壓水堆多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用研究

馬茲容

壓水堆多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用研究

馬茲容

（華龍國際核電技術(shù)有限公司堆工所，北京 100036）

在壓水堆之間開展的多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)技術(shù)能提高堆芯裝載設(shè)計(jì)的靈活性，研究其對燃料經(jīng)濟(jì)性和機(jī)組在燃料組件損壞情況下應(yīng)對能力的影響。分析了多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)技術(shù)對來自其他機(jī)組燃耗過燃料組件的相容性要求。計(jì)算了燃耗過燃料組件的余熱與冷卻時(shí)間的關(guān)系，列出了可用于燃耗過燃料組件運(yùn)輸?shù)拇筘?fù)荷乏燃料運(yùn)輸容器。分析了首循環(huán)堆芯和換料堆芯面對燃料組件損壞后堆芯裝載設(shè)計(jì)的應(yīng)對能力，以及在采用多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)技術(shù)后的應(yīng)對能力改善情況。開展了多堆聯(lián)合首循環(huán)堆芯裝載模擬設(shè)計(jì)并分析了其經(jīng)濟(jì)性。研究結(jié)果表明，首循環(huán)出現(xiàn)燃料組件損壞的風(fēng)險(xiǎn)比后續(xù)換料堆芯大，而由全新燃料組件組成的首循環(huán)應(yīng)對燃料組件損壞的能力最低；通過多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)技術(shù)可以把首循環(huán)轉(zhuǎn)化為換料堆芯，不僅能憑借換料堆芯的設(shè)計(jì)靈活性提高應(yīng)對燃料組件損壞的能力，還能節(jié)省約3.2億元人民幣的燃料費(fèi)。因此，多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)技術(shù)能提高首循環(huán)的燃料經(jīng)濟(jì)性和機(jī)組面對燃料組件損壞后的應(yīng)對能力。

堆芯裝載；首循環(huán)；乏燃料運(yùn)輸容器

現(xiàn)有各型壓水堆如VVER[1]、M310[2]、AP1000和EPR的燃料管理論證和實(shí)施的堆芯裝載設(shè)計(jì)中，每個(gè)堆都相互獨(dú)立。首循環(huán)堆芯由三種或三種以上富集度的新燃料組件組成；后續(xù)循環(huán)堆芯由新燃料組件和在各自反應(yīng)堆中燃耗過的燃料組件組成。每個(gè)堆的設(shè)計(jì)相互獨(dú)立能降低復(fù)雜度；但在發(fā)生燃料組件損壞的情況下，由于損壞燃料組件的修復(fù)時(shí)間較長，特別是首循環(huán)可能會(huì)面臨短期內(nèi)無足夠合適燃料組件入堆的難題。多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)[3]打破壓水堆機(jī)組堆芯裝載設(shè)計(jì)相互之間各自獨(dú)立的壁壘；即堆芯所裝載的燃料組件除使用新燃料組件和在各自反應(yīng)堆中燃耗過的燃料組件外，還可使用在其他機(jī)組燃耗過的燃料組件。本文研究多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)的適用要求；現(xiàn)有技術(shù)條件下對燃料組件意外損壞后的應(yīng)對能力及多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)對應(yīng)對能力的影響；為新機(jī)組首循環(huán)開展多堆聯(lián)合堆芯裝載模擬設(shè)計(jì)，把新機(jī)組首循環(huán)變成換料堆芯，并分析該方案的燃料經(jīng)濟(jì)性。

1　多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)適用要求

1.1　相容性要求

來自其他機(jī)組的燃耗過燃料組件跟堆內(nèi)構(gòu)件的接口如燃料組件高度需要與入堆新燃料組件一致，以保證燃料組件與堆內(nèi)構(gòu)件的相容性。

同型號機(jī)組之間能滿足燃料組件與堆內(nèi)構(gòu)件的相容性要求，非同型號機(jī)組之間則需要對相容性予以特別關(guān)注。常見的幾種壓水堆機(jī)組燃料組件之間的相容性如下：

（1） VVER機(jī)組采用的六角形燃料組件與其他壓水堆機(jī)組如“華龍一號”采用的正方形燃料組件之間不滿足相容性要求；

（2） 14英尺燃料組件與12英尺燃料組件之間由于活性區(qū)高度和燃料組件高度不同不滿足相容性要求；

（3）燃料棒同樣有下氣腔的AP1000和EPR燃料組件，由于燃料組件高度和活性區(qū)高度不同，不滿足相容性要求；與燃料棒無下氣腔的傳統(tǒng)14英尺燃料組件之間由于活性區(qū)位置不同也不滿足相容性要求；

（4）同樣采用12英尺燃料組件的M310及改進(jìn)型和“華龍一號”由于堆內(nèi)探測器的插入方向不同，在限制燃耗過燃料組件不能放置于堆內(nèi)探測器位置的前提下，滿足相容性要求。

M310及改進(jìn)型堆型的移動(dòng)式堆內(nèi)探測器從堆芯下部插入，而“華龍一號”的固定式堆內(nèi)探測器從堆芯上部插入，使得這兩種12英尺燃料組件在上下管座上的儀表管通孔位置有差異；示意圖如圖1所示。這導(dǎo)致“華龍一號”的堆內(nèi)探測器不能從M310及改進(jìn)型燃料組件的上部插入。

如果不同上下管座結(jié)構(gòu)的燃料組件同時(shí)入堆，需對不同結(jié)構(gòu)的燃耗過燃料組件在堆芯中的位置進(jìn)行檢查，避免出現(xiàn)堆內(nèi)探測器無法插入的情況。如從M310及改進(jìn)型來的燃耗過燃料組件不能位于“華龍一號”堆芯中有堆內(nèi)探測器的位置。“華龍一號”堆內(nèi)探測器布置示意圖如圖2所示。

由于換料設(shè)計(jì)通常采用1/4堆芯旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)計(jì)，而堆內(nèi)探測器通常采用如圖2所示的軸向?qū)ΨQ布置，使得從M310及改進(jìn)型來的燃耗過燃料組件只能位于“華龍一號”堆芯中部有控制棒的69個(gè)位置（其余中部位置或其旋轉(zhuǎn)對稱位置中有堆內(nèi)探測器）和堆芯外圈旋轉(zhuǎn)對稱位置中無堆內(nèi)探測器的20個(gè)位置。

圖2 “華龍一號”堆內(nèi)探測器布置示意圖

1.2　燃耗過燃料組件的運(yùn)輸

1.2.1燃耗過燃料組件的運(yùn)輸需求

在壓水堆多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)的實(shí)施過程中，涉及到燃耗過燃料組件在壓水堆機(jī)組之間的運(yùn)輸。燃料組件在入堆燃耗后卸出，仍具有很高的余熱和輻射水平。燃耗過燃料組件在運(yùn)輸過程中的要求為：

（1）保證足夠的次臨界度；

（2）保證足夠的屏蔽，使運(yùn)輸滿足環(huán)保法規(guī)的要求；

（3）保證足夠的冷卻，使燃料包殼溫度不超過限值以便能再次入堆使用。

要滿足上述要求，關(guān)鍵在于根據(jù)設(shè)計(jì)要求采購備用適用于核電基地內(nèi)運(yùn)輸或核電基地之間運(yùn)輸?shù)姆θ剂线\(yùn)輸容器。

1.2.2大熱負(fù)荷壓水堆乏燃料運(yùn)輸容器

乏燃料運(yùn)輸容器的關(guān)鍵參數(shù)是可裝載燃料組件數(shù)和最大熱負(fù)荷。18個(gè)月?lián)Q料中燃耗過一次燃料組件的最大燃耗約26 000MWd/tU，其余熱隨冷卻時(shí)間的變化示意圖如圖3所示。由圖3可知，余熱在早期衰減很快，后期衰減慢；冷卻1個(gè)月后的余熱為24.5 kW，冷卻半年后余熱降為7.7 kW，冷卻1年后余熱降為4.0 kW。

圖3　燃耗過燃料組件余熱隨冷卻時(shí)間變化示意圖

燃耗過兩次的燃料組件積累較多，可選用冷卻時(shí)間更長余熱較小的和燃耗過一次的燃料組件混裝在一起運(yùn)輸。

為了把燃耗過燃料組件只冷卻1年或更短時(shí)間就運(yùn)往新機(jī)組，目前國內(nèi)采用的用于乏燃料冷卻8年后運(yùn)輸?shù)姆θ剂线\(yùn)輸容器NAC-STC已不能滿足要求，需要采購更大熱負(fù)荷的乏燃料運(yùn)輸容器。對此，世界范圍內(nèi)已有一些成熟產(chǎn)品可供購買或借鑒，國際上的大熱負(fù)荷壓水堆乏燃料運(yùn)輸容器如表1[4]所示。

其中能裝載12組僅冷卻半年的燃耗過燃料組件的乏燃料運(yùn)輸容器TN-12如圖4所示。

圖4　乏燃料運(yùn)輸容器TN-12

2　燃料組件意外損壞的應(yīng)對能力

2.1　現(xiàn)有技術(shù)條件下的應(yīng)對能力

2.1.1首循環(huán)

首循環(huán)由于是新機(jī)組的原因，一回路冷卻劑中異物較多，即使在采用下管座帶濾網(wǎng)的燃料組件設(shè)計(jì)之后，多個(gè)M310改進(jìn)型機(jī)組在首循環(huán)運(yùn)行過程中仍出現(xiàn)了導(dǎo)致一回路冷卻劑放射性水平異常升高的燃料組件損壞事件；相對于后續(xù)循環(huán)僅偶爾出現(xiàn)的燃料組件損壞事件，首循環(huán)燃料組件的損壞風(fēng)險(xiǎn)仍偏大。

當(dāng)出現(xiàn)燃料組件損壞事件后，如果一回路冷卻劑放射性水平未超運(yùn)行限值并逐漸降低，可繼續(xù)運(yùn)行；如果超過了運(yùn)行限值，則需要停堆對破損燃料組件進(jìn)行修復(fù)或替換。

如果采用不銹鋼棒替換破損燃料棒的方式對損壞燃料組件進(jìn)行修復(fù)后再原位入堆，可簡化安全論證但修復(fù)時(shí)間較長，在提前準(zhǔn)備且人員操作熟練的情況下修復(fù)后滿足重新入堆標(biāo)準(zhǔn)約需1個(gè)月。

如果用備用新燃料組件替換破損燃料組件的方式，當(dāng)破損燃料組件僅1組的情況下，4組備用燃料組件（首循環(huán)通常有3種新組件富集度，只備用4組最大富集度的燃料組件）可替換破損燃料組件及其1/4旋轉(zhuǎn)對稱位置的燃料組件；當(dāng)破損燃料組件不止1組的情況下，僅有的4組備用燃料組件很可能將不足以在保持堆芯1/4旋轉(zhuǎn)對稱的情況下替換破損燃料組件，需要從燃料廠獲得額外的新燃料組件（獲取進(jìn)度取決于燃料廠的燃料棒備用情況，由于與換料富集度不同，無法在短期內(nèi)獲取的風(fēng)險(xiǎn)較大）。然后重新設(shè)計(jì)堆芯裝載方案并完成安全評價(jià)和補(bǔ)充安全分析。由于損壞燃料組件的類型和停堆燃耗均不確定，實(shí)施難度及所需時(shí)間具有很大的不確定性，短則停堆后1周，長則數(shù)月。

綜上，首循環(huán)存在燃料組件損壞風(fēng)險(xiǎn)偏大，快速應(yīng)對能力卻相對較弱的問題；為降低潛在風(fēng)險(xiǎn)，需要提前準(zhǔn)備和謀劃。

2.1.2后續(xù)循環(huán)

在后續(xù)循環(huán)出現(xiàn)燃料組件損壞的情況下，如果一回路冷卻劑放射性水平超過了運(yùn)行限值，也需要停堆對破損燃料組件進(jìn)行修復(fù)或替換。

由于后續(xù)循環(huán)為換料堆芯，通常有充足的備用新燃料組件（各運(yùn)行機(jī)組的備用組件富集度通常一致，可互相備用）和大量可用的燃耗過燃料組件，設(shè)計(jì)靈活性高。在只有少量燃料組件損壞的情況下，能夠在停堆后1周內(nèi)完成新的堆芯裝載設(shè)計(jì)及其安全評價(jià)。

在核電發(fā)展過程中曾多次發(fā)生大量燃料組件破損或格架損傷事件（格架損傷不會(huì)導(dǎo)致一回路冷卻劑放射性水平異常升高，但通常需要修復(fù)后才能再次入堆，且修復(fù)時(shí)間較長）。如2001年法國EDF的CATTENOM 3號機(jī)組由于振動(dòng)磨蝕發(fā)生了28組燃料組件破損事件；1995—2005年法國EDF平均每年有約20組燃料組件發(fā)生格架損傷。由于堆芯采用1/4旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)計(jì)，這將使更多的燃耗過燃料組件暫時(shí)不可用，可能需要尋求外部支持。

綜上，后續(xù)循環(huán)對少量燃料組件損壞的快速應(yīng)對能力很強(qiáng)。在發(fā)生大量燃料組件損壞事件后，可能需要尋求外部支持。

2.2　多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)的應(yīng)對能力

如果機(jī)組自身缺乏足夠的反應(yīng)性合適的燃料組件，采用多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)后，鄰近機(jī)組特別是同一核電基地機(jī)組中滿足相容性要求且余熱和反應(yīng)性合適的燃耗過燃料組件都可以納入堆芯裝載設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)靈活性和應(yīng)對能力可得到大幅提高，預(yù)計(jì)能夠在停堆后1周內(nèi)完成新的堆芯裝載設(shè)計(jì)及其安全評價(jià)。

燃耗過燃料組件的運(yùn)輸將成為關(guān)鍵路徑，為使鄰近機(jī)組更多的燃耗過燃料組件可用于燃料組件受損機(jī)組的堆芯裝載設(shè)計(jì)，需要備用大熱負(fù)荷乏燃料運(yùn)輸容器。

目前自主燃料批量入堆的主要障礙是安審部門對其信心不足，擔(dān)心發(fā)生大量燃料組件損壞事件；多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)如果作為燃料組件損壞事件發(fā)生后應(yīng)急預(yù)案的重要組成部分，可增強(qiáng)安審部門的信心。

3　多堆聯(lián)合首循環(huán)堆芯裝載模擬設(shè)計(jì)

3.1　設(shè)計(jì)目標(biāo)和設(shè)計(jì)范圍

設(shè)計(jì)目標(biāo)為通過多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)把首循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)檠h(huán)長度18個(gè)月的換料堆芯。這不僅能提高首循環(huán)應(yīng)對燃料組件意外損壞的能力，還能提高平均卸料燃耗、改善燃料經(jīng)濟(jì)性。

模擬設(shè)計(jì)范圍為一臺(tái)M310改進(jìn)型新機(jī)組和一臺(tái)實(shí)施18個(gè)月?lián)Q料的M310運(yùn)行機(jī)組——大亞灣1號機(jī)。該組合為多堆聯(lián)合首循環(huán)堆芯裝載模擬設(shè)計(jì)的最小組合，對擁有更多運(yùn)行機(jī)組的情況，設(shè)計(jì)靈活性將更大。其研究結(jié)果對“華龍一號”新機(jī)組和M310系列運(yùn)行機(jī)組/“華龍一號”運(yùn)行機(jī)組之間的多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)也具有借鑒意義。

3.2　設(shè)計(jì)結(jié)果

模擬設(shè)計(jì)中燃耗過燃料組件的來源示意圖如圖5所示。模擬設(shè)計(jì)中各循環(huán)堆芯組成及計(jì)算結(jié)果如表2所示。從表2可知，由于受堆芯可容納燃料組件數(shù)量的限制（M310及改進(jìn)型機(jī)組為由157個(gè)燃料組件組成的堆芯），只有少量燃耗過兩次的燃料組件能第三次入堆（對72組新組件的18個(gè)月平衡循環(huán)換料堆芯，第三次入堆組件數(shù)僅為16組）；所以對新機(jī)組首循環(huán)，有足夠的燃耗過兩次的燃料組件可用。加上新燃料組件為直接采購，因此把新機(jī)組首循環(huán)轉(zhuǎn)化為循環(huán)長度18個(gè)月?lián)Q料堆芯的關(guān)鍵就在于如何獲得足夠燃耗過一次的燃料組件（指燃耗范圍，在堆芯外圈燃耗兩次后的燃耗與之相當(dāng)，在本文也算作在堆芯內(nèi)部和/或次外圈燃耗過一次的燃料組件）；這是因?yàn)槲挥诙研緝?nèi)部/或次外圈的燃料組件燃耗增量大，只能裝載新燃料組件和燃耗過一次的燃料組件，否則會(huì)超目前52 000 MWd/tU的組件燃耗限值。

圖5　首循環(huán)堆芯技術(shù)應(yīng)用模擬設(shè)計(jì)示意圖

表2　模擬設(shè)計(jì)中各循環(huán)堆芯組成及計(jì)算結(jié)果

注：① 包括了在堆芯外圈燃耗兩次的8組；

② 扣除了在堆芯外圈燃耗兩次的8組。

從表2和圖5可知，除大亞灣1號機(jī)第13循環(huán)和新機(jī)組首循環(huán)為84組新組件18個(gè)月機(jī)動(dòng)換料堆芯外，其余循環(huán)均為72組新組件18個(gè)月平衡循環(huán)換料堆芯。84組新組件18個(gè)月機(jī)動(dòng)換料堆芯裝載示意圖如圖6所示，圖中燃耗過組件中的數(shù)字為燃耗，單位為MWd/tU；堆芯內(nèi)部和次外圈布置76組新燃料組件和45組燃耗過一次的燃料組件，堆芯外圈（有一到兩個(gè)邊與堆芯圍板相鄰）布置8組不含釓棒的新燃料組件和28組燃耗過兩次的燃料組件。72組新組件18個(gè)月平衡循環(huán)換料堆芯裝載示意圖如圖7所示，堆芯內(nèi)部和次外圈布置72組新燃料組件和49組燃耗過一次的燃料組件，堆芯外圈布置20組燃耗過一次的燃料組件和16組燃耗過兩次的燃料組件。

圖6　84組新組件堆芯裝載示意圖

圖7　72組新組件平衡循環(huán)堆芯裝載示意圖

從表2可知大亞灣1號機(jī)第12循環(huán)為72組新組件18個(gè)月平衡循環(huán)換料堆芯，循環(huán)初剩余3組燃耗過一次的燃料組件（上循環(huán)新燃料組件數(shù)減去本循環(huán)使用的燃耗過一次燃料組件數(shù)）。第13循環(huán)為84組新組件18個(gè)月機(jī)動(dòng)換料堆芯，循環(huán)初剩余27組燃耗過一次的燃料組件。第14和15循環(huán)又回到72組18個(gè)月平衡循環(huán)換料堆芯；其中第14循環(huán)初剩余15組燃耗過一次的燃料組件，第15循環(huán)初剩余11組燃耗過一次的燃料組件（包括了在堆芯外圈燃耗兩次的8組不含釓棒燃料組件）。由上述可知，經(jīng)過第13循環(huán)84組新燃料組件這一次換料機(jī)動(dòng)運(yùn)行就可為新機(jī)組首循環(huán)制造足夠適用的燃耗過燃料組件，即45組燃耗過一次的燃料組件和28組燃耗過兩次的燃料組件。

新機(jī)組首循環(huán)、第2循環(huán)和第3循環(huán)的堆芯裝載情況分別與大亞灣1號機(jī)第13循環(huán)、第14循環(huán)和第15循環(huán)的堆芯裝載情況相似，在經(jīng)過首循環(huán)的84組新燃料組件18個(gè)月?lián)Q料堆芯之后，在第2循環(huán)即進(jìn)入72組新組件的18個(gè)月平衡循環(huán)換料。第2循環(huán)初剩余15組燃耗過一次的燃料組件，第3循環(huán)初剩余11組燃耗過一次的燃料組件（包括了在堆芯外圈燃耗兩次的8組不含釓棒燃料組件），這些待使用的燃耗過一次燃料組件可增加后續(xù)循環(huán)換料時(shí)的設(shè)計(jì)靈活性，或被后續(xù)采用多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)的其他新機(jī)組所使用。

如表2所示各循環(huán)都滿足對熱管焓升因子DH計(jì)算值的要求（小于1.481）；循環(huán)長度也都滿足18個(gè)月?lián)Q料的要求（表中EFPD為等效滿功率天），后續(xù)循環(huán)的循環(huán)長度將在經(jīng)歷小幅振蕩后趨于平衡循環(huán)的循環(huán)長度。

上述所有新燃料組件的富集度均為4.45%，相對于傳統(tǒng)由高中低三種富集度新燃料組件組成的首爐堆芯，平均卸料燃耗更高，所需燃料組件數(shù)更少。富集度種類和燃料組件數(shù)更少能縮短燃料組件的制造時(shí)間，有利于降低燃料采購中的財(cái)務(wù)費(fèi)用；燃料組件數(shù)少能節(jié)省燃料組件的制造費(fèi)用。另外，第三次入堆的燃料組件數(shù)增加了40組，提高了燃料利用率，這將節(jié)省部分燃料費(fèi)。

3.3　經(jīng)濟(jì)性分析

3.3.1分析方法

采用傳統(tǒng)技術(shù)即首循環(huán)全部為新燃料組件的M310改進(jìn)型首循環(huán)18個(gè)月燃料管理方案，其循環(huán)長度與模擬設(shè)計(jì)中的首循環(huán)循環(huán)長度相近，后續(xù)循環(huán)也都是直接過渡到18個(gè)月?lián)Q料；所以把首循環(huán)全部為新燃料組件的M310改進(jìn)型首循環(huán)18個(gè)月燃料管理方案作為比較基準(zhǔn)方案。比較兩種方案的首循環(huán)燃料費(fèi)用差異即為采用該技術(shù)帶來的經(jīng)濟(jì)性。

對比分析中考慮了兩種方案的不同支付進(jìn)度及模擬方案中燃耗過燃料組件運(yùn)輸對經(jīng)濟(jì)性的影響。

3.3.2參數(shù)設(shè)定

比較基準(zhǔn)方案中首循環(huán)裝載富集度2.4%、3.4%和4.45%的新燃料組件數(shù)分別為65組、64組和28組。

模擬設(shè)計(jì)方案中運(yùn)行機(jī)組多投入4.45%燃料組件12組，能多生成燃耗過一次的燃料組件44組。新機(jī)組首循環(huán)投入4.45%燃料組件84組，返回72組平衡循環(huán)時(shí)能多生成燃耗過一次的燃料組件20組（包括在外圈燃耗2次但燃耗較淺的8組）。燃耗過燃料組件運(yùn)輸73組，燃耗過燃料組件在核電基地內(nèi)運(yùn)輸和基地外運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用差異很大，此處按基地外運(yùn)輸預(yù)估的2 000萬元計(jì)。

其余關(guān)鍵參數(shù)如表3[5]所示。

表3　燃料經(jīng)濟(jì)性分析關(guān)鍵參數(shù)

3.3.3經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果

模擬設(shè)計(jì)方案和比較基準(zhǔn)方案的燃料費(fèi)比較如表4所示。模擬設(shè)計(jì)方案的燃料費(fèi)中考慮了運(yùn)行機(jī)組增加的燃料費(fèi)、新機(jī)組首循環(huán)的燃料費(fèi)、新機(jī)組返回72組平衡循環(huán)時(shí)多生成燃耗過一次燃料組件的等效燃料費(fèi)用扣減、以及燃耗過燃料組件的運(yùn)輸費(fèi)。

表4　模擬設(shè)計(jì)方案和比較基準(zhǔn)方案的燃料費(fèi)比較

續(xù)表

模擬設(shè)計(jì)方案相對于比較基準(zhǔn)方案減少了17%的天然鈾、7%的分離功以及42%的燃料組件（66組）?？紤]燃耗過燃料組件的運(yùn)輸費(fèi)用后，模擬設(shè)計(jì)方案在不折現(xiàn)情況下共節(jié)省約2.0億元人民幣的燃料費(fèi)；在折現(xiàn)情況下，由于比較基準(zhǔn)方案的富集度種類多、燃料組件數(shù)量也多，使得燃料組件的制造周期更長，財(cái)務(wù)費(fèi)用更高，能節(jié)省約3.2億元人民幣的燃料費(fèi)。

4　結(jié)論

壓水堆多堆聯(lián)合堆芯裝載設(shè)計(jì)采用成熟的堆芯裝載設(shè)計(jì)技術(shù)和乏燃料運(yùn)輸技術(shù)，能提高核電機(jī)組的堆芯裝載設(shè)計(jì)靈活性。應(yīng)用到新機(jī)組首循環(huán)時(shí)只需一臺(tái)運(yùn)行機(jī)組一次增加新燃料組件的換料機(jī)動(dòng)運(yùn)行，即可把首循環(huán)變?yōu)?8個(gè)月?lián)Q料堆芯；這不僅能基于換料堆芯的設(shè)計(jì)靈活性改善首循環(huán)在燃料組件損壞后的堆芯裝載設(shè)計(jì)應(yīng)對能力，而且能節(jié)省約3.2億元人民幣的燃料費(fèi)。

［1］ 李友誼，楊曉強(qiáng)，姚進(jìn)國，等．田灣核電站18個(gè)月?lián)Q料燃料管理策略［J］．原子能科學(xué)技術(shù)，2014，48（11）：2072-2077．

［2］ 張洪，李雷，李慶，等．大亞灣核電站18個(gè)月?lián)Q料燃料管理研究［J］．核動(dòng)力工程，2002，23（5）：14-17．

［3］ 馬茲容．一種核電站燃料聯(lián)合配置方法：中國，200910107548．5［P］．2010-09-29.

［4］ Lee．J．S．Operation and Maintenance of Spent Fuel Storage and Transportation Casks/Containers［R］．Vienna：IAEA，2007．

［5］ 鄭保軍，付翌．AP1000燃料管理方案經(jīng)濟(jì)性分析［J］．核科學(xué)與工程，2016，36（4）：555-560．

Application Study on the Multi-core Joint Loading Design Technique for PWRs

MA Zirong

（Reactor Engineering Dept.，Hualong Nuclear Power Technology Co.，Ltd.，Beijing 100036，China）

The implementation of the multi-core joint loading design technique for PWRs can enhance the flexibility of the core loading design, the study is to find the effects of the technique for the fuel economy and the capability to solve the problem of fuel assembly damage. The compatibility requirement for the burned fuel assemblies from other units are analyzed for the multi-core joint loading design technique. The residual powers of the burned fuel assemblies as a function of the cooling time are analyzed, and the available transport casks with large thermal load for the transportation of the burned fuel assemblies during applicating the multi-core joint loading design technique are listed. The capability of the core loading design for solving the problem of fuel assembly damage is analyzed for the first core and the reloaded core, and the improvement of the capability is analyzed after applicating the multi-core joint loading design technique. The first core simulation design applicating multi-core joint loading design technique and its fuel economy analysis have been done. It found that the risk of fuel assembly damage in the first core is bigger than that of the following reloaded cores, and the capability of solving the problem of fuel assembly damage for the first core only loading new fuel assemblies is worst; the first core can be transformed into the reloaded core by applicating the multi-core joint loading design technique, which can improve the capability of solving the problem of fuel assembly damage for the first core by the design flexibility of the reload core and save about 320 million yuan of fuel cost. Thus, the multi-core joint loading design technology can improve the fuel economy of the first core and the capability of solving the problem of fuel assembly damage.

Core loading; First cycle; Transport cask for spent fuel

TL371

A

0258-0918（2022）02-0266-08

2021-02-01

馬茲容（1971—），男，土家族，重慶人，高級工程師，碩士，現(xiàn)主要從事堆芯設(shè)計(jì)方面研究