Участие блоков АЭС с ВВЭР-1000 в суточных изменениях мощности энергосистемы Украины 17 th AER Symposium Yalta, В.Є. Баскаков, О.В. Маслов, М.В. Максимов

Электроэнергия товар особенный Электрическая энергия товар особенный и особенность его состоит в том, что он не подлежит складированию, а значит должен быть потреблён в момент производства. Ночью люди спят и потребность в электроэнергии меньше, так возникают суточные колебания мощности энергосистемы. Можно стимулировать потребление электроэнергии в ночные часы продавая её дешевле, но для этого необходимы специальные средства учёта а они стоят денег. Существует возможность и «складировать» энергию, например на ГАЭС или САТЭ, но это очень дорогие «склады» и ёмкость их крайне ограничена.

Генерация вынуждена отслеживать потребление электроэнергии Энергоблоки АЭС используются только в «базовом» режиме. Это означает, что после пуска такой энергоблок работает на номинальной мощности днем и ночью до следующего останова. Функцию поддержания баланса производства-потребления электроэнергии в энергосистеме выполняет тепловая генерация и гидроэлектростанции. В настоящее время доля АЭС в производстве электроэнергии на Украине приближается к 50% и появился дефицит «маневренных» мощностей. Участие блоков АЭС в регулировании суточных изменений мощности энергосистемы стало актуальнейшей задачей как для энергосистемы Украины так и России

Отсутствие нормативного запаса на разгрузку КЭС в декабре 2007 (прогноз) и исчезновение дефицита регулировочных мощностей если в регулировании примут участие АЭС

Существующие решения В других странах, с высокой долей ядерной генерации, например во Франции, эта проблема решена строительством энергоблоков АЭС специально спроектированных для работы в маневренных режимах. Особенностью этих реакторов является: - большее количество ОР СУЗ; - часть ОР СУЗ выполнена «облегченной» (в терминах реактивности ) для уменьшения влияния на поле энерговыделения при введении в а.з. Ни одну из этих особенностей невозможно реализовать на реакторах с ВВЭР-1000 без замены ВБ (верхнего блока реактора) а это огромные капитальные затраты.

Введение-выведение твёрдого поглотителя: поглощающих стержней Введение ОР СУЗ в а.з. меняет поле енерговыделения что в свою очередь может запускать ксеноновые колебания. Однако если привода введены в а.з. на полную длину они не оказывают такого влияния. При движении ОР СУЗ вверх (нагружении реактора) на границе движения возникают большие напряжения, что может приводить к разрушению оболочки ТВЭЛ по механизму КРН (коррозионное растрескивание под напряжением). Именно по этой причине действующие ТРБЭ после различных разгрузок: ПЗ, УПЗ и др. предписывают приведение ОР СУЗ в регламентное положение при помощи ввода раствора борной кислоты и только после этого разрешают подъём мощности РУ.

Общие условия сохранения прочности оболочки ТВЭЛ по механизму КРН Если окружные напряжения не превышают порогового значения 280 МПа – дефект в гладкой (бездефектной) оболочке не зарождается. Если σ о =280 МПа, то дефект не зарождается, пока накопленная вследствие термомеханического взаимодействия топлива с оболочкой в переходных режимах вязко-пластическая деформация не достигнет порогового значения 0,4%. Если σ о не превышает 250 МПа, то исходный допустимый производственный дефект глубиной 35мкм не подрастает и оболочка в процессе эксплуатации не повреждается.

Расширение возможностей Х гр. ОР СУЗ по поддержанию мгновенного АО Во первых: стала применяться новая схема загрузки а.з. которая подразумевает установку свежего топлива в непереферийном ряду а значит ближе к регулирующей группе. Подавление ксеноновых колебаний изменением положения регулирующей группы ОР СУЗ стало эффективнее. Кроме того на блоках Х2 и Р4 регулирующая группа перенесена в 5-тую расчетную ячейку, что так же положительно отразилось на её возможностях по поддержанию мгновенного офсета. Во вторых: в ТРБЭ были внесены изменения согласно которых верхняя регламентная граница положения рабочей группы ОР СУЗ увеличилась с 86 до 90% от высоты а.з. Как следствие появилась возможность поддерживать значение установившегося офсета ближе к «0» а значит а.з. стала намного устойчивее к возникновению ксеноновых колебаний.

Изменение концентрации поглотителя в теплоносителе 1-го контура Транспортное время 4-7 минут (его можно менять изменяя расход подпитки) и следовательно не очень хорошее быстродействие (этот недостаток легко компенсируется упреждающим включением). Образовываются жидкие радиоактивные отходы. Операторы называют их дебалансными водами, что более точно, так как эти отходы могут быть легко переработаны и возвращены в цикл. Каждая установка СВО-6 имеет в зимнее время производительность 4-5 м3/час. Таким образом вопрос сводится только к цене переработки. Не изменяет геометрию поля энерговыделения при изменениях мощности а.з.

Снижение мощности РУ на 10%

Использование температурных эффектов реактивности Диапазон регулирования ограничен Рпг кгс/см2 что приблизительно соответствует Ргпк 59,5-61,5 кгс/см2 для номинальной мощности и может меняться от блока к блоку в зависимости от состояния теплообменной поверхности ПГ. При увеличении Ргпк растёт Твхода а этот параметр жестко ограничен ТДР ТРБЭ (таблицей допустимых режимов). Появляются хоть и небольшие но циклические изменения параметров 2-го контура. Не изменяет геометрию поля энерговыделения по высоте. Более того, повышая Ргпк можно сохранить Твхода при разгрузке борным концентратом и этим сгладить эффект описанный в примере выше.

Поддержание постоянной Твхода повышением Ргпк при снижении Nакз

Отравление-разотравление реактора при снижении мощности РУ до 90%Nном

Манёвр г. на Хмельницкой АЭС

Сброс «лишнего» пара в конденсатор Очень высокое быстродействие. Возможна не только быстрая разгрузка турбогенератора но и его быстрое нагружение за счет закрытия БРУ-К. По сути это потеря высокопотенциальной энергии и тепловое загрязнение окружающей среды и может применяться только кратковременно. Как правило в понедельник рано утром происходит большой скачек потребления электроэнергии и подняв заблаговременно мощность РУ со сбросом пара в конденсатор можно будет быстро взять нагрузку закрыв БРУ-К.

Исходное состояние Итак, блок работает на номинальной мощности, ксеноновые колебания подавлены операторами при помощи перемещения регулирующей группы, установившийся офсет отрицателен

Разгрузка реакторной установки По команде диспетчера операторы снижают мощность РУ вводом раствора борной кислоты. Одновременно повышают давление в ГПК поддерживая, насколько это возможно, Твхода неизменной. Вводом рабочей группы поддерживается оптимальный мгновенный офсет как гарантия невозникновения в будущем ксеноновых колебаний.

Поддержание Ргпк=const Достигнув заданной мощности операторы не препятствуют дальнейшему её снижению за счёт отравления но продолжают удерживать оптимальный мгновенный офсет. Приблизительно через 3-4 часа йодная яма достигнет максимума а мощность РУ минимума и в идеале этот момент должен совпасть с минимумом мощности энергосистемы..

Подъём мощности реактора Реактор нагружается вводом «чистого дистиллята». Одновременно снижением давления в ГПК поддерживается постоянной Т входа. ОР СУЗ извлекаются из а.з. для поддержания мгновенно офсета.

Работа на номинальной мощности Стабилизация мощности и подавление ксеноновых колебаний

Алгоритм суточного манёвра

Преимущества предлагаемого алгоритма: Алгоритм не противоречит требованиям ТРБЭ Может быть реализован без модернизации Значительно сокращается количество переключений, что снижает вероятность ошибочных действий оператора Расходуется меньшее количество: чистого дистиллята, борного концентрата и других реагентов

Преимущества предлагаемого алгоритма: Уменьшается недовыработка электроэнергии Уменьшается количество дебалансных вод Улучшаются условия работы топлива???