Brevet FR2467467A1 — publié le 19810417

La présente invention a pour objet un procédé de réglage primaire de la fréquence électrique délivrée par une centrale électro-nucléaire. De façon plusXprecise, l'invention concerne un procédé de réglage de la puissance électrique délivrée par une centrale nucléaire du type à eau légère sous pression. De façon encore plus précise, l'invention se rapporte à un procédé de réglage de la puissance électrique délivrée par une telle centrale pour adapter cette puissance lors des variations réduites de la fréquence sans avoir à modifier la puissance thermique du réacteur nucléaire et pour éventuellement limiter l'amplitude des variations de puissance thermique du réacteur nucléaire en cas de variations plus importantes de la puissançe électrique demandée. On sait que dans les réacteurs nucléaires de ce type, la puissance thermique est produite par la réaction de fission se développant dans le matériau fissile constituant le coeur du réacteur nucléaire. Cette puissance peut être réglée en agissant sur des barres de réglage (en matériau absorbant) qui peuvent être plus ou moins enfoncées dans le coeur. De façon simplifiée, cette puissance thermique est évacuée par un circuit primaire d'eau de refroidissement qui traverse le coeur et circule dans un générateur de vapeur. Un circuit secondaire de vapeur traversant également ce générateur de vapeur alimente des turbines haute et basse pressions qui fournissent l'énergie électrique. Dans l'exploitation d'une telle centrale, on peut distinguer deux types principaux de modulations de la demande de puissance électrique a) les modulations importantes de durée supérieure au quart d'heure qui impliquent des actions sur la production de vapeur, c'est-à-dire sur la fourniture de puissance thermique, b) des modulations plus rapides et de faibles amplitudes (de l'ordre de 0,5*) dont la moyenne est nulle sur une durée de quelques minutes et qui correspondent à ce qu'on peut appeler le "réglage primaire de fréquence". Une. solution connue pour adapter l'installation nucléaire de fourniture de puissance électrique consiste à moduler la puissance thermique développée par le réacteur nucléaire. Cela peut se faire de façon précise à l'aide des barres de réglage du coeur du réacteur qui permettent de régler la réactivité du coeur du réacteur. Cependant, un tel mode de réglage présente deux types d'inconvénients : a) lorsqu'il s'agit d'augmenter la puissance électrique, il faut que la puissance thermique produite par la réaction de fission puisse être augmentée par rapport au régime nominal de fonctionnement. Comme la puissance maximale de fonctionnement du réacteur est imposée par des normes de sûreté très strictes, il faudrait réserver une marge d'augmentation de la puissance thermique fournie.Cela signifie que la puissance nominale devrait être infé rieure à la puissance maximale de l'installation compa tible avec les normes de sûreté. On comprend que cela correspond à un surdimensionnement de l'installation nu cléaire par rapport à son régime de fonctionnement nor mal. Les conséquences économiques en sont très claires. b) le réglage de la puissance thermique fournie par le coeur, en particulier lors des modulations de faible am plitude et de faible durée, nécessite, selon la techni que indiquée ci-dessus, une action fréquente sur les barres de réglage. Il s'ensuit une usure accrue des bar res de réglage ainsi que des mécanismes de commande de celles-ci. On peut ajouter que ces modulations de puissances thermiques entraînent des cyclages thermiques dans le combustible qui produisent à leur tour l'introduction de contraintes thermiques dans les nombreuses structures mécaniques logées à l'intérieur de la cuve de résistance à la pression du réacteur nucléaire à eau légère pressurisée.- La présente invention a précisément pour objet un procédé de réglage de la puissance électrique fournie par le réacteur nucléaire à eau sous pression qui ne nécessite pas une action des barres de réglage lors des fluctuations de puissance électrique demandée de faibles amplitudes et de durées réduites, et qui permet, lors des modulations de puissance électrique plus importantes de réduire l'action de réglage des barres de réglage. Pour exposer le principe du procédé de réglage objet de l'invention, il est nécessaire de décrire un peu plus en détail une boucle de refroidissement d'un tel réacteur et plus précisément le circuit secondaire de vapeur-eau. Dans ce circuit secondaire, on trouve, outre le générateur de vapeur et les turbines haute et basse pressions, une bâche alimentaire, un condenseur, un circuit de réchauffage de l'eau par soutirage de vapeur détendue dans les turbines, ce circuit comportant une bâche d'eau d'alimentation des générateurs de vapeur. Si l'on prend le cas d'un réacteur nucléaire de ce type, dlune puissance électrique de 1300 mu, le niveau normal d'eau dans la bâche alimentaire est de 400t d'eau, ce qui représente une réserve d'énergie thermique de 240.000 MJ, soit environ l'énergie produite par la centrale nucléaire en une minute. L'invention consiste à utiliser cette réserve d'énergie thermique contenue dans la bâche alimentaire et susceptible d'être convertie en énergie électrique en utilisant également le condenseur du circuit secondaire vapeureau pour moduler la fourniture de puissance électrique en cas de variations de faibles amplitudes et de courtes durées, sans avoir à moduler la puissance thermique développée par le coeur du réacteur, c'est-à-dire sans agir sur la position des barres de réglage. De plus, un tel mode de réglage permet, même en cas de modulations d'amplitude plus importantes de limiter l'amplitude du réglage à assurer par les barres de réglage. Pour obtenir ce résultat, le principe de l'invention consiste à utiliser comme appoint positif ou négatif d'énergie thermique, l'énergie emmagasinée dans la bâche alimentaire. Plus précisément, une augmentation de la puissance électrique à fournir est produite par prélèvement d'énergie thermique dans la bâche alimentaire, et à l'inverse une diminution d'énergie électrique à fournir est produite par accumulation d'énergie dans la bâche alimentaire. Pour ce faire, un signal représentatif de l'écart entre la fréquence du réseau et la fréquence normale (50Hz) est appliqué à la vanne de réglage d'alimentation en eau froide de la bâche alimentaire de telle façon qu'il y ait compensation de l'énergie électrique. D'une manière générale, on peut dire qu'on met en jeu un transfert de masses d'eau entre le condenseur et la bâche alimentaire. Comme ces deux capacités ne sont pas à la même température, ce transfert s'accompagne d'une libération d'énergie si la bâche alimentaire cède de l'eau au condenseur ou d'une absorption d'énergie si le condenseur cède de l'eau à la bâche alimentaire. Le procédé. de réglage primaire de la puissance électrique fournie par une centrale nucléaire à eau légère, ladite centrale comportant au moins dans le circuit secondaire de sa boucle de refroidissement un condenseur, une bâche alimentaire et des moyens pour créer un débit d'eau d'extraction du condenseur vers la bâche alimentaire, se caractérise en ce qu'on agit sur lesdits moyens pour faire varier dans le temps ledit débit dans un sens ou dans l'autre pour augmenter ou diminuer la puissance électrique fournie par ledit réacteur. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit du procédé objet de l'invention. La description se réfère à la figure unique annexée sur laquelle on a représenté un schéma général de réglage primaire de la puissance électrique délivrée montrant les modifications de ce schéma permettant la mise en oeuvre du procédé de régulation selon l'invention. Comme on l'a déjà indiqué une boucle de refroidissement d'un réacteur nucléaire à eau légère comprend un circuit primaire d'eau traversant la cuve du réacteur nucléaire, et un circuit secondaire eau-vapeur qui alimente les turbines haute et basse pressions, l'échangeur de chaleur entre les deux circuits se faisant au niveau du générateur de vapeur. Le procédé de réglàge ne concernant que le fonctionnement général du circuit secondaire, on va se contenter d'en rappeler rapidement les éléments principaux. D'ailleurs, ce circuit pour les réacteurs à eau sous pression est bien connu. La vapeur sort de la partie supérieure du générateur de vapeur et alimente les turbines. A la sortie de la turbine basse pression, la vapeur est condensée dans un condenseur. L'eau condensée est refoulée par des pompes à travers les réchauffeurs basse pression dans la bâche d'eau d'alimentation de la chaudière d'où elle retourne à l'entrée du générateur de vapeur par l'intermédiaire de réchauffeurs haute pression et de pompe. Dans les systèmes classiques une vanne disposée entre la bâche alimentaire et le condenseur permet par un système de régulation de régler le niveau d'eau froide dans le condenseur,au moyen d'un signal de commande appliqué à ladite vanne. En régime stable, les débits d'eau entrant et sortant du condenseur et de la bâche alimentaire sont égaux pour maintenir les niveaux dans ces deux capacités. Selon le procédé objet de l'invention, on agit sur le débit d'eau d'extraction du condenseur pour produire un accroissement ou une diminution de la puissance électrique sans modifier la puissance thermique du moins pour les fluctuations indiquées précédemment. Si l'on veut diminuer la puissance électrique fournie par l'installation, on commande la vanne pour destocker de l'eau froide du condenseur. On augmente ainsi le débit d'extraction, ce qui crée un surdébit de vapeur soutirée. On a alors effectivement une diminution de la puissance électrique. Si, au contraire, on veut augmenter la puissance électrique par rapport à la puissance nominale, on agit sur la vanne pour stocker de l'eau dans le condenseur. On diminue ainsi le débit d'extraction et on a alors une augmentation de la puissance électrique. I1 apparait que dans le cas d'un réacteur PWR de 1300 MW électriques, il est possible d'augmenter le débit d'eau d'extraction de 10 à 20% dans la limite des possibilités des pompes d'extraction. Cela correspond à une baisse de puissance électrique de 1 à 2% au régime normal. Lorsque le réacteur fonctionne à charge partielle, la baisse relative de puissance peut etre plus élevée. Elle est cependant limitée par la vitesse de la vapeur aux soutirages des turbines. On pourrait ainsi diminuer la puissance électrique fournie de 1 à 2% pendant deux minutes par un transfert d'eau de 15 à 30 tonnes. Dans le sens de l'augmentation de la puissance électrique fournie, par diminution du débit d'eau d'extraction, on pourrait atteindre une augmentation de l'ordre de 5%. En effet, les turbines sont dimensionnées pour pouvoir fournir une surpuissance de 5 à 7%. Sur la figure annexée, on a représenté schématiquement et de façon très simplifiée le réglage-de la fourniture d'énergie pour compenser les fluctuations primaires de fréquence. En traits plus forts, on a représenté les éléments supplémentaires correspondant au réglage du débit d'eau d'extraction. Sur cette figure, on retrouve de façon classique l'introduction de la consigne PO de puissance à laquelle on ajoute le signal de réglage de fréquence Kdf, et la boucle principale de commande d'ouverture de soupapes de turbines S qui donne le débit de vapeur DV. On retrouve la branche HP correspondant à la haute pression et la branche BP correspondant à la basse pression. I1 y est également figuré la boucle de comparaison de la température primaire moyenne de consigne Tg avec la température primaire moyenne T. Le signal de comparaison peut agir sur les barres de réglage BR. On a également représenté la partie QEX correspondant au réglage du débit d'eau d'extraction avec passage dans les réchauffeurs REC. On trouve également la commande du régulateur de la vanne entre le condenseur et la bâche alimentaire. Ce réglage est assuré par la somme des signaux Ng de niveau d'eau dans le condenseur et de réglage de fréquence Kf. On voit essentiellement que le signal de régulation QEX de la vanne qui détermine le débit d'eau d'extraction dépend de l'écart de fréquence Kf. Ceci se traduisant par 1- Un signal de variation de débit d'eau d'extraction pro portionnel à Af qui est introduit directement dans le régulateur de la vanne de réglage du débit d'eau d'ex traction. Ainsi, si les variations de la fréquence autour de la valeur de consigne sont très rapides, le débit d'eau d'extraction ne peut pas le prendre en compte à cause de l'inertie du régulateur et de la vanne et dans ces con ditions, le réglage de la fréquence est fait à l'admis sion de la turbine et sur l'inertie de la chaudière, ce qui devrait se faire sans problèmes car l'énergie en jeu est faible. Par contre, si ces variations sont plus len tes, il y a variation du débit d'eau d'extraction, donc utilisation de l'inertie de la bâche alimentaire, ce qui nous intéresse puisque dans ce cas, l'énergie en jeu est plus forte. 2- Le même signal avec une constante de temps qui est in troduit dans le régulateur de niveau du condenseur, dé cale le niveau de consigne de manière à permettre le stockage ou le déstockage de l'eau. Il s'ensuit que lorsque la sorme des signaux niveau du condenseur + s-i gnal d'écart de fréquence aura retrouvé la valeur avant la perturbation, c'est-à-dire lorsque la fréquence sera égale à 50Hz, on atteindra un nouvel état d'équilibre caractérisé par un niveau plus haut ou plus bas que le niveau de consigne selon que l'on augmente ou que l'on diminue la puissance électrique, ce nouveau niveau est maintenu par le signal amorti un temps suffisant pour permettre l'arrivée d'une perturbation de fréquence de signe opposé. I1 est donc possible de réaliser par ce principe des variations de débit d'eau d'extraction autour d'une valeur moyenne dans un temps court tout en étant assuré à terme des quantités stockées ou destockées au moyen du réglage de niveau dans le condenseur. I1 découle de la description précédente que le procédé permet effectivement de régler la puissance électrique de la centrale sans avoir à modifier sa puissance thermique, et ceci dans une gamme non négligeable de fluctuations de puissance de moyenne nulle. Cela permet d'utiliser effectivement le réacteur à sa puissance maximale tout en assurant le réglage de la fréquence du réseau. On peut ainsi limiter les actions sur les barres de réglage, ce qui en diminue l'usure. Enfin, on supprime ou on réduit les cyclages thermiques dans la cuve du réacteur, ce qui diminue les con trathtes thermiques. REVENDICATIONS 1. Procédé de réglage primaire de la puissance électrique fournie par une centrale nucléaire à eau légère, ladite centrale comportant au moins dans le circuit secondaire de sa boucle de refroidissement un condenseur, une bâche alimentaire et des moyens pour régler le débit d'eau d'extraction du condenseur vers la bâche alimentaire, le procédé se caractérisant en ce qu'on agit sur lesdits moyens pour faire varier dans le temps ledit débit dans un sens ou dans l'autre pour augmenter ou diminuer la puissance électrique fournie par ladite centrale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on augmente ledit débit d'eau d'extraction pour diminuer la puissance électrique et en ce qu'on diminue ledit débit pour augmenter ladite puissance. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le réglage du débit d'eau d'extraction se fait à l'aide d'une vanne et dans lequel les fluctuations de puissance électrique sont dues à des fluctuations de la fréquence du réseau par rapport à sa fréquence nominale, ledit procédé se caractérisant en ce qu'on maintient la puissance thermique du réacteur constante et en ce qu'on applique à ladite vanne un signal de commande représentatif de l'écart de fréquence.