Дослідження теплових процесів активної зони та технічних рішень систем безпеки реактора АР1000
Автор: Мацелик Ніна Іванівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Атомна енергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Мацелик Н. І., Матіко Г.Ф. (керівник). Дослідження теплових процесів активної зони та технічних рішень систем безпеки реактора AP1000. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2024. Розширена анотація. Магістерська кваліфікаційна робота присвячена дослідженню теплових процесів активної зони та технічних рішень систем безпеки реактора AP1000 з метою аналізу можливості впровадження цієї реакторної технології на АЕС України. Зокрема, проведено аналіз зміни теплофізичних параметрів теплоносія в активній зоні реактора АР1000 при підвищені теплової потужності на 5% та досліджено особливості роботи його пасивних систем безпеки. Об’єкт дослідження – теплові процеси в активній зоні водо-водяного реактора AP1000 та їх вплив на безпеку АЕС. Предмет дослідження – теплофізичні параметри теплоносія в активній зоні та технічні рішення систем безпеки реактора АР1000. Мета дослідження – дослідження конструктивних особливостей активної зони та технічних рішень систем безпеки реактора AP1000, розрахунок зміни теплофізичних параметрів теплоносія в активній зоні при підвищенні його потужності та обґрунтування безпечної та надійної його роботи при впровадженні на атомних електростанціях України. У магістерській кваліфікаційній роботі розглянуто сучасний стан енергосистеми України, її структуру, перспективи розвиту та адаптацію до викликів, що дестабілізують енергетичну безпеку. Проаналізовано експлуатаційні події підчас роботи АЕС України, які відбулися впродовж 2014-2024 років. Описано проблеми подовження експлуатації діючих енергоблоків, процес їх зняття з експлуатації, обґрунтовано актуальність побудови нових енергоблоків та впровадження інноваційних реакторів третього та четвертого покоління. Показано, що впровадження сучасних реакторних технологій на зразок AP1000, дає змогу уникнути залежності від російських ядерних технологій та отримати стабільну енергосистему на довгостроковий термін, тому тема роботи є актуальною. Детально описано специфіку роботи реакторної технології AP1000, а саме особливості активної зони та її елементи. Наведено матеріали та основні параметри активної зони. Конструкція активної зони складається з 157 тепловиділяючих збірок, що містять 264 паливних стержні в квадратному масиві 17х17. Детально описано та проаналізовано кожен елемент активної зони, а саме контрольно-вимірювальні прилади, паливні збірки, поглиначі та контролюючі стержні, з огляду їх впливу на безпеку та надійність реакторної установки. Розглянуто основні переваги реактора AP1000, такі як вдосконалені пасивні системи безпеки, що працюють без втручання людини, притаманні третьому поколінню реакторів. Також AP1000 володіє високим рівнем паливної ефективності, що призводить до меншої кількості відпрацьованого палива та відходів. Дія пасивних систем безпеки базується на фізичних процесах, які відбуваються в результаті аварій, такі як природна циркуляція чи випаровування без взаємодії з зовнішніми факторами. Детально проаналізовано особливості роботи таких пасивних системи як пасивна система охолодження активної зони, пасивна система охолодження захисної оболонки та аварійна система вентиляції блочного щита управління. Описано їх роботу при виникненні відповідних аварійних ситуацій. Досліджено характер зміни теплофізичних параметрів теплоносія в активній зоні реактора AP1000 при підвищенні теплової потужності на 5%. Проаналізовано конструктивні особливості реактора та перебіг технологічного процесу в активній зоні. Визначено геометричні параметри активної зони для заданої теплової потужності реактора. Досліджено зміну тиску та температури теплоносія по висоті активної зони. У роботі запропоновано автоматизовану систему керування компенсатором тиску, що є ключовим елементом для забезпечення стабільності тиску в першому контурі атомної електростанції. Система автоматизації виконана на основі сучасних мікропроцесорних контролерів та використовує ефективні методи та алгоритми регулювання задля підвищення точності та надійності роботи компенсатора тиску. Автоматизація технологічного процесу дає змогу мінімізувати ризики людського фактора, оптимізувати роботу реакторної установки та підвищити загальний рівень безпеки та ефективності енергоблоку АЕС. Представлено економічну оцінку можливих впроваджень для реактора AP1000. Проведено розрахунок річної витрати на паливо та аналіз його вартості. Визначено основні витрати на закупівлю, транспортування та зберігання палива та економію завдяки підвищенні ефективності роботи реакторної установки. Оцінено прибуток завдяки збільшенню електричної потужності реактора АР1000, що в свою чергу підвищує загальний рівень рентабельності реакторної технології. Ключові слова: реактор AP1000, активна зона, пасивні системи безпеки, твел, теплоносій, тиск, температура. Перелік використаних літературних джерел. 1. Serafyn, R., Dzerun, M., Ligotskyy, O., Kukhotskyi, O., Kurman, O., & Pecherytsia, I. (2024). Основні результати аналізу експлуатаційних подій, що відбулися на АЕС України у 2022–2023 роках. Ядерна та радіаційна безпека. (Режим доступу: https://doi.org/10.32918/nrs.2024.2(102).04) 2. Kondratyuk, V., Pysmennyy, Y., Verinov, O., Filatov, V., & Ostapenko, I. (2022). Підвищення безпеки ядерної енергетики з урахуванням уроків важких аварій. Ядерна та радіаційна безпека. (Режим доступу: https://doi.org/10.32918/nrs.2022.3(95).08) 3. Westinghouse Electric Company. (2024). Four New AP1000® Technology-based Reactors Approved in China. World Nuclear News. (Режим доступу: https://www.world-nuclear-news.org/Articles/Four-more-AP1000-reactors-approved-in-China 4. Енергетична стратегія України на період до 2030 року. ст.166 (Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/n0002120-13#n3) 5. ML11171A450 - Westinghouse AP1000 Design Control Document Rev. 19 - Tier 2 Chapter 5 – Reactor Coolant System and Connected Systems. (30 page(s)) (Режим доступу: https://www.nrc.gov/docs/ML1117/ML11171A450.pdf) 6. ML11171A445 - Westinghouse AP1000 Design Control Document Rev. 19 - Tier 2 Chapter 4 – Reactor – Section 4.3 Nuclear Design. (89 page(s)) (Режим доступу: https://www.nrc.gov/docs/ML1117/ML11171A445.pdf) 7. ML11171A444 - Westinghouse AP1000 Design Control Document Rev. 19 - Tier 2 Chapter 4 – Reactor – Section 4.2 Fuel System Design. (44 page(s)) (Режим доступу: https://www.nrc.gov/docs/ML1117/ML11171A444.pdf