一种具有高度灵活性的燃料管理方法技术

本发明专利技术公开了一种具有高度灵活性的燃料管理方法，包括如下步骤：在堆芯初始设计阶段确定首循环的循环长度；搭建首循环和平衡循环之间的过渡循环；确定多个平衡循环；在每一平衡循环基础上均设置有灵活循环；确定不同平衡循环之间的切换循环，所述切换循环的循环长度接近目标平衡循环的循环长度。实施本发明专利技术，可以大幅提高核电机组的运行灵活性和经济性，应对电网负荷需求和机组可利用率变化大的挑战。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核反应堆堆芯燃料管理
，特别涉及一种具有高度灵活性的燃料管理方法。
技术介绍
国内外商用压水堆堆内会装载若干组核燃料组件，首循环一般全部装载新燃料，核燃料组件持续裂变并释放能量，经过一定时间后（一般12~24个月），由于堆芯总反应性不足，堆芯难以继续维持裂变。这时，一般会插入控制棒将堆芯保持在深度次临界状态，降低一回路温度和压力，打开压力容器上盖，卸掉反应性较小燃耗较深的若干组燃料组件，装载入若干组反应性较大的新燃料组件，完成换料大修后（30天左右），即可重新启堆。两次大修结束之间的时间间隔，称为换料周期，如图1所示，即示出了现有的换料周期示意图。换料周期长短要考虑区域能源供应特点、发电需求、燃料的经济性、电价、设备和系统的实现能力与安全性、便于大修等诸多因素，一般有年度12个月换料、18个月换料，部分国家（比如美国）少数机组还实施24个月换料。其循环长度通常只能在12个月或18个月或24个月附近波动45天左右。换料周期的选择主要受用电需求、天然铀和电价影响，尤其是用电需求，当经济形势好、用电需求大时，实施18个月的长周期换料的综合经济性较好，反之亦然。设计阶段，换料周期的确定需要根据未来5~10年发电需求等因素确定，完成论证需要约4年。运营期间，若需要在不同换料周期进行切换时，需要由设计单位利用2~3年提前进行论证，论证完毕才能实施。如图2所示，示出了现有的一种传统燃料管理切换方法示意图。但是，现有的这种传统换料周期的设计与论证方法也存在一些不足之处：循环长度由于只在某个特定长度附近波动，灵活性不足，难以满足机组运行和大修的变化要求。机组只能在某个循环周期（比如12、18或24个月）附近运行，当发电需求发生较大变化时，将导致当前燃料管理周期不经济，甚至不适用而被迫停堆。如果要维持经济性和灵活性，需要让设计单位重新设计论证，而论证和执照申请费用昂贵（约4000~10000万元），同时还需要2~5年的时间。即便是论证完成了，未来发电形式还可能存在变化，导致新的不适用和重复论证。总之，传统燃料管理方法灵活性不足，难以适应灵活多变的市场需求，严重影响了核电机组的运行灵活性和经济性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种具有高度灵活性的燃料管理方法，可以提高核电机组的运行灵活性和经济性。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种具有高度灵活性的燃料管理方法，包括如下步骤：在堆芯初始设计阶段，根据业主循环长度需求、设备检查周期、电站经济性要求确定首循环的循环长度；搭建首循环和平衡循环之间的过渡循环，包括堆芯组件类型、循环长度、功率分布各堆芯特性的过渡，其中，每个平衡循环均设置至少1套过渡循环，每套过渡循环包括2-3个过渡循环；确定多个平衡循环，所述平衡循环至少包括6个月平衡循环、12个月平衡循环、18个月平衡循环、24个月平衡循环中的多个；在每一平衡循环基础上均设置有灵活循环，以保证机组可在每个平衡循环附近小幅波动；确定不同平衡循环之间的切换循环，以使得机组可以在各个平衡循环之间滑动切换，其中，每次循环长度的大切换，需要采用1~2个切换循环，所述切换循环的循环长度接近目标平衡循环的循环长度。优选地，所述灵活循环的波动幅度为±70天之间，例如在一个例子中，该波动幅度可以是±50天。优选地，每一平衡循环均对应于1~2两种不同U-235富集度的核燃料。优选地，对于循环长度为18个月的平衡循环、灵活循环、切换循环采用富集度为4.45%和富集度为4.95%的核燃料进行搭配；对于循环长度为12个月的平衡循环、灵活循环、切换循环采用富集度为3.7%和富集度为4.45%的核燃料进行搭配。优选地，对于每一循环长度的过渡循环、平衡循环、灵活循环以及切换循环均预先确定其对应的新燃料组件中核燃料的富集度，换料量以及换料区域。相应地，本专利技术实施例的另一方面还提供一种具有高度灵活性的燃料管理方法，包括如下步骤：在机组营运阶段，运行机组的当前起点循环，将所述当前起点循环作为切换的起点；采用过渡循环来搭建起点循环和下一平衡循环之间的过渡，包括堆芯组件类型、循环长度、功率分布各堆芯特性的过渡，其中，根据切换前的情况，选择至少1套过渡循环，每套过渡循环包括2-3个过渡循环，其中，所述下一平衡循环为6个月平衡循环、12个月平衡循环、18个月平衡循环、24个月平衡循环中之一个；执行当前平衡循环，并确定所述当前平衡循环基础上的灵活循环，以保证机组可在所述当前平衡循环附近小幅波动；如果需要进行平衡循环的切换，则在从所述6个月平衡循环、12个月平衡循环、18个月平衡循环、24个月平衡循环中选择一个与当前平衡循环的长度相邻的目标平衡循环；根据所述目标循环的循环长度，确定当前平衡循环至目标平衡循环之间的切换循环，所述切换循环的循环长度接近目标平衡循环的循环长度，其中，每次循环长度的大切换，需要采用1~2个切换循环；执行所述目标平衡循环。优选地，所述灵活循环的波动幅度为±70天，例如在一个例子中，该波动幅度可以是50天。优选地，每一平衡循环均对应于至少两种不同U-235富集度的核燃料。优选地，其中，对于循环长度为18个月的平衡循环、灵活循环、切换循环采用富集度为4.45%和富集度为4.95%的核燃料进行搭配；对于循环长度为12个月的平衡循环、灵活循环、切换循环采用富集度为3.7%和富集度为4.45%的核燃料进行搭配。优选地，对于每一循环长度的过渡循环、平衡循环、灵活循环以及切换循环均预先确定其对应的新燃料组件中核燃料的富集度，换料量以及换料区域。优选地，根据所选择的每一循环长度的过渡循环、平衡循环、灵活循环以及切换循环，以所述预先确定的对应的新燃料组件的核燃料的富集度，换料量以及换料区域进行换料处理。实施本专利技术，具有如下的有益效果：采用一次性全域论证，一劳永逸，避免了当前设计与未来形势不匹配的潜在风险和重复论证，节省了大笔论证费用；循环长度具有更大的灵活性：设计论证了多个循环长度的平衡循环，论证域更大，可以在各个平衡循环及附近运行。比如，一个循环采用12个月，下个循环可以直接采用18个月，如果经济形势不好，可以再直接回到12个月；由于灵活度的提高，机组可以根据经济形势自由变化循环长度，提高了燃料管理的灵活性、经济性和响应速度；由于循环长度（即运行时间）可大幅调整，大修就可以根据需求调整开始和结束点，提高了大修的灵活性，可以更好的优化大修人力资源（尤其是在多机组运行和检修的情况下）；降低了燃料管理对未来发电需求预测的依赖度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有的换料周期示意图；图2是现有的一种传统燃料管理切换方法示意图；图3是本专利技术提供的一种具有高度灵活性的燃料管理方法的一个实施例在堆芯初始设计阶段的流程示意图；图4为图3中各循环之间的关系示意图；图5是本专利技术提供的一种具有高度灵活性的燃料管理方法的一个实施例在机组处于营运阶段的流程示意图；图6为图4中各循环之间的关系示意图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高度灵活性的燃料管理方法，其特征在于，包括如下步骤：在堆芯初始设计阶段，根据业主循环长度需求、设备检查周期、电站经济性要求确定首循环的循环长度；搭建首循环和平衡循环之间的过渡循环，包括堆芯组件类型、循环长度、功率分布各堆芯特性的过渡，其中，每个平衡循环均设置至少1套过渡循环，每套过渡循环包括2‑3个过渡循环；确定多个平衡循环，所述平衡循环至少包括6个月平衡循环、12个月平衡循环、18个月平衡循环、24个月平衡循环中的多个；在每一平衡循环基础上均设置有灵活循环，以保证机组可在每个平衡循环附近小幅波动；确定不同平衡循环之间的切换循环，以使得机组可以在各个平衡循环之间滑动切换，其中，每次循环长度的大切换，需要采用1~2个切换循环，所述切换循环的循环长度接近目标平衡循环的循环长度。

【技术特征摘要】
1.一种具有高度灵活性的燃料管理方法，其特征在于，包括如下步骤：在堆芯初始设计阶段，根据业主循环长度需求、设备检查周期、电站经济性要求确定首循环的循环长度；搭建首循环和平衡循环之间的过渡循环，包括堆芯组件类型、循环长度、功率分布各堆芯特性的过渡，其中，每个平衡循环均设置至少1套过渡循环，每套过渡循环包括2-3个过渡循环；确定多个平衡循环，所述平衡循环至少包括6个月平衡循环、12个月平衡循环、18个月平衡循环、24个月平衡循环中的多个；在每一平衡循环基础上均设置有灵活循环，以保证机组可在每个平衡循环附近小幅波动；确定不同平衡循环之间的切换循环，以使得机组可以在各个平衡循环之间滑动切换，其中，每次循环长度的大切换，需要采用1~2个切换循环，所述切换循环的循环长度接近目标平衡循环的循环长度。2.如权利要求1所述的一种具有高度灵活性的燃料管理方法，其特征在于，所述灵活循环的波动幅度为±70天之间。3.如权利要求1所述的一种具有高度灵活性的燃料管理方法，其特征在于，每一平衡循环均对应于1~2种不同U-235富集度的核燃料。4.如权利要求3所述的一种具有高度灵活性的燃料管理方法，其特征在于，其中，对于循环长度为18个月的平衡循环、灵活循环、切换循环采用富集度为4.45%和富集度为4.95%的核燃料进行搭配；对于循环长度为12个月的平衡循环、灵活循环、切换循环采用富集度为3.7%和富集度为4.45%的核燃料进行搭配。5.如权利要求3所述的一种具有高度灵活性的燃料管理方法，其特征在于，对于每一循环长度的过渡循环、平衡循环、灵活循环以及切换循环均预先确定其对应的新燃料组件中核燃料的富集度，换料量以及换料区域。6.一种具有高度灵活性的燃料管理方法，其特征在于，包括如下步骤：在机组营运阶段，运行机组的当前起点循环，将所述当前起点循环作为切换的起点；采用过渡循环来搭建起点循环和下一平衡循环之间的过渡，包括堆芯组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：位金锋，付学峰，李志军，邹婷婷，邓平赳，许星星，蔡德昌，张洪，周洲，赵兵全，刘主根，方建达，马兹容，
申请(专利权)人：中广核研究院有限公司，辽宁红沿河核电有限公司，大亚湾核电运营管理有限责任公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44