Áp dụng phương pháp ước lượng tốt nhất kết hợp phân tích độ bất định và phương pháp thận trọng

Nghiên cứu này thực hiện phân tích an toàn thủy nhiệt độc lập cho bài toán LB-LOCA trên lò phản ứng VVER-1200/V491 và đánh giá sự phụ hợp của các kết quả của phương pháp thận trọng với khuyến cáo của IAEA, cả hai phương pháp ước lượng tốt nhất và thận trọng sử dụng chương trình RELAP5/MOD 3.3 đều được áp dụng. Nhiệt độ đỉnh của vỏ thanh nhiên liệu (PCT) được xác định như là hình ảnh đặc trưng để phân tích (FOM).

THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG TỐT NHẤT KẾT HỢP PHÂN TÍCH ĐỘ BẤT ĐỊNH VÀ PHƯƠNG PHÁP THẬN TRỌNG ĐỂ MƠ PHỎNG SỰ CỐ LB-LOCA CHO LỊ VVER-1200/491 SỬ DỤNG RELAP5 Hoàng Tân Hưng, Võ Thị Hương, Bùi Thị Hoa, Hoàng Minh Giang Viện khoa học kỹ thuật hạt nhân Phương pháp ước lượng tốt thận trọng hai phương pháp thường dùng phân tích an toàn tất định cho nhà máy điện hạt nhân Thông thường, kết từ phương pháp ước lượng tốt thường phải bao đường kết có từ phương pháp thận trọng (IAEA Specific Safety Guide - No SSG-2) Trong báo cáo phân tích an tồn (SAR) Liên Bang Nga trình bày kết phân tích cố vỡ lớn (LB-LOCA) cho lị VVER-1200/V491 sử dụng chương trình tính tốn DINAMIKA-97 với giả thiết thận trọng sẵn sàng hệ thống điều kiện đầu Nghiên cứu thực phân tích an tồn thủy nhiệt độc lập cho tốn LB-LOCA lị phản ứng VVER-1200/V491 đánh giá phụ hợp kết phương pháp thận trọng với khuyến cáo IAEA, hai phương pháp ước lượng tốt thận trọng sử dụng chương trình RELAP5/MOD 3.3 áp dụng Nhiệt độ đỉnh vỏ nhiên liệu (PCT) xác định hình ảnh đặc trưng để phân tích (FOM) Đánh giá độ nhạy độ bất định thực để xác định thông số ảnh hưởng tới PCT Các kết tính toán sử dụng RELAP5 cho thấy phù hợp với kết trình bày báo cáo SAR Bên cạnh đó, kết tính tốn đường bao độ bất định tính tốn dựa phương pháp ước lượng tốt khơng hồn tồn bao kết tính theo phương pháp thận trọng sử dụng RELAP5 DINAMIKA-97 Các kết phân tích độ nhạy thơng số cơng suất sau dừng lị, hệ số đỉnh công suất, nhiệt độ ban đầu chất tải nhiệt từ bình tích áp kích thước khe nhiên liệu lớp vỏ thông số tác động nhiều lên PCT TỔNG QUAN (a), chương trình tính tốn, (b) sẵn sàng Cho đến nay, việc thực phân tích an tồn tất hệ thống (c) điều kiện đầu điều định cho nhà máy điện hạt nhân chủ yếu kiện biên trình bày bảng [1] phân làm hai cách tiếp cận ước lượng Cách tiếp cận thận trọng đạt sử tốt thận trọng Việc phân loại dựa dụng phương án [1] Phương án áp cách tiếp cận dựa lựa chọn yếu tố dụng cách sử dụng ước lượng tốt cộng với độ bất định tính tốn (BEPU) Cách tiếp cận Số 68 - Tháng 9/2021 19 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN thận trọng bao hàm độ bất định, đó, kết tính tốn từ phương pháp dẫn đến kết không phù hợp với tiêu chí chấp nhận Chương trình tính tốn liệu ước lượng tốt cần sử dụng để phù hợp với mục tiêu phân tích an tồn xác xuất với việc cung cấp kết thực Theo hướng dẫn an toàn IAEA (No-SSG-2), kết đưa cách tiếp cận ước lượng tốt thường bao kết cách tiếp cận thận trọng mơ tả hình Do đó, để dự đốn xác kết tính tốn, luật Hoa Kỳ (CFR) 50.46 [2] cho phép sử dụng phương án quy định phụ lục K CFR, mục 10, phần 50 sử dụng giả thiết sẵn sàng hệ thống, điều kiện đầu điều kiện biên thận trọng Vì vậy, nghiên cứu thực phân tích an toàn thủy nhiệt độc lập cho cố vỡ lớn (LB _LOCA) cho lò phản ứng VVER – 1200/V491 để khảo sát so sánh với kết báo cáo SAR với hai phương án gợi theo hướng dẫn IAEA, với chương trình tính tốn RELAP5 là: (a) giả thiết thận trọng với sẵn sàng hệ thống, điều kiện đầu điều kiện biên, (b) giả thiết thận trọng với sẵn sàng hệ thống điều kiện đầu, điều kiện biên thực cộng với độ bất định thơng số Phương án gọi phương án bản, giống với cách phân tích báo cáo SAR thay chương Báo cáo phân tích an tồn (SAR) cho lị phản trình tính toán RELAP5 Kết từ phương án ứng VVER – 1200/V491 sử dụng gói chương so sánh với kết tính tốn trình tính tốn TRAP – KC [4] cho phân tích an báo cáo SAR nhằm khảo sát đắn mơ tồn sử dụng chương trình DINAMIKA-97 hình kết tính tốn Phương án số hai sử cho thiết kế phân tích thủy nhiệt lị dụng cách tiếp cận ước lượng tốt cộng với độ phản ứng trường hợp cố Trong báo cáo bất định đưa kết tính tốn ước lượng tốt 20 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN với dải bất định Cả hai kết dùng để so sánh với để xác định định lượng yếu tố bất định có bao điều kiện thận trọng hay không Để nghiên cứu phương án BEPU, diễn biến thay đổi nhiệt độ nhiên liệu lựa chọn làm thông số đánh giá Phân tích độ bất định dựa điều kiện đầu vào thực cộng với đánh giá độ bất định sử dụng phương pháp phát triển GRS đánh giá độ nhạy đồng thời thực để xác định thông số ảnh hưởng tới nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu Đường bao phân tích bất định nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu tính tốn RELAP5 so sánh với kết báo cáo SAR để xác nhận phù hợp kết cũn yêu cầu an toàn IAEA nhân Trong nghiên cứu này, mơ hình ước lượng tốt lị phản ứng VVER – 1200 xây dựng chương tính tốn RELAP Bằng việc sử dụng liệu tham khảo từ báo cáo phân tích khả thi [4] Mơ trạng thái ổn định lị phản ứng VVER -1200/V491 thực để xác minh tính đắn mơ hình cách so sánh với thơng số thiết kế trạng thái ổn định báo cáo SAR trước thực tính tốn chuyển tiếp Kết so sánh giá trị thiết kế giá trị mơ trình bày bảng Có thể thấy độ lệch hai kết thu phần lớn nhỏ 5% có mức nước bình sinh có độ lệch cao (6.67%) Do đó, độ xác mơ lị phản ứng VVER -1200 nhỏ chấp nhận Sau xác minh độ xác mơ CÁC GIẢ THIẾT VÀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG hình mơ lị phản ứng VVER – 1200 sử RELAP5 chương trình tính tốn thủy nhiệt dụng chương trình RELAP5 chấp nhận được, ước lượng tốt phát triển phịng nhóm nghiên cứu thực tính tốn với tai nạn thí nghiệm quốc gia Idaho dùng để phân tích LB - LOCA với hai hai phương án lựa chuyển tiếp tai nạn lò phản ứng hạt chọn Các giả thiết hai phương án tính tốn trình bày phía 2.1 Các giả thiết cho trường hợp Trong nghiên cứu, kịch cho cố LB – LOCA lò phản ứng VVER – 1200/V491 trình bày Sự kiện khởi phát tai nạn ống Số 68 - Tháng 9/2021 21 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN dẫn với đường kính 850 mm bị vỡ phía lối giả định 104 %, công suất vào vùng hoạt kết hợp với điện đưa vào phân tích 3328 MW thay cho 3200 Trong trường hợp bản, điều kiện đầu MW giá trị công suất danh định (thực) nhà lò phản ứng kịch tai nạn lụa chọn với máy Theo tài liệu tham khảo số [5], thông giải thiết bảo thủ hệ thống làm mát vùng số đầu vào thận trọng giá trị thực liệt kê hoạt khẩn cấp Ví dụ, cơng suất nhiệt lị phản ứng bảng Tính hiệu dập lị sinh điều kiện “có nhiều hai bơm tuần hoàn bị ngắt điện cơng suất lị phản ứng lớn 75% cơng suất danh định” Tín hiệu dập lị thức hai sinh điều kiện “áp suất vùng hoạt nhỏ 15.2 MPa cơng suất lị phản ứng lớn 75% công suất danh định” Tuy nhiên, hệ thống điều khiển bắt đầu di chuyển bị chậm 1.5 giây sau tín hiệu dập lị thứ hai (1.0 giây để sinh tín hiệu 0.5 giây để truyền tín hiệu qua mạch) điều kiện biên cho trường hợp đưa bảng Trình tự chuỗi sụ kiện kịch cố LB – LOCA giả thiết giống trường hợp trình bày Để nghiên cứu với trường hợp BEPU, nhiệt độ vỏ nhiên liệu lựa chọn để đánh giá Phân tích độ bất định dựa liệu đầu vào thực cộng với đánh giá độ bất định dựa phương pháp GRS [7] đánh giá độ nhạy thực để xác định thông số ảnh hưởng đến nhiệt độ vỏ bọc Trong giả thiết máy phát diesel nhiên liệu (DG) sửa chữa, máy phát DG khác Các thông số quan trọng tiềm lấy từ bị lỗi sai hỏng đơn Vì vậy, có hai kênh hệ dự án BEMUSE cho lò phản ứng Zion [6] vốn thống làm mát vùng hoạt khẩn cấp (ECCS) hoạt lò phản ứng áp lực điển hình Danh sách động Thêm nữa, hai DG không hoạt 18 thông số với độ bất định với dạng phân động, nên bể chứa ECCS không bố thông số dựa kết dự án BEhoạt động dẫn đến cung cấp chất tải MUSE trình bày bảng nhiệt đến bể ngưng bể giảm áp lò phàn ứng Việc khởi động máy phát DG giả thiết Khi áp dụng phương pháp GRS [7], số lần tính 40s trước cung cấp dung dịch toán thực cách thay đổi đồng thời tất tham số đầu bất định đầu vào dựa theo axit boric đến bơm ECCS vào vòng sơ cấp phân bố tham số Vì vậy, nghiên 2.2 Các giải thiết cho trường hợp BEPU cứu thực 100 lần tính tốn để đảm bảo Các giá trị thiết kế điều kiện đầu giới hạn dung sai hai bên (95%/95%) 22 Số 68 - Tháng 9/2021 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Diễn tiến tai nạn LB – LOCA trường hợp Khi tai nạn LB – LOCA xảy ra, lượng lớn chất tải nhiệt vịng sơ cấp bị nhà lị thơng qua vết vỡ, vùng hoạt lị phản ứng bị khơ cạn cách nhanh chóng áp suất vòng sơ cấp giảm mạnh đột ngột Tín hiệu dập lị ghi nhận sau 0.036 s giả định Số 68 - Tháng 9/2021 23 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN bị bỏ qua, hệ thống ECCS nhận tín hiệu kích hoạt thời điểm 0.04 s trì hỗn đến 40s từ nhà máy bị điện, van bị ngắt Tại thời điểm 1.54 s, tín hiệu dập lị thứ hai kích hoạt điều khiển bắt đầu rơi xuống vùng hoạt sau 1.9 s Hệ thống ECCS thụ động bắt đầu đưa nước hòa tan axit boric vào thùng lò áp suất nhỏ 5.9 MPa thời điểm 6.6 s hệ thống 64.8 s Toàn q trình tính tốn thực 500 s Trình tự chuỗi kiện xảy sau tai nạn trường hợp tương tự với kết đưa báo cáo SAR[4] trình bày bảng 24 Số 68 - Tháng 9/2021 So sánh kết tính tốn kết trình bày SAR trình bày hình – Kết hình cho thấy áp suất hệ sơ cấp giảm mạnh Hình so sánh thay đổi nhiệt độ vỏ nhiên liệu cho thấy có khác biệt nhỏ tính tốn nhóm nghiên cứu báo cáo SAR khác biệt thời gian bắt đầu kích hoạt tốc độ bơm nước làm mát hệ thống ECCS cung cấp hình hình Tuy nhiên, khác biệt chấp nhận tồn q trình diễn tiến tai nạn gần khơng bị ảnh hưởng THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 3.2 Phân tích nhiệt độ vỏ nhiên liệu trường hợp BEPU 3.2.1 Phân tích độ bất định Để đánh giá độ bất định, trường hợp tham chiếu nhiệt độ nhiên liệu thu cách sử dụng giả định thận trọng sẵn sàng hệ thống liệu thực điều kiện đầu, điều kiện biên Sau đó, tính tốn độ bất định thực 100 lần chạy tính tốn để đạt giới hạn dung sai hai bên (95%/95%) từ trường hợp tham chiếu Hình hình cho thấy số tính tốn thay đổi nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu 20s 200 s kể từ kiện khởi phát Các kết tính toán trường hợp tham chiếu, đường bao đường bao tính tốn bất định tính tốn với giả thiết bảo thủ cho sẵn sàng hệ thống, điều kiện đầu điều kiện biên Có thể thấy rằng, 14 s từ kiện khởi phát, đường tính tốn bảo thủ nhiệt độ vỏ nhiên liệu bao toàn kết trường hợp khác với giá trị nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu không vượt tiêu chí chấp nhận 1200оC (hình 7) Tuy nhiên, thấy thấy sau 50s, đường kết tính tốn bảo thủ khơng cịn bao đường bao mong đợi Số 68 - Tháng 9/2021 25 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN So sánh kết tính tốn kết từ báo cáo SAR cho kịch LB – LOCA đưa hình Có thể thấy rằng, kết cho thấy phù hợp kết tính tốn kết đưa báo cáo SAR, sai lệch giá trị nhiệt độ xảy vài giây đầu nhiệt độ đỉnh nhiên liệu tính tốn báo 3.2.2 Phân tích độ nhạy Nghiên cứu phân tích độ nhạy thực để tìm thơng số bất định có ảnh hưởng lớn tớt kết nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu Trong nghiên cứu sử dụng hệ số tương quan Spearmen [10] với dải giá trị từ -1 đến +1 để đánh giá độ nhạy 18 thông số đầu vào Giá trị hệ số tương quan Spearmen xung quanh có nghĩa thơng số ảnh hưởng tới nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu, giá trị hệ số xung 26 Số 68 - Tháng 9/2021 cáo SAR 1067 1050 оC Hơn nữa, so sánh đường biên tính tốn độ bất định nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu với kết tính tốn báo cáo SAR cho thấy kết tính tốn thận trọng khơng bao hồn tồn đường biên tồn thời gian tính tốn 500 s quanh ±1 có nghĩa chúng có ảnh hưởng mạnh đến với +1 tỷ lệ thuận -1 tỷ lệ nghịch Nghiên cứu độ nhạy thực với nhiệt độ đỉnh vỏ bọc nhiên liệu hai giai đoạn cố LB – LOCA bao gồm: giai đoạn bùng phát giai đoạn làm ngập lại Kết phân tích độ nhạy cho 18 thông số đầu vào với hai giai đoạn trình bày hình với số thứ tự thơng số bảng Có thể thấy rằng, giai đoạn bùng phát thông số có ảnh THƠNG TIN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ HẠT NHÂN hưởng bao gồm: công suất dập lị, hệ thơng số có ảnh hưởng bao gồm: nhiệt độ số cơng suất đỉnh kích thước khe nhiên ban đầu bình tích áp, cơng suất sau dập liệu vỏ bọc Đối với giai đoạn làm ngập lại, lị kích thước khe nhiên liệu vỏ bọc KẾT LUẬN Nghiên cứu trình bày việc sử dụng tiếp cận bảo thủ ước lượng tốt áp dụng phương pháp GRS trình tính tốn RELAP5 để mơ tiến trình tai nạn thay đổi nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu cố LB – LOCA lò phản ứng VVER – 1200/V491 Các kết tính tốn nghiên cứu cho thấy phù hợp với kết trình bày báo cáo SAR hai cách tiếp cận thận trọng ước lượng tốt Tuy nhiên, kết tính tốn thận trọng gần với kết tính tốn SAR điều kiện giả định tương đồng Mặc dù có chút khác biệt thời gian đóng van hơi, thời gian tín hiệu dập lị sinh thời gian vận hành hệ ECCS dẫn đến có khác biệt nhỏ kết quả, nhiên, tồn tiến trình tai nạn tương tự nên kết chấp nhận Nghiên cứu đường bao tính tốn độ bất định nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu sử dụng chương trình tính tốn RELAP5 khơng bao hồn tồn tính tốn bảo thủ RELAP5 DINAMIKA-97 Vấn đề dẫn đến cần phải thảo luận thêm giả định thận trọng SAR đưa có tuân thủ hướng dẫn an tồn IAEA hay khơng Kết nghiên cứu độ nhạy thông số cơng suất lị phản ứng sau dập lị, hệ số cơng suất đỉnh, nhiệt độ ban đầu bình tích áp, kích thức khe nhiên liệu vỏ bọc có ảnh hưởng lớn đến giá trị nhiệt độ vỏ bọc hiên liệu sau tai nạn Vì vậy, giả định thận trọng cần xem xét đến thơng số thực phân tích an toàn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Safety Standards Series No.SSG-2 “Deterministic Safety Analysis for Nuclear Power Plants”, International Atomic Energy Agency, VIENNA, p 10-11, 2009 [2] 10 CFR 50.46, “Acceptance criteria for emergency core cooling systems for light water nuclear power reactors,” Appendix K, “ECCS Evaluation Models”, to 10 CFR Part 50, Code of Federal Regulations, 1996 [3] Horst Glaeser, Evaluation and review guide on Loss of Coolant Accidents (LOCA), Asian Nuclear Safety Network (ANSN), Regional Workshop on Best Estimate plus Uncertainty Calculations and Accept- Số 68 - Tháng 9/2021 27 THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN ance Criteria of Emergency Core Cooling System Korea Institute of Nuclear Safety (KINS) Daejeon, Republic of Korea 21 to 25 March 2016 [4] Ninh Thuan Nuclear Power Project Management Board, Ninh Thuan Nuclear Power Plant Project, Feasibility Study, PART 1, Feasibility Study Description, Volume 3, Specialized reports, Report 1, Feasibility Study Safety Analysis, Chapter Safety analysis Section 7.5 Deterministic analysis Subsections 7.5.1, 7.5.2, 7.5.3, 7.5.4, 7.5.5 p 55-61, 2015 [5] Ninh Thuan Nuclear Power Project Management Board, Ninh Thuan Nuclear Power Plant Project, Feasibility Study, Part 1, Feasibility Study Description, Volume 3, Specialized reports, Report 1, Feasibility Study Safety Analysis, Chapter Safety analysis, Section 7.5 Deterministic analysis Subsection 7.5.6 Anticipated operational occurrences and design basis accidents NT1.0-3.101-FS-01.03.01.07.05.06.00, p 117-120, 183-184, 2015 [6] Nuclear Energy Agency, Committee On The Safety Of Nuclear Installations, “BEMUSE Phase V Report: Uncertainty and Sensitivity Analysis of a LBLOCA in ZION Nuclear Power Plant”, NEA/CSNI/R (2009)13, p 19-20, 2009 [7] Horst Glaeser, “GRS Method for Uncertainty and Sensitivity Evaluation of Code Results and Applications”, Hindawi Publishing Corporation, Science and Technology of Nuclear Installations, Volume 2008, Article ID 798901, 2008 [8] S S Wilks, “Determination of sample sizes for setting tolerance limits,” Annals of Mathematical Statistics, Vol 12, No 1, p 91– 96, 1941 [9] Ninh Thuan Nuclear Power Project Management Board, Ninh Thuan Nuclear Power Plant Project, Feasibility Study, Part 1, Feasibility Study Description, Volume 3, Specialized reports, Report 1, Feasibility Study Safety Analysis, Chapter Description and conformance to the design of plant systems Section 6.2 Reactor NT1.0-3.101-FS-01.03.01.06.02-rev02 PP 123, 22, 2015 [10] Maurice G Kendall, Rank Correlation Methods, fourth edition, p 8, 1970 28 Số 68 - Tháng 9/2021 ... HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN thận trọng bao hàm độ bất định, đó, kết tính tốn từ phương pháp dẫn đến kết khơng phù hợp với tiêu chí chấp nhận Chương trình tính tốn liệu ước lượng tốt cần sử dụng. .. HỌC VÀ CÔNG NGHỆ HẠT NHÂN 3.2 Phân tích nhiệt độ vỏ nhiên liệu trường hợp BEPU 3.2.1 Phân tích độ bất định Để đánh giá độ bất định, trường hợp tham chiếu nhiệt độ nhiên liệu thu cách sử dụng. .. đầu vào thực cộng với đánh giá độ bất định sử dụng phương pháp phát triển GRS đánh giá độ nhạy đồng thời thực để xác định thông số ảnh hưởng tới nhiệt độ vỏ bọc nhiên liệu Đường bao phân tích bất