(57)【要約】【課題】  本発明は、原子炉の燃料バンドルの運転時シャフリングに関する。【解決手段】  本方法によれば、原子炉の炉心（３）は、運転サイクル中にシャットダウンされる。次いで、原子炉の炉心（３）の１つ又はそれ以上の燃料バンドルが原子炉の炉心（３）内の新しい位置に移動され、シャットダウン及び移動の段階の無い原子炉の炉心（３）の運転を続ける場合と比較して、原子炉の炉心（３）の総エネルギー出力が増大される。また、最適運転時シャットダウン時間を選択することも可能である。【選択図】      図９
2005114729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転時シャットダウンを予測して作成された初期運転計画に従って原子炉の炉心（３）を運転する段階と、
運転中に原子炉の炉心（３）をシャットダウンする段階と、
原子炉の炉心（３）の１つ又はそれ以上の燃料バンドルを原子炉の炉心（３）内の新しい位置へ移動させて、前記シャットダウン及び移動を行うこと無く原子炉の炉心（３）の運転を継続する場合と比較して原子炉の炉心（３）の総エネルギー出力を増大させる段階と、
を含む原子炉の炉心を運転する方法。
【請求項２】
最適運転時シャットダウン時間を選択する段階を更に含み、
前記シャットダウン段階は前記選択された運転時シャットダウン時間において実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
シャフリング計画を作成する段階を更に含み、
前記移動段階は、前記作成されたシャフリング計画に基づいて実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
運転時シャットダウン時間を選択する段階と、
前記原子炉の炉心によって生成されるエネルギーを最大化するようなシャフリング計画を作成する段階と、
を更に含み、
前記シャットダウン段階は、前記選択された運転時シャットダウン時間において実行され、
前記移動段階は、前記作成されたシャフリング計画に基づいて実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
１つ又はそれ以上の欠陥を有する燃料バンドルを除去する段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの欠陥を有する燃料バンドルを備えた１つ又はそれ以上の欠陥を有する燃料バンドルを新しい燃料バンドルと取り替える段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの欠陥を有する燃料バンドルを備えた１つ又はそれ以上の欠陥を有する燃料バンドルを燃料プールからの照射された燃料バンドルと取り替える段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの燃料バンドルを備えた１つ又はそれ以上の燃料バンドルを新しい燃料バンドルと取り替える段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの燃料バンドルを備えた１つ又はそれ以上の欠陥を有する燃料バンドルを燃料プールからの照射された燃料バンドルと取り替える段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
運転時シャットダウンを予測して前記初期運転計画を作成する段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、通常、数百の燃料バンドル集合体から形成された炉心を有する。各燃料バンドル集合体は幾つかの燃料集合体棒から形成され、各燃料集合体棒が様々な放射性元素を含有する。通常、幾つかの異なる燃料バンドル集合体が生成され、炉心設計者が該異なる燃料バンドル集合体を用いて炉心設計を作成する。炉心設計は、装荷マップと呼ばれる炉心内の各バンドルの配置を確立する段階と、運転サイクル又は装荷サイクルと呼ばれる一定の期間にわたる運転計画を構築する段階とを含む。運転計画は、装荷サイクルにわたる炉心の運転パラメータを構築する。運転パラメータ（本明細書においては等価的に「独立変数」及び「設計入力」とも呼ばれる）は、例えば、様々な物理的部品構成、及び個々に調整又は設定することができる制御可能な運転状態（例えば、典型的には制御棒パターンと呼ばれる制御棒の位置及び期間にわたる調整）を含む。装荷サイクルは、通常、１年、１．５年、又は２年で設計される。炉心設計が作成されると、該炉心設計は、運転を開始する前にＮＲＣによって認可される必要がある。
【背景技術】
【０００２】
認可されると、炉心設計を実行に移すことができる。運転期間の開始時期は通常、ＢＯＣすなわち運転サイクル初期と呼ばれる。原子炉始動時には、２〜３日の期間にわたり流量及び出力がゆっくりと増加する。最終的に、原子炉は、定格運転状態（定格出力、流量、入口エンタルピ、炉心圧力等）になるといわれる。ここで、原子炉は定格運転状態に留まることになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
数日から数ヶ月にわたる期間の後、原子炉は、炉心反応度の変化に関して再較正するため、或いは代替的な制御棒パターン計画又は配列で運転するために、運転パターン若しくは制御棒パターンを変更しなければならない。燃料バンドル集合体にかかる負荷を最小化するために、通常、これらの制御棒パターン修正中は出力が低下される。従って、制御棒パターン修正後その都度、出力上昇を付加することが必要となる。この運転方法は、反応及び運転の末期になるまで装荷サイクル（１年、１．５年、又は２年の期間）に対して行われる。プラントの装荷サイクルの終了は通常、ＥＯＣすなわちサイクル末期と呼ばれる。
【０００４】
本発明の発明者らは、原子炉の炉心の初期運転計画にシャットダウン及び再シャフル工程を計画することが、シャットダウン及びシャフリング工程を伴わない運転計画を上回るエネルギー出力の増大、従って収益の増加という有益な結果をもたらすことができることが分かった。このような計画された停止は、サイクル中に発生する可能性がある何らかの予測されない問題を軽減するのに利用することもできるであろう。こうした問題は、機能しなくなった燃料、又は同等に、漏れを生じている燃料棒、チャンネルのそり、不均一なバンドル照射に起因する燃料バンドルチャンネルの変形、及び制御ブレードの過度の使用歴などの、すなわち現在及び後続の燃料サイクル時に制御されたバンドルの熱性能を制限する可能性のある周知の核反応によって引き起こされる現象を含む可能性がある。このような問題の軽減は、生成されるエネルギー及びプラント可用性に関するプラント性能を積極的に改善することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明は、本明細書で以下に与えられる詳細な説明及び同じ要素が同じ参照番号で表される添付図面からより完全に理解され、これらは単に例証の目的で与えられ、従って本発明を限定するものではない。
【０００６】
最初に、運転計画を作成する方法を詳細に説明する。その後、本発明による運転時シャフリングによって原子炉性能を改善する方法を説明する。
【０００７】
運転計画の作成
以下の説明は、応答表面を生成するための例示的な実施形態に関する。応答表面を生成する方法は、例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｗｉｎｄｏｗｓ(登録商標)  ９５／ＮＴ環境下で実行されるエンドユーザアプリケーションとして動作させることができる。しかしながら、応答表面の生成は、何らかの特定のコンピュータシステム又は何れかの特定の環境に限定されるものではない。むしろ、本明細書で示すシステム及び方法が、化学的及び機械的プロセスシミュレーションシステム、加圧水型原子炉シミュレーションシステム、沸騰水型原子炉シミュレーションシステムなどを含む、多重制御変数基準の任意の工業的／科学的プロセス又はシステムの管理及び／又は最適化を必要とする環境に有利に適用することができることは当業者には理解されるであろう。更に、本システムは、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ(登録商標)、Ｎｅｘｔ  Ｓｔｅｐ、Ｏｐｅｎ  ＶＭＳなどを含む様々なプラットフォーム上で実施することができる。従って、以下の例示的な実施形態の説明は、例証の目的であって限定を目的とするものではない。
【０００８】
最初に図１Ａを参照すると、原子炉用の多重運転制御変数又は設計入力を最適化するためのシステム実施形態の一実施例がブロック図で示されている。特定の原子炉の炉心３を定義する原子炉プラント特有の設計制約条件及びサイクル特有の初期データ１は、最適化システム２への入力データとして提供される。運転制御変数又は設計入力（例えば、制御棒パターン、燃料装荷、炉心流量等）に関する最適化値は、原子炉の炉心の設計及び管理に使用するための出力として提供される。
【０００９】
図１Ｂを参照すると、応答表面を生成する段階を含む最適化方法を実施することができる、コンピュータネットワーク構成の一実施例が示されている。複数の汎用コンピュータ１０／プロセッサ１１は、ローカルエリア通信ネットワーク（ＬＡＮ）１５に接続されており、ローカルエリアネットワーク通信（ＬＡＮ）１５自体は、１つ又はそれ以上の遠隔コンピュータ２１との通信のために１つ又はそれ以上の別個のオープンネットワーク或いはプライベートアクセスネットワーク２０に接続することができる。好ましい実施形態において、多重制御変数最適化方法は、コンピュータ１０の少なくとも１つに常駐するソフトウェアモジュールを介して実行される。以下に説明するように、該モジュールは、コンピュータ１０間で分散していてもよく、或いはＬＡＮ１５及び／又はネットワーク２０を介して通信する１つ又はそれ以上のコンピュータ１０（及び２１）上に常駐していてもよい。
【００１０】
図１Ｂで示されるように、通信ネットワーク１５及び／又は２０は、インターネットのようなオープンネットワークであってもよく、或いはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）などのプライベートアクセスネットワークであってもよい。汎用コンピュータ１０は、直接又はモデムを介してネットワーク１５に接続されており、通常のＩ／Ｏ及びユーザインターフェース部品（図示せず）に加えて専用メモリ１２を備えるか又は備えない独立したプロセッサ１１からなる。コンピュータ１０は、例えば、ＶＭＳ−アルファコンピュータシステム、レガシーコンピュータシステム、高速ワークステーション又は高速ＩＢＭ互換パーソナルコンピュータ（デスクトップ或いはラップトップシステムなどの）である、種々の高速プロセッサのうちの任意のものとすることができる。ネットワーク１５及び２０を介した通信は、例えばＴＣＰ／ＩＰプロトコルのような、効率的なプロセッサ間通信を容易にする通常プロトコル及びプロプラエタリプロトコルの任意の好ましい組み合わせを用いて達成することができる。
【００１１】
２つ又はそれ以上のコンピュータ１０（２１）、好ましくは原子炉の炉心運転シミュレーション用の適切なソフトウェアの実行をサポートすることができるシステムが、データファイル及び制御情報を交換するためのＬＡＮ１５及び／又はネットワーク２０のような何らかの通信リンクを介して接続される。例えばゼネラルエレクトリック（ＧＥ）製の「ＰＡＮＡＣＥＡ」３Ｄ炉心シミュレーションプログラムのような、ほとんどの任意の従来型炉心シミュレーションプログラム（又はプログラム一式）を本発明と共に用いることができる。この種のシミュレータプログラムは、炉心を定義する三次元変数を処理することができる。選択された「独立した」原子炉制御変数又は設計入力（例えば、燃料装荷、制御棒パターン、炉心流量等）に関する値を含む入力ファイルが入力として提供され、更にシミュレータプログラムが、選択された性能パラメータ又は運転出力に関する値を含む出力ファイルを提供する。例えば、運転出力は、限定ではないが、限界出力比（ＣＰＲ）、シャットダウンマージン（ＳＤＭ）、最高断面平均線出力密度（ＭＡＰＬＨＧＲ）、線出力密度最大部分（ＭＦＬＰＤ）、高温過剰反応度（ホットエクセス）、半径方向及び軸方向出力ピーキング、ピーク燃料棒及びバンドル照射量、装荷されたウラン−２３５の１キログラム当たりに（メガワット−日数で）生成される原子炉エネルギー出力により測定したウラン利用率等のような、燃料運転サイクルにわたる原子炉の炉心性能を測定するのに通常用いられるパラメータを含む。
【００１２】
解析された性能パラメータの多くは、例えばＭＡＰＬＨＧＲ、ＭＦＬＰＤ、及び最大限界出力比（ＭＣＰＲ）などの空間依存性と時間依存性の両方を有する。従って、これらの運転出力の幾つかは、１つ又はそれ以上の炉心燃料交換サイクル全体にわたる複数の離散間隔（即ち、全ての「照射段階」の各々）における原子炉の炉心の状態を表すことができる。
【００１３】
次に図２を参照しながら、応答表面を生成する多重制御変数最適化方法を実行するための例示的なソフトウェアシステム２００内における基本機能プロセス及びデータの流れを説明する。選択可能な「分解能」レベル（以下により詳細に説明する）に関する情報、他の処理選択肢、及び原子炉の炉心サイクル特有の入力データ情報が、初期段階においてユーザにより入力されるのが好ましい（図示せず）。このユーザ入力情報から、特定の燃料サイクルに対する特定の原子炉プラントに特有の原子炉炉心特性及び品質に決定的な影響を与える運転制約条件を含むサイクル特有の原子炉炉心プロフィール入力ファイル２０１が作成される。サイクル特有の入力データを用いて、特定の原子炉における初期「中心点」データケースを定める初期独立制御変数値又は設計入力値を特定する。この中心点データは、原子炉の炉心シミュレーションプログラム（実際のシミュレーションプログラムは図示せず）への入力データファイル２０２として提供される。原子炉の炉心運転シミュレーション２０７は、この中心点データを用いて実行される。例えば、三次元（３Ｄ）解析炉心シミュレーションが、選択された「ホスト」コンピュータ１０上で実行される。シミュレーションプロセスが完了すると、中心点ケースシミュレーション出力データファイル２１２が生成される。次に、このファイルからの中心点ケースシミュレーション出力データは、選択された「ホスト」コンピュータ１０のデジタル記憶メモリ内に多次元アレイで格納され、様々な制御変数値に対する原子炉性能評価用の一種の応答表面２１９を生成するための基礎として用いられる。
【００１４】
次に、選択された運転制御変数に対する独立制御変数値の所定の変化によって表される様々な物理的条件及び制約条件下で動作する、同じ原子炉炉心の独立したシミュレーションが、ソフトウェアシステムによって同時に実行される。各々が選択された制御変数（即ち設計入力）に対する値の変化を反映する、異なるシミュレータ入力データファイル２０３〜２０６が生成され、各入力ファイルは、通信ネットワーク１５、２０を介して接続された１つ又はそれ以上の独立したコンピュータ又はプロセッサ１０、２１上に常駐する独立した原子炉炉心シミュレータプログラム又はプロセス２０８〜２１１に送られる。受け取った入力ファイルの値に基づいて炉心シミュレーションを実行した後、各シミュレータプロセスは、結果として得られた原子炉炉心の従属変数の出力値（即ち運転出力）を反映する出力データファイル２１３〜２１６を返す。独立変数ケース２０８〜２１１の各々についての原子炉炉心シミュレーションの全てが完了すると、シミュレータ出力ファイル２１３〜２１６からのデータは、例えば各データ項目を元の「中心点」ケース２１２から取得された出力データで除算することによって、ブロック２１７に示すように正規化される。
【００１５】
全てのシミュレーションケース出力データが正規化された後、各独立制御変数ケースに対する正規化データは、伝達関数として特徴付けられる。例えば、正規化データは、所与の制御変数の変化に対する所与のシミュレータ出力の変化を反映する、１組の対応する二次多項式に写像されるが、より高次の又はより低次の多項式を用いることもできる。換言すれば、その各々が１組の関連する多項式係数によって特徴付けられる二次多項式が、若干の限られた数の原子炉炉心シミュレーションにおいて得られたシミュレーション出力データに適合するように選択される。各独立制御変数を評価するために、例えば３回のシミュレーション、中心点ケース及び特定の制御変数に対して中心点ケース定量値がそれぞれ増減される２つの変動ケースが例示的に用いられる。次いで、この多項式が、各制御変数に対して選択された運転出力（即ち、性能パラメータ）の定量値を予測するための「予測子」として利用される。ブロック２１８に示すように、二次多項式を解くための通常のアルゴリズム技術（例えば、曲線近似）を用いて、正規化されたシミュレータ出力データから各多項式を一意的に定義する係数が生成される。この正規化係数データは、ブロック２１９で示すように、本明細書において「応答表面」として定義されるコンピュータメモリの領域内に格納される。基本的には、応答表面２１９は、設計入力（制御変数）の値の個々の変化又は複合変化に対する原子炉の従属運転出力（性能パラメータ）応答又は関係を含む。このようにして、応答表面は、多重独立制御変数に対する様々なケースシミュレーションから結果として得られた炉心シミュレーション出力データを格納するための一種のサイバーワークスペース及びデータアレイリポジトリとして機能する。
【００１６】
次に、各制御変数が容認可能な範囲にわたって当該制御変数の値に対する変更を適用して各制御変数に対する多項式が評価され、最良の多項式予測子が選択される（２２０）。多項式最適化及び評価モジュール並びに図７に関して更に詳細に説明するように、変更値を評価するために、選択された最適多項式予測子によって与えられた制御変数を用いて、別のシミュレーションプロセス２２１が実行される。シミュレーション結果により原子炉性能の改善が示される場合、この変更された制御変数は、初期中心点ケースを上回る改善として受け入れられる。次いで、この新しい組み合わせの独立変数が、新しい中心点ケースとして再定義され、制御変数評価プロセス全体が、それ以上の有意な改善が得られなくなるまで繰り返される（図２に点線で示すように）。このように、応答表面は、このプロセスを通じて変更及び改善される。これ以上の改善が得られないことを判断すると、より小さい（より限定された）範囲の制御変数値を用いて応答表面を絞り込み、上記の段階が繰り返される。制御変数に対してそれ以上の改善が認められず、且つ制御変数値の範囲を狭めることができなくなると、最適化プロセス全体が本質的に完了したものとみなされる。
【００１７】
図３には、各モジュールの機能的プログラム制御段階の実施例をより詳細に示す添付図面４〜８をそれぞれ参照して、多重制御変数最適化方法を実施するための例示的なソフトウェアシステム３００の概要が、機能的に関連するセクション又は「モジュール」として示されている。ソフトウェアシステム全体を含むソフトウェアシステム３００の１つ又はそれ以上のモジュールは、１つ又はそれ以上のプロセッサ又はネットワーク化されたコンピュータシステム上への分散及びインストールを容易にするために、コンピュータ可読媒体上で具現化することができる。機能的に関連するソフトウェアの各セクションは、本明細書においては別個のプロセッサによって個別に又は集合的に実行することができるコンポーネントソフトウェアモジュールとして説明されているが、本ソフトウェアシステムは、必ずしもモジュール型のコンポーネントでの実施に限定されるものではない。図３に示すように、ソフトウェアシステム３００の実施形態の一実施例は、応答表面初期化モジュール３０１と、１つ又はそれ以上の制御変数モジュール３０２と、多項式係数生成モジュール３０３と、多項式使用モジュール３０４と、応答表面保存／変更モジュール３０５とを含む。ソフトウェアシステム３００内の機能的に関連するソフトウェアのモジュール型構成により、特定の用途に対して所望の又は必要に応じた様々な制御変数モジュール（図５Ａ〜図５Ｅ）の使用又は省略を容易にすることによって、異なる環境に対するソフトウェアシステムの総合的な柔軟性及び適用性が高められ、更に、新しい別の制御変数モジュール又は更新された制御変数モジュールの追加が容易になる。
【００１８】
応答表面初期化モジュール３０１は、基本的に、所与の原子炉炉心に対する運転条件及び運転制約条件（例えば、初期炉心燃料装荷状態、制御棒パターン等）を記述するオペレータ入力データを受け取り、応答表面２１９を正規化するための出発点又は「中心点」シミュレーションケースを生成する役割を担う。制御変数モジュール３０２の各々は、例えば燃料バンドル装荷状態、制御棒位置、炉心流量、配列変更位置、バンドル特性等のような特定の種類の炉心制御変数に対するシミュレーションケースデータを生成するためのプログラム制御段階を含む。各種類の設計入力（独立制御変数）に対し、多くの運転出力（従属変数）ケースを検討することができる。更にまた、特定の制御変数モジュールによって検討される各独立変数ケースにおいて、少なくとも２つの炉心シミュレーションが実行され、これにより応答データが得られる。そのうちの１つのシミュレーションは、独立制御変数値を所定量だけ増加させながら中心点シミュレーションケースの値を用いて実行され、もう１つのシミュレーションは、独立制御変数値を所定量だけ減少させながら中心点シミュレーションケースの値を用いて実行される。特定の制御変数又は設計入力に対する増加及び減少シミュレーション入力値の間の差違は、制御変数の範囲又は「幅」と呼ばれ、全てのシミュレーションケースの結果が応答表面内に保存されるので、本明細書においてはこれは応答表面の「幅」（この制御変数に関する）とも呼ばれる。各シミュレーションケースの結果は、炉心シミュレーションプロセス内でモデル化された全ての運転性能パラメータ（従属変数）に関する値を含む。最終的に応答表面は、各独立変数ケースに関する少なくとも３つの炉心シミュレーションケースの結果を含み、中心点ケースの応答及び特定の制御変数モジュールによって生成された２つの変動ケースの応答を含む。
【００１９】
制御変数モジュール３０２は、ＬＡＮ内の単一のコンピュータ／プロセッサ１０を用いて順次実行されるのが好ましい。特定の原子炉プラント特有の検討事項に向けて作成された追加の制御変数モジュール（ここには図示せず）を用いることもできる。制御変数モジュール３０２は、任意の順序で実行することができ、また様々な品質に決定的な影響を与える検討事項及び所望される可能性のある原子炉性能に対する改善の程度に応じて、（図３に点線で示されるように）任意の単一の又は幾つかの制御変数モジュールを用いることもできる。制御変数値を含むシミュレーション入力データファイルは、各制御変数モジュールによって生成され、常駐する炉心シミュレータプログラムを有するＬＡＮ（又は遠隔ネットワーク２１）内の他のコンピュータ／プロセッサに送られる。プロセッサが１つのシミュレーションケースを完了すると、プロセッサは、結果として得られた値を含むシミュレータ出力データファイルを生成し、応答表面を保持しているコンピュータにこのファイルを送信する。原子炉炉心シミュレーションは通常非常に長い時間を要するものであることから、この分散された処理構成が多くの異なる炉心シミュレーションケースを多少なりとも同時に進行させ、これにより炉心シミュレーション時に費やされる総経過時間を大幅に短縮する。
【００２０】
或いは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、又は他の通信リンクを介して接続された異なる独立のコンピュータ上に異なる制御変数モジュールを常駐させることもできる。例えば、このような実施形態において、あるコンピュータ上に常駐する応答表面初期化モジュール３０１は、ＬＡＮを介して特定の所望の制御変数モジュールの実行を該モジュールが常駐する別のコンピュータに要求し、次いで応答表面からの中心点ケースデータを転送することになる。
【００２１】
多項式係数生成モジュール３０３は、各独立変数ケースに対する炉心シミュレーション結果を各性能パラメータ（即ち、運転「従属」変数）に対応する一意的な二次多項式曲線に写像するためのプログラム制御コードを含む。各多項式の係数値は、各多項式が対応する性能パラメータに関する３つのシミュレーションケースから得られたデータに適合するように決定される。多項式使用モジュール３０４は、各制御変数の値に対する変更及び共に検討される制御変数の組み合わせに対する変更を探求し、何れの変更が炉心性能に最も大きな影響をもたらすかを判定するためのプログラム制御コードを含む。炉心シミュレーションの実行には時間を要するので、多項式は、炉心シミュレーションを実行する代わりに制御変数の入力幅全体わたる性能パラメータ値を決定するための高速予測子（３Ｄシミュレータの実行に比べて）として用いられる。性能に最大の影響を及ぼす制御変数は、所定の目標関数を用いて予測された性能パラメータ値を繰り返し比較することによって決定される。最後に、保存／変更モジュール３０５は、応答表面の保存及び文書化を行い、且つ定量化された最適の運転制御変数値を出力するため、或いは応答表面の「幅」を縮小することによって結果を更に改善することが可能であると判定された場合に応答表面を変更するためのプログラム制御コードを含む（以下により詳細に説明される）。
【００２２】
次に図４を参照すると、これは、応答表面初期化モジュール３０１によって実行される機能段階の実施例を示すフローチャートである。最初の幾つかの初期段階４０１〜４０４では、基本的に、初期の中心点シミュレーションケースを作成するために必要な情報を収集して特定する。段階４０１においては、制御変数の初期値（すなわち、初期制御棒パターン、初期炉心装荷配列等）及び初期応答表面幅を含むサイクル特有の原子炉の炉心の運転条件データが、オペレータ入力を介して指定される。段階４０２において、特定の原子炉プラントの設計基盤を形成する特定の運転制約条件が、収集されたオペレータ入力情報から特定され、このような設計基盤及び制約条件情報が、別の解答の相対品質を比較するために用いられる「目標関数」（後述する）の評価を助ける。更に、コンピュータオペレータは、２つ又はそれ以上の制御変数の運転値の変化が原子炉性能に及ぼす影響を組み合わせて考慮することができる、多項式最適化及び評価モジュール並びに図７に関して以下により詳細に説明する入力選択肢を選択することができる。
【００２３】
段階４０３において、最適化中に検討すべき特定の独立制御変数（炉心装荷状態、制御棒パターン、炉心流量、配列交換、バンドル特性等）が、収集されたオペレータ入力情報に基づいて特定される。段階４０４において、炉心内で用いることになる燃料バンドルが特定され、且つ反応度値に基づいてソートされる。次に、段階４０５において、中心点シミュレーションケースを作成するための炉心シミュレーション入力データファイルが生成され、常駐する（又は遠隔の）炉心シミュレーションプログラムに送られる。シミュレーションが終了すると、シミュレーションの結果はシミュレーション出力ファイルに戻される。段階４０６において、多次元アレイがシミュレーション「応答表面」としてメモリ内で生成され、シミュレーション出力ファイルからのデータが初期中心点ケースとして該アレイに格納される。
【００２４】
次に、１つ又はそれ以上の制御変数モジュール３０２が実行され、特定の制御変数の値の変動に対するシミュレーションケースデータが生成される。１つより多い制御変数モジュールの実行は任意選択的である。また、この開示内容から容易に明らかとなるように、追加の制御変数特有モジュール（本明細書には開示せず）を要求に応じて含むこともできる。前述のように、個々の制御変数モジュールを単一のプロセッサによって順次実行してもよく、或いはＬＡＮ又はＷＡＮ内の異なるコンピュータ上で同時に実行してもよい。各制御変数モジュールの実行によってより多くのシミュレーションケースデータが応答表面に追加されることになるので、本発明の方法の精度及び達成し得る可能性のある原子炉性能最適化が、これに応じて改善される。
【００２５】
図５Ａを参照しながら、燃料バンドル装荷における制御変数モジュールの一実施例によって実行される機能段階を最初に説明する。燃料バンドル装荷モジュールは、燃料バンドル位置又は装荷配列の変更によって生じる原子炉性能パラメータの変化を調べるものである。従来のほとんどの原子炉炉心は対称的な八分円からなり、従って１つの八分円内におけるバンドル配列のみを考慮するだけでよい。しかしながら、対称的な八分円は、このプロセスの要件ではない。段階５０１に示すように、特定の原子炉に関する制約条件が事前に特定される場合、燃料バンドル装荷状態の変更が許容されるか否かが最初に判定される。バンドル装荷状態の変更が許容されない場合、プログラム制御は別のモジュールに移る。バンドル装荷状態の変更が許容される場合、ブロック５０２で示すように、各異なる位置に対して段階５０３〜５０７を繰り返すことによって全ての許容し得るバンドル位置が系統的に検討される。
【００２６】
段階５０３において、選択された位置におけるバンドルの既知の反応度値が、所定のより高い値に変更される。次いで、新しい炉心シミュレーション入力ファイルが生成され、これは燃料バンドルの反応度値の変更と、中心点に対するあらゆる反応度の差異を最小化するために残りの燃料のシャフリングとを反映するものである。この残りの燃料のシャフリングは、段階４０４によって生成された予めソートされたリストを参照することにより容易に達成され、これによりソートされたリスト内におけるバンドルの順位ポジションが、「カスケード」法で１ポジションだけずらされる。例えば、ソートされたリスト内で反応度順位１０から順位５に変更される位置は、順位５を順位６に、順位６を順位７になど、順位９を順位１０にするまで順位を変更するよう作用することになる。次いで、段階５０４に示すように、炉心シミュレーション入力ファイルは、シミュレーション処理のために利用可能なプロセッサ／コンピュータに送られる。（「制御棒減損」を反映する炉心シミュレーション入力ファイルが一般に意図されるが、非制御棒減損型のシミュレータ入力ファイルもまた、本方法と共に用いることができる。）送られた炉心シミュレーションの結果を待つことなく、段階５０５において、同じ位置に対するバンドルの反応度値が元の反応度値よりも低い値に変更される。様々な制御変数モジュールに関して本明細書に説明するように、特定の制御変数に対する値に要求される増加及び減少の合計量は、検討中の特定の制御変数に応じて予め決定されており、これが制御変数を調べる値の範囲又は「幅」を定める。
【００２７】
次に、段階５０６において、変更された反応度値を有する新しい炉心シミュレーション入力ファイルが再び生成され、別のシミュレーションを処理するために任意の利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られる。１つの運転上の実施例において、段階５０４及び５０６におけるシミュレーションケースが完了すると、各シミュレーションからの出力データパラメータは、例えば、炉心シミュレーションを実行する各プロセッサ／コンピュータにより、中心点に対して正規化し、多項式に当てはめ、且つ共通の応答表面２１９に格納することができる。他の位置における燃料バンドルに対する反応度値の変更が未だシミュレートされていない場合には、必ずしも前の段階の炉心シミュレーションが完了するのを待つことなく、段階５０７に示すように、全ての容認可能なバンドル位置の検討が完了するまで新しいバンドル位置が選択され、段階５０３〜５０６が再び繰り返される。最終的に燃料バンドルの反応度の変動に対する全ての独立制御変数ケースの検討が完了すると、別のモジュールの制御下で処理を続けることができる。
【００２８】
図５Ｂは、制御棒又は制御ブレードの様々な軸方向位置を探求するための制御変数モジュールの一実施例により実行されるプログラム制御段階を示す。図５Ａの燃料バンドル装荷モジュールと同様の方法で、各制御棒に関する２つのシミュレーションケースが作成され、このシミュレーション結果が共通の応答表面に追加される。段階５０９において、原子炉に関する制約条件が事前に特定される場合、制御棒パターンの変更が許容されるか否かが最初に判定される。制御棒パターンの変更が許容されない場合、プログラム制御は別のモジュールに移る。制御棒の変更が許容される場合、段階５１０に示すように、解析のために予め決定された制御棒が選択される。次に、段階５１１において、選択された制御棒の位置の初期値が、炉心の物理的境界又は指定されたユーザ限界を超えないような所定量だけ増加される。次いで、段階５１２に示すように、選択された制御棒の位置の値だけを変化させた新しい炉心シミュレーション入力ファイルが生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られて、シミュレーション処理が行われる。
【００２９】
段階５１３において、段階５１１で行われたように、同じ制御棒に関する制御棒位置の値が元の位置の値よりも低い値に変更される。次に、段階５１４において、変更された位置の値を有する新しい炉心シミュレーション入力ファイルが再び生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られて、第２のシミュレーションケースが処理される。段階５１５に示すように、他の制御棒に関する位置の値の変更をシミュレートすることになる場合、新しい制御棒が選択され、全ての制御棒の検討が完了するまで段階５１１〜５１４が再び繰り返される。燃料バンドル装荷モジュールと同様に、制御棒位置決めモジュールにおける各段階は、必ずしも前の段階の炉心シミュレーションが完了するのを待つことなく進行させることができる。最終的に、制御棒位置の変動に対する全ての独立制御変数ケースの検討が完了すると、別のモジュールの制御下で処理を続けることができる。
【００３０】
図５Ｃは、炉心流量の変化から応答表面を作成するための制御変数モジュールの一実施例によって実行されるプログラム制御段階を示す。図５Ａ及び図５Ｂの別の独立制御変数モジュールと同様の方法で、各炉心流量制御変数に対して２つのシミュレーションケースが作成され、共通の応答表面に追加される。段階５１９において、原子炉に関する制約条件が事前に特定される場合、炉心流量の変更が許容されるか否かが最初に判定される。炉心流量の変更が許容されない場合、プログラム制御は別のモジュールに移る。炉心流量の変更が許容される場合、段階５２０に示すように、解析のために特定の炉心流量変数が選択される。次に、段階５２１において、選択された炉心流量変数の初期中心点ケース値が所定量だけ増加される。次いで、段階５２２に示すように、選択された炉心流量変数値だけを変化させた新しい炉心シミュレーション入力ファイルが生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られてシミュレーション処理が行われる。
【００３１】
段階５２３において、段階５２１と同様に、同じ炉心流量変数に対する炉心流量値が元の値よりも低い値に変更される。次に、段階５２４において、変更された炉心流量値を有する新しい炉心シミュレーション入力ファイルが再び生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータに送られて第２のシミュレーションケースが処理される。段階５２５に示すように、他の炉心流量変数に関する炉心流量値の変更のシミュレートが未だ完了していない場合、次の独立炉心流量変数が選択され、全ての独立炉心流量変数の検討が完了するまで段階５２１〜５２４が再び繰り返される。上述の他の制御変数モジュールと同様に、このモジュールにおける各段階は、必ずしも前の段階の炉心シミュレーションが完了するのを待つことなく進行させることができる。最終的に、炉心流量変数に対する全ての独立制御変数ケースの検討が完了すると、別のモジュールの制御下で処理を続けることができる。
【００３２】
図５Ｄは、配列間隔の変化に基づいて応答表面を作成するための制御変数モジュールの一実施例によって実行されるプログラム制御段階を示す。他の制御変数モジュールと同様の方法で、運転サイクル中に発生する各制御ブレードの配列間隔に対して２つのシミュレーションケースが作成され、共通の応答表面２１９に追加される。段階５２９において、原子炉に関する制約条件が事前に特定される場合、配列間隔の変更が許容されるか否かが最初に判定される。変更が許容されない場合、プログラム制御は、別のモジュールに移る。変更が許容される場合、段階５３０に示すように、解析のために特定の配列間隔が選択される。次に、段階５３１において、選択された配列間隔の初期中心点ケースの配列間隔値がユーザ指定量だけ増加される。次いで、段階５３２に示すように、選択された配列間隔値だけを変化させた新しい炉心シミュレーション入力ファイルが生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータ１０に送られてシミュレーション処理が行われる。
【００３３】
段階５３３において、段階５３１と同様に、同じ制御ブレード配列間隔に対する配列間隔値が元の値よりも低い値に変更される。次に、段階５３４において、変更された位置の値を有する新しい炉心シミュレーション入力ファイルが再び生成され、利用可能なプロセッサ／コンピュータに送られて第２のシミュレーションケースが処理される。段階５３５に示すように、他の配列間隔変数に関する値の変更のシミュレートが完了していない場合、新しいバンドルが選択され、全ての他の関連する独立配列間隔変数の検討が完了するまで段階５３１〜５３４が再び繰り返される。他の制御変数モジュールと同様に、このモジュールにおける各段階は、必ずしも前の段階の炉心シミュレーションが完了するのを待つことなく進行させることができる。最終的に、配列間隔変数に対する全ての独立制御変数ケースの検討が完了すると、別のモジュールの制御下で処理を続けることができる。
【００３４】
図５Ａ〜図５Ｄに示すモジュールは共に、例えば装荷パラメータ、制御棒パターンパラメータ、流量パラメータ、及び配列置換パラメータ等のような、本質的に「連続的」であるとみなされる値を有することができる独立制御変数を検討する最適化方法の能力を実証するものであるが、本方法はまた、バンドル特性のような「離散」値制御変数の変化を検討するためにも用いることができる。離散値型制御変数を検討するための制御変数（ＣＶ）モジュールの一実施例が、図５Ｅに示す燃料バンドル特性関連を用いて提供される。
【００３５】
次に図５Ｅを参照しながら、バンドル特性の変化から原子炉シミュレーション応答データを作成するプログラム制御段階の実施例を説明する。この実施例において、燃料バンドル特性は、半径方向及び／又は軸方向ウラン２３５濃縮度の変動、並びに／若しくは半径方向及び／又は軸方向ガドリニウム変動に起因するもののような、燃料棒構成に差異を有する任意の燃料バンドルを表すことができる。前述のモジュールと同様に、各独立制御変数に対して炉心シミュレータケースが生成されて実行される。各燃料バンドル特性独立制御変数が完了すると、従属変数出力情報が相対的な中心点に対して正規化される。しかしながら、応答は多項式には写像されず、線形関数に写像される。全ての制御変数モジュール３０２及び対応するシミュレーションケースの実行が完了し、シミュレーション結果が相対的な中心点に対して正規化されると、次いで、シミュレーションケースデータが多項式及び／又は線形関数の何れかに写像され、その結果が応答表面２１９に格納される。
【００３６】
図６は、各独立変数ケースに対する３つのデータ値（即ち、より上の値、下の値及び中心点の値）に当てはまる多項式に各シミュレーションケースを写像するための多項式係数を生成する機能的プログラム制御段階の実施例を示す。機能的段階６０１において、全てのシミュレーションケースが完了し且つ応答表面が更新されるまで、これ以上の処理が遅延される。次に、段階６０２及び６０３において、応答表面にアクセスされ、制御変数モジュール３０２によって生成された全てのシミュレーションデータが中心点ケースデータに対して正規化される。次に、機能的段階６０４において、各独立制御変数に対する３つの正規化されたシミュレーションケース値に当てはまる一意的な二次多項式を定義するための係数が決定される。しかしながら、ある制御変数（例えば、燃料バンドルのロッド構成）の評価は離散的変化としてのみ評価することができるので、これらの種類の変数に対する炉心シミュレーション結果は、離散的な一次評価として応答表面内に格納され、多項式には写像されない。最終的に、段階６０５において、各多項式の係数が保存され、これ以上の処理が多項式最適化及び評価モジュールにより継続される。
【００３７】
図７は、多項式最適化及び評価モジュール３０４用の機能的プログラム制御段階の実施例を示す。このモジュールは、各制御変数に関連する二次多項式の各々によって予測された原子炉の性能パラメータ値を調べ、何れの制御変数及び値が原子炉性能に最も有意な改善をもたらすかを判定する。段階７００及び７０１において、制御変数シミュレーションケースの各々から生成された多項式が応答表面からアクセスされ、サブグループに分類され、該制御変数の許容可能な値の幅全体にわたって性能パラメータ（例えば、ＣＰＲ、ＭＦＬＰＤ、ＭＡＰＬＨＧＲ等）の定量値を予測するために用いられる。換言すれば、制御変数が選択され、該制御変数によって影響を受ける性能パラメータ（即ち、運転出力）の各々に関連する多項式を用いて、制御変数の幅（即ち、所定許容値の範囲）全体にわたる選択された制御変数の値の所定数の離散的増分変化の各々に対して、原子炉性能を表す１組の性能パラメータ値が予測される。このプロセスが全ての独立制御変数に対して繰り返される。
【００３８】
当該技術分野において一般に「重ね合わせ」として知られる原理に基づき、異なる変数に対して共に組み合わせて加えられた複数の変更の正味の効果は、個別に加えられた個々の制御変数の変更の効果を合計することにより求めることができる。従って、初期化及び入力段階（すなわち、例えば図４の初期化モジュールの段階４０１及び４０２に関して上述したサイクル特有の入力及び設計基盤の考慮事項を特定する際）において、本システムのユーザは、１つより多い独立変数の定量的運転値に対する変更を互いに組み合わせて評価することを可能にする入力選択肢として最適化「分解能」レベルを選択することができる。従って、この選択肢が予め選択されている場合には、次いで、段階７００において、選択された複数の独立制御変数のあらゆる組み合わせの個々の多項式から予測された効果を即座に組み合わせて、共に加えられた異なる制御変数に対する複数の変更が多くの原子炉の炉心性能パラメータの各々に及ぼすであろう正味の効果が定量的に求められる。選択された分解能レベルが高いほど、より多くの独立制御変数が共に組み合わされて評価され、従って、原子炉性能を向上させることになる組み合わせが検出される確率が高くなる。例えば、選択された最適化分解能レベルが「３」である場合、３つの異なる独立制御変数及び検討される制御変数の総数のうちの３つの制御変数のあらゆる組み合わせに対する定量値の変化が評価されることになる。特定の分解能の下で、複数の制御変数中の全ての離散的変化が、各制御変数に対して関連する多項式予測子を用いて調べられる。
【００３９】
高い方の分解能レベルは低い方の分解能レベルよりもやや長い処理時間を要求する可能性があるが、各ケースに対して原子炉の炉心の実際のコンピュータシミュレーションを実行する代わりに多項式予測子が適宜に使用及び組み合わされるので、全体の処理時間は、従来の方法よりも有意に短い。このようにして、本方法は、本質的に網羅的であり、且つ包括的な最適燃料サイクル設計を特定することがほぼ保証される。極めて高い分解能レベルは、長い処理時間を要求することから実際には実現可能ではない可能性があるが、特定の分解能レベルの選択を可能にするこの方法の能力により、システムユーザは、達成することが所望される真の絶対最適状態への「接近」度を選択的に定量化することが可能となる。
【００４０】
次に、段階７０２において、個々の制御変数又は制御変数の組み合わせ（すなわち、設計入力）に対して加えられた各定量値変更について、「目標関数」試験を用いて、性能パラメータ（即ち、「従属」変数）の改善効果の観点から当該変更の相対的な「価値」又は「強度」が定量化される。目標関数は、定められた設計限界に対する性能「違反」の統合によって主として決定され、エネルギーの追加、熱マージンの増加等のような有益な結果に関連する任意の性能「信用」の統合によって補正される、各性能パラメータに対する特定の限界値を設定する。例えば高温過剰反応度、ＭＦＬＰＤ、ＭＡＰＬＨＧＲ等のような性能パラメータの各々の設計限界値に所定の乗数（即ち、数学的係数）が適用され、各パラメータの正規化及び相対的順位付けが行われる。基本的には、段階７０２において、当該技術分野における通常の知識及び手法に従って作成された目標関数を用いて各予測性能パラメータ値が試験され、炉心性能を最適化するための最良の組み合わせの制御変数多項式予測子が決定される。段階７０３において、制御変数の最良値が特定される。各多項式予測子は特定の制御変数に対応するので、段階７０２の目標関数によって順位付けされた多項式予測子が比較され、制御変数の最適値の特定が完了するまで、段階７００〜７０２が繰り返される。次に、段階７０４において、制御変数値が以前の繰り返し（存在する場合）から得られた値と比較され、何らかの改善（すなわち、目標関数によって与えられた性能指数の改善）が存在することが見出されるかどうかが判定される。改善が検出されない場合、図８に示す段階によって処理が継続される。幾らかの改善が存在することが見出された場合、１つ又はそれ以上の制御変数に対応する選択された最良の多項式予測子からの改善値を用いて炉心シミュレータ入力ケースが作成され、段階７０５に示すように、炉心シミュレーションが実行される。
【００４１】
多項式を使用することにより、どのような変化が原子炉性能の改善をなすことができるかについて迅速に予測することが可能となるが、段階７０５における炉心シミュレーションは、シミュレーションプロセスと応答表面内の多項式係数データとの間の較正を可能にする。本質的に、これは、改善された制御変数の下での炉心の運転を文書化した「実際の」（「予測」ではなく）炉心シミュレーションデータを提供することにより、予測された改善の検証を可能にする。段階７０６において、段階７０５の炉心シミュレーション結果が中心点ケースからの炉心シミュレーション結果（又は以前の最適化の結果）と比較され、炉心性能に対して何らかの改善が得られたかどうかが判定される。段階７０５からの結果が中心点ケースを上回る改善を示した場合、段階７０８に示すように、その改善が組み込まれ、そしてプロセスが再び繰り返される。段階７０５において炉心シミュレーションの結果が改善されていない場合、これに対応する制御変数は、「信頼できない」とみなされ、段階７０７においてそのように特定される。すなわち、段階７０７では、対応する制御変数値は、可能性のある解決策としてはみなされないことになる。段階７０９において試験されたときに、信頼できない制御変数が所定数を超えると、多項式最適化及び評価は停止され、図８に示す段階で処理が続けられる。
【００４２】
図８は、応答表面保存／変更モジュール３０５の機能的プログラム制御段階の実施例を示す。最初に、応答表面の現在の「幅」（すなわち、探索される制御変数値の範囲に関しての応答表面の幅）が段階８０１において調べられる。制御変数に関するシミュレーションケースを作成する際にＣＶモジュールによって用いられる値の所定範囲を縮小することが可能である場合、該範囲が縮小され、元の中心点ケースデータを用いて新しい応答表面の作成が開始される。これは、機能的段階８０２において応答表面の幅を縮小するものとして示されている。この時点において、最適化プロセスは、図４に入口点「Ｂ」で示すように、１つ又はそれ以上の様々な制御変数モジュールを用いてこの「新しい」応答表面の作成を再び最初から開始する。ＣＶモジュールによって用いられる制御変数値の「幅」の縮小が実行可能でない場合、段階８０３及び８０４によって示すように、現在の応答表面データが文書化（保存）され、最適化された制御変数値が出力される。
【００４３】
運転時シャフリング
図９は、本発明の一実施形態による運転時シャフリングによって原子炉性能を改善する方法のフローチャートを示す。説明の目的のみのために、図９による運転時シャフリングによって原子炉性能を改善する方法を、図１Ｂに示すアーキテクチャにより実施されるものとして説明する。図に示すように、段階Ｓ３０において、上に詳細に説明した初期運転計画が作成される。しかしながら、この初期運転計画は、運転時のシャットダウン及びシャフリング操作が発生することになることを先験的に認識した上で作成される。この状況において、段階Ｓ３０において作成される初期運転計画は、一般的なこれまでの概念とは異なるものとすることができる。例えば、運転計画の設計者は、運転時シャフリング後のサイクルの一部に対してより少ない運転マージンを目標とする可能性がある。装荷及び制御棒パターンの計画は、運転時シャフル時に変更することができるので、追加の運転マージンを運転時シャフルの進行中に含めることができる。次いで、ユーザは、段階Ｓ３２における中間サイクルのようなユーザが選択した運転時シャットダウン点に対する炉心運転をモデル化する。すなわち、ユーザは、作成された炉心設計に関する周知のシミュレーションプログラムを実行して、運転時シャットダウン点までの運転をシミュレートする。シミュレーションの結果に応じて、ユーザは、異なる運転時シャットダウン点に対してシミュレーションを再実行する決定を行うことができる。運転時シャフルの時間に影響を及ぼす要因は、運転中の停止時におけるエネルギーの予想価格、停止時要員の利用可能性（幾つかの公益企業は同じ機能停止時要員を利用する複数の原子炉を所有している）等であろう。段階Ｓ３２は、以下に詳細に説明する炉心シャフリングに基づく新しい運転計画を認可し且つ実施するのに十分な時間をかけることができる場合には、ユーザが選択した運転時シャットダウン点に先立つ任意の時点で実行することができる。例えば、段階Ｓ３２は、原子炉内の炉心設計を実際に実施する前、若しくは場合によっては炉心設計に従って原子炉が運転を開始した後でユーザによって実行することができる。
【００４４】
段階Ｓ３２が炉心設計に従って原子炉が運転を開始した後に実行されると仮定した場合、実際の独立制御変数値及び結果として得られた従属変数値の多くが、炉心設計から逸脱している可能性がある。従って、これらの偏差は、段階Ｓ３２におけるシミュレーション運転に組み込むことができる。ユーザが選択した運転時シャットダウン点において決定される独立制御変数値及び従属変数値は、その運転時シャットダウン点における原子炉の予測状態を表している。
【００４５】
次いで、運転時シャットダウン点からサイクルの終了までの原子炉の炉心の運転に関する最適化された運転計画が、段階Ｓ３４で作成される。この運転は、運転時シャットダウン点における原子炉の予測状態が運転計画最適化プロセスの初期独立制御変数値及び従属変数値として用いられることを除いて、段階Ｓ３０において初期運転計画が作成された方法と同様に実行される。また更に、上に詳細に説明した運転計画最適化プロセスは、燃料バンドルシャフリングの多くの可能な並べ換えに対して実行されることになる。理解されるように、燃料バンドルシャフリングは、炉心内のバンドルが別の炉心内の位置へ移動することである。従って、可能な並べ替えは、移動する燃料バンドルの数だけでなく、これらのバンドルを移動させることができる異なる位置をも含む。或いは、可能な燃料バンドルシャフリングケースの予定計画の数を、シャフルされる燃料バンドルの最小数、シャフルされる燃料バンドルの最大数、燃料バンドルを移動させることができる最大距離等といった、ユーザが入力した制約条件に基づいて制限することもできる。この代替的実施形態において、ユーザ制約条件を満たす燃料バンドルシャフリングケースの予定計画のみに関して任意選択的な運転計画が作成される。別の代替的実施形態において、燃料バンドルシャフリングケースの予定計画は、ユーザによって指定される。
【００４６】
各燃料バンドルシャフリングケースの予定計画に対して候補解決策が生成されると、段階Ｓ３６において最良解決策が決定される。最良解決策は、運転マージンを満足しながら最大量のエネルギーを生成し、従って最大額の収益をもたらすことになる解決策である。
【００４７】
段階Ｓ４０において、ユーザは、この最良解決策が受け入れ可能であるかどうかを判定する。すなわち、ユーザは、最適解決策がシャットダウン及び炉心シャフルを起こすことの無い連続原子炉運転よりもより多くのエネルギーを発生するかどうかを判定する。理解されるように、この決定に際し、ユーザは、原子炉をシャットダウンするコストを明らかにすることになる。最良解決策を受け入れることができない場合には、該最良解決策は実行されず、シャットダウン及び炉心シャフリング無しに原子炉の運転が続けられる。
【００４８】
しかしながら、受け入れ可能な解決策が決定されると、段階Ｓ４３において、周知の方法で結果として得られた炉心設計が認可される。その後、段階Ｓ４４において原子炉がシャットダウンされ、段階Ｓ４６において、新しく認可された炉心設計が実行される。次いで段階Ｓ４８において、新しい炉心設計に従って原子炉の運転が再開されることになる。
【００４９】
上述のように、発明者らは、上述した運転時シャットダウン及びシャフリング操作がサイクル全体にわたるエネルギー出力を高め、従って原子炉によって得られる収益が増大することを発見した。
【００５０】
発明者らは更に、運転時シャフリングプロセスによって付加的な利益をもたらすことができると判断した。計画された運転時シャフリングプロセスを用いて、チャンネルのそり、制御ブレードの履歴、及び最も機能しなくなる燃料に関連するどのような予測できない問題をも軽減することができる。深刻なチャンネルのそりの問題は、制御ブレードの運動を制限するか、若しくは最悪の場合、制御ブレードを完全に不能にすることもあり得る。機能しなくなる燃料は、原子炉の通常運転中に漏れ始める可能性のある燃料バンドル集合体である。これは、１つ又はそれ以上の個々の燃料集合体棒において穴（小さな又は大きな）が形成されたときに発生する。従って、様々な放射性元素を含む燃料集合体棒の内部が原子炉容器水に曝される。より大きい炉心容器への放射性材料のこの放出は、環境的及び経済的な被害を引き起こす可能性がある。このような穴又は亀裂を引き起こす多くの潜在的原因がある。これらは、燃料ピンの製造溶接不良、被覆材料の不十分なブレンド、被覆に常時こすれて開口を生成する水中の破片、水質の悪さによって引き起こされる腐食等によって生じる可能性がある。急速な燃料棒パターン調整のような運転上発生する事柄も、燃料集合体ロッドに損傷を引き起こすことが知られている。制御ブレードの使用歴は、制御ブレードの近傍に配置された燃料バンドルの燃料バンドル熱性能に悪影響を与える可能性のある周知の核反応現象である。最終的な目標は、制御照射量を一定の臨界値より低く制限し、これにより燃料バンドルの熱性能に劣化が生じないことを保証することである。
【００５１】
棒被覆の完全性が損なわれ、放射性材料が原子炉水に曝される場合は常に、放射性材料の微量元素が水中に存在し、これは水サンプルによって検出することができる。これらのサンプルは、「気体廃棄物」と呼ばれる場合が多い。気体廃棄物が放射性成分の通常量より多いことが確認されると、漏れを生じている燃料棒を含む１つ又はそれ以上の燃料バンドル集合体が存在することが分かる。このような発生後には、漏れを生じている燃料バンドル集合体の位置及び数の特定を試みるために、出力レベルを低下させて気体廃棄物の量を抑制し且つ測定する系統的な処理が行われる。更に、漏れを生じている燃料バンドル集合体の経年に関しては、放射性材料の組み合わせのわずかな差異によって明らかにすることができる。従って、炉心プラントを開くことなく、管理者及び技術者は、漏れの疑いのあるバンドル及びそれらの位置の公正な推定を得ることができる。この情報に基づき、可能な解決策を研究することができる。
【００５２】
実際には、４つの主要な可能性のある解決策が存在する。第１に、サイクルを時期を早めて終了することができる。これは、通常、気体廃棄物のレベルが非常に高く及び／又はサイクルが既にＥＯＣに近い場合のケースであろう。第２に、プラントは、何も実行しないことを決定することができる。この措置の結果として、気体廃棄物のレベルが安定した状態を保つ可能性が最も高く、運転の継続に伴いレベルは急激に上昇することになる。通常、これは一時的措置に過ぎず、気体廃棄物のレベルが容認できるほど低い間に使用される。第３の可能性は、制御ブレードで漏れを生じている燃料集合体の周辺の炉心領域を抑制することである。このようにすると、漏れを生じている燃料集合体によって生成される出力の量が低減される。この出力の低減により、集合体の役割を最小限にすることができる。これは問題を解決することにはならないであろうが、原子炉が適切な出力レベルを維持することができる時間を増やし、漏れを生じている燃料バンドル集合体に対する損傷を最小限に抑えることができる。その結果、気体廃棄物のレベルは、はるかに遅い速度で増加することになる。このような手法では２〜３ヶ月の追加運転が必要となることが多いが、フルサイクル能力を大きく低下させ、熱限界を考慮したマージンとなる。この方法は、通常、計画された運転停止の準備をすることができるまで取られる暫定的段階である。第４の解決策は、原子炉の炉心をシャットダウンし、漏れを生じている燃料バンドル集合体を取り替えることである。損傷した燃料バンドル集合体が同様の又はより低い反応度を有するバンドルと取り替えられると、原子炉の炉心運転が再開される。この解決策は、漏れを生じている燃料集合体の問題を解決するが、原子炉事業会社にとっては極めて費用のかかるものである。原子炉がシャットダウンされていた間は出力が全く生成されず、従って、収益が全く得られない。更に、シャットダウン、取り替え、及び再開プロセスに付随して多大な費用がかかる。多くの場合、原子炉停止に際しては数百人から千人を超える人々を必要とする。漏れを生じている燃料棒以外に、様々な機器（タービン、ポンプ、計測器等）の故障のような他の問題となる状況が発生する可能性があり、これらも、同様の関連する収益損失及び高コストを伴う炉心シャットダウンを必要とする。
【００５３】
発明者らは、予定された運転時シャットダウンを含む運転計画を有する原子炉の炉心の状況においてこれらの問題が発生する場合、これらの問題は炉心シャフリングプロセス中に排除することができ、且つサイクル性能を積極的に改善することができることが分かった。更に、運転計画の最適化は、問題のあるバンドルの除去及びバンドル取り替えを含めることに相当するものとすることができる。
【００５４】
図１０は、本発明の一実施形態を示す。図示のように、図１０の実施形態は、追加の段階Ｓ３３を除いて図９に示す実施形態と同じである。従って、簡潔にするために、これらの追加段階のみを説明する。図示のように、ユーザが選択した運転時シャットダウン点に対する原子炉の炉心の運転をモデル化した後、段階Ｓ３３において、ユーザは、シャットダウン中何れの燃料集合体バンドルを外すかを決定する。例えば、遭遇した問題が１つ又は複数の漏れを生じている燃料集合体バンドルである場合、これらのバンドルは、取り外す対象として選択されることになる。更に、対称の位置にある同様の種類のバンドルも外される対象とすることができる。また、取り外されるバンドルの選択には、漏れを生じている燃料集合体バンドルに隣接するバンドル、及び漏れの疑いがあるが確認されていないバンドルも含めることができる。何れの燃料集合体バンドルを外すかを決定するプロセスは、通常、原子炉を運転及び管理している人員からの入力を含むことになる。経験、履歴データ、又は単純に予算上の制約の何れかに基づき、多くの場合は、これらの人員が何れのバンドルを取り替えるかを指示し、何れのバンドルを取り替えることができるかに関する制限を与えることになろう。
【００５５】
その後、ユーザが、燃料バンドルの取り替え用セットを指定する。取り替え用セットは、ユーザによって選択された新しい燃料バンドル、又はその原子炉の燃料プール若しくは別の原子炉の燃料プールに常備された燃料バンドルを含むことができる。ここで、ユーザは、除去される燃料バンドルと交換する各燃料バンドルを指定する。その後、本方法は段階Ｓ３４に続く。
【００５６】
更に発明者らは、ユーザが原子炉の燃料プール若しくは別の原子炉の燃料プールをシャフリングプロセスに含めれば、問題のあるバンドルが存在しない場合でも運転時シャットダウン及び炉心シャフリングプロセスにより更に利点がもたらされることも分かった。すなわち、ユーザは、燃料バンドルを燃料プールから炉心内に移し、炉心から取り外して燃料プール内に移すことができる。
【００５７】
以上のように本発明を説明したが、本発明を多くの方法で変更することができることは明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】原子炉用の多重運転制御変数を最適化するためのシステムを示すブロック図。
【図１Ｂ】本発明を具現化することができる独立したプロセッサのネットワーク構成の一実施例の概略図。
【図２】原子炉の炉心の多重制御変数最適化を実行するためのソフトウェアシステムの実施形態の一実施例におけるプロセス間の基礎データの流れを示すデータ流れ図。
【図３】原子炉の炉心の多重制御変数最適化方法を実行するためのソフトウェアシステムの実施形態の一実施例を示すブロック図。
【図４】応答表面初期化モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ａ】燃料バンドル装荷モジュールによって実行される機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ｂ】制御棒軸方向位置決めモジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ｃ】炉心流量モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ｄ】配列間隔モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図５Ｅ】燃料バンドル特性モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図６】多項式係数生成モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図７】多項式使用モジュールによって実行される例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図８】応答表面結果を保存し且つ修正するための例示的な機能的プログラム制御段階を示すフローチャート。
【図９】本発明の実施形態による運転時シャフリングによって原子炉性能を改善する方法のフローチャート。
【図１０】本発明の別の実施形態による運転時シャフリングによって原子炉性能を改善する方法のフローチャート。
【符号の説明】
【００５９】
Ｓ３０  初期運転計画を作成する
Ｓ３２  シャットダウンするための操作をモデル化する
Ｓ３４  シャフリングによる最適化
Ｓ３６  最良解決策を特定する
Ｓ４０  受け入れ可能な計画か？
Ｓ４２  認可
Ｓ４４  シャットダウン
Ｓ４６  実行
Ｓ４８  運転を再開する
【図１Ａ】
2005114729.tif 000003
【図１Ｂ】
2005114729.tif 000004
【図２】
2005114729.tif 000005
【図３】
2005114729.tif 000006
【図４】
2005114729.tif 000007
【図５Ａ】
2005114729.tif 000008
【図５Ｂ】
2005114729.tif 000009
【図５Ｃ】
2005114729.tif 000010
【図５Ｄ】
2005114729.tif 000011
【図５Ｅ】
2005114729.tif 000012
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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