堆內(nèi)核燃料管理的任務(wù)

裴洋核能發(fā)電教研室

核反應(yīng)堆物理基礎(chǔ)6.1堆內(nèi)核燃料管理的任務(wù)核燃料管理中的基本概念

2⑴換料周期與循環(huán)長(zhǎng)度【定義】換料周期

兩次停堆換料之間的時(shí)間間隔稱(chēng)為一個(gè)換料周期，用符號(hào)T表示。反應(yīng)堆每經(jīng)歷一個(gè)換料周期，就稱(chēng)反應(yīng)堆經(jīng)歷了一個(gè)運(yùn)行循環(huán)?！径x】循環(huán)長(zhǎng)度

核電廠一個(gè)運(yùn)行循環(huán)所經(jīng)歷的運(yùn)行時(shí)間稱(chēng)為該運(yùn)行循環(huán)的長(zhǎng)度。運(yùn)行時(shí)間通常以等效滿功率天（EFPD）表示。

3循環(huán)長(zhǎng)度較短，燃料在堆芯待的時(shí)間短，新燃料的富集度可以較低，有利于核電廠的經(jīng)濟(jì)性；循環(huán)長(zhǎng)度的縮短將導(dǎo)致循環(huán)燃耗和燃料卸料燃耗深度下降，還將使的停堆換料的頻率增加，導(dǎo)致電廠的容量因子減小，經(jīng)濟(jì)性下降。循環(huán)長(zhǎng)度的選擇必須綜合考慮以上兩個(gè)因素?？紤]到換料停堆對(duì)用電的影響，換料時(shí)間一般選在電力需求較低的春季和秋季。循環(huán)長(zhǎng)度的選取影響到核電廠的經(jīng)濟(jì)性：

4換料數(shù)與一批換料量為了提高核燃料的利用率，反應(yīng)堆內(nèi)的燃料組件是分批卸出堆芯的。在每次換料時(shí)，只是將燃耗深度已經(jīng)達(dá)到或接近限值的那部分燃料組件卸出堆芯，其余燃耗深度較淺的燃料組件則繼續(xù)停留在堆內(nèi)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。此即分批換料。習(xí)慣上把具有同一初始富集度且在堆芯停留同樣時(shí)間的燃料組件稱(chēng)為一批。

5設(shè)反應(yīng)堆內(nèi)燃料組件總數(shù)為NT，每次換料更換的燃料組件數(shù)為N。則批料數(shù)定義為：

N則稱(chēng)為一批換料量。在循環(huán)長(zhǎng)度不變的情況下，提高批料數(shù)n，就增加了燃料在堆芯的停留時(shí)間，從而：增加了卸料燃耗深度；需要提高新料的富集度。循反應(yīng)堆的換料方程：

6⑶循環(huán)燃耗和卸料燃耗【定義】循環(huán)燃耗深度

全堆芯核燃料在經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)后所凈增的平均燃耗深度稱(chēng)為該循環(huán)的循環(huán)燃耗深度，用符號(hào)BUc表示?！径x】卸料燃耗深度

新料從進(jìn)入堆芯開(kāi)始，經(jīng)過(guò)若干個(gè)循環(huán)，最后卸出堆芯時(shí)所達(dá)到的燃耗深度稱(chēng)為卸料燃耗深度，用符號(hào)BUd表示。核燃料管理的任務(wù)與內(nèi)容

7⑴燃料管理的任務(wù)如何在滿足電力系統(tǒng)能量需求的前提下，以及在核電廠安全運(yùn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)要求限制內(nèi)，盡可能的提高核燃料的利用率，降低核電廠的單位能量成本，是核燃料管理所要研究的內(nèi)容。核電廠堆芯燃料管理的主要任務(wù)就是要在滿足電力系統(tǒng)的能量需求的條件下，在電廠設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)要求的限制下，為核電廠一系列的運(yùn)行循環(huán)作出其經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的全部決策。其核心問(wèn)題就是如何在保證電廠安全運(yùn)行的條件下，是核電廠的單位能量成本最低。

8⑵燃料管理的內(nèi)容①堆芯燃料管理策略以及初步換料方案的確定這部分內(nèi)容主要包括下列決策變量的確定：批料數(shù)n或一批換料量N；循環(huán)長(zhǎng)度T；新燃料的富集度ε；燃料組件在堆芯的裝載方案X(i,j)；控制毒物在堆芯的布置方案BP(i,j)；控制和運(yùn)行方案。

9目前在實(shí)際工程計(jì)算中，為了減少?zèng)Q策變量的數(shù)目，降低問(wèn)題求解的難度，一般都采用脫耦的方法，即把決策變量分為兩組：多循環(huán)燃料管理：n，N，ε；在對(duì)這組變量進(jìn)行決策時(shí)，燃料組件在堆芯內(nèi)的空間布置只以批的特性或點(diǎn)堆模型加以簡(jiǎn)單考慮；單循環(huán)燃料管理：X(i,j)，BP(i,j)和控制運(yùn)行方案；在對(duì)這組變量進(jìn)行決策時(shí)，需要詳細(xì)考慮燃料組件和控制毒物在堆芯內(nèi)的空間分布。當(dāng)?shù)玫降慕獠荒軡M足需求時(shí)，則需要調(diào)整外部決策變量，

重新進(jìn)行多循環(huán)分析，求出新的值。

10在得出最佳換料方案后，必須應(yīng)用精確的堆芯物理/熱工水力程序?qū)ψ罱K換料堆芯進(jìn)行全面、精確的換料核設(shè)計(jì)，提供反應(yīng)堆設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及安全評(píng)價(jià)所需的全部技術(shù)參數(shù)，具體包括：壽期內(nèi)各個(gè)規(guī)定時(shí)刻的堆芯功率分布和功率峰因子；燃耗計(jì)算，給出壽期內(nèi)燃料成分、反應(yīng)性或臨界硼濃度隨時(shí)間的變化；③、最終換料堆芯的核設(shè)計(jì)

11反應(yīng)堆啟動(dòng)物理試驗(yàn)以及運(yùn)行所需的堆芯參數(shù)；反應(yīng)性控制和運(yùn)行圖；堆芯動(dòng)態(tài)特性參數(shù)和換料設(shè)計(jì)安全評(píng)價(jià)所需的參數(shù)。在最終核設(shè)計(jì)階段所使用的必然是一個(gè)精確的堆芯物理/熱工水力模型和分析程序系統(tǒng)，它一般是經(jīng)過(guò)核安全管理機(jī)構(gòu)審查和批準(zhǔn)的程序系統(tǒng)。④、啟動(dòng)條件

12⑤、換料堆芯的安全評(píng)價(jià)每個(gè)循環(huán)確定的換料堆芯的狀態(tài)可能和核電廠設(shè)計(jì)階段所提供的最終安全分析報(bào)告（FSAR）中所