Розробка методів кваліфікації модернізацій стратегії експлуатації систем, важливих для безпеки ядерних енергетичних установок

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorКоньшин, Валерій Іванович
dc.contributor.authorОстаповець, Андрій Олександрович
dc.date.accessioned2025-06-12T13:31:10Z
dc.date.available2025-06-12T13:31:10Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractОстаповець 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.
dc.description.abstractotherOstapovets A.O. Development of qualification methods for the modernization of the operation strategy of systems important for the safety of nuclear power plants. – Qualification scientific work in the form of a manuscript. Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in specialty 143 "Nuclear Energy". – National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2025. The dissertation is devoted to the modernization of design strategies for operation, testing, maintenance and repair of systems important for the safety of nuclear power plants, which are determined by the following provisions: - technological regulations for the safe operation of nuclear power plants with VVER strategies for scheduled testing, maintenance and repair of systems important for safety are established a priori without sufficient justification and do not take into account the long-term experience of operation of nuclear power plants with VVER; - strategies for operating nuclear reactors with extended fuel campaign duration by increasing rated power and modernizing thermal resistance of fuel elements may be promising for improving the efficiency of nuclear power in Ukraine; strategies for increasing rated power and extending fuel campaign duration are especially relevant in the current extreme wartime conditions characterized by a significant decrease in power generation capacity. According to the nuclear legislation of Ukraine, as well as international best practices, modernization of operation strategies, scheduled testing, maintenance and repair of systems important for the safety of nuclear power plants should be based on sufficient justification (qualification) by computational or experimental methods, which determines the relevance, purpose, and objectives of the work. The aim of the study is to develop methods for qualifying modernization of operation strategies, scheduled tests, maintenance and repair of systems important for the safety of VVER nuclear power plants to improve the safety and efficiency of nuclearpower in Ukraine. The main objectives of the work are to analyze the design and perspective operation strategies of nuclear power plants, as well as the regulatory and methodological framework for modernization of operation strategies, scheduled tests and maintenance and repair of systems important for the safety of VVER nuclear power plants; to develop an alternative deterministic method for qualifying the strategy of reactor operation for extended fuel campaigns by increasing the rated power and modernizing the thermal resistance of fuel elements. Adapt a risk-based approach to optimizing strategies for scheduled testing and maintenance and repair in modes of increased rated power and/or extended fuel campaigns; analyze the results of optimizing the frequency of scheduled testing of systems important to safety in modes of increased rated power and/or extended fuel campaigns. The introduction substantiates the relevance of developing the approaches and the above coupled models, provides a general description of the work, formulates its purpose, main objectives, object and subject of research, defines the scientific novelty and practical value of the results obtained, provides information on the personal contribution of the applicant and the testing of the work, its structure and scope. The first section analyzes the design and long-term operation strategies of nuclear power plants, as well as the methodological and regulatory framework for modernization of the operation strategy, scheduled tests, maintenance and repair of systems important for the safety of nuclear power plants with VVER. Based on the analysis, it was established that there is a need to improve the methodological basis for qualification of modernization of operation strategies, scheduled tests, maintenance and repair of systems important for the safety of nuclear power plants; the need to bring the Safety Rules and Regulations into compliance with extreme wartime operating conditions. In particular, the probabilistic indicators (criteria) of nuclear safety (total core damage frequency) established in peacetime do not take into account real external extreme events in wartime. For example, the probability of an accident with complete blackout of NPP units (analogous to the Fukushima accident) was previously estimated to be no more than once in a million years; and in extreme wartime conditions, several dozen emergency shutdowns occurred in just three years due to damage/destruction of critical energy infrastructure and corresponding blackout of power units. Safety rules and regulations brought in line with extreme wartime conditions should provide for the possibility of developing and implementing non-design-based strategies for the operation of nuclear power plants aimed at improving the efficiency of safe operation of the nuclear power industry of Ukraine. Second section analyzes the known approaches to the calculation qualification of strategies for the operation of nuclear power plants with VVER in the modes of increased rated power and/or increased duration of fuel campaigns. Based on the analysis, it was established that: - the maximum permissible rated power of reactors should be determined by the conditions of thermoacoustic instability of the coolant in the core. - the qualification of modernization strategies for extended fuel campaigns and reactor rated power by traditional methods of safety analysis with deterministic codes is not sufficiently justified. - it is important to develop alternative methods for qualifying the strategy for increasing the rated power, which allow optimizing the defining parameters of the strategy modernization and do not depend on the influence of the effects of “differences in deterministic codes and/or users of deterministic codes” on the qualification results. For the first time, a deterministic method for qualifying the strategy for operating nuclear power plants at increased rated power and extended fuel campaigns based on the criteria of thermodynamic similarity of design and modernized operating and emergency modes has been developed. The developed method establishes the optimization of the defining parameters (neutron-physical and/or thermal properties of nuclear fuel and/or structural and technical parameters of core elements) of the modernized reactor operation strategy at the maximum allowable rated power, provided that the required nuclear safety conditions are met. In the third section, the risk-based method for optimizing the frequency of scheduled operational tests of systems important for the safety of a nuclear power plant in reactor operating modes is adapted to the conditions of the strategy of extended fuel campaign duration and increased rated power taking into account the increase in the duration of reactor operating modes (increased duration of “fuel campaigns”). The optimization criterion is the probability of maximum availability of the required safety functions. Optimization parameters: - probability of accumulation of “hidden” failures/critical defects during inter-test periods of reactor operating modes (“standby mode”); - probability of premature wear/degradation/decrease in residual service life of equipment of safety-critical systems due to excessively frequent operational tests. In the fourth section, based on the risk-based method adapted to the conditions of the strategy for increasing the rated power and increasing the duration of fuel campaigns, the strategy for optimizing the frequency of operational tests of the following safety systems was qualified: the system for emergency cooling of the reactor core by high and low pressure pumps, the system for coolant feeding and boron control, the system for emergency feeding of steam generators, etc. – in reactor operating modes at increased rated power and extended fuel campaign duration. As a result of the qualification, it was established that the optimal frequency of operational tests of safety systems in operating modes of increased rated power for a year and a half “fuel campaign” is 3-4 times higher than the design frequency.
dc.format.extent263 с.
dc.identifier.citationОстаповець, 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.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/74235
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectаварія
dc.subjectАЕС
dc.subjectатомна енергетика
dc.subjectгідродинаміка
dc.subjectдіагностика
dc.subjectексплуатація
dc.subjectкваліфікація
dc.subjectматематичне та комп’ютерне моделювання
dc.subjectпарогенератор
dc.subjectреактор
dc.subjectядерна безпека
dc.subjectтвел
dc.subjectтеплообмін
dc.subjectядерна енергетика
dc.subjectядерне паливо
dc.subjectaccident
dc.subjectNPP
dc.subjectnuclear energy
dc.subjecthydrodynamics
dc.subjectdiagnostics
dc.subjectoperation
dc.subjectqualification
dc.subjectmathematical and computer modeling
dc.subjectsteam generator
dc.subjectreactor
dc.subjectnuclear safety
dc.subjectfuel rod
dc.subjectheat exchange
dc.subjectnuclear power industry
dc.subjectnuclear fuel
dc.subject.udc621.039.58:621.311.25(043.3)
dc.titleРозробка методів кваліфікації модернізацій стратегії експлуатації систем, важливих для безпеки ядерних енергетичних установок
dc.title.alternativeDevelopment of qualification methods for the modernization of the operation strategy of systems important for the safety of nuclear power plants
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
OstapovetsAO_dys.pdf
Розмір:
9.6 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (АЕ)
Дисертації (вільний доступ)