Неравномерности потребления

Проектный теплогидравлический расчет в о д о-графитового реактора типа РБМК- Расчет паропроизводитель-ной установки типа РБМК ( 9.42) проводится с целью определения размеров активной зоны и требует задания следующих исходных данных: тепловой мощности реактора NT, давления в контуре реактора, температуры питательной воды, высоты активной зоны, толщины отражателей, шага квадратной решетки технологических каналов (ТК), размеров конструкционных элементов ТК (в том числе и твэлов) и контура циркуляции, коэффициента теплопередачи через зазор между оболочкой твэла и топливным сердечником (ks), коэффициента неравномерности энерговыделения по радиусу активной зоны и ТК (kr, kTK), доли энерговыделения в твэлах (т}тв), в конструкционных материалах и в замедли-теле. Кроме того, задаются лимитирующие параметры: допустимая температура топлива (Т*оп), минимальный запас до критической мощности ТК (лкр = Af*P N™x) и доля ТК в зоне Ттк.

Выше использованы следующие обозначения: Н, Нэ — высота, эквивалентная высота активной зоны, м; kz —• коэффициент неравномерности тепловыделения по оси реактора; атш — коэффициент теплоотдачи при кипении; ^№ — теплопроводность оболочки твэла; Хт — средняя теплопроводность топлива; и™ — число твэлов в ТК; &тк — коэффициент неравномерности тепловыделения по сечению ТК; TITB — доля тепла, выделяющаяся в твэлах (%„ ~ 0,94); ^тк — доля ТК из общего числа ячеек а. з. (<1>тк ~ 0,85 Ч- 0,90); &ц = Ор/0Пв — кратность циркуляции; kg — коэффициент неточности дросселирования (kg — 1,25 -т-1,31); апр— доля расхода на продувку (апр = 0,01 -=- 0,02); /г^р — коэффициент неравномерности энерговыделения в ТК по группе (krrp = 1,24- 1,3); аяч — шаг квадратной решетки ТК в а. з.; &ф — коэффициент азимутальной неравномерности тепловыделения; k^ — коэффициент неравномерности теплового потока из замедлителя в трубчатый твэл (&ф = 1,25-4- 1,35).

Коэффициент запаса до критической мощности .... 1,05—1,25-Коэффициенты неравномерности энерговыделения:

Глубина выгорания и неравномерность энерговыделения в активной зоне. Из-за неравномерности нейтронного потока и несовершенства регулирования в активных зонах ядерных реакторов имеет место значительная неравномерность энерговыделения по высоте и диаметру зоны и по отдельным ТВС и твэлам. Поэтому локальные значения глубины выгорания топлива различаются между собой в несколько раз. Предельные (максимальные) значения амакс, на которые должна быть рассчитана работоспособность твэлов и ТВС, определяются с учетом неравномерности энерговыделения по активной зоне в целом. Отличие амакс от а в выгружаемом топливе зависит также от размера одновременно выгружаемой партии. Если будет выгружаться одновременно вся активная зона, тогда коэффициент неравномерности выгорания* топлива в чей будет максимальным. Но практически перегружается лишь часть активной зоны (например, в реакторах ВВЭР-440 1/3 зоны в год). В реакторах канального типа одновременно перегружается только несколько каналов. В этом случае неравномерность выгорания топлива в выгружаемых ТВС будет минимальной (~ 1,1—1,2) и величина амакс будет определяться в основном неравномерностью выгорания по высоте ТВС. В ТВС мощных реакторов типа PWR или ВВЭР, содержащих большое число твэлов (свыше 200), в отдельных группах твэлов проявляется не только осевая, но и радиальная неравномерность выгорания топлива, связанная с их расположением в сборке. Таким образом, средняя глубина выгорания является расчетной величиной, характеризующей энергетическую эффективность использования топлива в данном реакторе. Она может существенно отличаться от фактического максимального (минимального) значения а. Максимальная глубина выгорания амакс — это величина, определяющая требования к надежности и работоспособности твэлов и ТВС.

Вопрос о достижимых глубинах выгорания и о влиянии неравномерности энерговыделения на экономичность и надежность твэлов тесно связан с особенностями поведения различных видов топливных композиций (металл, оксид, карбид и т. п.).

Допустимая тепловая мощность реактора, определенной зоны или отдельного канала (сборки) в конечном счете ограничивается максимальной энергонапряженностью топлива /МакС в самом напряженном твэле или участке ТВС активной зоны. С учетом же коэффициента неравномерности энерговыделения по высоте (kz) и радиусу (kr) средняя энергонапряженность топлива в отдельных ТВС или каналах, а также в группах ТВС (в зонах равного обогащения урана) и в активной зоне реактора в целом ока-

Мгновенное значение объемного коэффициента неравномерности энерговыделения kv*:=kz*kr* в значительной мере характеризует ядерно-физическое и конструкционное совершенство активной зоны, определяет удельную загрузку реактора топливом, отнесенную к тепловой или электрической мощности реактора (т/кВт), и тем самым влияет на основные экономические показатели АЭС (затраты на топливную загрузку, габаритные параметры, капиталовложения в оборудование реакторов и т. п.).

Для разных типов реакторов значения G0x и Gx существенно различаются (табл. 4.3). Величина G0x в общем случае должна обеспечивать критичность реактора и необходимый запас реактивности в течение всей кампании для работы на заданной мощности до достижения топливом проектной средней глубины вы-гбрания В. С учетом неравномерности энерговыделения работа реактора ра заданной мощности должна обеспечиваться без превышения предельно допустимой объемной энергонапряженности топлива. В современных мощных энергетических реакторах, за-

Глубина выгорания и неравномерность энерговыделения в активной зоне. Из-за неравномерности нейтронного потока и несовершенства регулирования в активных зонах ядерных реакторов имеет место значительная неравномерность энерговыделения по высоте и диаметру зоны и по отдельным ТВС и твэлам. Поэтому локальные значения глубины выгорания топлива различаются между собой в несколько раз. Предельные (максимальные) значения амакс, на которые должна быть рассчитана работоспособность твэлов и ТВС, определяются с учетом неравномерности энерговыделения по активной зоне в целом. Отличие амакс от а в выгружаемом топливе зависит также от размера одновременно выгружаемой партии. Если будет выгружаться одновременно вся активная зона, тогда коэффициент неравномерности выгорания * топлива в чей будет максимальным. Но практически перегружается лишь часть активной зоны (например, в реакторах ВВЭР-440 1/3 зоны в год). В реакторах канального типа одновременно перегружается только несколько каналов. В этом случае неравномерность выгорания топлива в выгружаемых ТВС будет минимальной (~ 1,1—1,2) и величина амакс будет определяться в основном неравномерностью выгорания по высоте ТВС. В ТВС мощных реакторов типа PWR или ВВЭР, содержащих большое число твэлов (свыше 200), в отдельных группах твэлов проявляется не только осевая, но и радиальная неравномерность выгорания топлива, связанная с их расположением в сборке. Таким образом, средняя глубина выгорания является расчетной величиной, характеризующей энергетическую эффективность использования топлива в данном реакторе. Она может существенно отличаться от фактического максимального (минимального) значения а. Максимальная глубина выгорания амакс — это величина, определяющая требования к надежности и работоспособности твэлов и ТВС.

Вопрос о достижимых глубинах выгорания и о влиянии неравномерности энерговыделения на экономичность и надежность твэлов тесно связан с особенностями поведения различных видов топливных композиций (металл, оксид, карбид и т. п.).

Допустимая тепловая мощность реактора, определенной зоны или отдельного канала (сборки) в конечном счете ограничивается максимальной энергонапряженностью топлива /макс в самом напряженном твэле или участке ТВС активной зоны. С учетом же коэффициента неравномерности энерговыделения по высоте (kz) и радиусу (kr) средняя энергонапряженность топлива в отдельных ТВС или каналах, а также в группах ТВС (в зонах равного обогащения урана) и в активной зоне реактора в целом ока-

приходится всего на 10 наиболее промышленно развитых стран. Наблюдается тенденция увеличения неравномерности потребления энергетических ресурсов. Так, свыше половины населения земного шара, проживающего в развивающихся странах, потребляют менее 100 кВт-ч электроэнергии, приходящейся на одного человека при среднемировом показателе, близком к 1500 кВт-ч. Эти цифры характеризуют социальное неравенство, отраженное в

неравномерности потребления энергоресурсов. Тенденция к увеличению неравномерности общего потребления энергии в капиталистических странах иллюстрируется 1.2.

Анализ тенденций в потреблении электрической энергии показывает, что в дальнейшем неравномерность потребления будет увеличиваться по мере роста благосостояния населения и связанного с ним увеличения коммунально-бытовой нагрузки, по мере повышения электровооруженности труда. Сокращение числа рабочих дней в неделе также способствует повышению неравномерности потребления электроэнергии. Такое положение характерно не только для нашей страны. В большинстве стран Западной Европы неравномерность в потреблении электроэнергии такова, что в течение часа изменение нагрузки достигает 30% от максимальной мощности и в перспективе также ожидается увеличение неравномерности. Кардинально изменить характер потребления электроэнергии очень трудно, так как он зависит от установившегося ритма жизни людей и ряда не зависящих от людей объективных обстоятельств. Например, нельзя изменить того факта, что электрическое освещение нужно в вечерние часы с наступлением темноты.

Концентрация потребления энергоресурсов в наиболее развитых странах привела к такому положению ( 1.2), когда 30% всего населения в мире потребляет 90% всей вырабатываемой энергии, а 70% населения — только 10%. Эти цифры определенным образом характеризуют социальное неравенство, отраженное в неравномерности потребления энергоресурсов. Тенденция к увеличению неравномерности общего потребления энергии на душу населения иллюстрируется 1.2, где зависимость коэффициента К от времени отражает особенности капиталистической системы.

Анализ тенденций в потреблении электрической энергии показывает, что в дальнейшем неравномерность потребления будет увеличиваться по мере роста благосостояния населения и связанного с ним увеличения коммунально-бытовой нагрузки, по мере повышения электровооруженности труда, уменьшения количества ночных смен. Сокращение числа рабочих дней в неделе также способствует повышению неравномерности потребления электроэнергии. Такое положение характерно не только для нашей страны. В большинстве стран Западной Европы неравномерность в потреблении электроэнергии такова, что в течение часа изменение нагрузки достигает 30% от максимальной мощности и в перспективе также ожидается увеличение неравномерности. Кардинально изменить характер потребления электроэнергии очень трудно, так как он зависит от установившегося ритма жизни людей и ряда не зависящих от

В связи с этим оценку показателя неравномерности потребления топлива можно осуществить с помощью коэффициента сезон-

количества мазута в 1985 г. необходимо было бы иметь крупную дополнительную активную емкость газохранилищ. Кроме того, часть расхода мазута этими электростанциями, снимающую не сезонные, а суточные неравномерности потребления газа, экономически целесообразно сохранить в течение всего рассматриваемого периода.

Рассматриваемая задача может быть сформулирована следующим образом [54, 65]. Требуется определить структуру сезонных запасов топлива, которай обеспечивала бы компенсацию годовой неравномерности потребления угля, природного газа и мазута при заданной потребности, известной возможности взаимозаменяемости отдельных видов топлива и заданных мощностях по его производству и транспортированию в расчетном году и при которой достигался бы минимум суммарных затрат на хранение различных видов топлива и создание его хранилищ.

здесь и, — расчетное число единиц оборудования; п2 — фактически принятое в проекте число единиц оборудования; Кп — коэффициент потерь номинального фонда времени, обусловленных простоями оборудования при планово-предупредительных ремонтах; Кк — коэффициент неравномерности потребления и производства.

Аналогичные воздействия оказывают нагрузки дуговых сталеплавильных печей, причем частота колебаний нагрузки, например, в период расплавления металла (шихты) и в начале окисления находится в диапазоне 0,1—25 Гц. Кроме того, нагрузки дуговых печей из-за неравномерности потребления тока по фазам могут вызывать значительную несимметрию напряжения.

культурно-бытового обслуживания населения, живущего в сельской местности. Все эти факторы имеют долгосрочный характер и позволяют считать, что в период до 2000. г. будет происходить дальнейший рост неравномерности потребления электроэнергии и дальнейшее снижение КИУМ энергосистемы (коэффициента нагрузки) как по стране в целом, так и по крупным экономическим районам. В связи с этим необходимо предусматривать в проектах электростанций, в том числе атомных, технические возможности для работы в переменных режимах или проектировать их в комплексе с аккумуляторами энергии и с учетом этого оценивать экономические показатели АЭС.