Температурное регулирование. Некоторый оперативный запас положительной реактивности может быть получен за счет снижения средней температуры воды в первом контуре, что приводит к необходимости обеспечения работы турбогенератора на паре пониженного давления. Техническая возможность этого подтверждалась на энергоблоках, реакторы которых работали с использованием мощностного и в некотором диапазоне температурного эффектов реактивности.
Уже отмечалось [49], что с изменением давления во втором контуре в эту же сторону изменится температура насыщения пара (в горизонтальных ПГ) или средняя температура водопаровой среды (в вертикальных ПГ с выделенным экономайзерным участком). В свою очередь, увеличение отвода тепла вызовет понижение средней температуры теплоносителя в первом контуре. Это приведет за счет отрицательного температурного эффекта реактивности к росту мощности реактора. Отрицательный мощностной коэффициент реактивности частично компенсирует влияние температурного эффекта. Тепловая мощность реактора приходит в соответствие с нагрузкой турбины при средней температуре теплоносителя несколько меньшей, чем до переходного процесса. В последующем эта температура может быть принудительно
восстановлена системой управления реактора до значения, требуемого заданной программой регулирования. Таким образом, правильно выбирая эту программу, также можно добиться повышения маневренности реактора.
С конца 70-х годов определенный интерес проявляют к повышению маневренности реакторов PWR фирма «Вестингауз» и другие фирмы США [126, 127]. Так, в [126]
рассматривается возможность использования для этой цели отрицательного эффекта реактивности по температуре теплоносителя. Типичные значения а, для PWR составляют — 0,025%/град в начале и — 0,055%/град в конце цикла с частичными перегрузками топлива. Такой способ в ходе выгорания становится эффективнее, в то время как возможности борного регулирования ослабевают. При этом не деформируются поля энерговыделения, указанный способ обладает достаточным быстродействием и легко поддается автоматизации. В [126] выделяются цели, для которых можно использовать температурный эффект: регулирование частоты в энергосистемах, продление кампании, быстрый набор мощности, минимизацию борного водообмена.
Остановимся на двух последних областях применения этого эффекта. Так, фирмой «Вестингауз» предложена и реализована усовершенствованная стратегия следования за нагрузкой WILFS (Westinghouse Improved Load Folfow Strategy). Эта стратегия заключается прежде всего в автоматизации совместного воздействия на реактивность механических органов регулирования и изменения температуры теплоносителя. Это позволяет поднимать нагрузку со скоростью до 5% в минуту даже в конечный период топливного цикла.
В обычной системе регулирования энергораспределение по высоте корректируется изменением положения органов регулирования, а поддержание неизменной мощности обеспечивается изменением концентрации борной кислоты (перекомпенсацией). В усовершенствованной системе кроме борного регулирования для этих целей используют также изменение в определенном диапазоне средней температуры теплоносителя в первом контуре.
В [126] рассмотрены три варианта комбинированного регулирования:
1) температурное регулирование не допускается;
2) разрешается снижение средней температуры ниже заданной максимально на 9° С при нагрузках ниже 90% и на 3° С при полной нагрузке;
3) в дополнение ко второму условию при пониженных нагрузках (от 100 до 50%) допускается повышение средней температуры (максимально на 3° С при 50%-й нагрузке).
Если рассмотреть типовой маневр мощностью — быстрое ее снижение со 100 до 50%, затем работу в течение 3 ч на уровне 50% и быстрый подъем со скоростью 5% в минуту, то при первом варианте регулирования можно выйти на требуемую мощность только в течение 67% цикла (для продувки зоны нужно 59,2 м3); при втором варианте 91% (33,6 м3), при третьем варианте 92% (23,6 м3). (Данные приведены для исходной концентрации бора 0,12%).
Как видно из результатов оценок, значительный выигрыш в маневренности достигается понижением температуры теплоносителя и небольшим повышением ее при снижении нагрузки. В последнем случае повышение температуры позволяет завершить процесс снижения мощности при меньшем содержании бора, что несколько облегчает последующее повышение мощности.
Другой эффект заключается в заметном снижении объема продувки активной зоны. При снижении мощности повышается концентрация 135Хе (период полураспада 135Хе составляет 9,2 ч, а его предшественника 1351 — 6,7 ч). Чтобы вернуться на исходный уровень мощности, нужно ввести дополнительную реактивность. В первом варианте приходится снижать концентрацию бора ниже обычного для данного момента топливного цикла, соответствующего полной мощности. Позже, при снижении отравления, когда 135Хе выгорает до равновесного значения при полной мощности, необходимо проводить борирование.
Во втором варианте снижение средней температуры позволяет обойтись без «перебора» в продувке, что снижает требуемый расход водообменных установок.
