核电厂调峰反应堆堆芯主要特性研究
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一般 来说，核电厂常规设 计中考虑了某 些 基 本的调峰 需 求。但在大 多 数 情况下，调峰 运行是 独 立于电厂常 规设 计以外的一种运行方式，比如季节负荷需求变化等。在调 峰 运行方 式下，相较于基 荷 运行，堆 芯 部 分 性能会产生 显 著 变化。为保证核电厂的安 全 运行，需要对 调峰 运行方 式 下的堆芯性能进行研究，从而确定电厂的调峰能力，并为 指导电厂参与调峰运行提供必要的技术参数。
当反应堆处于低功率运行时，由于反应堆负的温度反 馈 效 应，一方面堆 芯会引入较 大 正 反 应性，从而会显著影 响堆芯的循环长度；另一方面由于慢化剂的负反馈特性， 堆芯的上半部分较下半部分会引入较多的正反应性，从而 会造成较大的堆芯轴向功率倾斜，这样的功率分布有可能 会 超出原 来 堆 芯事故安 全和燃料 组件安 全 论 证的范围。 另外，反 应堆 运行在 较低 功率水平下，造 成 堆 芯 能 谱 较 正 常运行时更“软”，会造成同位素产量有所变化，该种变化 反 过 来 也会 影响堆 芯反 应性；反 应堆长期低功率运行，机 组功率史将异于常规燃料管理设计，对于燃料组件的影响
以 上分 析 表 明，由于反 应 堆 的 负 反馈 特 性，当反 应 堆 参与调峰降低功率运行时，将会向堆芯引入可观的正反应 性，反应堆会获得额外的运行长度。参与调峰运行的核电
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 11
科技创新导报 2019 NO.28 Science and Technology Innovation Herald
工程技术 DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019cience and Technology Innovation Herald
核电厂调峰反应堆堆芯主要特性研究
李向阳 李玮玮 陈亮 王诗倩 卢迪 廖鸿宽 樊兴 姚磊 刘勇 (中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室 四川成都 610041)
可能会超出原有评价范围。 分析 研 究 表明，相 较 于 常 规设 计，参 与调峰 后 堆 芯性
能的变化与调峰后运行的功率水平及运行时间关系密切。 一般 来讲，运行的功率水平越 低 及 运行的时间越长，堆 芯 的性能变化 越大。为具 有代 表 性，假设 该 核电厂第一循环 全 寿 期参 与调峰，堆 芯 功率水平 一直 处于75%F P 运行，后 续各循环又恢复到满功率水平运行。需要特别注意的是核 电 厂反 应堆 采用 批 换 料策 略，燃 料 组件 需 要经 历多 个 循 环。某 一 循 环 经 历 调 峰 后的 燃 料 组件还 可能 影 响 后 续 循 环。因此本研究以国内某核电厂为研究对象，统筹考虑电 厂参与调峰后对多循环的影响。 1.2 调峰对于反应堆循环长度的影响
本文旨在对于核电厂参与调峰后的反应堆堆芯主要性 能 进 行 研 究，以期为核电厂调峰 运 行的 研 究 及 运 行提 供 必要的指导。
1 研究内容 1.1 调峰运行方案
核电厂参与电网调峰意味着电厂负荷根据电网需求进 行即时调节，可能在某一个时刻降低到一个低功率水平， 可能 在 另一 个 时刻 提 升 到 较 高 甚至 是 满 功 率 水平。因此 理论上来讲，核电厂参与电网调峰的负荷变化方式多种多 样。
论，为核电厂参与调峰堆芯性能的分析及反应堆运行提供了有意义的指导。
关键词：调峰 降功率运行 燃料管理 功率分布
中图分类号：TL329.2
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2019)10(a)-0011-03
按《电力发 展“十三 五 规 划”》提出，“十三 五”期间全 国核电投产约3 0 0 0万 kW，开工 3 0 0 0万 kW以上，2 0 2 0 年装 机 达 到58 0 0万 kW。核电的快 速增长一方面提 供了更多清 洁 能 源，有 利于能 源 结 构 优化；另一方面由于电力总量的 不断提高，对于电网的运行提出了更高的要求。特别是在 某些“大机小网”的背景下，为保证电网的稳定运行，对于 核电参与调峰的要求更加迫切。
考虑到该核电厂采用近三批换料策略方式，部分燃料 要在堆芯停留四个循环，为系统研究调峰运行对于反应堆 燃料管理的影响，从 第一循环开始一共考虑了五个燃料 循。并与原 有常 规设 计 结果 进 行了对比分析，得到了核电 厂在进行调峰模式运行下循环长度的变化。
核电厂利用核能来产生电力，因此其能量总输出量是 一个关键因素。核电厂一般用循环长度来表征其能量总输 出量。
摘 要：核电厂参与电网调峰运行多数情况是独立于常规设计之外的工况。在参与调峰运行期间，由于堆芯的负反馈特
性，堆芯的后备反应性以及功率分布都有较大的变化。为保证核电厂的安全运行，需要对调峰运行方式下的堆芯性能进
行研究，从而确定电厂的调峰能力。本文对于核电厂参与电网调峰情况下堆芯的主要性能进行了研究，得出了重要的结
具体数据见表4为尽量减少轴向扰动以及避免燃耗阴影建议较长时间的循环数循环长度mwdtu等效满功率天efpd运行时间d原设计首循环调峰原设计首循环调峰原设计首循环调峰第一循环1343014080387406387541第二循环94598908272256272256第三循环96399717277279277279第四循环1022510254294295294295第五循环99749957287287287287表1调峰前后各循环寿期表2调峰对于堆芯径向功率分布的影响表3调峰对于堆芯轴向功率分布影响堆芯寿期第一循环第二循环第三循环首循环调峰原设计首循环调峰原设计首循环调峰原设计bol136813701399140213451333blx136813651376140113531343mol133413371316130312981294eol126012581294128112731271堆芯寿期第一循环第二循环第三循环首循环调峰原设计首循环调峰原设计首循环调峰原设计blx4801014104078240078mol141307331349323325eol103172351364343341科技创新导报2019no28scienceandtechnologyinnovationherald工程技术科技创新导报scienceandtechnologyinnovationherald13低功率运行采用调硼方式进行
循环数
第一循环 第二循环 第三循环 第四循环 第五循环
表1 调峰前后各循环寿期
循环长度（MWd/tU）
等效满功率天（EFPD）
原设计 首循环调峰 原设计
首循环调峰
13430
14080
387
406
反应堆循环长度计 算时，一般将全提棒时堆芯临界 硼 浓 度为10 p p m 作为寿 期 末。表1给出了各 循 环 在 首 循 环 参 与电网 调 峰 以后的 循 环长 度 变 化 。由表1所 示，不 参 与 调峰第一循环的循环长度为13430MWd/tU，实施调峰后， 堆 芯循环长度为14 0 8 0 M Wd /tU。从 运行 天数 来说，实 施调 峰前堆芯在满功率可以运行387d，实施调峰运行以后（按 75%FP运行），堆芯可以运行541d。首循环调峰运行以后， 后续循环的循环长度也有一定的影响，但到了第四循环以 后 循 环长 度与原设 计 已经 非常 接 近，这 主 要 是因为 该 堆 采用了接近三批换料模式，部分组件在堆内停留了四个循 环。
当反应堆处于低功率运行时，由于反应堆负的温度反 馈 效 应，一方面堆 芯会引入较 大 正 反 应性，从而会显著影 响堆芯的循环长度；另一方面由于慢化剂的负反馈特性， 堆芯的上半部分较下半部分会引入较多的正反应性，从而 会造成较大的堆芯轴向功率倾斜，这样的功率分布有可能 会 超出原 来 堆 芯事故安 全和燃料 组件安 全 论 证的范围。 另外，反 应堆 运行在 较低 功率水平下，造 成 堆 芯 能 谱 较 正 常运行时更“软”，会造成同位素产量有所变化，该种变化 反 过 来 也会 影响堆 芯反 应性；反 应堆长期低功率运行，机 组功率史将异于常规燃料管理设计，对于燃料组件的影响
以 上分 析 表 明，由于反 应 堆 的 负 反馈 特 性，当反 应 堆 参与调峰降低功率运行时，将会向堆芯引入可观的正反应 性，反应堆会获得额外的运行长度。参与调峰运行的核电
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 11
科技创新导报 2019 NO.28 Science and Technology Innovation Herald
工程技术 DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019cience and Technology Innovation Herald
核电厂调峰反应堆堆芯主要特性研究
李向阳 李玮玮 陈亮 王诗倩 卢迪 廖鸿宽 樊兴 姚磊 刘勇 (中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室 四川成都 610041)
可能会超出原有评价范围。 分析 研 究 表明，相 较 于 常 规设 计，参 与调峰 后 堆 芯性
能的变化与调峰后运行的功率水平及运行时间关系密切。 一般 来讲，运行的功率水平越 低 及 运行的时间越长，堆 芯 的性能变化 越大。为具 有代 表 性，假设 该 核电厂第一循环 全 寿 期参 与调峰，堆 芯 功率水平 一直 处于75%F P 运行，后 续各循环又恢复到满功率水平运行。需要特别注意的是核 电 厂反 应堆 采用 批 换 料策 略，燃 料 组件 需 要经 历多 个 循 环。某 一 循 环 经 历 调 峰 后的 燃 料 组件还 可能 影 响 后 续 循 环。因此本研究以国内某核电厂为研究对象，统筹考虑电 厂参与调峰后对多循环的影响。 1.2 调峰对于反应堆循环长度的影响
本文旨在对于核电厂参与调峰后的反应堆堆芯主要性 能 进 行 研 究，以期为核电厂调峰 运 行的 研 究 及 运 行提 供 必要的指导。
1 研究内容 1.1 调峰运行方案
核电厂参与电网调峰意味着电厂负荷根据电网需求进 行即时调节，可能在某一个时刻降低到一个低功率水平， 可能 在 另一 个 时刻 提 升 到 较 高 甚至 是 满 功 率 水平。因此 理论上来讲，核电厂参与电网调峰的负荷变化方式多种多 样。
论，为核电厂参与调峰堆芯性能的分析及反应堆运行提供了有意义的指导。
关键词：调峰 降功率运行 燃料管理 功率分布
中图分类号：TL329.2
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2019)10(a)-0011-03
按《电力发 展“十三 五 规 划”》提出，“十三 五”期间全 国核电投产约3 0 0 0万 kW，开工 3 0 0 0万 kW以上，2 0 2 0 年装 机 达 到58 0 0万 kW。核电的快 速增长一方面提 供了更多清 洁 能 源，有 利于能 源 结 构 优化；另一方面由于电力总量的 不断提高，对于电网的运行提出了更高的要求。特别是在 某些“大机小网”的背景下，为保证电网的稳定运行，对于 核电参与调峰的要求更加迫切。
考虑到该核电厂采用近三批换料策略方式，部分燃料 要在堆芯停留四个循环，为系统研究调峰运行对于反应堆 燃料管理的影响，从 第一循环开始一共考虑了五个燃料 循。并与原 有常 规设 计 结果 进 行了对比分析，得到了核电 厂在进行调峰模式运行下循环长度的变化。
核电厂利用核能来产生电力，因此其能量总输出量是 一个关键因素。核电厂一般用循环长度来表征其能量总输 出量。
摘 要：核电厂参与电网调峰运行多数情况是独立于常规设计之外的工况。在参与调峰运行期间，由于堆芯的负反馈特
性，堆芯的后备反应性以及功率分布都有较大的变化。为保证核电厂的安全运行，需要对调峰运行方式下的堆芯性能进
行研究，从而确定电厂的调峰能力。本文对于核电厂参与电网调峰情况下堆芯的主要性能进行了研究，得出了重要的结
具体数据见表4为尽量减少轴向扰动以及避免燃耗阴影建议较长时间的循环数循环长度mwdtu等效满功率天efpd运行时间d原设计首循环调峰原设计首循环调峰原设计首循环调峰第一循环1343014080387406387541第二循环94598908272256272256第三循环96399717277279277279第四循环1022510254294295294295第五循环99749957287287287287表1调峰前后各循环寿期表2调峰对于堆芯径向功率分布的影响表3调峰对于堆芯轴向功率分布影响堆芯寿期第一循环第二循环第三循环首循环调峰原设计首循环调峰原设计首循环调峰原设计bol136813701399140213451333blx136813651376140113531343mol133413371316130312981294eol126012581294128112731271堆芯寿期第一循环第二循环第三循环首循环调峰原设计首循环调峰原设计首循环调峰原设计blx4801014104078240078mol141307331349323325eol103172351364343341科技创新导报2019no28scienceandtechnologyinnovationherald工程技术科技创新导报scienceandtechnologyinnovationherald13低功率运行采用调硼方式进行
循环数
第一循环 第二循环 第三循环 第四循环 第五循环
表1 调峰前后各循环寿期
循环长度（MWd/tU）
等效满功率天（EFPD）
原设计 首循环调峰 原设计
首循环调峰
13430
14080
387
406
反应堆循环长度计 算时，一般将全提棒时堆芯临界 硼 浓 度为10 p p m 作为寿 期 末。表1给出了各 循 环 在 首 循 环 参 与电网 调 峰 以后的 循 环长 度 变 化 。由表1所 示，不 参 与 调峰第一循环的循环长度为13430MWd/tU，实施调峰后， 堆 芯循环长度为14 0 8 0 M Wd /tU。从 运行 天数 来说，实 施调 峰前堆芯在满功率可以运行387d，实施调峰运行以后（按 75%FP运行），堆芯可以运行541d。首循环调峰运行以后， 后续循环的循环长度也有一定的影响，但到了第四循环以 后 循 环长 度与原设 计 已经 非常 接 近，这 主 要 是因为 该 堆 采用了接近三批换料模式，部分组件在堆内停留了四个循 环。