Khảo sát sự cố mất nước cấp cho lò ESBWR sử dụng phần mềm general passive BWR

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ABWR Advanced Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước sôi cải tiến BWR Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước sôi CRDS Control Rod Drive System Hệ thống đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ-VẬT LÝ KỸ THUẬT

LỜI CẢM ƠN

Seminar này là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Khoa học tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh Với tình cảm chân thành, tác giả xin gửi lời tri ân đến quý thầy, quý cô đã tham gia giảng dạy tác giả trong suốt quá trình học tập

Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn TS Võ

Hồng Hải, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả nghiên cứu đề tài và hoàn

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 06 năm 2013

Nguyễn Hoàng Giang

MỤC LỤC

Trang

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU viii

CHƯƠNG 1 1

NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN ESBWR 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Nguyên tắc hoạt động 2

1.3 Thiết kế lưu thông tự nhiên 2

1.4 Các hệ thống chính của ESBWR 4

1.4.1 Hệ thống bình lò phản ứng 6

1.4.2 Hệ thống thanh nhiên liệu 7

1.4.3 Hệ thống thanh điều khiển (kiểm soát) 9

1.4.4 Hệ thống ống dẫn tuần hoàn 10

1.4.5 Hệ thống an toàn 10

CHƯƠNG 2 14

PHẦN MỀM MÔ PHỎNG GENERIC PASSIVE BWR 14

2.1 Giới thiệu chung về phần mềm Generic Passive BWR 14

2.2 Khởi động mô phỏng 15

2.3 Khởi tạo mô phỏng 162.4 Hiển thị các tính năng chung trong mô phỏng 172.5 Các màn hình hiển thị mô phỏng 192.5.1 Màn hình tổng quan nhà máy BWR thụ động ( Passive BWR Plant Overview Screen) 202.5.2 Màn hình vòng kiểm soát BWR thụ động (Passive BWR Control Loops Screen) 21

2.5.3 Sơ đồ và kiểm soát công suất/lưu lượng BWR thụ động (Passive BWR power/flow map & controls) 222.5.4 Màn hình độ phản ứng và kiểm soát BWR thụ động (Passive BWR Reactivity & controls screen) 232.5.5 Màn hình các thông số dập tắt BWR thụ động (Passive BWR scram parameters screen) 252.5.6 Màn hình tuabin máy phát điện BWR thụ động (Passive BWR Turbine Generator Screen) 252.5.7 Màn hình nước cấp và sự chia tách dòng hơi BWR thụ động (Passive BWR Feedwater and Extraction Steam Screen) 272.5.8 Màn hình nhà chứa lò BWR thụ động (Passive BWR Containment Screen) 28

2.5.9 Màn hình dọn dẹp/tắt làm mát BWR thụ động (Passive BWR Cleanup/Shutdown Cooling Screen) 29

CHƯƠNG 3 31

MÔ TẢ SỰ CỐ MẤT NHIỆT NƯỚC CẤP VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG

LÒ GE ESBWR BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG GENERIC PASSIVE BWR 31

3.1 Mô tả sự cố mất nhiệt nước cấp 31

3.2 Thiết lập điều khiển và chạy mô phỏng 32

CHƯƠNG 4 35

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 35

4.1 Kết quả mô phỏng 35

4.2 Phân tích kết quả mô phỏng 39

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ABWR Advanced Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước sôi cải

tiến BWR Boiling Water Reactor Lò phản ứng nước sôi

CRDS Control Rod Drive System Hệ thống điều khiển thanh

kiểm soát CTI Cassiopeia Technologies Inc

DPV Depressurization Valve Van xả áp

ESBWR Economic Simplified Boiling Water

Reactor

Lò phản ứng nước sôi kinh tế và đơn giản FAPCS Fuel and Auxiliary Pool Cooling

System

Hệ thống nhiên liệu và bể làm mát phụ trợ

FMCRD Fine Motion Control Drive Điều khiển kiếm soát

chuyển động bước nhỏ GDCS Gravity-Driven Cooling System Hệ thống làm mát điều

khiển trọng lực GEH GE Hitachi Nuclear Energy

IAEA International Atomic Energy Agency Cơ quan năng lượng

nguyên tử quốc tế

IC Isolation Condenser Ngưng tụ cách ly

ICS Isolation Condenser System Hệ thống ngưng tụ cách ly LOCA Loss Of Coolant Accident Tai nạn mất nước làm mát PCC Passive Containnment Cooling Ngăn chứa làm lạnh

PCCS Passive Containnment Cooling System Hệ thống ngăn chứa làm

lạnh RWCU/SDC Reactor Water Cleanup/Shutdown

Cooling System

Hệ thống dọn dẹp/tắt làm lạnh nước lò phản ứng SBWR Simplified Boiling Water reactor Lò phản ứng nước sôi đơn

giản SLCS Standby Liquid Control System Hệ thống kiểm soát chất

lỏng dự phòng

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Các thông số hoạt động bình thường của lò 32

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý của một lò phản ứng nước sôi 2

Hình 1.2: Sự lưu thông tự nhiên 3

Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo một nhà máy ESBWR 5

Hình 1.4: Cấu tạo bình lò phản ứng 6

Hình 1.5: Cấu tạo của hệ thống thanh nhiên liệu 8

Hình 1.6: Hệ thống an toàn trên ESBWR 11

Hình 2.1: Giao diện khi khởi chạy chương trình 16

Hình 2.2: Một màn hình khi làm việc của phần mềm 17

Hình 2.3: Màn hình tổng quan nhà máy BWR thụ động 20

Hình 2.4: Màn hình vòng kiểm soát BWR thụ động 22

Hình 2.5: Sơ đồ và kiểm soát công suất/lưu lượng BWR thụ động 23

Hình 2.6: Màn hình độ phản ứng và kiểm soát BWR thụ động 24

Hình 2.7: Màn hình các thông số dập tắt BWR thụ động 25

Hình 2.8: Màn hình tuabin máy phát điện BWR thụ động 26

Hình 2.9: Màn hình nước cấp và sự chia tách dòng hơi BWR thụ động 27

Hình 2.10: Màn hình nhà chứa lò BWR thụ động 28

Hình 2.11: Màn hình dọn dẹp/tắt làm mát BWR thụ động 29

Hình 3.1: Giao diện cửa sổ pop-up khi ta thiết lập sự cố 33

Hình 3.2: Giao diện màn hình khi đang mô phỏng sự cố 34

Hình 4.1: Van điều chỉnh vận tốc dòng hơi chính 37

Hình 4.2: Cường độ neutron lò phản ứng 37

Hình 4.3: Công suất nhiệt lò phản ứng 37

Hình 4.4: Công suất điện 37

Hình 4.5: Áp suất lò phản ứng 38

Hình 4.6: Lưu lượng dòng chảy qua lõi 38

Hình 4.7: Nhiệt độ nước cấp 38

Hình 4.8: Lưu lượng nước cấp 38

Hình 4.9: Nhiệt độ dòng hơi chính 38

Hình 4.10: Lưu lượng dòng hơi chính 38

MỞ ĐẦU

Bước sang thế kỉ 21, sự phát triển lớn mạnh của các nền kinh tế đẩy nhu cầu năng lượng thế giới cũng tăng vọt, các hiện tượng bất thường của khí hậu đã lên tiếng nhắc nhở các quốc gia cần giảm thiểu tới loại trừ nguồn năng lượng có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch vốn cũng sắp cạn kiệt Cùng thời gian đó, chiến tranh lạnh kết thúc, kho vũ khí hạt nhân được giải trừ, “thải” ra lượng lớn nhiên liệu hạt nhân chưa biết “dùng vào việc gì”

Chính vì vậy, năng lượng hạt nhân đã được nhắm đến để giải quyết những vấn đề cấp bách trên trong khi chúng ta vẫn chưa tìm ra được nguồn năng lượng thay thế

Nhưng sau thảm họa hạt nhân tại nhà máy điện hạt nhân Chernobyl (26/4/1986) cùng với một số các tai nạn nghiêm trọng do rò rỉ phóng xạ khác như

vụ TMI (28/3/1979) tại Mỹ, Tokaimura (30/9/1999) tại Nhật,… và mới đây nhất là

sự cố Fukushima xảy ra vào tháng 3 năm 2011 tại Nhật đã khiến dư luận thế giới vẫn còn hoài nghi về tính an toàn của nhà máy điện hạt nhân

Yêu cầu đặt ra là phải có những nhà máy điện hạt nhân có tính an toàn cao hơn Vì vậy các thiết kế xây dựng nhà máy điện thế hệ thứ III được nâng cấp dần dần Kết quả, một thế hệ chuyển tiếp, thường được biết đến với tên “thế hệ III+” ra đời Dựa trên thiết kế tiên tiến của lò thế hệ thứ III, các lò phản ứng thế hệ III+ có nhiều cải tiến giúp tăng công suất, độ an toàn, nhưng lại giảm chi phí và thời gian xây dựng đồng thời cũng hạn chế những sự cố như thảm họa Fukushima vừa diễn ra với hệ thống an toàn thụ động mới

Bên cạnh đó, vấn đề đào tạo nguồn nhân lực có kinh nghiệm và chuyên môn cao để vận hành và ứng phó với các tình huống khẩn cấp là hết sức quan trọng Chính vì vậy, việc sử dụng phần mềm để mô phỏng hoạt động của lò phản ứng để học tập và nghiên cứu là cần thiết Nó cho phép chúng ta dự đoán các sự cố và từ đó đưa ra phương pháp giải quyết - điều mà khó thực nghiệm trên nhà máy thực

Ở đề tài này, chúng tôi sử dụng phần mềm Generic Passive BWR để thực hiện mô phỏng sự cố mất nhiệt nước cấp do sự rẽ nhánh từ dòng hơi chính của nhà máy đến máy gia nhiệt bị đóng Phần mềm Generic Passive BWR được thực hiện trên nhà máy ESBWR, một trong những kiểu nhà máy thế hệ III+ Đồng thời, qua

đó chúng tôi cũng đi tìm hiểu về nhà máy ESBWR với những tính năng cải tiến đáng chú ý của nó như hệ thống lưu thông tự nhiên và hệ thống an toàn thụ động,…

CHƯƠNG 1 NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN ESBWR

1.1 Giới thiệu

Lò phản ứng nước sôi kinh tế và đơn giản (ESBWR) là một thế hệ lò phản ứng

an toàn thụ động III+ được phát triển từ các thế hệ tiền nhiệm trước nó là Lò phản ứng nước sôi đơn giản (SBWR) và Lò nước sôi cải tiến (ABWR) Tất cả đều được thiết kế bởi GE Hitachi Nuclear Energy (GEH), và được dựa trên thiết kế của lò phản ứng nước sôi trước đó

Lò phản ứng ESBWR được thiết kế bởi GEH sử dụng nước nhẹ làm chất tải nhiệt Nhà máy có tổng công suất điện 1520 MWe, cao hơn so với thế hệ tiền nhiệm của nó là Lò phản ứng SBWR với 670 MWe Nhiệt tỏa ra định mức của lõi lò ESBWR là 4500MWth

Các tiêu chí thiết kế ESBWR bao gồm:

- Nhà máy hoạt động trong vòng 60 năm kể từ ngày cho phép hoạt động hết công suất

- Nhà máy luôn sẵn sàng hoạt động ở công suất 92% hoặc cao hơn

- Tiếp nhiên liệu lại sau khoảng 12-24 tháng

- Nhân viên bức xạ phơi nhiễm ở mức giới hạn 50 người-rem/năm

- Các tính năng liên quan đến an toàn chủ yếu thông qua các phương tiện thụ động

- Tần suất thiệt hại lõi ít hơn 10-6/lò phản ứng mỗi năm

- Khi không có hành động điều hành hoặc cung cấp điện cần thiết cho hệ thống an toàn trong một thiết kế tai nạn cơ bản, nhà máy sẽ có 72 giờ để duy trì các lò phản ứng và ngăn chặn ở điều kiện an toàn ổn định nhờ hệ thống an toàn thụ động

1.2 Nguyên tắc hoạt động

Lò phản ứng ESBWR hay các Lò phản ứng nước sôi (BWR) nói chungsử dụng nước đã khử khoáng để làm lạnh và làm chậm neutron Nhiệt được tạo ra từ phản ứng phân hạch trong lõi lò phản ứng, đun sôi nước để tạo ra hơi nước Hơi nước được sử dụng trực tiếp để quay turbine máy phát điện, sau đó hơi nước được làm lạnh ở bộ phận ngưng tụ và trở về dạng lỏng Nước sau khi được ngưng tụ tiếp tục quay trở về lõi của lò phản ứng và tiếp tục chu trình tuần hoàn của nó Nước lạnh được duy trì ở khoảng 75 atm (7,6 MPa, 1000–1100 psi) vì vậy nó sôi trong lõi ở nhiệt độ khoảng 285 °C (550 °F)

1.3 Thiết kế lưu thông tự nhiên

Một trong những cải tiến quan trọng trong ESBWR đó chính là sử dụng sự lưu thông dòng chảy tự nhiên qua lõi lò phản ứng Sự lưu thông này dựa trên nguyên tắc của hiện tượng đối lưu do sự chênh lệch mật độ giữa nước cấp vào và

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của một lò phản ứng nước sôi

hỗn hợp hơi/nước bên trong lõi Mật độ nước cấp vào cao hơn (do lạnh hơn) tạo ra một sức ép lớn hơn so với chất lỏng mật độ thấp (hơi/nước) trong lõi và tạo ra một

sự lưu thông tự nhiên

Sự lưu thông cưỡng bức BWR cũng hoạt động theo cách thức cơ bản tương

tự nhưng phải sử dụng các máy bơm bên trong hoặc bên ngoài để điều khiển áp suất cho dòng lưu thông tuần hoàn này Vì vậy khi sử dụng lưu thông tự nhiên ta sẽ

Hình 1.2 Sự lưu thông tự nhiên

loại bỏ được các máy bơm tuần hoàn, đường ống liên kết, trao đổi nhiệt và điều khiển nên sẽ tiết kiệm được nhiều chi phí và đặc biệt là bớt đi được một sự điều khiển bên trong lò phản ứng

1.4 Các hệ thống chính của ESBWR

Một nhà máy ESBWR bao gồm rất nhiều hệ thống với nhiều bộ phận phức tạp khác nhau Hình 1.3 sẽ cho chúng ta thấy một cách tổng quát về cấu tạo của một nhà máy ESBWR:

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo một nhà máy ESBWR

Để tìm hiểu kĩ hơn về ESBWR ta sẽ đi qua cấu tạo của một số hệ thống quan trọng chính trong ESBWR:

1.4.1 Hệ thống bình lò phản ứng

Hệ thống bình lò phản ứng bao gồm một bình áp suất với các bộ phận hỗ trợ, vật liệu cách nhiệt và các linh kiện bên trong của nó: một lõi lò bao gồm các bó nhiên liệu và các thanh điều khiển, các thiết bị tạo hơi nước: máy tách hơi nước và máy sấy hơi nước ở phần trên của bình, thiết bị điều khiển năng lượng lò phản ứng: ống dẫn thanh điều khiển và bộ phận thao tác thanh điều khiển, các thiết bị đo đạc trong lõi hạt nhân,…

(Chú thích cho hình 1.4: 1-Gờ bình và nắp bình lò; 2-Bộ khống chế dòng

hơi ra; 3-Đầu phun nước cấp; 4-Vòi phun nước cấp; 5-Bệ đỡ bình lò; 6-Đầu dưới bình lò; 7-Bộ gia cố; 8-Vòng bao được rèn; 9-Lớp bọc lõi; 10-Các móc vòng bao

Hình 1.4 Cấu tạo bình lò phản ứng

hỗ trợ; 11-Tấm lõi; 12-Đỉnh dẫn hướng; 13-Nhiên liệu hỗ trợ; 14-Rãnh điều khiển thanh kiểm soát; 15-Ống dẫn hướng thanh kiểm soát; 16-Hõm trong lõi; 17-Bệ ống; 18-Vách ngăn bệ ống; 19-Bộ chia tách hơi; 20-Bộ sấy hơi; 21-Lối ra van giảm áp (DPV)/bình ngưng cô lập (IC); 22-lối vào bình ngưng cô lập (IC); 23-cửa nạp hệ thống làm lạnh điều khiển bởi trọng lực GDCS; 24-Đường dẫn vào GDCS cân bằng; 25-Lối vào hệ thống dọn dẹp/tắt làm lạnh nước lò phản ứng RWCU/SDC; 26- Điều khiển thanh kiểm soát; 27-Nhiên liệu và thanh kiểm soát)

Bình áp suất được cấu tạo gồm 3 bộ phận: một ống hình trụ lớn, nắp bình và đáy bình áp suất Vỏ bình được làm từ vật liệu nền SA508, CLASS 3 Đường kính bên trong của ống hình trụ là 7100 mm và chiều cao của bình áp suất là 27600 mm, ống hình trụ dày khoảng 182 mm, tổng khối lượng là 853 tấn Theo thiết kế bình chịu đựng được áp suất là 8,62 MPa(a) và nhiệt độ 300 oC

Chiều cao tổng thể của bình lò phản ứng cũng giúp cho sự lưu thông tự nhiên tốt hơn, cung cấp dồi dào dòng nước làm mát lõi

Thể tích bình lò phản ứng lớn với sự hiện diện của một khối lượng lớn nước

và hơi nước là điều rất quan trọng và có lợi Thứ nhất, nước này sẽ luôn sẵn sàng để chuyển trực tiếp vô lõi để duy trì hoạt động và kéo dài thêm thời gian để hệ thống vận hành tự động hoặc người điều khiển thiết lập lại sự kiểm soát trong tai nạn mất nước làm mát lò phản ứng LOCA( Loss of Coolant Accident) Thứ hai thể tích bình

lò phản ứng lớn hơn cũng làm giảm mức áp lực lên lò phản ứng khi áp suất tăng lên, điều mà sẽ xảy ra và thậm chí có thể dẫn đến sự vận hành của các van cứu trợ an toàn khi lò phản ứng đột nhiên bị cô lập từ bộ tản nhiệt thông thường

1.4.2 Hệ thống thanh nhiên liệu

Nhiên liệu hạt nhân là nguồn năng lượng phân hạch trong một lò phản ứng hạt nhân Trong ESBWR, nhiên liệu chủ yếu là các uranium tự nhiên (U-238) được làm giàu đôi chút với các đồng vị U-235 (lõi ban đầu: 1,7% đến 3,2%; lõi nạp lại: 4,2%)

Với 1132 bó nhiên liệu di động gồm có một loạt các thanh dài khoảng 12 feet (1 feet = 0,3048m) Mỗi bó bao gồm 92 thanh trong một mảng 10-10, trong đó 90 thanh nhiên liệu có chứa các nhiên liệu hạt nhân và hai thanh nước chỉ có chứa nước Mỗi thanh có đường kính khoảng nửa inch Nhiên liệu ở dạng viên nén

Hình 1.5 Cấu tạo của hệ thống thanh nhiên liệu

uranium oxide (UO2) xếp chồng lên nhau trong lớp vỏ là một ống Zircaloy-4 tạo thành một thanh nhiên liệu

Phản ứng phân hạch giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt, và nhiệt này được tạo ra để đun sôi nước, nước chảy qua và xung quanh các bó nhiên liệu

1.4.3 Hệ thống thanh điều khiển (kiểm soát)

Các thanh điều khiển chứa các vật liệu có khả năng hấp thụ neutron cao như Cadmi (Cd) hoặc Bo-cacbua (B4C) Những vật liệu này được bọc trong các ống thép chống rỉ Không khí ở bên trong ống được thay thế bởi khí He, có tác dụng làm nguội hiệu quả các chất trên Do làm trong điều kiện khắc nghiệt với nhiệt độ, áp suất cao và sự biến tính của vật liệu đối với phóng xạ, các thanh điều khiển dễ bị mòn, tuổi thọ của chúng do vậy mà giảm đi Chính vì vậy, lớp vỏ bọc bằng thép chống rỉ phải được xử lí một cách đặc biệt nhằm làm giảm tác dụng của ăn mòn lên

bề mặt bên ngoài

Có 269 thanh kiếm soát thường được đặt từ đáy lò phản ứng Nhờ hình dạng chữ thập nên mỗi thanh có thể kiểm soát được 4 bó nhiên liệu xung quanh Các thanh điều khiển dài khoảng 12 feet và được điều khiển theo chiều dọc, lên và xuống, cơ chế điều khiển thanh điều khiển gắn vào đầu dưới của bình lò phản ứng

Việc định vị (thu hồi hay chèn) các thanh điều khiển là phương pháp thông thường để kiểm soát năng lượng trong lò phản ứng (ngoài ra còn có phương pháp thay đổi lưu lượng nước qua lõi) Thanh điều khiển được bộ phận thao tác thanh điều khiển đưa từ dưới lên, vì khi sôi bọt nước sẽ thoát ra ở phần trên lò làm cho mật độ năng lượng trượt về phía dưới Khi các thanh kiểm soát thu hồi làm giảm sự hấp thụ neutron trong vật liệu kiểm soát và tăng lên đối với nhiên liệu, tốc độ của phản ứng phân hạch tăng dẫn đến tăng năng lượng lò phản ứng Khi các thanh điều khiển được chèn vào làm tăng sự hấp thụ neutron trong vật liệu kiểm soát và giảm trong nhiên liệu dẫn đến giảm tốc độ phản ứng phân hạch do đó năng lượng sinh ra

trong lò phản ứng giảm Trong trường hợp sự cố xảy ra, các thanh nhiên liệu được đóng lại hoàn toàn để chấm dứt nhanh chóng quá trình phân hạch diễn ra trong lò

1.4.4 Hệ thống ống dẫn tuần hoàn

Hệ thống ống dẫn tuần hoàn bao gồm các ống dẫn tuần hoàn và bơm tuần hoàn Nước sẽ được bơm từ ngoài vào một bình chứa Sau đó nhờ những chiếc bơm tuần hoàn nước sẽ được dẫn tới lò phản ứng Một phần nước sẽ được chuyển vào hệ thống chứa nước dự trữ tuần hoàn, một phần sẽ được phun vào lõi nhờ những chiếc bơm cao phía trên lõi, nước sẽ được dẫn qua các bó nhiên liệu Tại đây, nước đóng vai trò là chất lỏng làm chậm neutron, cung cấp neutron chậm cho phản ứng phân hạch, đồng thời nó cũng đóng vai trò lấy nhiệt của các thanh nhiên liệu Nhờ nhiệt tỏa ra trên bề mặt các thanh nhiên liệu do phản ứng phân hạch gây ra nước được đun sôi Dưới áp lực của lò, hơi nước sẽ được chuyển tới máy tách hơi nước nằm phía trên lõi, sau đó đi qua máy sấy hơi nước Hơi nước này sẽ được dẫn qua một hệ thống ống dẫn tới tuabin và làm quay tuabin Sau khi qua tuabin nước được làm sạch và bơm trở lại lõi lò phản ứng Phần nước còn lại trong lõi lò có nhiễm các sản phẩm phân hạch sẽ được lấy ra từ đáy lò bởi các bơm làm sạch và chuyển đến bình lọc Ở đây nước được làm nguội và sau đó được chuyển lại lò Ngoài ra còn có một

hệ thống ống dẫn nước làm nguội tuần hoàn (Hệ thống ống dẫn tuần hoàn được thể hiện như trên hình 1.3)

1.4.5 Hệ thống an toàn

Hệ thống an toàn trong ESBWR có nhiều cải tiến quan trọng so với BWR, đáng chú ý nhất đó là hệ thống an toàn thụ động

Các hệ thống an toàn thụ động trong vận hành ESBWR không cần sử dụng bất kì máy bơm nào, mà vẫn tăng độ an toàn trong thiết kế, tính toàn vẹn và độ tin cậy trong khi giảm được chi phí tổng thể Nó cũng sử dụng tuần hoàn tự nhiên để điều khiển lưu lượng nước làm mát bên trong bình áp lực lò phản ứng, điều này sẽ cần ít hệ thống hơn để duy trì và ngăn cản tổn thất đáng kể trong sự cố ngắt dòng tuần hoàn

Hệ thống an toàn thụ động của ESBWR bao gồm sự kết hợp của ba hệ thống cho phép sự trao đổi nhiệt phân hạch hiệu quả giữa lò phản ứng với các hồ chứa nước bên ngoài, đó là: Hệ thống ngưng tụ cách ly ICS (Isolation Condenser System), Các hệ thống làm lạnh truyền động bằng trọng lực GDCS (Gravity Driven Cooling System) và hệ thống chứa giữ lạnh thụ động PCCS (Passive Containment Cooling System) Các hệ thống sử dụng tuần hoàn tự nhiên dựa trên các định luật

Hình 1.6 Hệ thống an toàn trên ESBWR

vật lý cơ bản để chuyển nhiệt phân rã ra ngoài trong khi vẫn duy trì mực nước trong

lò phản ứng, giữ nhiên liệu hạt nhân ngập trong nước và làm mát đầy đủ

Trong sự kiện làm mát lò phản ứng, áp suất vẫn còn trong ranh giới, hệ thống ngưng tụ cách ly ICS được sử dụng để loại bỏ nhiệt phân hạch từ lò phản ứng và chuyển nó ra bể chứa bên ngoài Hệ thống ICS là một hệ thống vòng khép kín nối bình áp suất lò phản ứng với bộ trao đổi nhiệt nằm ở trên nhà chứa lò phản ứng Hơi nước rời lò phản ứng thông qua các đường ống ICS và đến bộ trao đổi nhiệt ICS được chìm trong một hồ lớn Hơi nước được ngưng tụ trong bộ trao đổi nhiệt và quay trở lại lò phản ứng để hoàn thành vòng lặp làm mát Vòng tuần hoàn nước làm mát thông qua con đường này để làm mát liên tục và thêm nước vào lõi lò phản ứng

Trong trường hợp làm mát lò phản ứng ranh giới áp lực không còn nguyên vẹn và nước còn lại trong lõi đang mất, hệ thống chứa giữ lạnh thụ động PCCS và

hệ thống làm lạnh truyền động bằng trọng lực GDCS sẽ hoạt động để duy trì mực nước trong lõi và loại bỏ nhiệt phân rã trong lõi lò bằng cách chuyển đổi nó ra bể chứa bên ngoài

Nếu mực nước trong bình chứa lò phản ứng giảm xuống mức được xác định trước, do sự mất mát của nước còn lại, lò phản ứng sẽ giảm áp và GDCS được bắt đầu Nó bao gồm các hồ chứa nước lớn nằm trên lò phản ứng và được kết nối với bình chứa lò phản ứng Khi hệ thống GDCS hoạt động, nước sẽ chảy từ hồ vào lò phản ứng Các hồ có kích thước lớn có thể cung cấp đủ lượng nước để duy trì nước ngập nhiên liệu hạt nhân

Hệ thống PCCS bao gồm một tập hợp các bộ trao đổi nhiệt nằm ở phần trên của nhà chứa lò phản ứng Hơi nước tăng lên từ lò phản ứng thông qua các đường ống tới các bộ trao đổi nhiệt PCCS để làm ngưng tụ hơi nước Nước ngưng tụ sau

đó chảy trở lại hồ GDCS để hoàn thành chu kỳ và chảy trở lại bình chứa lò phản ứng

Cả bộ trao đổi nhiệt của ICS và PCCS đều bị ngập trong một hồ nước đủ lớn

để cung cấp cho 72 giờ loại bỏ nhiệt phân rã lò phản ứng Hồ chứa được thông hơi

ra môi trường không khí và nằm ở bên ngoài nhà chứa Sự kết hợp của các tính năng này cho phép các hồ chứa nạp lại dễ dàng với nguồn nước áp suất thấp bên ngoài và thuận tiện sắp đặt đường ống

Trong trường hợp xảy ra tai nạn, các ESBWR có thể vẫn được ổn định an toàn trong 72 giờ mà không cần bất kì hành động điều hành nào, thậm chí ngay cả khi không có điện Các hệ thống an toàn ESBWR được thiết kế để hoạt động bình thường trong trường hợp mất trạm điện, trong đó có hoạt động ngăn chặn phù hợp của hệ thống làm mát lõi khẩn cấp đối với trường hợp như của nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi

CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG GENERIC PASSIVE

BWR

Trong chương này chúng tôi giới thiệu về phần mềm Generic Passive BWR dành cho kiểu lò ESBWR Bên cạnh đó tôi sẽ chỉ rõ ra các giao diện màn hình chính, cách vận hành nhà máy điện hạt nhân thông qua màn hình mô phỏng của chương trình

2.1 Giới thiệu chung về phần mềm Generic Passive BWR

Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) đã thành lập một chương trình

về mô phỏng nhà máy điện hạt nhân trên máy tính để hỗ trợ các nước thành viên trong giáo dục và đào tạo Mục tiêu của chương trình này là cung cấp cho họ cái nhìn sâu sắc về đặc điểm hoạt động của một loạt các loại lò phản ứng hạt nhân cũng như thực hành dựa trên đặc điểm hoạt động của chúng và cách phản ứng với các nhiễu loạn và tai nạn

Generic Passive BWR là phần mềm mô phỏng được tạo ra và thiết kế bởi Cassiopeia Technologies Inc (CTI) Sự phát triển của mô phỏng là sự phối hợp giữa các nhà phát triển, nhân viên của IAEA và từ tiến sĩ Bharat Shiralkar, một chuyên gia nhiệt thủy lực Phần mềm này phần lớn đại diện cho GE ESBWR, một thiết kế của kiểu lò phản ứng BWR thụ động

Mô phỏng được thực hiện trên một máy tính cá nhân (PC), hoạt động chủ yếu trong thời gian thực và có một phản ứng năng động với độ chính xác cao để cung cấp phản hồi của nhà máy BWR thụ động trong các hoạt động bình thường và tình huống tai nạn Nó cũng có một giao diện người dùng bắt trước bảng điều khiển kiểm soát, bao gồm cả hệ thống hiển thị của nhà máy Quan trọng hơn, nó cho phép người dùng tương tác với các mô phỏng trong hoạt động của nhà máy BWR thụ động

Cấu hình yêu cầu tối thiểu đối với phần mềm mô phỏng này là một máy tính Pentium hoặc tương đương (tốc độ CPU tối thiểu 1.7GHz), tối thiểu 512 Mbytes RAM, ổ cứng ít nhất 30Gbytes, 32Mbytes bộ chuyển đổi hiển thị RAM, card màn hình công nghệ cao (độ phân giải 1024 x 768), màn hình màu độ phân giải cao SVGA 15inch hoặc lớn hơn, bàn phím và chuột Hệ điều hành có thể là Windows

2000, Windows XP hoặc cao hơn (Lưu ý: trong quá trình sử dụng, chúng tôi nhận

thấy chỉ sử dụng được trên Windows 32 bit, không dành cho Windows 64 bit)

Sự tương tác giữa người sử dụng và mô phỏng thông qua sự kết hợp của màn hình hiển thị, chuột và bàn phím Giám sát thông số và kiểm soát điều hành nhà máy được thể hiện một cách giống hệt như trên mô phỏng

2.2 Khởi động mô phỏng

 Chọn chương trình “PBWR” để thực hiện- thực thi tập tin PBWR.exe

 Nhấp chuột bất cứ đâu trên màn hình “Passive BWR simulator”

 Chọn “OK” để chạy mô phỏng hết công suất nhà máy

 Mô phỏng sẽ hiển thị màn hình “Plant Overview” với tất cả các thông số khởi tạo tới 100% công suất

 Do thực tế mô phỏng BWR thụ động cần nhiều bộ nhớ đệm để lưu lại các xu hướng lịch sử, nên cần một thời gian để khởi tạo dữ liệu khi mô phỏng được nạp lần đầu Để tăng tốc cho quá trình này, khuyến cáo sau khi mô phỏng được tải lần đầu tiên và màn hình “Plant Overview Screen” được hiển thị, ta chạy mô phỏng trong vài giây, sau đó “LOAD” 100% FP IC lại lần nữa trước khi chạy mô phỏng

2.3 Khởi tạo mô phỏng

Nếu bất cứ lúc nào bạn cần phải trả lại mô phỏng đến một trong những điểm lưu trữ khởi đầu, làm như sau:

 Đóng băng mô phỏng bằng cách chọn “Freeze” ở góc dưới bên phải màn hình

 Nhấp chọn “IC”

 Chọn “Load IC”

 Chọn “FP_100.IC” cho 100% công suất ban đầu

 Nhấp vào “Ok” để tải

 Nhấp chọn “Yes”

 NHấp vào “Return”

 Bắt đầu hoạt động mô phỏng bằng cách chọn “Run”

Hình 2.1 Giao diện khi khởi chạy chương trình