157组组件堆芯燃料管理方案设计及其经济性分析

157组燃料组件组成堆芯的燃料管理方案有1/3堆芯年换料、1/4堆芯年换料、18个月换料等多种策略,本文给出了常见的5种燃料管理方案的平衡循环主要计算结果.然后对这5个燃料管理方案的平衡循环进行经济性分析计算,逐一介绍关系到电站收益的发电量的计算、关系到电站成本的燃料费用的计算以及由于燃料管理策略中换料周期的不一样导致的停堆维修频率不一样而产生的对电站成本的影响.通过这5个燃料管理方案设计及其经济性分析比较,推荐采用72组富集度为4.45％的长循环换料方案作为157组燃料组件堆芯燃料管理主推方案,实用性较强.     

157组燃料组件组成的堆芯燃料管理研究

本文应用SCIENCE程序包对157组燃料组件组成的压水堆堆芯进行换料优化燃料管理研究,给出了3个年换料和2个18个月换料共5个设计方案,每个设计方案给出了从首循环到第8循环共8个循环的主要计算结果,并进行了分析比较。综合来看,OUT-IN装载的设计方案功率峰值偏低,IN-OUT装载的设计方案功率峰值偏高,但均在设计限值以内;1/4堆芯换料设计方案的平均卸料燃耗最深,表明其组件燃耗得最充分,经济性较好。     

大型压水堆堆芯燃料管理策略灵活性研究

本文对两环路大型压水堆开展燃料管理策略灵活性研究,设计12个月、18个月、16/20个月交替以及24个月换料的堆芯方案,建立并完成方案的安全性限值与燃料经济性评价,分析高功率高燃耗堆芯换料灵活性的关键限制条件。结果表明,延长循环长度可以采用提高换料富集度或者增加换料量以满足后备反应性的要求,但会增加燃料成本。为在燃料成本与电站收益间达到较好的平衡,须同时将提高卸料燃耗作为设计目标。在现有高燃耗性能燃料组件的技术条件下,通过在堆芯1/4~1/2范围内选取适当的换料量,可以实现12至24个月灵活换料,并具备较好燃料经济性。     

换料组件数为64组的堆芯燃料管理方案研究

本文应用SCIENCE程序包对157组燃料组件组成的压水堆反应堆堆芯进行18个月换料优化燃料管理研究,给出了采用64组换料组件时的共4个设计方案,每个设计方案给出了从首循环到第8循环共8个循环的主要计算结果,并进行分析比较。如果采用现有富集度4.45%的燃料组件即方案1,平衡循环长度较短,为460EFPD。为了增加循环长度,在仍然采用64组换料组件的情况下,需提高换料组件的富集度到4.95%,即方案2。而为了降低组件最大卸料燃耗,采用了两种富集度的燃料组件,且采用不同的组合,即方案3和方案4。     

田湾核电站3、4号机组的长周期燃料管理

田湾核电站3、4号机组计划从首循环起使用TVS-2M组件,采用由年换料过渡到长周期换料的燃料管理方案,并且业主对平衡循环长度提出了更高的要求,目标是510 EFPD。本文使用KASKAD程序包,对从年换料快速过渡到长周期换料展开研究,并给出了两个燃料管理方案。对方案中堆芯的安全参数及其他重要参数进行了分析,并对平衡循环的经济性作了简单的分析评价。结果显示,2个燃料管理方案的安全参数均满足设计要求。该研究成果具有工程应用价值,可应用在田湾核电站3、4号机组和VVER-1000堆型中,提高电站经济性。     

一体化先进压水堆小型核电站堆芯燃料管理设计

采用SCIENCE核程序包进行装载方案的设计计算,确定了满足设计准则的各个过渡循环至平衡循环的堆芯.选择合理的平衡循环堆芯燃料的富集度、换料燃料组件数以及各循环的装载和换料方式,使平衡循环达到预定的2 a换料循环长度.堆芯采用低泄漏"内-外"式布置,旧燃料组件布置于堆芯外区.第一循环堆芯,高富集度的组件置于堆芯外区,低富集度的组件排列在堆芯内区.第二循环堆芯装入44个富集度为4.95%的新燃料组件,同时卸出44个旧燃料组件,旧燃料组件布置于堆芯外区.第三循环开始到反应堆寿期内的所有堆芯,都只使用含0、12和20根载钆燃料棒的燃料组件.各循环燃料组件最大卸料燃耗满足设计准则要求.     

双富集度18个月换料燃料管理可行性研究

针对核电厂18个月换料模式下组件批卸料燃耗不高、燃料利用率不高等问题,采用富集度分别为4.45%和4.95%的2种燃料组件进行燃料管理方案设计,给出了双富集度18个月换料的主要计算结果。结果表明,通过对燃料组件和可燃毒物进行合理化布置,双富集度18个月换料方案可以满足18个月换料周期运行的设计准则要求。在相同的循环长度下,堆芯平均卸料燃耗更高,组件使用费用更少,经济性更好。     

田湾核电站1号机组第6循环紧急换料方案研究

反应堆停堆后,若发现将在下一循环利用的燃料组件无法回堆使用,需开展紧急换料研究,重新设计燃料管理方案。本文假设田湾核电站1号机组第5燃料循环（U1C5）堆芯中有1组燃料组件破损,完成对所有可能情况U1C6紧急换料方案研究,并针对U1C5堆芯内84号组件破损的实际问题完成方案设计。本文的成果方案通过国家核安全局关于安全评价报告的评审,已应用到田湾核电站的换料工作中。     

田湾核电站18个月换料燃料管理策略

为实现田湾核电站1、2号机组长周期换料项目,制定了过渡到18个月换料的燃料管理策略。参考俄罗斯核电站管理经验,长周期换料项目需采用TVS-2M新型燃料组件。在正式向长周期燃料循环过渡前通过TVS-2M先导组件运行验证了混合堆芯相容性。TVS-2M组件入堆替换AFA组件将分成两个阶段,即前两个过渡循环装入带有包覆层的TVS-2M组件,后继循环装入不带包覆层的TVS-2M组件。田湾核电站两台机组经历4个过渡循环,逐步延长运行时间,最终达到480 EFPD的循环长度。过渡循环和平衡循环均采用部分低泄漏堆芯装载,降低了对反应堆压力容器的中子辐照。田湾核电站18个月换料燃料管理策略提高了机组能力因子和经济性并具有灵活的循环长度。     

百万千瓦级环形MOX燃料堆芯设计

对环形UO2燃料及环形MOX燃料组件参数的计算方法进行了研究。设计了包含193盒环形UO2和MOX燃料组件的混合型长周期(18个月)堆芯方案。对设计的堆芯的重要物理参数进行了分析,并对各循环进行了燃耗计算。结果表明,装载约30%MOX组件的堆芯可在百万千瓦功率下实现长周期换料。堆芯从初装载可安全过渡到平衡循环,各循环的重要物理参数均满足设计要求,说明设计的堆芯及燃料管理方案是安全可行的。     

百万千瓦级压水堆核电站长燃耗堆芯钆可燃毒物优化研究

对百万千瓦级参考核电站长燃耗堆芯（１８个月换料）采用的可燃毒物（钆）含量与堆芯燃料管理主要结果进行了分析研究。该研究采用先进的燃料管理程序系统,对不同可燃毒物含量和不同可燃毒物棒根数的燃料组件进行了计算,给出了组件无限增殖因子（ｋｉｎｆ）随燃耗的变化关系,据此对参考堆芯采用相同的装载进行了４种方案燃料管理计算。计算结果表明,对于堆芯燃料管理,采用低可燃毒物含量、含可燃毒物棒数多的装载方案明显优于高可燃毒物含量、含可燃毒物棒少的堆芯装载方案。     

Core reload optimization for equilibrium cycles using simulated annealing and successive linear programming

An algorithm is developed to determine directly all the parameters of the optimal equilibrium cycle. The core reload scheme is described by discrete variables, while the cycle length, as well as uranium enrichment and loading of burnable poison in each feed fuel assembly, are treated as continuous variables. An important feature of the algorithm is that all these parameters are determined by the solution of one big optimization problem. To search for the best reload scheme, simulated annealing is applied. The optimum cycle length as well as uranium enrichment and loading of burnable poison in each feed fuel assembly are determined for each reload pattern examined using successive linear programming. The uranium enrichments and loadings of burnable poison are considered to be distinct in different feed fuel assemblies. The number of batches and their sizes are not fixed, and also determined by the algorithm. As the first step of the numerical investigation of the algorithm, a problem of feed fuel cost minimization for a target equilibrium cycle length and fixed batch sizes is considered. The algorithm developed is demonstrated to provide about 2% less feed fuel cost than the ordinary simulated annealing algorithm.     

堆芯燃料组件流阻特性模块式与整体式三维数值模拟方案比较

组件的阻力特性影响堆芯不同类型组件的流量分配,对堆芯的设计起到至关重要的影响。为提高验证堆芯燃料组件特性的求解精度及效率,本文针对燃料区6类燃料组件中的两类进行模块式及整体式三维数值模拟,获得了两类组件的流阻特性,并用相同条件下的全组件试验结果进行了对比。结果表明：推广至堆芯所有燃料组件流阻特性预测,模块式所需计算时间约为整体式的1/6,但整体式三维数值模拟所得压降与试验结果吻合度高,误差较模块式小。最后深入研究了流速及温度变化对流阻特性的影响。该研究为后续各类组件的流阻特性研究方法选取提供技术支持。     

Modelling of PWR cladding corrosion in mixed core situations

In this paper a thermal-hydraulic model for cladding corrosion recently developed in ABB Atom and used in the code is presented. The features of the model are a subchannel geometry which consists of a 3 × 3 matrix of rods, and modelling of coolant cross-flow and coolant enthalpy mixing. The thermal-hydraulic model is benchmarked against the code, which is a 3D code for analysing the thermalhydraulics of a reactor core. In addition, results of model calculations are compared with corrosion data obtained in mixed core situations, i.e. situations where the fuel assemblies in the core have different designs (e.g. different grid and nozzle designs). Fuel assembly components in assemblies of different designs usually have unequal flow resistances. These differences result in transverse pressure gradients, which in turn increase the lateral flow velocity and thus affect the cociant mass flow rate distribution. Two different situations where this type of mismatch between fuel assemblies in the Ringhals 3 core have occurred are studied in this paper. In the first case a reload batch of fuel assemblies, with Zircaloy mixing vane grids, inserted in a core where the resident fuel assemblies have Inconel mixing vane grids is considered. In the second case cladding tubes from the same manufacturing lot that have been irradiated for the same period of time but have been situated in fuel assemblies with Zircaloy mixing vane grids of different designs are considered. The results manifest the capability of the code to model the effects of flow resistance on cladding corrosion.     

An economically optimum PWR reload core for a 36-month cycle

Cycle length extension in currently operating PWRs may be economically interesting if the benefits stemming from capacity factor improvement offset the higher fuel costs of the longer cycle. A PWR reload core is presented that meets current physics and fuel performance design limits for a cycle of 33.9 EFPM or 36 calendar months when operating at a capacity factor of 94.1%. Fuel is enriched to 6.5% U-235 and selected pins use gadolinia as burnable absorber mixed with UO₂. The power is evenly distributed over a broad region of the core by including pins with two different concentrations of gadolinia in the assemblies. The core periphery is loaded with reused assemblies. The rest of the assemblies are discharged after one cycle in the core. The fuel performance is acceptable, although the parameters analyzed are closer to the limits than in a contemporary reference 18-month cycle multibatch loading strategy. The 36-month core is economically competitive with an 18-month reference core under certain operational conditions. Potential reductions in fuel enrichment costs would make the 36-month cycle cost competitive with the 18-month reference cycle under a wide range of conditions.     

快堆燃料组件少棒替代方法研究

快堆堆芯流量分配实验需大量燃料组件,为缩短燃料组件的加工周期,需寻找一种可简化燃料组件结构的思路。本文采用CTS理论算法,计算了燃料组件结构参数变化对组件水力特性的影响,提出了采用较少燃料棒替代组件完成试验的思路。该方法不改变组件外部结构与试验环境,仅用少量燃料棒获得与多棒燃料组件相同的水力特性。计算结果表明,替代组件与原组件水力曲线吻合较好,可达到替代效果。