Розробка методів кваліфікації модернізацій стратегії експлуатації систем, важливих для безпеки ядерних енергетичних установок
Вантажиться...
Дата
2025
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Остаповець А.О. Розробка методів кваліфікації модернізацій стратегії експлуатації систем, важливих для безпеки ядерних енергетичних установок. Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 143 «Атомна енергетика». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2025.
Дисертаційна робота присвячена модернізації проєктних стратегій експлуатації, випробувань, технічного обслуговування і ремонту систем, важливих для безпеки ядерних енергоустановок (СВБ ЯЕУ), які визначаються такими положеннями :
- технологічними регламентами безпечної експлуатації ЯЕУ з ВВЕР стратегії планових випробувань (ПВ), технічного обслуговування і ремонту (ТОіР) СВБ встановлені апріорі без достатніх обґрунтувань і не враховують багаторічний досвід експлуатації ЯЕУ з ВВЕР;
- перспективними для підвищення ефективності експлуатації атомної енергетики України можуть бути стратегії експлуатації ядерних реакторів на підвищеній тривалості паливної кампаній (ПТПК) за рахунок підвищення номінальної потужності (ПНП) та модернізації термічних опорів ТВЕЛ, особливу актуальність стратегії ПНП та ПТПК мають у сучасних екстремальних умовах воєнного часу, що характеризуються значним зниженням рівня потужності генерації електроенергії. Відповідно до ядерного законодавства України, а також передового міжнародного досвіду модернізація стратегій експлуатації, ПВ та ТОіР СВБ ЯЕУ повинна бути заснована на достатніх обгрунтуваннях (кваліфікації) розрахунковими або експериментальними методами, що і визначає актуальність, мету та завдання роботи.Метою роботи є розробка методів кваліфікації модернізацій стратегій експлуатації, ПВ та ТОіР СВБ ЯЕУ з ВВЕР для підвищення безпеки та ефективності експлуатації атомної енергетики України. Основні завдання роботи: аналіз проєктних і перспективних стратегій
експлуатації ЯЕУ, а також нормативної та методичної бази модернізації стратегій експлуатації, ПВ та ТОіР СВБ ЯЕУ з ВВЕР; розробити альтернативний
детерміністичний метод кваліфікації стратегії експлуатації реакторів на підвищеній тривалості паливних кампаній (ПТПК) за рахунок підвищення номінальної потужності (ПНП) та модернізації термічних опорів ТВЕЛ; адаптувати ризик-орієнтований підхід оптимізації стратегій ПВ та ТОіР у режимах ПНМ та/або ПТПК; аналіз результатів оптимізації періодичності ПВ СВБ у режимах ПНМ та/або ПТПК. У вступі обґрунтовано актуальність розробки підходів та вказаних
спряжених моделей, надана загальна характеристика роботи, сформульована її мета, основні задачі, об’єкт та предмет досліджень, визначена наукова новизна та практична цінність отриманих результатів, представлено інформацію про особистий внесок здобувача та апробацію роботи, її структуру та обсяг.
У першому розділі проведено аналіз проєктних та перспективних стратегій експлуатації ЯЄУ, а також методичної і нормативної бази модернізації стратегії
експлуатації, ПВ і ТОіР СВБ ЯЕУ з ВВЕР. На основі проведеного аналізу встановлено: необхідність удосконалення методичної бази кваліфікації модернізації стратегій експлуатації, ПВ і ТОіР СВБ ЯЕУ; необхідність приведення у відповідність Правил і норм безпеки (ПНАЕ) до екстремальних умов експлуатації в умовах воєнного часу. Зокрема, встановлені в мирний час імовірнісні показники (критерії) ядерної безпеки (сумарна частота пошкодження активної зони — ЧПАЗ) не враховують реальні зовнішні екстремальні події воєнного часу. Наприклад, імовірність виникнення аварії з повним знеструмленням енергоблоків АЕС (аналог аварії на АЕС Фукусіма) раніше оцінювалася порядку не більше одного разу за мільйон років; а в екстремальних умовах воєнного часу лише за три роки сталося кілька десятків аварійних зупинокчерез пошкодження/руйнування критичної енергетичної інфраструктури та відповідне знеструмлення енергоблоків. ПНАЕ, приведені у відповідність до екстремальних умов воєнного часу, мають передбачати можливість розробки та впровадження непроєктних стратегій експлуатації ЯЕУ, спрямованих на підвищення ефективності безпечної експлуатації атомної енергетики України.
У другому розділі проведено аналіз відомих підходів розрахункової кваліфікації стратегій експлуатації ЯЕУ з ВВЕР в режимах ПНП та/або ПТПК. На основі проведеного аналізу встановлено:
• Гранично допустима номінальна потужність реакторів повинна визначатися умовами виникнення термоакустичної нестабільності теплоносія в активній зоні.
• Кваліфікація модернізацій стратегій підвищеної тривалості термінів паливних кампаній та номінальної потужності реакторів традиційними методами
аналізу безпеки детерміністичними кодами (ДК) є недостатньо обґрунтованою.
• Актуальною є розробка альтернативних методів кваліфікації стратегії ПНП, які дозволяють оптимізувати визначальні параметри модернізації стратегії
та не залежать від впливу на результати кваліфікації ефектів «різниці ДК та/або користувачів ДК». Вперше розроблено детерміністичний метод кваліфікації стратегії експлуатації ЯЕУ на ПНП і ПТПК, заснований на критеріях термодинамічної подібності проєктних і модернізованих робочих та аварійних режимів.
Розроблений метод встановлює оптимізацію визначальних параметрів (нейтронно-фізичних і/або теплофізичних властивостей ЯП і/або конструкційнотехнічних параметрів елементів активної зони) модернізованої стратегії
експлуатації реакторів на гранично допустимій номінальній потужності за умови дотримання необхідних умов ядерної безпеки. У третьому розділі адаптовано ризик-орієнтований метод оптимізації періодичності планових експлуатаційних випробувань (ЕВ) СВБ ЯЕУ у робочих режимах реактора до умов стратегії ПТПК та ПНП із урахуванням збільшення тривалості робочих режимів реактора (збільшення тривалості «паливних кампаній»). Критерій оптимізації — імовірність максимальної готовності виконання необхідних функцій безпеки. Параметри оптимізації:
• імовірність накопичення «прихованих» відмов/критичних дефектів у міжвипробувальні періоди часу робочих режимів реактора («режим очікування»);
• імовірність передчасного зношення/деградації/зменшення залишкового ресурсу обладнання СВБ унаслідок надмірно частих ЕВ.
У четвертому розділі на основі адаптованого до умов стратегії ПНП і ПТПК ризик-орієнтованого методу проведено кваліфікацію стратегії оптимізації
періодичності ЕВ наступних систем безпеки (СБ): системи аварійного охолодження активної зони реактора насосами високого та низького тиску,
системи підживлення та борного регулювання теплоносія, системи аварійного підживлення парогенераторів, тощо - у робочих режимах реактора на ПНП і
ПТПК. У результаті кваліфікації встановлено, що оптимальна періодичність ЕВ СБ у робочих режимах ПНП для півторарічної «паливної кампанії» у 3–4 рази більша за проєктну.
Опис
Ключові слова
аварія, АЕС, атомна енергетика, гідродинаміка, діагностика, експлуатація, кваліфікація, математичне та комп’ютерне моделювання, парогенератор, реактор, ядерна безпека, твел, теплообмін, ядерна енергетика, ядерне паливо, accident, NPP, nuclear energy, hydrodynamics, diagnostics, operation, qualification, mathematical and computer modeling, steam generator, reactor, nuclear safety, fuel rod, heat exchange, nuclear power industry, nuclear fuel
Бібліографічний опис
Остаповець, А. О. Розробка методів кваліфікації модернізацій стратегії експлуатації систем, важливих для безпеки ядерних енергетичних установок безпеки : дис. … д-ра філософії : 143 Атомна енергетика / Остаповець Андрій Олександрович. – Київ, 2025. – 263 с.