авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Обоснование использования уран-эрбиевого топлива рбмк и сопровождение его внедрения на аэс

-- [ Страница 3 ] --

Положительные результаты загрузки опытных партий ЭТВС на вторых блоках ИАЭС и ЛАЭС позволили перейти к переводу реакторов РБМК на новое топливо. Первоначально выбранные обогащение и содержание эрбия нельзя было признать окончательными по нескольким причинам. Во-первых, первый этап не исчерпывал потенциал уран-эрбиевого топлива. Расчеты показывали, что при дальнейшем повышении обогащения можно достичь гораздо большего выгорания, не нарушая предел по максимальной мощности канала. Во-вторых, другие модернизации активной зоны, такие как использование циркониевых дистанционирующих решеток в ТВС и особенно замена штатных стержней регулирования сб.2091 на стержни с ленточным звеном (сб.2477) и кластерные органы регулирования (КРО – сб.2399) приводили к увеличению и ТВС. Причиной этого является уменьшение воды в каналах СУЗ с извлеченными поглотителями. По расчетным оценкам замена стержней сб.2091 на сб.2477 увеличивала на 0.40.5, а переход на КРО – еще на 0.20.3. Для компенсации этого увеличения требовалось либо сохранить в активной зоне часть ДП, либо увеличить содержание эрбия в топливе, а чтобы не проиграть в выгорании, необходимо было повышать обогащение.

Было предложено поэтапное увеличение обогащения уран-эрбиевого топлива: в РБМК-1500 2.4%2.6%2.8%, в РБМК-1000 2.6%2.8%3.0%. Опыт, накопленный на предыдущем этапе, в том числе, по работоспособности ЭТВС при увеличении длительности кампании, мог быть использован на следующем этапе. Кроме того, поэтапное увеличение обогащения позволяет корректировать содержание эрбия с учетом опыта эксплуатации и планируемого внедрения новых элементов активной зоны. Согласно расчетам, для компенсации роста неравномерности энерговыделения при увеличении на каждом этапе обогащения топлива на 0.2% необходимо увеличивать содержание эрбия на 0.1%. При этом характеристики реактора поддерживаются в допустимых пределах, и обеспечивается постепенное снижение .

Научно-техническое сопровождение внедрения уран-эрбиевого топлива заключалось в подготовке необходимых документов (обоснований безопасности в виде дополнений к ТОБ, программ загрузки, технических проектов ЭТВС и т.д.). В основе этих документов были прогнозные расчеты по программе STEPAN, выполненные с непосредственным участием автора, в которых оценивалось ожидаемое изменение характеристик, а также обосновывались меры по поддержанию характеристик в допустимых пределах. Процесс загрузки нового топлива сопровождался анализом результатов измерений на реакторах важнейших параметров безопасности (парового и мощностного коэффициентов реактивности, подкритичности, эффективности стержней регулирования и т.д.). Анализировалось изменение глубины выгорания топлива, максимальной мощности каналов и многих других характеристик. Проводились проверочные расчеты, на основе которых давались заключения о продолжении загрузки ЭТВС.

Важной составляющей обоснований безопасности являлся анализ проектных аварий для активной зоны с уран-эрбиевым топливом, который показал, что переход на уран-эрбиевое топливо смягчает последствия аварий и, тем самым, повышает безопасность реактора. Например, при ошибочной перегрузке (рядом с недавно перегруженным каналом), вносится значительно меньшее возмущение по сравнению с обычным топливом (из-за меньшего коэффициента размножения нейтронов), которое легче компенсируется стержнями регулирования.



Легче также протекает наиболее опасная проектная авария, вызванная разрывом напорного коллектора. Даже при положительной средней величине эффекта обезвоживания при быстром обезвоживании аварийной половины в ней, в отличие от штатного топлива, наблюдается не всплеск, а снижение мощности, что объясняется более быстрой потерей теплоносителя наиболее мощными каналами со свежим уран-эрбиевым топливом, имеющим большой отрицательный локальный паровой эффект реактивности (рис.5). Кроме того, исходная максимальная температура топлива уран-эрбиевого топлива ниже, чем штатного, что объясняется меньшей максимальной мощностью ТВС и наличием центрального отверстия в топливных таблетках.

Экономическое обоснование внедрения уран-эрбиевого топлива

Были проведены расчеты затрат на топливо и топливной составляющей себестоимости электроэнергии для обычного и уран-эрбиевого топлива разного обогащения. Использовались как зарубежные данные о стоимости продукции предприятий ядерного топливного цикла (ЯТЦ), рекомендованные для экономических оценок Агентством по ядерной энергии Организации экономического сотрудничества и развития, так и отечественные данные (Б.К. Гордеев), относящиеся к середине 90-х годов, когда выполнялись расчеты. Оказалось, что стоимость ТВС с топливом 2%-го обогащения, посчитанная разными способами, близка. Для отечественных данных стоимость топливной сборки слабее зависит от обогащения, поскольку больше затраты на изготовление. Данные отечественного ЯТЦ позволяют получить максимальную оценку эффективности внедрения эрбия, а данные зарубежного ЯТЦ – минимальную.

Расчеты для стационарного режима перегрузки топлива показали, что перевод реактора РБМК-1000 на уран-эрбиевое топливо 2.6%-го обогащения позволяет экономить 5 млн $ в год на блок. Повышение обогащения до 2.8% увеличивает эффект до 78 млн $. Учет затрат на обращение с отработавшим топливом (ОЯТ) может увеличить эффект на 40%. Для реактора РБМК-1500 экономия от перехода на топливо 2.4%-го обогащения составляет 1216 млн $ в год на блок (для зарубежной и отечественной структуры цен ЯТЦ, соответственно). При повышении обогащения до 2.8% экономия увеличивается до 1823 млн $. Заметно бльший экономический эффект в РБМК-1500 объясняется не только бльшей мощностью реактора, но и низкой исходной глубиной выгорания при использовании топлива 2%-го обогащения.

Экономический эффект при переходе на уран-эрбиевое топливо достигается не сразу. На начальном этапе внедрения возможны некоторые потери (рис.11), связанные с повышенным расходом топлива и увеличением его стоимости. Повышенный расход объясняется меньшим коэффициентом размножения свежего уран-эрбиевого топлива по сравнению со штатным. Поэтому на начальном этапе загрузки ЭТВС наблюдается снижение среднего выгорания топлива в активной зоне и повышение расхода свежего топлива.

Рис.11. Суммарная экономия топливных затрат в переходном периоде РБМК-1500

Общий экономический эффект от внедрения уран-эрбиевого топлива к 2007 году на 2 реакторах РБМК-1500 можно оценить примерно в 300 млн $, а на 11 реакторах РБМК-1000 в 500 млн $.

В четвертой главе обобщается опыт эксплуатации уран-эрбиевого топлива, а также рассматриваются дальнейшие перспективы применения выгорающих поглотителей в реакторах РБМК.

Ход загрузки ЭТВС и выгрузки кластерных ДП (ДПК), а также изменение выгорания топлива на 2-м энергоблоке Игналинской АЭС представлены на рис.1213. При переходе на уран-эрбиевое топливо 2.4%-го обогащения средняя глубина выгорания топлива в активной зоне увеличилась на 46%, а средняя глубина выгорания выгружаемого топлива – на 40%, что практически совпало с прогнозами. Загрузка топлива с обогащением 2.6%, начавшаяся в 2001 г., позволила продолжить рост выгорания. Загрузка топлива 2.8%-го обогащения позволила выгрузить последние ДПК. Паровой коэффициент реактивности поддерживался в допустимом диапазоне 0.40.8.

 Загрузка уран-эрбиевого топлива на-16

Рис.12. Загрузка уран-эрбиевого топлива на 2-ом энергоблоке ИАЭС

 Среднее выгорание ТВС в активной-17

Рис.13. Среднее выгорание ТВС в активной зоне и выгружаемых ТВС

В целом результаты эксплуатации подтвердили все прогнозировавшиеся эффекты. Снизилась максимальная мощность каналов и максимальная температура графита. Повысилась стабильность нейтронного поля (время развития первой азимутальной гармоники 01 увеличилась с 20 минут до 4060 минут) и улучшилась управляемость реактора. Уменьшился температурный графитовый коэффициент реактивности.

На рис.14 и 15 приведено изменение темпа перегрузок топлива и топливной составляющей себестоимости электроэнергии по данным планово-экономического отдела ИАЭС.

 Изменение темпа перегрузок на 2-ом-18

Рис.14. Изменение темпа перегрузок на 2-ом энергоблоке ИАЭС

 Изменение топливной составляющей-19

Рис.15. Изменение топливной составляющей себестоимости

электроэнергии с внедрением уран-эрбиевого топлива

По оценкам ИАЭС в связи с постепенным снижением топливной составляющей себестоимости производимой на ИАЭС электроэнергии общий экономический эффект от внедрения уран-эрбиевого топлива с 1995 г. по 2006 г. составляет 750 млн. Лит (250 млн $ в ценах начала 2006 г.). Заметим, что полученный эффект довольно близок к прогнозным оценкам, приведенным в главе 3. Более чем на 100 штук сократилось число контейнеров для сухого хранения отработавших ТВС (ОТВС).

Головным блоком РБМК-1000 по внедрению уран-эрбиевого топлива был 2-ой блок Ленинградской АЭС, загрузка ЭТВС в который началась в 1996 г. Затем последовали 1-й, 3-й и 4-й блоки ЛАЭС. В 1999 году внедрение уран-эрбиевого топлива началось на блоках Курской и Смоленской АЭС. На примере 1-го блока ЛАЭС удобно сравнить прогноз изменения характеристик при переходе на топливо 2.6% обогащения (рис.16 и 17), поскольку перевод этого блока на новое топливо осуществлялся с минимальными изменениями состава стержней регулирования.

 Число ДП (1-й блок ЛАЭС) -20

Рис.16. Число ДП (1-й блок ЛАЭС)

 Средняя энерговыработка ТВС в а.з.-21

Рис.17. Средняя энерговыработка ТВС в а.з. (1-й блок ЛАЭС)

В целом наблюдается хорошее согласие прогнозируемых и фактических величин. Расхождения, как правило, связаны с неучетом изменений в составе активной зоны, которые заранее предусмотреть невозможно. Например, в прогнозных расчетах предполагалась полная выгрузка ДП. В реальности в активной зоне осталось 14 кобальтовых ДП (специальных устройств для накопления 60Co), что привело к некоторому замедлению темпа роста среднего выгорания (энерговыработки) в активной зоне на последнем этапе.

Итоги более чем десятилетней эксплуатации уран-эрбиевого топлива в реакторах РБМК-1000 представлены на рис.1820.

 Изменение суммарного числа ДП и-22

Рис.18. Изменение суммарного числа ДП и средней энерговыработки топлива

на энергоблоках РБМК-1000 в период эксплуатации с 1996 по 2008 г.г.

 Изменение средней энерговыработки-23

Рис.19. Изменение средней энерговыработки выгружаемого топлива

на АЭС РБМК-1000 в период эксплуатации с 1996 по 2008 г.г.

Усредненная по всем блокам глубина выгорания топлива в активной зоне выросла на 27%. Увеличение глубины выгорания выгружаемого топлива (рис.19) привело к снижению темпа перегрузок примерно на 30%. Общее число ДП уменьшилось почти в 4 раза, причем почти половина из оставшихся – это полезные поглотители (кобальтовые ДП).

 Негерметичные ТВС, выгруженные на-24

Рис.20. Негерметичные ТВС, выгруженные на энергоблоках

РБМК-1000 в период эксплуатации с 2000 по 2007 г.г.

Улучшились условия эксплуатации ТВС: снизились средняя и максимальная мощности ТВС, увеличились коэффициенты запаса до кризиса и по линейной мощности твэла, уменьшились всплески энерговыделения при перегрузках топлива, улучшились условия регулирования энергораспределения и выполнения перегрузок. В результате, несмотря на существенный рост энерговыработки и увеличение кампании ТВС, перевод блоков РБМК-1000 на уран-эрбиевое топливо привел к повышению надежности эксплуатации ТВС (рис.20). В результате внедрения уран-эрбиевого топлива доля отказавших сборок снизилась примерно в 6 раз.

Поведение реактора при изменении мощности и остановке





Опыт эксплуатации уран-эрбиевого топлива показал, что изменение коэффициентов и эффектов реактивности повлияло на поведение реактора в переходных режимах изменения мощности. На рис.21 представлены результаты расчетного моделирования изменения оперативного запаса реактивности (ОЗР) в РБМК-1500 при снижении мощности до 50% от максимальной разрешенной и подъеме мощности от 50% до 100%.

Основными причинами таких изменений является уменьшение температурного графитового коэффициента с и уменьшение поглощения нейтронов в ксеноне, т.к. изменение спектра нейтронов привело к уменьшению скорости реакции Xe.

Изменение свойств активной зоны можно использовать для сокращения времени простоя реактора после вынужденной остановки. После аварии на ЧАЭС в Технологический регламент было внесено ограничение на снижение ОЗР в переходных режимах (предел безопасной эксплуатации – не менее 30 стержней РР), а чтобы избежать его нарушения, время вынужденной остановки было увеличено с 1 суток до 2 суток. Расчеты показывают, что в РБМК-1000 переход на ЭТВС с обогащением 2.8% увеличивает ОЗР через сутки после остановки более чем на 10 стержней РР. Согласно Технологическому регламенту, ОЗР при пуске реактора должен составлять не менее 35 стержней РР. В отличие от обычного топлива, реактор с уран-эрбиевым топливом можно пустить через сутки, не нарушая регламент. В 2007 году на 3-ом блоке Курской АЭС был успешно вывод на мощность реактора после остановки в течение 1 суток.

 Изменение ОЗР при снижении и-25

Рис.21. Изменение ОЗР при снижении и повышении мощности РБМК-1500

Дальнейшее повышение выгорания топлива в РБМК-1000

В настоящее время во все реакторы РБМК-1000 загружается топливо с обогащением 2.8% и содержанием эрбия 0.6%. По оценкам глубина выгорания такого топлива может достичь около 30 МВтсут/кг. Дальнейший рост выгорания возможен при повышении обогащения, например, до 3% и соответствующего увеличения содержания эрбия в топливе с целью компенсации роста максимальной мощности каналов. Однако увеличение обогащения и выгорания приводит к повышению неравномерности выгорания и распределения размножающих свойств по активной зоне. Появляются области на периферии активной зоны с недожженным топливом. Возрастает торцевая утечка нейтронов. Были рассмотрены варианты высотного профилирования состава уран-эрбиевого топлива. В частности, предлагается верхний и нижний метр ЭТВС загрузить топливом с обогащением 2.5% и содержанием эрбия 0.3%, а центральные по высоте 5 м – топливом с обогащением 3.2% и содержанием эрбия 0.7%. Среднее по ТВС обогащение топлива в этом случае равно 3%.

Расчеты показали, что по сравнению с однородным топливом 3%-го обогащения глубина выгорания возрастает примерно на 5%, а по сравнению с топливом 2.8%-го обогащения – на 13%. Дополнительным преимуществом профилированного топлива является увеличение эффективности стержней СУЗ и подкритичности остановленного реактора.

Уран-плутониевое топливо с выгорающим поглотителем

Задержка со строительством реакторов на быстрых нейтронах повышает интерес к использованию в действующих реакторах уран-плутониевого MOX-топлива. Учитывая гибкость топливного цикла (ТЦ) РБМК и использование в нем регенерированного урана из ВВЭР, было бы логично замкнуть ТЦ и по плутонию (также из ВВЭР или оружейного). В РБМК с MOX-топливом неоднородность размножающих свойств и энерговыделения значительно выше, чем с урановым. Поэтому использование выгорающего поглотителя в нем является совершенно необходимым.

По программе STEPAN были рассчитаны характеристики реактора с MOX-топливом на основе оружейного плутония с эрбием и европием в качестве выгорающего поглотителя (табл.4).

Таблица 4. Характеристики РБМК-1000 с разными видами уран-плутониевого топлива

Топливо/поглотитель U-2.4% U-Pu U-Pu + эрбий U-Pu + европий
Содержание поглотителя,% 0 0 0.6 0.7 1.0 0.08 0.10 0.12
Содержание плутония,% 0 1.6 1.8 2.0 2.4 1.8 2.0 2.4
Выгорание, МВтсут/кг 21.8 20.7 18.0 19.9 22.9 17.6 19.0 23.3
KR 1.46 1.77 1.49 1.49 1.47 1.49 1.48 1.49
Доля запазд. нейтронов, 10-2 0.58 0.47 0.40 0.39 0.37 0.39 0.38 0.37
, 0.5 1.4 -2.2 -2.8 -4.4 -0.6 -1.3 -2.5
ТВС, 0.2 2.0 -0.8 -1.1 -1.8 0.5 0.1 -0.5
W, 10-4/МВт -2.0 -2.1 -5.5 -6.2 -7.7 -4.0 -4.6 -5.8
АЗ, 9.0 10.2 11.3 11.4 11.6 11.1 11.6 11.5
Подкритичность (гор.), % 2.5 3.3 2.1 1.7 1.2 2.1 2.5 1.9
Подкритичность (хол.), % 2.5 5.8 3.6 3.0 1.9 4.8 5.1 4.1


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 

Похожие работы:








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.