СПОСОБ РАБОТЫ АЭС С ВОДО-ВОДЯНЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ЯДЕРНЫМИ РЕАКТОРАМИ
METHOD OF OPERATING ATOMIC POWER STATION WITH WATER-TO-WATER NUCLEAR POWER REACTOR

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано при эксплуатации вновь проектируемых или модернизируемых АЭС с водо-водяными энергетическими ядерными реакторами с удлиненным периодом эксплуатации одной топливной загрузки.
Известен способ работы АЭС с улучшенным энергоиспользованием, включающий применение в реакторах водовытеснительных подвижных стержней, изменяющих энергетический спектр нейтронов (Патент №2535509 (Франция). Заявл. 27.10.82 №8218011, опубл. 04.05.84, МКИ 21С 7/08).
Недостатком данного способа является невозможность его использования на действующих Российских АЭС с водо-водяными энергетическими ядерными реакторами без их замены или серьезной модернизации.
Известен также способ работы АЭС с улучшенным энергоиспользованием за счет применения в реакторах более плотного расположения ТВЭЛов в активной зоне (а.з.) реактора (Amm Н., Frei G., Dalle-Donn М.е.а. ATWS parameter studies for a tight-lattice PWR "Anticipated and abnormal plant transients in LWR". - In: Proc. Amer. Nucl. Soc. Top.Meet., Jackson, 26-29 Sept. 1983. V.1. N.-Y.-London, 1984, p.667-677).
Недостатком данного способа также является невозможность его использования на действующих Российских АЭС с водо-водяными энергетическими ядерными реакторами без существенного изменения конструкции установленных реакторов.
Известна работа АЭС с водо-водяными энергетическими ядерными реакторами, имеющими удлиненный период эксплуатации на частичной топливной загрузке, с введением в начальный момент топливных циклов в а.з. реакторов стержней-водовытеснителей, а по мере выгорания ядерного топлива с постепенным извлечением этих вытеснителей из а.з. реакторов (Kuczera В. The advanced pressurized water reactor: A complementary system to the closed fuel cycle. - Trans. Amer. Soc, 1984, v.47, p.367-369).
Недостатком данного способа является резкое увеличение гидравлического сопротивления а.з. реакторов из-за уменьшения проходного сечения при использовании для полной компенсации запаса реактивности на действующих АЭС путем снижения водоуранового отношения за счет стержней-водовытеснителей (в начальный момент времени).
2
2
Наиболее близким техническим решением (прототип) является способ работы АЭС с водо-водяными энергетическими ядерными реакторами, имеющими удлиненный период эксплуатации на одной топливной загрузке, с заполнением в начальный момент топливных циклов а.з. реакторов замедлителем, состоящим из смеси тяжелой воды (DO) и обычной воды с добавкой борной кислоты (до 0,35% объемных долей) при следующем соотношении компонентов: 15-65% и 35-85% соответственно, введение в а.з. реакторов вытеснителей с постепенным их извлечением по мере выгорания ядерного топлива и постепенной продувкой обычной водой после извлечения вытеснителей из а.з. реакторов для снижения содержания тяжелой воды и борной кислоты в замедлителе вплоть до полного их удаления к концу топливного цикла, причем концентрация борной кислоты снижается плавно в течение всей компании до нуля, а концентрация DO снижается с определенного момента компании. При несовпадении концентраций тяжелой воды и борной кислоты в замедлителе с заданным режимом их изменения в различные периоды времени осуществляют их добавление в замедлитель (Ronen V., Fahima V. Combination of two spectral shift control methods for pressurized water reactor with improved power utilization. - Ibid., 1984, v.67, N 1, p.46-55).
2
Недостатком прототипа является то, что для продувки, например, четырех реакторов по отдельности имеют место значительный расход обычной воды, повышенные затраты на концентрирование продувочной воды до нужных значений в ней содержания DO, а также транспортировку тяжелой воды с мест ее производства при заполнении замедлителем а.з. реакторов в начальный момент следующих топливных циклов.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно понижение расхода обычной воды для продувки реакторов и снижение затрат в получении тяжелой воды.
2
2
2
Поставленная задача достигается тем, что в способе работы АЭС с водо-водяными энергетическими ядерными реакторами с удлиненным топливным циклом, включающем в начальный момент работы после загрузки топлива, заполнение а.з. реакторов замедлителем, состоящим из смеси тяжелой воды (DO) и обычной воды с добавкой борной кислоты (до 0,35% объемных долей) при следующем соотношении компонентов: 15-65% и 35-85% соответственно, введение в а.з. этих реакторов вытеснителей по мере выгорания ядерного топлива и постепенного извлечения вытеснителей из а.з. реакторов, осуществление постепенной продувки а.з. реакторов водой для снижения содержания тяжелой воды и борной кислоты в замедлителе до полного удаления их к концу топливного цикла, причем концентрация борной кислоты снижается плавно в течение всей компании до нуля, а концентрация DO снижается с определенного момента компании, продувку а.з. реакторов начинают обычной водой с реактора, который имеет замедлитель, содержащий наиболее низкую концентрацию тяжелой воды, затем часть этой продувочной воды используют для продувки а.з. другого реактора, замедлитель которого имеет концентрацию тяжелой воды несколько выше по сравнению с предыдущим реактором, и так поочередно продувают а.з. всех реакторов, плавно регулируя при этом содержание борной кислоты в замедлителе, другую часть использованной продувочной воды накапливают в буферных емкостях и используют в качестве замедлителей а.з. реакторов с предварительным обогащением их до заданных концентраций в замедлителе DO, при этом обогащение тяжелой воды в продувочной воде осуществляют, используя электроэнергию этой станции в период минимума электрической нагрузки, методом электролиза.
Предложенный способ иллюстрируется схемой процесса продувки а.з. реакторов, которая представлена на чертеже, где 1-4 - реакторы, 5-8 - буферные емкости, 9 - электролизная установка.
2
2
2
Способ осуществляется следующим образом. Сначала обычная вода подается для продувки а.з. в реактор 1, который имеет замедлитель, содержащий наиболее низкую концентрацию тяжелой воды, например 15%, при этом продувочная вода после реактора 1 поступает в буферную емкость 5. Затем осуществляют продувку а.з. реактора 2 с концентрацией тяжелой воды, равной 30%, в замедлителе. Продувку реактора 2 ведут до той концентрации тяжелой воды, которая была у 1-го реактора до начала продувки его а.з. (15%), регулируя при этом содержание борной кислоты в замедлителе, причем продувку ведут частью продувочной воды после продувки а.з. 1-го реактора, а другая часть продувочной воды остается в буферной емкости 5. Так поочередно продувают а.з. 3 и 4 реакторов с концентрациями тяжелой воды 45 и 65% соответственно, используя для продувки часть продувочной воды после продувки предыдущего реактора, другую часть накапливая в буферных емкостях 6,7,8. При этом продувку 3-го и 4-го реактора осуществляют до концентрации DO 2-го реактора (30%) и 3-го реактора (45%). Продувочная вода в буферной емкости 8 имеет концентрацию DO, близкую к концентрации тяжелой воды в замедлителе а.з. реактора 4 в начальный момент (65%). Продувочная вода в буферных емкостях обогащается в электролизной установке 9 до доведения концентрации тяжелой воды до 65%. Обогащение осуществляют в периоды минимума электрической нагрузки этой станции. Обогащенная продувочная вода из буферных емкостей 5, 6, 7 направляется в 8-ю емкость, где она хранится до новой загрузки топлива в реактор 1. После загрузки топлива осуществляют заполнение а.з. реактора 1 замедлителем, в качестве которого используют продувочную воду, накопленную в буферной емкости 8 с концентрацией DO 65%, и добавление борной кислоты до нужных значений, заменяя (условно) тем самым 1-й реактор 4-м реактором в начале следующего топливного цикла.
Предлагаемый способ позволяет уменьшить расход обычной воды, используемой для продувки а.з. реакторов, за счет использования многократно одной и той же воды для продувки нескольких реакторов, снизить затраты на получение тяжелой воды за счет использования ее в качестве замедлителя а.з. реакторов воды после продувки, предварительно обогащая ее до нужной концентрации, используя при этом электроэнергию этой же станции в периоды минимума электрической нагрузки, исключив, тем самым, затраты на транспортировку тяжелой воды с мест ее производства.