusz Nabywaniec oraz Grzegorz Lak, którzy odpowiadają za system kontroli oraz komunikację z tysiącami urządzeń dostarczających duże ilości danych.

Jakie jest Wasza rola w projekcie IFMIF-DONES?

Mateusz Nabywaniec (MN): Myślę, że warto zacząć od projektu ITER, który jest obecnie jednym z najbardziej znanych projektów związanych z fuzją jądrową. Projekt ma na celu sprawdzenie możliwości produkcji energii na wielką skalę przy pomocy kontrolowanej fuzji jądrowej. To projekt badawczy – nie będzie wykorzystywany w energetyce. Jednakże już w planach są następcy ITER-a.

Jednym z nich jest DEMO (DEMOstrational power plant). Jak sama nazwa wskazuje, będzie to ośrodek ukierunkowany na produkcję energii elektrycznej, jednakże nie będzie to elektrownia konkurencyjna do znanych nam elektrowni (prawdopodobnie koszt produkcji będzie przewyższał uzyskaną energię).

Możemy zakładać, że w następnych dziesięcioleciach kolejnym krokiem będzie powstanie prawdziwych, opłacalnych elektrowni produkujących energię w sposób bezemisyjny. Zanim jednak ten scenariusz stanie się realny, naukowcy muszą rozwiązać wiele pojawiających się problemów. Jednym z nich jest brak odpowiednio wytrzymałych materiałów koniecznych do zbudowania ośrodka. Tutaj właśnie dochodzimy do projektu DONES (DEMO-Oriented NEutron Source). Jest to ośrodek neutronowy, w którym naukowcy będą badali materiały pod kątem m.in. wytrzymałości.

Stworzenie takiego ośrodka stanowi spore wyzwanie. Jako S2Innovation jesteśmy jedną z firm biorących udział we wstępnych projektach systemów CODAC (Control, Data Access and Communication) a także MPS (Machine Protection System).

Do odpowiedniego działania ośrodka konieczne jest zapewnienie niezawodnego systemu kontroli, a także sposobu na komunikację z tysiącami urządzeń dostarczających duże ilości danych. MPS z kolei ma na celu ochronę urządzeń przed uszkodzeniami. W tego typu ośrodkach mamy często styczność z promieniowaniem, a także z niebezpiecznymi materiałami (np. litem). Musimy mieć pewność, że wart miliony euro sprzęt nie zostanie uszkodzony.

Grzegorz Lak (GL): Jak wspomniał wcześniej Mateusz, nasza firma zaangażowana jest w początkowe etapy projektowania systemów CODAC oraz MPS. W związku z wysokimi wymaganiami związanymi z kontrolowaną reakcją fuzji, konieczne jest stworzenie niezawodnej infrastruktury umożliwiającej zarządzanie i monitorowanie procesów zachodzących wewnątrz konstrukcji reaktora.

Od 2022 roku firma S2Innovation odpowiada za przygotowanie i analizę systemów kontroli SCADA, które będą odpowiedzialne za komunikację i zarządzanie urządzeniami sterującymi w finalnym urządzeniu. W ramach projektu DONES konieczne jest wykorzystanie systemu kontroli zdolnego do obsługi ogromnych ilości danych generowanych przez akcelerator. Dlatego nasza firma intensywnie pracuje nad analizą oprogramowania EPICS Controls. Z uwagi na jego wysoką wydajność i niezawodność, jest to cenne rozwiązanie dla projektu IFMIF-DONES.

Jaki wpływ Waszym zdaniem ma projekt DONES na ochronę środowiska?

MN: Patrząc idealistycznie, mam nadzieję, że będzie stanowił podwaliny pod rewolucję energetyczną, która dokona się dzięki fuzji termojądrowej. Dzięki temu będziemy mieli dostęp do nieskończonej ilości energii, pozyskiwanej w sposób nieszkodliwy dla środowiska.

Póki co, naukowcy i inżynierowie pracujący nad projektem starają się, aby skutki były jak najmniej szkodliwe dla naszej planety. Jako że słońca na południu Hiszpanii nie brakuje, energia używana do działania tego ośrodka może być pozyskiwana z elektrowni słonecznej.

Warto pamiętać, że różnego rodzaju odpady radioaktywne powstałe w wyniku działania ośrodka muszą być w odpowiedni sposób przechowywane i utylizowane. Uzyskanie licencji na działanie ośrodka jest bardzo restrykcyjne. Międzynarodowa komisja szczegółowo sprawdza bezpieczeństwo pod kątem m.in. sposobu radzenia sobie z odpadami. Dzięki temu jesteśmy pewni, że negatywny wpływ na środowisko będzie jak najmniejszy.

GL: Projekt DONES nie ma bezpośredniego pozytywnego wpływu na ochronę środowiska. Jest to projekt naukowy, którego osiągnięcia pozwolą na opracowanie reaktorów termojądrowych wykorzystywanych w elektrowniach bezemisyjnych. W dzisiejszych czasach kładzie się ogromny nacisk na odejście od kopalnych źródeł energii, które obarczone są wysoką emisją CO2 przyczyniającą się do tragicznych w skutkach zmian klimatycznych. Obecnie podejmowane są próby przejścia na odnawialne źródła energii w postaci elektrowni wodnych czy też farm słonecznych, które w bezpośredni sposób przyczyniają się do redukcji emisji dwutlenku węgla.

Rozwiązanie te u podstaw obarczone się problemami wynikającymi z uzależnienia od zmiennych warunków pogodowych, które mogą skutkować przerwami w dostawie energii elektrycznej i problemów z magazynowaniem energii… W przeciwieństwie do wcześniej przytoczonego przykładu, reaktory bezemisyjne w rzeczywisty sposób mogą pozytywnie wpłynąć na środowisko dzięki czystej energii. Bazować one będą na fuzji np. izotopów wodoru, które generować będzie ogromne ilości ciepła konwertowanego w energię elektryczną.

Rozwiązanie to również pozwoli na redukcję niebezpiecznych produktów ubocznych powstających podczas pozyskiwania energii, jak ma to miejsce w przypadku konwencjonalnych reaktorów jądrowych czy niepozornych farm wiatrowych. W przypadku projektu DONES jedynym efektem ubocznym pracy reaktora będzie promieniowanie neutronowe, które może posłużyć jako dodatkowe źródło energii.

Jak przygotowywaliście się do pracy nad tym projektem? Wydaje się, że temat energii fuzyjnej czy szukania alternatywnych źródeł energii ma mało wspólnego z programowaniem.

MN: Wydaje mi się, że jak w każdym dużym projekcie, poszczególne grupy skupiają się na swoim zadaniu. Oczywiście ważne jest żeby mieć ogląd na całość jednak to głównie zadanie menedżerów. W trakcie przygotowań powstało sporo dokumentów i artykułów naukowych opisujących planowaną strukturę systemu, co ułatwia zrozumienie, jak końcowo ośrodek ma działać i na czym polega nasze zadanie.

Dodatkowo jako firma mamy doświadczenie w pracy dla ośrodków naukowych, co z pewnością ułatwia nam zadanie. Bardzo ciekawym aspektem jest praca w międzynarodowym zespole – regularnie organizowane spotkania pomagały nam zsynchronizować się, aby dostarczyć oczekiwane rozwiązanie na czas.

GL: Praca z kodem jest obecnie nieodłącznym etapem realizacji każdego większego projektu. Projekty naukowe na pierwszy rzut oka mogą sprawiać wrażenie, że rola programisty ma marginalne znaczenie. Założenie to wynika z błędnego wyobrażenia, jak wygląda praca dla instytucji naukowych, w których główny nacisk kładziony jest na wyniki badań przeprowadzanych na urządzeniach przygotowanych i modernizowanych przez programistów.

W moim przypadku przygotowanie do pracy nad projektem IFMIF-DONES, rozpoczęło się od zapoznania się z systemem kontroli wykorzystywanym w części projektu realizowanego przez S2Innovation. Dzięki wiedzy i doświadczeniu naszego zespołu DONES oraz obszernej i szczegółowej dokumentacji projektu, przygotowanie do pracy nad projektem było tylko formalnością.

Czym różni się praca nad projektem naukowym, a nad “typowym” projektem IT? Czy w projekcie naukowym jest więcej niewiadomych?

MN: Zdecydowanie tak. Rozpoczynając taki projekt nie zawsze wiemy do czego nas to zaprowadzi, nie mamy pewności czy cel jest możliwy do osiągnięcia. To sprawia, że praca jest naprawdę interesująca.
Dodatkowo mamy większy wpływ na proponowanie zadań. A te były dość różnorodne – dotyczyły zarówno automatyki programowania związanego z systemem kontroli, skryptami, tworzeniem interfejsów użytkownika czy też różnymi sposobami wdrażania.

Przykładowo część zadań polegała na przygotowaniu stanowisk testowych składających się m.in. ze sterowników przemysłowych oraz testowaniu różnorakich rozwiązań z zakresu systemów sterowania. Mogliśmy zaproponować własne rozwiązanie, dobrać sprzęt i rozpocząć pracę.

Bardzo ciekawym aspektem było tworzenie interfejsu do komunikacji z PLC. Początki system kontroli, którego używaliśmy (EPICS) sięgają co prawda zeszłego wieku, jednakże nadal jest stosowany w najnowocześniejszych ośrodkach i stale udoskonalany. Jest niezwykle dobrze skalowalny – w ośrodkach są tysiące rozproszonych urządzeń. Korzystając z gotowych modułów lub pisząc własne mamy możliwość integracji niemal z dowolnym urządzeniem.

GL: Praca nad typowymi projektami w IT, głównie polega na przygotowaniu oprogramowania, według standardowego schematu, w którym to programista otrzymuje wytyczne, które są później implementowane. Prace nad takimi projektami są często schematyczne i po jakimś czasie programiści realizują projekty automatycznie bez większego problemu.

Moje doświadczenie zawodowe, bazuje głównie na projektach naukowych, które realizowane są według założonych standardów, lecz wymagają obszerniejszej wiedzy z wielu dziedzin, w celu sprawnej pracy nad projektem. W przypadku projektu DONES nasza praca skupiona była na realizacji niezawodnego systemu sterowania, który wymagał przygotowania oprogramowania umożliwiającego sterowanie i komunikowanie się z urządzeniami sterującymi. Podczas pracy programista zmuszony jest do zabawienia się w przysłowiowego detektywa, który analizuje niewiadome i szuka niepożądanych anomalii, które często pojawiają się po czasie.

Dodatkowo w przypadku tego projektu wymagane jest przygotowanie szczegółowych raportów, zawierający szczegółowe opisy charakterystyki technologii czy też analiza ciągu przyczynowo skutkowy występujących zależności.

Praca nad projektami naukowymi pozwala na dokładniejsze zrozumienie technologii, z którymi mamy do czynienia. Szczegółowa znajomość wykorzystywanych technologii pozwala na większą autonomię w przygotowywaniu kolejnych etapów realizacji projektu i większe doświadczenie, które przekłada się na inne projekty.

Czy dostrzegacie jakieś cechy wspólne przy pracy nad projektami naukowymi oraz projektami dla klientów komercyjnych/biznesowych?

MN: Na pewno jedną z części wspólnych jest zarządzanie projektem – nie pracowaliśmy w scrumie, jednak deadliny nie są nam obce. Narzędzia, których używamy są również podobne – co prawda często używamy aplikacji desktopowych, widzimy również duży nacisk na rozwój aplikacji webowych. Wydaje się, że tak jak w innych projektach komercyjnych, duży nacisk jest na wysoką dostępność systemu, bezawaryjność i bezpieczeństwo. W sytuacji gdy końcowi użytkownicy np. operatorzy będą sterowali sprzętem wartym miliony, musimy mieć pewność, że system jest całkowicie bezpieczny.

GL: Z mojego punktu widzenia, projekty naukowe i typowo konsumenckie mają wiele wspólnych czynników, które pomagają w aklimatyzacji początkującego programisty. Przykładem wspólnej cechy omawianych projektów jest sam schemat realizacji założeń projektów, które dostarczane są przez klienta i za pośrednictwem osób decyzyjnych rozbijane na kolejne etapy implementacji. Kluczowym elementem łączącym projekty komercyjne i naukowe jest nacisk na bezpieczeństwo systemu oraz odporność na zewnętrze jaki i wewnętrzne ataki.

Dodatkowo dostarczane do klienta oprogramowania muszą wykazywać zbliżone cechy charakterystyczne dla prawidłowo wykonanego projektu. Oznacza to, że projekt musi być przetestowany, niezawodny oraz spełniać wytyczne zleceniodawcy. Dodatkowo projekty naukowe w dużym stopniu bazują na technologiach wykorzystywanych komercyjnie, które pozwalają na wykorzystanie gotowego oprogramowania na standardowych urządzeniach.

---

Mateusz Nabywaniec. Programista w S2Innovation z 3-letnim doświadczeniem w branży. Zajmuje się integracją systemów kontroli wykorzystując technologie EPICS i Tango Controls. Prywatnie miłośnik sportu, zwłaszcza piłki nożnej, biegania i jazdy na rowerze.

Grzegorz Lak. Jego przygoda z kodem rozpoczęła się w szkole średniej, gdzie dzięki zainteresowaniu programowaniem założył koło naukowe. Po ukończeniu szkoły fascynacja programowaniem wymusiła wybór kierunku studiów związanego z jego zainteresowaniami, co skutkowało wyborem kierunku Informatyka na Politechnice Krakowskiej. Pod przed ukończeniem pierwszego stopnia, znalazł zatrudnienie w S2Innovation, jako Python developer. Podczas pracy w S2I nabył cenne doświadczenie w pracy nad projektami i doskonalił swoje umiejętności w zakresie programowania, dzięki wielu szkoleniom i kursom.

Zdjęcie główne artykułu pochodzi z envato.com.