Erőművek Szabályozása

1. Erőműautomatizálási ismeretek Erőművek Szabályozása 2. Blokkszabályozás 3. Gőzkazánok szabályozása 4. Atomerőmű szabályozásai 5. Gőzturbinák szabályozása

4. Atomerőmű szabályozásai PWR atomerőmű kapcsolása és jellemzői Gőztermelési folyamat Szabályozási feladatatok: - reaktorteljesítmény (különböző megold.) - primer hűtőközeg nyomása és szintje - gőzfejlesztő vízszint (tápvíz)

4.1. Reaktorteljesítmény szabályozás Fluxus és technológiai paraméter szerint, de: beavatkozás mindig szabályozórúddal • Jellemzői: • Fluxus szabályozás dinamikája kedvező és gyors • P szabályozó, de a hajtással együtt I jelformálás (igen kedvező szakasz) • A turbina nyomás-szabályozással igazodik a reaktorhoz • A nyomásszabályozás is igen jó minőséggel működik (szakaszdinamika itt is kedvező) • Tárolt energia kihasználására nincs mód • Minden jellemző állandó, kímélő üzemmód, alapterhelésre jó. • Átlagfluxus szabályozás (Passzív turbinás blokkszabályozáshoz)

4.1. Reaktorteljesítmény szabályozás (Aktív turbinás blokkszabályozáshoz) A gőztermelés és a gőzfogyasztás egyensúlyán alapszik • Szekunderoldali gőznyomás szabályozás Kapcsolás és statikus jelleggörbe • Jellemzői: • Primer körben hőfeszültség a változó hőmérséklet miatt • Nagyobb rúdmozgatás szükséges • Térfogat-kompenzálás nehezebb • Primer oldal energiatárolása a terhelés függvényében nő • A szekunder oldal/turbina szempontjából jó (állandó nyomás és hőmérséklet) • A szakasz késleltetése nagyobb (nehezebb szabályozni) 1: Nyomásszabályozó 2: Fluxus-szabályozó ≈állandó ≈állandó

4.1. Reaktorteljesítmény szabályozás • Jellemzői: • Kisebb rúdmozgatás az állandó hőmérséklet miatt • Könnyebb térfogat kompenzálás, kisebb edény • Szekunderoldali berendezések túlméretezése szükséges (részterhelés felé nő a nyomás) • Változó gőzhőmérséklet, hőfeszültség • A szekunder oldal hőtárolása csökkenő jellegű, segíti a teljesítménynövelést • A szakasz beavatkozási dinamikája kedvezőbb (könnyebb szabályozni) A hőfelszabadítás és a gőztermelésre fordított hőteljesítmények egyensúlyán alapszik: • Primerköri átlaghőmérséklet szabályozás Szabályozott jellemző: Statikus jelleggörbe

4.1. Reaktorteljesítmény szabályozás Primerköri átlaghőmérséklet szabályozás kapcsolásai: a.) Kaszkád: a fluxus kisegítő jellemző 1- hőmérséklet szabályozó 2- fluxus szabályozó b.) Közvetlen rúdmozgatással

4.1. Reaktorteljesítmény szabályozás Kombinált szabályozás: • A kombinált szabályozás jellemzői: • Egy szabályozási kör (nyomásra v. hőmérsékletre), de terhelésfüggő alapjelre • Nagyobb terhelésen kedvező hőtárolási tulajdonság a primer és szekunder oldalon egyaránt • Kisebb térfogat kompenzáló szükséges • A szekunder oldal méretezési nyomása kisebb lesz Állandó hőmérséklet a prim. oldalon Állandó nyomás a sec. oldalon

4.1. Reaktorteljesítmény szabályozás • Reaktorteljesítmény szabályozás a PA-ben A reaktorteljesítmény szabályozás módjainak elvi vázlata 1: nyomásszabályozó (RT), 2: fluxus-szabályozó (RN)

Az RN szabályozó működését demonstráló szimulációs eredmények A fluxus-szabályozási kör átmeneti függvényei alapjel változásra (d = 2 %, h = 1 %)

4.2. A primer hűtővíz szabályozásai 4.2.1. A primerköri nyomás szabályozása Elvi kapcsolása: • Főbb jellegzetességek: • Diszkrét eltéréseknél diszkrét beavatkozások (állásos szabályozás) • Lényegében P-szabályo-zó, de nemlineáris és progresszív jelleg • Névleges nyom.nál is van fűtés (ok: bef.vez. melegentartása, hővesz-teség) A szabályozó statikus jelleggörbéje (KKW Stade)

4.2. A primer hűtővíz szabályozásai 4.2.1. A primerköri nyomás szabályozása A paksi szabályozó statikus jelleggörbéje • Blokk teljesítménynöveléssel módosult: • Fűtés be-ki értékek 0,75 bar-al nőttek • Első 180 kW folytonos LQ-szabályozás

4.2. A primer hűtővíz szabályozásai 4.2.2. Térfogat kompenzáló szintszabályozása 3-komponensű szintszabályozás 2 eset van: Cél: • HTK = állandó • HTK = terhelésfüggő Terhelésfüggő alapjel-komponens Arányos Integráló

4.3. A gőzfejlesztő vízszint-szabályozása 4.3.1. Szabályozási kapcsolás 1. Normál-üzemi szintszabályozás: • 3-komponensű • zavarkompenzáció • (MG-MT)~dH/dt • KT, KG szerepe • 2. Indítási szintszabályozás: • 1-komponensű, • alapjele 50 mm-el kisebb • 3. Üzemzavari szintszabályozás: nagy zavarásra • 1-komponensű, • alapjele 100 mm-el kisebb • betáplálás az üzemzavari tápszivattyúval

4.3. A gőzfejlesztő vízszint-szabályozása 4.3.2. A vízszint dinamikai viselkedése Átmeneti függvények: Lásd a kazándobnál! Mérlegek a sec.oldali közegre:

4.4. Az atomerőművi folyamat dinamikája (Reaktorteljesítmény szabályozási szakasz dinamikája) A szakasz fő részfolyamatai blokkvázlatban:

4.4. Az atomerőművi folyamat dinamikája 4.4.1. Reaktordinamika - keverőterek (AK,FK) - reaktorzóna (RZ): igen gyors, gyors, lassúdinamika • Az RZ részfolyamatai: • NK: neutronkinetika • ZT: zóna termodinamika (hőátadás) • RT: reaktivitás tényezők • SzR: szabályozórúd

r n NK 4.4.1. Reaktordinamika a.) Reaktorzóna: Pontkinetikai modell, pontreaktor kinetika NEUTRONKINETIKA (Neutronsűrűség változás) = (Keletkezés) - (Fogyás) n: neutron sűrűség (n/cm3) k: eff. sokszorozási tényező l: átlagos neutron élettartam (s) Külső forrás, a fluxustól független b : későneutron frakció C: anyamag koncentráció l : bomlási állandó

NEUTRONKINETIKA Későneutron paraméterek termikus hasadásra (U-235) Szimulációnál problémák!

NEUTRONKINETIKA A modell összefoglalása Végleges egyenletek: Kezdeti feltételek: Megoldás: • Függ a kiinduló állapottól (nemlineáris jelleg miatt) • 2-féle út: numerikus (szimuláció) és analitikus

NEUTRONKINETIKA Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) b=0,0075; l=0,080 s-1; l=10-3 s értékek mellett Indítási tartomány: k <1 és r <0; esetünk: S =10-1 neutron/s/cm3 Stacioner esetben: n = - S·l/r Önbeálló viselkedés Szubkritikus reaktor

NEUTRONKINETIKA Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) Indítási tartomány: k <1 és r <0 (mint az előbbi, csak most egymás után)

NEUTRONKINETIKA Az egyenletek megoldása szimulációval (Matlab/Simulink) Üzemi tartomány. Kiinduló egyensúlyi állapot: k =1 és r =0 (kritikus reaktor)

HŐÁTADÁS (ZT) Átlagos hűtőcsatorna

Cm=Vmrmcm Fizikai modell: HŐÁTADÁS PAKS, 1-hűtőcsatornára: Cü= 0,35 kJ/K CB = 0,09 kJ/K Cm = 0,76 kJ/K RüB= 10,24 K/kW RBm= 0,73 K/kW Cü=Vürücü CB=VBrBcB Egyszerűsített modell: Cü* Cm* Lineárisan, ha DJzb = 0, DJm << DJü:

REAKTIVITÁS TÉNYEZŐK (RT) Visszacsatoló mechanizmus: a reaktor állapota visszahat a reaktivitásra Visszacsatoló reaktivitás: Reaktivitás tényezők Értékük függ a munkaponttól a.) Üzemanyag hőmérséklet-tényező munkapont-függése:

REAKTIVITÁS TÉNYEZŐK b.) Moderátor hőmérséklet-tényező munkapont-függése:

SZABÁLYOZÓ RÚD (SzR) Statikus jelleggörbe: A szabályozórúd átviteli tényezője:

4.4.1. Reaktordinamika A reaktor eredő viselkedése, blokkvázlat:

Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése rúdhelyzet-változásra

Reaktordinamika, reaktor eredő viselkedése belépő-hőmérséklet változásra: +5°C

Mit vizsgáltunk eddig a szakaszból? (az elvégzettek áttekintése a továbbiak egyértelműsége miatt)

4.4.2. A teljesítmény szabályozási szakasz további részei Fizikai modell a teljes szakaszra: Egyszerűsített reaktormodell (a reaktormodellből kikerült a víz; ábra Simulink-ből):

4.4.3. A teljesítmény szabályozási szakasz: összegzés BLOKKVÁZLAT-ban:

Reaktorteljesítmény szabályozási szakasz A szakasz válaszai rúdkihúzásra (szimuláció) yR DF . QR Jm . mG pG

4.5. A gőztermelés mért átmeneti függvényei Beavatkozási dinamika

4.5. A gőztermelés mért átmeneti függvényei Zavarási dinamika

Erőművek Szabályozása