核燃料管理與優(yōu)化ppt課件.ppt

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1、核燃料管理與優(yōu)化核能系堆芯換料設(shè)計的優(yōu)化換料方案設(shè)計的優(yōu)化先進換料方案搜索程序模擬退火算法遺傳算法換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化模型堆芯裝料方案設(shè)計優(yōu)化的任務(wù)就是要在多循環(huán)燃料管理所確定的燃料管理策略下，在確保核電廠安全運行的前提下，尋求堆內(nèi)燃料組件和可燃毒物的最優(yōu)空間布置，以使核燃料循環(huán)能量成本最低。由于要準(zhǔn)確計算循環(huán)的能量成本必須進行經(jīng)濟性分析，這是比較復(fù)雜的，而且不可能用一簡單公式定量地表述。因此，在實際的換料設(shè)計優(yōu)化中，人們常選擇一些和燃料循環(huán)成本直接有關(guān)的非費用函數(shù)作為優(yōu)化時的目標(biāo)函數(shù)。換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化模型1)循環(huán)末從反應(yīng)堆卸出的燃料組件的平

2、均卸料燃耗深度Bd最大，即換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化模型2)循環(huán)初(BOC)堆芯燃料的裝載量與循環(huán)期間所生的能量之比為最小，這等價于:①對于給定的BOC堆芯燃料富集度，使循環(huán)長度Tc最長，或使循環(huán)的能量輸出最大，即②對于給定的循環(huán)長度或能量輸出，使BOC堆芯燃料裝載量最小。換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化模型3)對給定的BOC燃料富集度和循環(huán)長度，使循環(huán)末(EOC)堆芯反應(yīng)性或臨界可溶硼濃度CB最大，即換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化模型4)在許多情況下，從安全角度出發(fā)把要求在整個循環(huán)期間堆芯的最大功率峰因子KV最小作為目標(biāo)函數(shù)，對于新的堆芯設(shè)計來講，功率峰因子

3、的減小意味著在安全準(zhǔn)則允許之下，堆芯功率密度的可以提高，在相同堆芯體積下，增大堆芯功率的輸出。即要求換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化模型在實際中壓水堆堆芯裝料方案設(shè)計問題有時是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題，例如要求壽期末可溶硼濃度最大，整個循環(huán)中功率峰因子最小等，這時可以構(gòu)造一個復(fù)合的目標(biāo)函數(shù)f最小化目標(biāo)函數(shù)加權(quán)系數(shù)換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化模型換料設(shè)計優(yōu)化常用的約束條件有:1)整個循環(huán)期間堆芯的最大功率峰值小于許可值。2)燃料的最大卸料燃耗深度小于許可值，隨著燃料制造和組件設(shè)計的改進，燃料卸料燃耗的許可值在不斷提高，目前已達到50GWd/tU以上。3)整個壽期內(nèi)堆芯的慢化

4、劑溫度系數(shù)為負值。4)停堆深度不低于某一規(guī)定值。5)新料的富集度小于某一規(guī)定值。這往往是燃料供應(yīng)商提出的約束條件。換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化模型研究上述目標(biāo)函數(shù)與反應(yīng)堆的狀態(tài)方程不難發(fā)現(xiàn)堆芯換料設(shè)計優(yōu)化問題具有如下的特點:1)該優(yōu)化問題是一個典型的組合優(yōu)化問題;2)由于燃料組件位置，可燃毒物的數(shù)量等控制變量在可行域內(nèi)是離散變化的，因而該問題必須用比通常連續(xù)變量規(guī)劃還困難的多的整數(shù)規(guī)劃方法求解;3)問題的非線性，例如堆芯的燃耗分布與堆芯功率分布之間存在著密切的互相依賴關(guān)系;4)目標(biāo)函數(shù)與部分約束條件不能用表達式直接表示。它們的值只能通過復(fù)雜的反應(yīng)堆多維中子擴散方程和燃

5、耗方程的計算而獲得;5)需多次重復(fù)地進行堆芯的擴散-燃耗計算。換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化方法單循環(huán)燃料管理中堆芯換料方面的選擇是一個典型的優(yōu)化問題，它并具有上節(jié)中所提到的五個特點，使優(yōu)化問題變得復(fù)雜并很難處理。同時由于控制變量數(shù)目的增加，使問題的規(guī)模變得異常之大。例如用整數(shù)規(guī)劃求解堆芯燃料組件優(yōu)化布置方案時，典型的三區(qū)裝載壓水堆堆芯含193個燃料組件，即使在堆芯1/4對稱布置且無可燃毒物的條件下，也有1043量級堆芯裝載方案，因此，要通過有限量的計算在這么巨大的搜索空間中找出一個全局最優(yōu)的方案是極其困難甚至是不可能的。因為如此，在實際工程中就常采用一些近似的方法。換

6、料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化方法多年來，人們一直對這個問題給予很大的重視并努力尋求解決問題的辦法。首先致力于尋找簡化和縮小問題規(guī)模的辦法，例如對問題的線性化，變量之間的脫耦等辦法；其次是研究先進快速的堆芯中子學(xué)的計算方法，以提高計算可行解的能力和速度;最后研究開發(fā)先進和有效的優(yōu)化技術(shù)，以提高搜索的范圍、能力和速度，例如近期新的優(yōu)化方法，為模擬退火，遺傳基因算法等先進優(yōu)化方法在堆芯方案設(shè)計優(yōu)化中的應(yīng)用。換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化方法人們最早、最直觀的辦法便是根據(jù)設(shè)計和運行的經(jīng)驗采用直接搜索的方法進行換料方案的設(shè)計，但由于可行解方案的龐大以及由于經(jīng)驗的有限，因此往往

7、耗時太大而且往往陷于局部最優(yōu)，難于找到全局最優(yōu)的理想方案，后來隨著優(yōu)化技術(shù)的進步出現(xiàn)了"專家系統(tǒng)"和"神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)"等應(yīng)用，大大提高了搜索的空間和能力，提高了計算效率和精度。換料方案設(shè)計的優(yōu)化堆芯換料設(shè)計優(yōu)化方法20世紀(jì)80年代提出了用脫耦方法把燃料組件和可燃毒物控制問題分開處理，以減少問題的規(guī)模。屬于這種方法的有以美國普渡大學(xué)DIRECT/POISPUT和賓州大學(xué)的OPHAL/SPOT兩個代表性程序。這兩個程序均己在個別壓水堆核電廠中應(yīng)用。它們的優(yōu)點是簡化了問題，提高了計算效率。但是由于都作了脫耦、線性化等近似，因而