核电厂调峰反应堆堆芯主要特性研究
魏桐 吴清涛
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魏桐 吴清涛,. 核电厂调峰反应堆堆芯主要特性研究[J]. 核工业与技术,2024.2. DOI:10.12721/ccn.2024.157020.
摘要: 核电已经成为我国能源战略调整中重要的组成部分,为了充分发挥核电的价值,需要采取有效措施实现核电并网。需要注意的是,随着核电厂越来越多的建成运行,也开始不可避免地面对电网调峰任务。技术人员在进行调峰的过程中,需要仔细检测核反应堆的运行情况,在保证核燃料充分利用的情况下,保持核反应堆安全运行。核反应堆是核电厂的核心组成部分,同时也是最危险的部分,因此,需要对核反应堆采取科学合理的安全保护措施。本文以核电厂为主要内容,阐述核电厂调峰反应堆的主要特性,供大家参考借鉴。
关键词: 核电厂;调峰;核反应堆;主要特征
DOI:10.12721/ccn.2024.157020
基金资助:

引言:

我国已将核电纳入我国能源战略发展规划当中,并且制定了科学合理的发展规划,在这种情况下,我国的核电厂得到了充分地发展,为我国经济的发展提供了有力的支撑。核能具有清洁环保、持续高效等特点,对我国的生态环保有着重要的帮助。另外,随着我国经济的迅速发展,对于电能的需求量也越来越大,为了摆脱能源对经济发展的制约,保证核电顺利并网发电就显得尤为重要。在核电并网发电过程中,具有较高的技术要求,首先就需要考虑最基本的调峰要求。在很多情况下,调峰运行对电厂的安全运行有着重要的影响。为了保证核电厂的正常运行,在对核电厂调峰的过程中,需要结合实际情况进行调峰。

一、调峰对机组运行参数的影响

核电厂在并网发电的过程中,需要进行有针对性地调峰,以此来保证电网的安全性。在调峰的过程中,需要根据实际情况进行调整,例如,在用电高峰期时,要保持较高的运行功率;在用电低谷时,可以保持一个较低的运行水平。所以,核电厂并网调峰是一个动态的过程。在对核电厂调峰的过程中,需要充分考虑到反应堆的运行情况,在反应堆升降功率过程中,堆芯反应性也会相应地发生变化,如果出现频繁调峰改变机组运行功率的情况,需要关注堆芯内Xe-135等可燃毒物浓度的变化对反应性控制带来的不利影响,为了规避机组的运行风险,需要提前对机组反应性变化情况进行预测,并且根据可燃毒物的变化情况,通过适当调整控制棒等方式抑制可能产生的氙振荡。所以,在核电厂调峰的过程中,需要重点考虑核反应堆的运行情况,分析反应性变化,并制定相应的反应性控制预案,从而在安全合理的范围内进行调峰。
二、调峰对于反应堆循环长度的影响

核反应堆在运行的过程中,伴随着堆芯内核燃料的消耗,在核反应堆运行的过程中,需要定期停堆更换堆内燃料组件。当核电厂根据电网要求进行调峰,降低反应堆运行功率时,反应堆内燃料的消耗也相应降低,换料循环的预计停堆时间也相应延后。但是实际运行过程中调峰降功率运行通常会伴随着燃料的损失,这是因为核电厂机组停堆换料大修时间往往是较为固定的。核电厂停堆换料大修时间,往往会选择避开电网的用电高峰期,以确保在用电高峰期电网能够得到足够的电力供给,因此虽然调峰能够降低功率从而实现延长循环运行时间,但是由于大修时间相对固定,降低功率运行反而导致了燃料的浪费,并且,核电厂低功率运行期间发电效率也会降低,使得调峰对核电厂运行经济性产生了不利的影响。

三、调峰对于反应堆功率分布的影响

在核电厂并网调峰的过程中,技术人员需要对反应堆功率分布情况进行深入地分析。通常情况下,反应堆的功率调节是通过调节控制棒棒位和冷却剂中硼浓度来实现的,当反应堆因电网调峰而需要低功率运行时,控制棒棒位也会适当地降低。由于控制棒在堆芯的布置满足1/4对称原则,因此控制棒的下插对于径向的功率分布相对影响较小,控制板下插主要影响轴向的功率分布。由于调峰期间控制棒的下插,堆芯的轴向功率峰向堆芯下部移动,若低功率运行时间较短,对于堆芯的运行相对影响较小,但是如果长期低功率运行,将会导致堆芯下部的燃料消耗加剧,不利于展平轴向功率分布,并且由于当前循环中大约三分之二的燃料组件在后续循环中还会回堆使用,燃料组件轴向的燃耗不均匀性还会对后续循环的堆芯分布造成不利影响。

四、峰对于安全相关中子学参数的影响

众所周知,在核电厂中,居于核心位置的是核反应堆,所以,在核电厂并网调峰的构成中,需要有针对性地调整核反应堆的运行情况。鉴于此,就需要技术人员加强对核反应堆的监测工作。为了准确地监测核反应堆的运行状态,技术人员主要是通过监测核反应堆运行数据的方式进行。在对核反应堆进行检测的过程中,如果核反应堆的运行数据超出了报警值,核反应堆就会发生相应的报警信号,相关人员就需要采取相应的措施进行处理,所以,核反应堆数值监测对于核电厂的安全运行有着重要的作用。核电厂在进行调峰的过程中,核反应堆的运行功率会受到较大的影响,反应堆的运行数值也会发生较大的变化,所以,监测人员也需要根据反应堆的运行数值变化,调整监测警戒线的设置。通过对核电厂并网研究我们能够发现,核反应堆会发生一系列的变化,其中包含核反应堆的运行功率,堆内的热点分布,可燃毒物的分布都会发生巨大的变化,所以,在核电厂并网的过程中,需要从多个角度进行分析思考,充分考虑到核反应堆的运行情况,加强对核反应堆运行状态的监测和管理工作,制定安全应急管理措施,及时发现潜在的安全隐患,及时地进行预防和整改,在保证安全性的情况下,实现调峰的目标。
五、结束语

总而言之,核电已经成为我国新能源的代表,不仅关系到我国的能源安全,同时也关系到我国生态文明建设。所以,大力发展核能是未来发展的主要趋势。在发展核电的过程中,需要实现核电并网,要想实现并网就需要对核电厂进行调峰。核电厂调峰是一个系统的问题,涉及很多专业性的问题,需要技术人员从多角度、多方向进行分析论证,还需要进行跟踪实验,以此来得出正确的结论,为核电厂调峰奠定坚实的基础。

参考文献:

[1] 徐冰.探讨核电机组参与电网调峰的运行方式[J].大科技.2019,(3):6.

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