Feasibility Study of 24-month Refueling for VVER
-
摘要: 为减少VVER反应堆使用寿命内换料大修次数，提高机组能力因子，增加平均年度发电量，本文利用KASKAD软件包，通过增加燃料组件平均235U富集度和批换料数的方式，对VVER反应堆实现24个月换料周期的可行性进行了研究，从而设计出了长短交替的24个月长周期堆芯换料方案。对该方案计算结果分析表明：其循环长度分别为633.5 EFPD（EFPD为等效满功率运行天）或667.1 EFPD，各堆芯特性参数均满足设计限值要求，且有较大裕量；较目前18个月堆芯换料周期方案，该方案具有良好的经济效益，当国际天然铀采购价格每磅不超过60美元时，每台机组平均每年将至少带来约0.12亿元收益。因此，本文研究的24个月换料平衡循环堆芯装载方案具有很好的安全性、经济性、灵活性以及工程应用价值。Abstract: In order to reduce the number of refueling overhauls within the service life of VVER, improve the unit capacity factor, and increase annual power generation, this paper studies the feasibility of realizing the 24-month refueling cycle of VVER by increasing the average 235U enrichment of fuel assemblies and the number of refueling batches using KASKAD software package, so as to design a long and short alternative 24-month long cycle core refueling scheme. The analysis of the calculation results of this scheme shows that the duration of cycle is 633.5 EFPD (effective full power days) or 667.1 EFPD, respectively, and each core characteristic parameter meets the design limit requirements and has a large margin. Compared with the current 18-month core refueling cycle scheme, this scheme has good economic benefits. When the international natural uranium purchase price does not exceed 60 dollars/pound, each unit will bring at least 12 million yuan of income per year. Therefore, the core loading scheme of the 24-month refueling equilibrium cycle studied in this paper has good safety, economy and flexibility, and has very good engineering application value.
-
Key words:
- KASKAD software package /
- VVER /
- 24-month refueling /
- Equilibrium cycle /
- Economic analysis
-
图 1 第N循环堆芯装载图（堆芯呈60°对称）
Figure 1. The Core Loading Diagram of Cycle N (The Core is 60° Symmetrical)
图 2 第N+1循环堆芯装载图（堆芯呈60°对称）
Figure 2. The Core Loading Diagram of Cycle N+1 (The Core is 60° Symmetrical)
图 3 24个月换料周期与18个月换料周期的收益差随国际天然铀采购价格变化的关系曲线
Figure 3. Relation Curve of Income Difference between 24-month Refueling and 18-month Refueling with the Change of International Natural Uranium Purchase Price
图 4 24个月换料周期（90/96）与18个月换料周期（66/67）机组平均机组能力因子对比
Figure 4. Comparison of Average Unit Capacity Factors between 24-month Refueling (90/96) and 18-month Refueling (66/67)
表 1 堆芯设计参数
Table 1. Design Parameters of Core
参数名 数值 参数名 数值 堆芯设计热功率/MW 3000 燃料组件数目/组 163 堆芯出口冷却剂压力/MPa 15.7 控制棒组件数目/束 103 堆芯冷却剂流量/(m3·h−1) 85000 燃料组件的中心距/m 0.24 堆芯冷却剂出口温度/℃ 321 控制棒的工作速度/(m·s−1) 0.02 堆芯冷却剂平均温升/℃ 30 控制棒的下落时间/s 1.2 ~ 4 
下载: 导出CSV
表 2 燃料组件类型描述
Table 2. Description of Fuel Assembly Types
燃料组
件类型组件平均235U
富集度/%组件铀燃料棒数目/
组件燃料棒的235U富集度铀-钆燃料棒特性 组件中铀-钆燃料棒数目 组件中铀-钆燃料棒的235U富集度/% Gd2O3含量（质量分数）/% U49G6 4.9 306/5.0% 6 3.6 5 U49Z4 4.8 288/5.0% 24 3.6 8 U49Z7 4.8 285/5.0% 27 3.6 8
下载: 导出CSV
表 3 主要设计参数限值
Table 3. The Limiting Values of Main Design Parameters
参数名 限值 铀燃料棒线功率/(W·cm−1) ≤448 铀-钆燃料棒线功率/(W·cm−1) ≤360 铀燃料棒相对功率 ≤1.60 铀-钆燃料棒相对功率 ≤1.60 卸料组件燃耗/[(MW·d·kg−1(U)] ≤60 重返临界温度①/℃ ≤120 慢化剂温度系数②/(10−5℃−1) ≤0 工作棒组③积分价值/% ≥0.45 卡一束最大价值棒束时应急保护价值④/% ≥ 6.1 注：①计算状态为寿期末，卡一束最大价值控制棒，临界硼酸浓度为0 g/kg；②计算状态为寿期初，零功率，冷却剂温度280℃，控制棒全提，零毒物；③工作棒组是10号棒组，共计含有6束控制棒组件，所在燃料组件的编号分别为31、52、58、106、112、133，计算状态为额定状态，控制棒全提，平衡毒物；④计算状态为额定状态，平衡毒物
下载: 导出CSV
表 4 第N循环和第N+1循环装载燃料组件的类型和数量
Table 4. Types and Quantity of Fresh Fuel Assembly Used in Cycle N and Cycle N+1
循环号 N N+1 装入堆芯新燃料组件数量/组 90 96 不同燃料组件类型
装入数量/组U49Z7 54 60 U49G6 12 12 U49Z4 24 24 新燃料组件平均235U富集度/% 4.85 4.85
下载: 导出CSV
表 5 第N循环和第N+1循环堆芯特性参数
Table 5. The Core Characteristic Parameters of Cycle N and Cycle N+1
特性参数 参数值 限值 N N+1 循环长度/EFPD 633.5 667.1 慢化剂温度系数/(10−5℃−1) −2.70 −1.96 ≤ 0 卸料组件平均燃耗/[(MW·d·kg−1(U)] 45.4 45.3 卸料组件最大燃耗/[(MW·d·kg−1(U)] 55.4 56.6 ≤ 60 组件相对功率最大值 1.34 1.34 铀燃料棒相对功率最大值 1.54 1.55 ≤ 1.60 铀-钆燃料棒相对功率最大值 1.18 1.16 ≤ 1.60 铀燃料棒线功率最大值/(W·cm−1) 379 382 ≤ 448 铀-钆燃料棒线功率最大值/(W·cm−1) 292 288 ≤ 360 重返临界温度/℃ 74 71 ≤ 120 最小工作棒组积分价值/% 0.62 0.76 ≥ 0.45 额定功率下初始硼酸浓度/(g·kg−1) 8.08 8.42 卡一束最大价值棒束时应急保护价值/% 7.1 7.0 ≥ 6.1
下载: 导出CSV
表 6 24个月换料周期（90/96）和18个月换料周期（66/67）所使用燃料组件的类型、数量和费用
Table 6. Types, Quantity and Cost of Fresh Fuel Assembly Used for 24-month Refueling (90/96) and 18-month Refueling (66/67)
类型 18个月换料周期
（66/67）使用组件24个月换料周期
（90/96）使用组件U49G6数量/组 24 24 12 12 U44Z4数量/组 24 25 0 0 U49Z4数量/组 18 18 24 24 U49Z7数量/组 0 0 54 60 燃料组件总数/组 66 67 90 96 燃料组件费用①/亿元 6.515 6.609 9.104 9.709 4个连续平衡循环燃料
组件总费用②/亿元26.25 37.63 注：①燃料组件费用为每个平衡循环所需新燃料组件的采购费；②燃料组件总费用为18个月或24个月换料周期下4个连续平衡循环所用的燃料组件总费用
下载: 导出CSV
表 7 24个月换料与18个月换料平衡循环成本经济性分析
Table 7. Economic Analysis Results of 24-month Refueling and 18-month Refueling Equilibrium Cycles
序号① 参数 18个月换料
周期（66/67）24个月换料
周期（90/96）1 总循环长度/EFPD 2000 2601 2 换料大修总工期/d 135 135 3 燃料组件总费用/亿元 26.25 37.63 4 总发电收益/亿元 195.73 254.57 5 总乏燃料处理费用/亿元 13.02 16.93 6 总大修费用/亿元 5 5 7 收益总计②/亿元 151.47 195.01 8 平均年度收益③/亿元 25.89 26.01 9 平均年度燃料组件费用④/亿元 4.49 5.02 10 收益差⑤/亿元 0.12 注：①序号1~7为18个月或24个月换料周期下4个连续平衡循环相应参数之和；②收益总计=总发电收益−燃料组件总费用−总乏燃料处理费用−总大修费用；③平均年度收益=365×收益总计/（总循环长度+换料大修总工期）；④平均年度燃料组件费用=365×燃料组件总费用/（总循环长度+换料大修总工期）；⑤收益差=24个月换料周期平均年度收益–18个月换料周期平均年度收益
下载: 导出CSV
-
[1] 位金锋,许星星,付学峰,等. 177堆芯24个月换料可行性研究[J]. 强激光与粒子束,2017, 29(1): 016020. doi: 10.11884/HPLPB201729.160336 [2] SECKER J R, JOHANSEN B J, STUCKER D L, et al. Optimum discharge burnup and cycle length for PWRs[J]. Nuclear Technology, 2005, 151(2): 109-119. doi: 10.13182/NT05-A3636 [3] GREGG R, WORRALL A. Effect of highly enriched/highly burnt UO2 fuels on fuel cycle costs, radiotoxicity, and nuclear design parameters[J]. Nuclear Technology, 2005, 151(2): 126-132. doi: 10.13182/NT05-A3638 [4] HOVE C. 24-month PWR fuel cycles-Two decades of AREVA design and operating experience[C]//Topical meeting on advances in nuclear fuel managment. Virginia: AREVA Inc., 2015. [5] 王丹,王金雨. 24个月换料周期燃料管理初步研究[J]. 核动力工程,2013, 34(S1): 99-102. [6] 王丽华,曹泓,杨波,等. 核电厂多种长周期换料策略研究及改进[J]. 核科学与工程,2019, 39(6): 922-927. doi: 10.3969/j.issn.0258-0918.2019.06.010 [7] 钱纪生. WWER-1000压水堆核电厂运行物理[M]. 北京: 中国原子能出版社,2011: 260-279. [8] 姚红,刘国明,高鑫. 157组组件堆芯燃料管理方案设计及其经济性分析[J]. 核科学与工程,2016, 36(2): 273-278. doi: 10.3969/j.issn.0258-0918.2016.02.021 -
计量
- 文章访问数: 17
- HTML全文浏览量: 13
- PDF下载量: 2
- 被引次数: 0
