热离子空间堆电源负荷跟踪特性研究

为分析热离子空间堆电源负荷跟踪运行特性,本研究采用可复用的层次化组件模型的Fortran语言建立热离子空间堆TOPAZ-II系统程序。分析了铯蒸汽压力和电极间隙对输出电功率的影响,利用堆芯反应性反馈和外部负载电阻协同控制的方法,分析不同载荷变化下热离子空间堆电源在轨运行的负荷跟踪运行特性。结果表明对于稳态电功率为5.5 kW的工况,电功率在0.95～7.25 kW之间变化时,慢化剂温度不会发生明显变化,此时堆芯具有自稳特性;超过这个范围,堆芯则失去自稳特性,这与慢化剂的正温度反应性反馈密切相关。     

小型核供热堆负荷跟踪瞬态和反应性事故过程稳压特性及其稳定性研究

以清华大学的摩洛哥海水淡化项目(NHR-10)为原型,建立小型一体化自然循环核供热堆分析模型,分析负荷跟踪瞬态工况、反应性引入事故下,核供热堆稳压特性和稳定性。结果表明:一体化核供热堆的堆芯出口欠热度变化小,对于保证堆瞬态过程中堆芯内不发生沸腾十分有利;上部气室容积大小对于瞬态过程中上部气室压力变化趋势有影响;初始堆芯出口欠热度的大小对瞬变过程影响很小,对最终结果影响不大;从反应性扰动分析来看,一体化核供热堆压水运行方式时具有良好的稳定性。     

中国实验快堆负荷跟踪能力分析

以中国实验快堆(CEFR)主工艺系统为对象,利用MATLAB/Simulink软件建立仿真模型。在负荷阶跃变化且无调节系统参与的条件下进行仿真计算,研究CEFR及类似工艺的池式钠冷快堆的负荷跟踪能力。分析关键环节在负荷阶跃变化的极端情况下的运行特性,探究此类工艺负荷跟踪运行模式的可行性,为未来大型快堆在运行模式和工艺设计上提供参考。仿真结果表明,CEFR及其类似工艺的池式钠冷快堆负荷跟踪能力有限,其中直流式蒸汽发生器是限制其负荷跟踪能力的最大瓶颈。     

压水堆核电厂负荷跟踪系统设计与特性研究

压水堆核电厂通过功率控制系统调节反应堆的反应性,以达到负荷跟踪的目的。本文设计的功率控制系统利用模糊控制器对棒速和硼浓度的联合控制做出最优选择,并利用功率补偿通道加快响应速度。MATLAB(Matrix Laboratory)的仿真结果证明该系统具有优良的负荷跟踪特性。利用电力系统分析综合程序(PSASP)的自定义模型功能,将该控制系统模块接入核电厂全系统模型,仿真结果表明压水堆核电厂的负荷跟踪能力可达到行业技术标准,并能满足电网的日负荷调峰要求。     

负荷跟踪机械补偿运行策略研究

经济、灵活及与电网匹配的运行控制是先进核电厂的设计目标之一。本文对核电厂典型的控制模式和机械补偿运行控制策略进行了介绍,进一步以机械补偿设计理念为基础,研究分析了其在各种负荷跟踪模式下的运行特性。分析结果表明,采用机械补偿运行策略可实现多种模式下的负荷跟踪运行,并且在绝大部分寿期内可实现URD要求的50%额定功率以上不调硼日间负荷跟踪运行。且在满足功率负荷变化及能量输出需求的前提下,功率峰因子还具有足够的裕量。由此说明机械补偿运行策略可以较大幅度地提升电厂的运行灵活性、经济性以及与电网匹配的适应性。     

压水堆核电站负荷跟踪的研究

阐述了核电站负荷跟踪的必要性，运行方式，物理数学模型和计算程序的研制，以及存在问题和改进方法，核电站负荷跟踪与运行方式，调节特性有很大关系，实践表明：只要设计合理，参与负荷跟踪是完全可能的，如果适当改进，运行性能还将进一步提高。     

1 GWt PB-FHR负荷跟踪运行特性分析

为研究熔盐堆系统在商业应用中的价值,分析其是否满足电网负荷的变化需求和安全运行的能力,本文以1 GWt球床式氟盐冷却高温堆（PB-FHR）为研究对象,仿真计算其在负荷跟踪模式下的瞬态行为和运行特性。以RELAP5/MOD4.0程序为研究工具,并植入相关的熔盐物性与计算关系式,建立氟盐冷却高温堆的热工水力系统与功率控制系统的仿真模型,对典型负荷工况参数变化情况下控制系统的响应特性进行仿真分析。结果表明：该氟盐冷却高温堆系统在设计的控制逻辑的调控下,展示出良好的负荷跟踪运行能力,堆芯功率能迅速响应负荷变化,功率超调和温度超调小,反应堆的运行参数始终处于合理的运行范围内。     

Mode-C从基负荷到负荷跟踪的过渡策略研究

Mode-C在基负荷运行时与Mode-G类似,而在负荷跟踪运行时与MSHIM类似,综合了Mode-G和MSHIM的优点。但为满足反应性控制需求,Mode-C在循环末期由基负荷向负荷跟踪过渡时容易出现轴向偏移等难以控制的问题。在负荷变化过程中,控制棒抽插、中子注量再分布和氙反馈等影响反应性和轴向偏移控制的各因素之间是紧密耦合的,难以采用将各影响因素分离后单独计算分析的方法。为此,以某双环路压水堆的典型日负荷跟踪为例,通过对临时调硼、提前调硼和基负荷深插K棒组3种策略进行直接模拟计算研究。结果表明:只有基负荷深插K棒组策略可快速平稳过渡到负荷跟踪工况,且该策略还有循环寿期长、过渡时调硼量少及无需修改参考轴向功率差等优点。     

压水反应堆负荷跟踪的最优控制

按照最优控制理论 ,把压水反应堆的负荷跟踪控制问题描述为一个非线性二次型最优控制问题。反应堆芯部模型采用了一维分布参数模型。为求解这个最优控制问题 ,提出了一个行之有效的最优控制算法DDPSR。研究结果表明 ,DDPSR不仅能在大的优化区间收敛 ,而且迭代次数极少 ,速度相当快 ;大型压水堆能够以最优方式负荷跟踪运行 ,且轴向偏移 (AO)始终满足工程实际要求 ,此外还对硼的控制特性进行了特别的讨论     

压水堆核电厂负荷跟踪建模与控制方法研究

压水堆核电厂负荷跟踪模式能够有效协调机组产能与电网需求,延长燃料的循环寿期,提高机组运行的经济性能。反应堆系统具有高度复杂、非线性、时变等特点。通过合理简化,建立了反应堆系统集总参数模型,设计了负荷跟踪控制策略。引入负荷阶跃变化扰动和线性变化扰动,对反应堆负荷跟踪控制系统特性进行仿真。结果表明,控制特性与实际基本一致,控制系统能够满足负荷跟踪性能要求。     

核反应堆功率调节系统控制特性研究

某新型研究堆采用新型燃料元件和堆芯结构，反应堆的控制特性缺乏基本数据，功率调节系统的设计无可借鉴经验。通过半实物仿真试验，在同一功率定值下分别引入阶跃和斜坡反应性扰动，考虑调节棒在不同位置的价值影响，采用PD控制方案研究功率调节系统的调节特性和控制效果，并对控制方案和PD参数进行比较和优化，为反应堆功率调节系统的设计和投入运行奠定基础。半实物仿真试验结果表明：采用同一组控制器参数，无法满足预定的控制要求。充分发挥数字化控制器的优点，在同一功率定值、不同棒位下，采用不同的控制器参数能较好地满足预定的控制指标和性能要求。     

空间反应堆布雷顿循环热力学优化分析

闭式布雷顿循环具有高效率与高能量密度,适用于空间核反应堆的能量转换系统。出于经济性的考虑,地面大型高温气冷堆的布雷顿循环能量转换系统均采用效率最高的运行模式;而在空间反应堆能源中,系统受到体积、质量与特殊运行环境的限制,故提出另一种优化模式——循环比功最高优化。本文就空间反应堆闭式布雷顿循环进行优化分析,利用Fortran语言对两种优化模式进行热力学分析对比,为空间反应堆的设计计算提供参考和基础。结果表明:新提出的循环比功优化在降低空间布雷顿循环方面较有优势,但会造成叶轮机械设计难度的增加。最终设计方案的选取可根据工程要求在两种优化模式中进行折中选择。     

兆瓦级空间热管反应堆动力系统概念设计

针对目前航天技术发展对动力提出的要求,参考国外提出的空间核动力系统设计,提出了新型兆瓦级空间热管反应堆核动力系统概念设计。堆芯为金属锂热管冷却、石墨慢化热中子反应堆,采用转鼓控制反应性,堆芯热量通过热管导出。与国外热管反应堆设计方案中燃料棒与热管相间布置方案不同,本文采用了热管-燃料复合元件,即燃料包裹于热管外壁面。能量转换采用以氦氙混合气体为工质的布雷顿动态热电转换。系统废热通过钠钾合金冷却回路传递到钾热管辐射板,通过辐射换热释放入太空。对热管反应堆堆芯物理及热工进行了初步分析,并对热管辐射板进行了性能分析,结果表明,所设计热管反应堆堆芯在设计功率下满足相应安全性要求,同时热管辐射板具有足够的能力将系统废热导出。     

Research on Space Nuclear Reactor Power Demand Analysis

Space power is one of the core technologies for space exploration. Space nuclear reactor power is characterized by high energy density, wide power coverage and small dependence on space environment, which is a promising choice for future space power. In this paper, the existing space power systems in view of mission targets and system specific mass were compared, potential application of space nuclear reactor power in future space activities was presented. Based on the investigation of the future civil and military space missions, the power requirement of space nuclear reactor power was summarized. According to different powers, the various technology schemes for space nuclear reactor power in the open literatures were compared, and the relatively optimized technical roadmaps for different power levels were given. This study can provide guidance for the space nuclear reactor power system design.     

空间核反应堆电源需求分析研究

空间电源技术是开展空间探测的核心技术之一,空间核反应堆电源具有能量密度大、功率覆盖范围广、受太空环境影响小等特点,是未来空间电源的理想选择。本文从空间任务适用对象、系统比质量两方面对现有空间电源进行对比,阐述了空间核反应堆电源在未来空间活动的可能应用场合。基于对未来民用与军用空间任务的调研,归纳了空间核反应堆电源的功率需求。针对不同功率量级,对比分析了公开发表的不同空间核反应堆电源技术方案,给出了不同功率量级相对优化的技术路线选择。本研究可为空间核反应堆电源研究设计提供参考。     

脉冲堆功率调节系统仿真研究

用自主研制开发的脉冲堆功率调节系统仿真程序研究了脉冲堆功率调节系统的动态特性,并用计算得到的方波特性与脉冲堆的实测结果进行了比较,两者具有良好的一致性。     

TOPAZ-2型空间核反应堆电源转换器除气研究

结合热离子发电元件工作环境,分析了TOPAZ-2型空间核反应堆电源热离子发电元件除气的必要性。根据电源结构特点,确定氦气腔体、热离子发电元件发射极和接收极、铯集气腔体和冷却剂内套管为主要除气部件。利用CFD程序和专用程序分别计算得到堆芯容器和热离子发电元件额定工况下的工作温度,结合部件除气要求最终确定了各部件除气工况。编制了用于热离子发电元件发射极和接收极除气计算的二维传热程序,通过对比程序计算结果与单根热离子发电元件除气试验结果验证了程序编制的正确性。利用该程序计算得到热离子发电元件发射极和接收极的除气功率。综合电源除气部件除气工况、除气环境要求和除气计算结果,确定了转换器除气方案。