Управління потужністю і енергорозподілом реакторної установки
Основною метою експлуатації АЕС в Україні є виробництво електроенергії. Найкращим режимом роботи ядерних реакторів з точки зору безпеки і надійності є режим роботи на номінальному рівні потужності. Але на практиці енергосистема накладає свої вимоги і, отже, необхідно забезпечення можливості змінювати потужність енергоблоку, щоб забезпечити режим слідування за навантаженням. Тому до сучасних систем автоматизації реакторних установок пред'являються підвищені вимоги [1].
Умовою безпечної роботи РУ є рівномірний розподіл енерговиділення в АЗ реактора. Кількісною мірою нерівномірності нейтронного поля в реакторі служать коефіцієнти нерівномірності енерговиділення по радіусу Kq та об’ємі активної зони Kv, а також аксіальний офсет (АО) [3].
Коефіцієнти нерівномірності вводяться для обмеження локальної потужності енерговиділення в обсязі АЗ. Він визначений як максимум відносного енерговиділення:
, (1.1)
де К – коефіцієнт нерівномірності;
wi – локальна потужність i-ї елементарної комірки;
W – потужність реактора;
N – кількість елементарних комірок.
Коефіцієнт нерівномірності розподілу потужності енерговиділення по тепловиділяючим збіркам (ТВЗ) – Kq – визначається як maxKq (i), де Kq (i) – відносна потужність i-ї ТВЗ:
, (1.2)
де w(i) – потужність i-ї ТВЗ;
W – потужність реактора;
N – кількість ТВЗ.
Об'ємний коефіцієнт нерівномірності розподілу потужності енерговиділення – Kv – визначається як maxKv (i, j), де Kv (i, j) – відносна потужність j-го висотного шару i-ї ТВЗ:
, (1.3)
де w (i, j) – потужність j-го висотного шару i-ї ТВЗ;
W – потужність реактора;
M = N * K, де N – кількість ТВЗ, K – кількість висотних шарів.
Аксіальний офсет розподілу потужності енерговиділення (AO) визначається виразом (1.4):
, (1.4)
де WB і WH – потужності верхньої і нижньої половин АЗ, відповідно;
W = WB + WH – повна потужність.
Значення коефіцієнтів нерівномірності і АО повинні підтримуватися в певних межах залежно від поточного рівня потужності, як це показано на рис. 1.3:
а) б)
в)
Рис. 1.2 – Залежність коефіцієнтів нерівномірності Kq (а), Kv (б) і АО (в) від поточного рівня потужності реактора
Перевищення гранично допустимих значень коефіцієнтів нерівномірності і АО може призвести до нестійкості нейтронного поля ЯР і виникнення ксенонових коливань висотного розподілу енерговиділення, збільшення часу стабілізації стану реактора в перехідних режимах.
Управління потужністю і енергорозподілу вітчизняних ВВЕР-1000 здійснюється двома незалежними технологічними системами, які базуються на різних принципах роботи: системою механічних органів системи керування та захисту (ОР СКЗ), і системою БР. Кількість і якість енергії, яка генерується, залежить від того, як організована взаємна робота цих систем.
Як в зарубіжних, так і в українських роботах останніх 10-ти років проглядається тенденція розвитку основних напрямів оптимізації управління потужністю і енергорозподілу шляхом збільшення ролі борного регулювання в режимах нормальної експлуатації, що є актуальним для енергетичної галузі України [1].