Cancún, Q.R., México, 11-14 de Julio, 2004/Cancún, Q.R., Mexico, July 11-14, 2004
Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM 1/7 Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM
Estrategia Operativa para el Endurecimiento Espectral
Dulce Maria Mejía Sánchez
Instituto Politécnico Nacional
U. P. Adolfo López Mateos “Zacatenco” Lindavista [email protected]
Asesor: Fís. Carlos Torres Álvarez
Comisión Federal de Electricidad Descartes Núm. 60 - 7° piso Colonia: Anzures
Resumen
Este trabajo describe la posibilidad de poder operar el reactor de la unidad uno de la Central Nucleoelectrica de Laguna Verde (CNLV) a un caudal bajo, comparado con el ciclo 10 semejante. El objetivo principal es analizar las ventajas o desventajas que se obtienen al bajar el caudal del reactor a un intervalo que varia de 81% al 106%, siendo una ventana de caudal más grande de la que se utiliza que es de 93.1% al 100.8%.
Los cálculos que se llevaron a cabo para la realización de este trabajo fueron elaborados en el Código Core Master Presto, dándole como nombre EstrategiaOperativa al caso que proponemos y Referencia al caso con el cual va a ser comparado.
Se toman muy en cuenta los intervalos permitidos para los limites térmicos y para la Keff,. Se considera un posible movimiento de barras de control si en algún caso los limites térmicos o la Keff no llegan a estar dentro de estos intervalos permitidos, y se tiene mucho cuidado en mantener la potencial al 100%.
Se encuentra que haciendo este tipo de cambios, al núcleo del reactor, este da una respuesta favorable, sin ninguna posibilidad de falla del mismo y también hay una diferencia de 219 pcm entre estos casos.
1. INTRODUCCIÓN
Cuando se iniciaron operaciones en la CNLV se empezó con un 100% de potencia y caudal y no había variación durante el ciclo de quemado, sin embargo conforme fue pasando el tiempo se inicio una estrategia operativa que tenia como propósito mover la ventana de caudal muy poco al fin de ciclo, con esto se observo una ganancia en energía por lo que se siguió investigando en estas estrategias operativas.
En nuestros tiempos la estrategia operativa consiste en variar caudal durante todo el ciclo, para obtener un mejor quemado de combustible y más exceso de energía.
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Siguiendo este tipo de estrategias operativas se hace este trabajo con la finalidad de encontrar una nueva manera de operar el reactor de la CNLV y extraer de él mayor energía y quemado del combustible sin ningún equipo adicional.
2. DESARROLLO
Primero veremos las condiciones iniciales del núcleo del reactor, a las cuales nos enfrentaremos, estado estacionario del reactor, siendo este nuestro caso de Referencia.
CAUDAL Y POTENCIA DEL NUCLEO
80 85 90 95 100 105 110 18000 20500 23000 25500 28000 30500
QUEMADO DEL NUCLEO [MWD/TU]
CAUDAL [%] 0 20 40 60 80 100 120 POTENCIA [%] CAUDAL POTENCIA
Figura 1. Variación del caudal y potencia en un ciclo
Como podemos observar, en estado estacionario, no hay ningún cambio tanto en Caudal como en Potencia.
Teniendo un comportamiento estable el núcleo, la Keff. tiene el siguiente comportamiento:
Comportamiento del Eigenvalor
0.995 1 1.005 1.01 1.015 1.02 1.025 18000 20500 23000 25500 28000 30500
Quemado del Núcleo [MWD/TU]
Keff
Figura 2. Comportamiento de K efectiva con respecto al quemado del núcleo en nuestro caso
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En nuestro caso de Referencia se definieron 21 pasos de quemado, con los que se cubrió el ciclo o rango de operación; estos pasos pueden ser en mayor o menor número según sea el ciclo que se quiera analizar, y se asumen como las condiciones base de estado estacionario de operación del reactor en este estudio teórico.
Como resultado de una serie de pruebas para determinar la mejor estrategia, se eligió dividir en tres partes iguales la longitud del ciclo, donde el primer tercio se mantuvo con el caudal mas bajo permitido del reactor (siendo este de 81% de su capacidad nominal) y al tercer tercio se mantuvo al caudal mas alto permitido del reactor, siendo en este caso el 106% de su capacidad nominal. En el segundo tercio gradualmente se aumentó el caudal desde el 81% al 106%. A este escenario lo llamamos Estrategia Operativa basada en caudal.
Comportamiento del Caudal
75 80 85 90 95 100 105 110 18000 20500 23000 25500 28000 30500
Quemado del Núcleo [MWD/TU]
Caudal [%]
Figura 3. Comportamiento del caudal con respecto al quemado del núcleo del caso Estrategia Operativa.
En esta gráfica se observa como es el comportamiento del caudal dentro del núcleo del reactor en el caso que proponemos.
Para obtener un caudal bajo, respetando los limites térmicos se tuvo que hacer un ajuste de Patrón de Barras en algunos puntos.
Las posiciones de las barras de control se mide en muescas dentro del reactor de la CNLV y se mueven mecánicamente a través de ellas, siendo la posición 48 cuando están completamente fuera del reactor y la posición 0 cuando están totalmente insertadas, se mueven en múltiplos de 2, esto es 0,2,4,... etc.
Después de verificar que no se este operando al reactor fuera de los limites térmicos permitidos, en cada paso de quemado, se extraen del programa los valores correspondientes al eigenvalor de nuestro caso a caudal bajo.
Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM 4/8 Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM Comportamiento del Eigenvalor
1 1.005 1.01 1.015 1.02 1.025 18000 20500 23000 25500 28000 30500
Quemado del Núcleo [MWD/TU]
Keff
Figura 4. Comportamiento de Keff con respecto al quemado del núcleo en nuestro caso de
Estrategia Operativa.
En la siguiente tabla se muestran los correspondientes valores del eigenvalor en ambos casos y se comprueba que la ∆K efectiva no exceda de los ±200 pcm en los primeros pasos de quemado.
Tabla I. Valores para K efectiva de Estrategia Operativa Y Referencia Paso de Quemado Eigenvalor Referencia Eigenvalor Estrategia Operativa ∆ (ESOP – REFE) Eigenvalor PCM 00 1.02135 1.02135 0 0 01 1.01114 1.00916 -0.00198 -198 02 1.01130 1.00940 -0.00190 -190 03 1.00956 1.00762 -0.00194 -194 04 1.01023 1.00877 -0.00146 -146 05 1.00918 1.00764 -0.00154 -154 06 1.00737 1.00548 -0.00189 -189 07 1.00612 1.00419 -0.00193 -193 08 1.00726 1.00580 -0.00146 -146 09 1.00645 1.00459 -0.00186 -186 10 1.00485 1.00349 -0.00136 -136 11 1.00354 1.00257 -0.00097 -97 12 1.00455 1.00457 2E-05 2 13 1.00518 1.00591 0.00073 73 14 1.00139 1.00311 0.00172 172 15 1.00189 1.00383 0.00194 194 16 1.00318 1.00520 0.00202 202 17 1.00407 1.00618 0.00211 211 18 1.00042 1.00241 0.00199 199 19 1.00058 1.00267 0.00209 209 20 1.00006 1.00223 0.00217 217 21 1.00088 1.00307 0.00219 219
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Se observa (en los pasos 12 al 21) que conforme el quemado del reactor aumenta en los pasos operativos, en los puntos de máximo caudal, se observa una mayor capacidad de multiplicación en el reactor traduciéndose en energía generada.
En la siguiente figura sé grafican los datos dados en la tabla I
Comportamiento del Eigenvalor
0.995 1 1.005 1.01 1.015 1.02 1.025 18000 20500 23000 25500 28000 30500
Quemado del Núcleo [MWD/TU]
K
eff
REFERENCIA
ESTRATEGIA OPERATIVA
Figura 5. Comparación de Keff para ambos casos expuestos
Haciendo un acercamiento de los puntos finales se notara la variación en el valor del eigenvalor al fin de ciclo. Acercamiento 0.999 1 1.001 1.002 1.003 1.004 29500 29600 29700 29800 29900 30000
Quemado del Núcleo [MWD/TU] Keff
REFERENCIA
ESTRATEGIA OPERATIVA
Figura 6. Acercamiento de los puntos a fin de ciclo en ambos casos.
Como se muestra en la figura es posible obtener un cambio positivo en el valor de Keff al fin de
ciclo, físicamente esto debido a que con la estrategia estamos favoreciendo la producción de combustible al aumentar la proporción de neutrones rápidos a bajos caudales.
Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM 6/8 Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM
Por otra parte derivado de experiencias en la CNLV se ha podido determinar una equivalencia entre este cambio y la energía (o exposición) de exceso que se podría lograr al final del ciclo.
El Ciclo 10 Semejante de la unidad uno de la CNLV tuvo un comportamiento de caudal y eigenvalor como se muestra a continuación.
COMPORTAMIENTO DEL CAUDAL
92 94 96 98 100 102 18000 20500 23000 25500 28000 30500
QUEMADO DEL NÚCLEO [MWD/TU]
CAUDAL [%]
Figura 7. Comportamiento del caudal con respecto al quemado del núcleo del caso Ciclo 10 Semejante.
COMPORTAMIENTO DEL EIGENVALOR
1 1.005 1.01 1.015 1.02 1.025 18000 20500 23000 25500 28000 30500
Quemado del núcleo [MWD/TU]
Keff
Figura 8. Comportamiento de Keff con respecto al quemado del núcleo en nuestro caso
Ciclo10 Semejante.
Comparando los tres casos, obtenemos que el comportamiento del eigenvalor al fin de ciclo es de la siguiente manera.
Memorias CIC Cancún 2004 en CDROM 7/8 Proceedings IJM Cancun 2004 on CDROM Acercamiento 0.999 1 1.001 1.002 1.003 1.004 29500 29600 29700 29800 29900 30000
Quemado del Núcleo [MWD/TU] Keff
REFERENCIA
ESTRATEGIA OPERATIVA CICLO 10 SEMEJANTE
Figura 9. Comparación de Keff para los tres casos expuestos
Se puede observar con esta figura que de la estrategia operativa propuesta se extrae mas exceso de energía en comparación con los otros casos. De la experiencia en la CNLV mediante una relación directa “Delta k, Exposición de ciclo” se concluye aproximadamente que la diferencia entre el Ciclo 10 Semejante y el caso que proponemos Estrategia Operativa es de 166 MWD/TU que representaría aproximadamente 7 días más de operación de la planta.
3. CONCLUSIONES
La estrategia operativa sugerida y diseñada en este trabajo demuestra que es posible obtener un exceso de energía al fin de ciclo (representada en términos de quemado del ciclo). Para los escenarios propuestos se consiguió obtener un cambio positivo del eigenvalor al fin de ciclo del orden de 219 pcm entre el escenario de Referencia y Estrategia Operativa, así como de 116 pcm entre Ciclo 10 Semejante y Estrategia Operativa; el primero equivalente a 9 día más de operación y el segundo a 7 días más aproximadamente.
Con una estrategia parecida, en otro ciclo, seguramente se podría disponer de mas energía que aquella en situaciones donde no se aplique la estrategia aquí desarrollada como lo fue el caso de
Referencia, o quizá mejorar una ya elaborada como el caso del Ciclo 10 Semejante pero manteniendo siempre el reactor dentro de los limites térmicos establecidos.
AGRADECIMIENTOS
Agradezco a Departamento de Gestión de Combustible de la Comisión Federal de Electricidad por las facilidades otorgadas para la realización de este trabajo, principalmente al Ing. Luis Fuentes Márquez y al Fís. Carlos Torres Álvarez, ya que sin su ayuda no hubiera sido posible terminar con éxito este trabajo.
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REFERENCIAS
1. Resultados de la modelación del CICLO 10 de la Unidad 1 de la CNLV realizadas con el código Core Master Presto de Scan Power