Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Темп выжигания топлива. Выше было показано, какое значение для эффективного и экономичного использования ядерного топлива на АЭС имеет глубина выгорания, которая определяет энерговыработку топлива. Однако вряд ли можно считать эффективным и экономичным использование ядерного топлива, если эта энерговыработка будет достигаться за крайне длительный промежуток времени, вследствие низкого среднего коэффициента нагрузки ф или же из-за малой (допустимой по условиям тепло-съема) фактической энергонапряженности / топлива в реакторе, существенно отличающейся от проектной.
Произведение /ф в формуле (4.7) определяет интенсивность использования топлива на АЭС, темп (скорость) его выжигания. Чем выше темп выжигания, тем меньше время, когда загруженное в реактор топливо лежит в нем «мертвым грузом», тем быстрее оно сгорает и производит энергию. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы иметь при выбранной глубине выгорания максимальный темп выжигания, обеспечивая заданное значение средней удельной проектной з-нерговыработки топлива:
Вгод/5=7фТк/?-. (4.11)
Здесь Втол — годовое использование В, МВт• сут/(т-год); фГк — число суток использования установленной тепловой мощности реактора в_ году; J — средняя проектная энергонапряженность, МВт/т; Б—средняя проектная глубина выгорания, MBtX Хсут/т топлива.
Энергонапряженность и удельная загрузка топлива. Предельно допустимая энергонапряженность ядерного топлива в энергетических реакторах на единицу массы урана начального обогащения в основном определяется тремя факторами: концентрацией делящихся нуклидов в топливе, т. е. значением выбранного начального обогащения; принятой топливной композицией и конструкцией твэла; организацией теплосъема, обеспечивающего отвод тепла теплоносителем от самых энергонапряженных твэлов и ТВС. Предельные условия теплосъема зависят от степени дисперсности и равномерности распределения делящихся нуклидов в сердечнике твэлов, теплопроводности топливной композиции и материала оболочек, от физических свойств теплоносителя, выбранных режимов и параметров охлаждения твэлов.
Допустимая тепловая мощность реактора, определенной зоны или отдельного канала (сборки) в конечном счете ограничивается максимальной энергонапряженностью топлива /макС в самом напряженном твэле или участке TBC активной зоны. С учетом же коэффициента неравномерности энерговыделения по высоте (kz) и радиусу (kr) средняя энергонапряженность топлива в отдельных TBC или каналах, а также в группах TBC (в зонах равного обогащения урана) и в активной зоне реактора в целом ока-
зывается примерно в 1,3—1,8 раза меньше, чем максимально допустимая энергонапряженность /макс-
Однако распределение энерговыделения по объему активной зоны и по отдельным TBC в условиях эксплуатации не остается постоянным и меняется во времени вследствие выгорания, перегрузок топлива, изменений режима нагрузки, управляющего воздействия органов регулирования и т. п. Поэтому следует различать так называемые «мгновенные», т. е. текущие, значения коэффициентов неравномерности k* и kz*, которые ограничивают предельно допустимый уровень тепловой мощности отдельной TBC и реактора в делом, и средние по времени кт и k2, которые определяют неравномерность выгорания и энерговыработки по ТВС.
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.).
Удельная загрузка топлива начального обогащения, отнесенная на 1 кВт тепловой мощности реактора (qT) или на 1 установленный кВт электрической мощности (g3), может быть выражена следующими соотношениями:
Формула (4.12) может быть записана через мгновенные значения коэффициентов неравномерности и максимально допустимую энергонапряженность (/&у*=/Макс). Тогда
При тепловых расчетах ядерных реакторов более удобна для использования не массовая энергонапряженность топлива /, а объемная энергонапряженность Jv, которая выражает плотность энерговыделения, отнесенную к единице объема активной зоны (кВт/л). При определении Jy учитывается только тот объем TBC и активной зоны в целом, в котором происходят тепловыделение, съем и отвод теплоносителем тепла от твэлов. В реакторах канального типа при расчетах Jv исключается объем, занимаемый замедлителем (графит, тяжелая вода) и органами управления. В корпусных водо-водяных реакторах учитывается объем, занимаемый активной (топливной) частью ТВС. Объемная энергонапряженность ядерного топлива в реакторе связана с массовой теплонапряженностью:
gT=G0x/NT=\U; ^э=(/ох/А/эбр=Оож/(Л/тлбР).
(4.12)
g3 = kv/(] максТїбр)-
(4.13)
Jv = JI(stPv),
(4.14)
где єт — объемная доля, занимаемая топливной композицией в элементарной ячейке охлаждения ТВС; ри — эффективная плотность заполнения названного выше объема ураном.
