Tính toán sơ bộ thủy nhiệt lò phản ứng mô đun nhỏ dựa trên công nghệ lò phản ứng ACPR50S

Bài viết "Tính toán sơ bộ thủy nhiệt lò phản ứng mô đun nhỏ dựa trên công nghệ lò phản ứng ACPR50S" trình bày các kết quả tính toán sơ bộ về thủy nhiệt cho lò phản ứng mô đun nhỏ (SMR - Small modular reactor) với công suất nhiệt 200 MW dựa trên công nghệ lò phản ứng ACPR50S (Advanced customer-friendly practicable reliable 50 MWe compact SMR).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán sơ bộ thủy nhiệt lò phản ứng mô đun nhỏ dựa trên công nghệ lò phản ứng ACPR50S Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ /Kỹ thuật điện, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật thông tin DOI: 10.31276/VJST.65(8).40-44 Tính toán sơ bộ thủy nhiệt lò phản ứng mô đun nhỏ dựa trên công nghệ lò phản ứng ACPR50S Cao Đình Hưng*, Lê Trần Chung, Nguyễn Thị Thanh Thủy, Phạm Tuấn Nam Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân Ngày nhận bài 13/6/2022; ngày chuyển phản biện 15/6/2022; ngày nhận phản biện 11/7/2022; ngày chấp nhận đăng 13/7/2022 Tóm tắt: Bài báo trình bày các kết quả tính toán sơ bộ về thủy nhiệt cho lò phản ứng mô đun nhỏ (SMR - Small modular reactor) với công suất nhiệt 200 MW dựa trên công nghệ lò phản ứng ACPR50S (Advanced customer-friendly practicable reliable 50 MWe compact SMR). Các thông số cơ bản và an toàn thủy nhiệt được đánh giá bao gồm lưu lượng chất tải nhiệt qua vùng hoạt, nhiệt độ nhiên liệu và vỏ bọc nhằm đảm bảo khả năng vận hành của lò phản ứng trong điều kiện giới hạn an toàn. Cấu hình SMR được mô phỏng bằng chương trình RELAP5 và thực hiện tính toán trong khoảng 500 giây ở trạng thái dừng. Nhiệt độ của chất tải nhiệt dọc theo chiều cao của vùng hoạt tại lối vào và lối ra có độ lệch nhỏ (1,7%) so với giá trị tham khảo. Về khía cạnh an toàn, tỷ số thông lượng nhiệt tại điểm khởi phát sôi nhân (DNBR - Departure from nucleate boiling ratio) cũng được ước lượng dọc theo kênh nhiên liệu trung bình và kênh nóng nhất trong vùng hoạt ở trạng thái hoạt động ổn định. Kết quả từ nghiên cứu này sẽ được tiếp tục sử dụng cho tính toán chuyển tiếp và phân tích sự cố cho SMR. Từ khóa: chương trình RELAP5, lò phản ứng mô đun nhỏ (SMR), số Nusselt, tỷ số thông lượng nhiệt tại điểm khởi phát sôi nhân (DNBR). Chỉ số phân loại: 2.2 Mở đầu Theo quy định của Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) [1, 2] những lò phản ứng hạt nhân có công suất nhỏ hơn 300 MWe được phân loại là SMR. Từ đầu thế kỷ XXI, việc phát triển và ứng dụng các SMR đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các quốc gia do chúng có các ưu điểm như: độ an toàn, tính kinh tế và tính linh hoạt trong sử dụng. Các nước phát triển và hầu hết các công ty công nghệ năng lượng hạt nhân đang tích cực phát triển các SMR song song với phát triển các lò phản ứng công suất Hình 1. Phân bố đỉnh công suất (A) và giá trị keff và PPF chu kỳ thế hệ mới, ví dụ như KLT-40S (Nga) [3], ACPR100, ACPR50S 900 ngày (B). (Trung Quốc) [2, 4]. Bảng 1. Các thông số đặc trưng ban đầu cho SMR [2, 4-7]. Với mục đích nâng cao năng lực nghiên cứu trong tính toán Các thông số, đơn vị Giá trị thủy nhiệt cho SMR, nhóm tác giả sử dụng các thông số của Công suất nhiệt (Qt) [MWt] 200 ACPR50S [2, 4-6] và tiến hành tính toán một số thông số thủy Mật độ công suất nhiệt (ù) [MWt/m3] 45,45 nhiệt của vùng hoạt lò phản ứng. Chất làm chậm và làm mát Nước nhẹ Áp suất vòng sơ cấp [MPa] 15,5 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Nhiệt độ lối ra [oC] 321,8 Nhiệt độ lối vào [oC] 299,3 Mô hình tính toán trong trạng thái tĩnh Chiều cao phần nhiên liệu (h) [m] 2,2 Các thông số thiết kế chủ yếu dựa vào các thông số đặc trưng Độ giàu [%wt U235] 4,45; 3,40; 2,35 Số bó nhiên liệu [-] 37 loại lò phản ứng ACPR50S của Trung Quốc đã được công bố. Các Kiểu bó nhiên liệu [-] 17×17 tính toán vật lý (hình 1) về phân bố đỉnh công suất (PPF - Power Số thanh nhiên liệu trong bó [-] 264 picking factor) và hệ số nhân hiệu dụng (keff) đã được thực hiện Số ống thanh điều khiển [-] 24 trong nghiên cứu của Trần Việt Phú và cs (2020) [5], nghiên cứu Số ống thanh trung tâm [-] 1 này tiến hành tính toán các thông số thủy nhiệt của vùng hoạt SMR Đường kính ngoài thanh nhiên liệu [m] 0,94996x10-2 dựa trên các thông số của ACPR50S. Từ đó, có những đánh giá sơ Đường kính ống dẫn thanh điều khiển [m] 0,86614x10-2 bộ về an toàn và mức độ tin cậy của thiết kế loại SMR này, các Đường kính ống trung tâm [m] 0,122428x10-2 thông số đặc trưng được đưa ra ở bảng 1. Kích thước bó nhiên liệu (h_cell) [m] 0,21402 * Tác giả liên hệ: Email: caohung191@gmail.com 65(8) 8.2023 40 Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ /Kỹ thuật điện, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật thông tin dòng chất tải nhiệt qua vùng hoạt là G=1384,61 kg/s, với số Thermal hydraulic preliminary bó nhiên liệu là 37, khi đó tốc độ dòng chất tải nhiệt qua một calculations for small modular reactor bó GFA=41,96 kg/s. Nhiệt độ trung bình v ...