Nghiên cứu tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân VVER-1000

• Tác giả: Trần Việt Phú
• Người hướng dẫn: Trần Hoài Nam
• Trường học: Viện Năng Lượng Nguyên Tử Việt Nam
• Chuyên ngành: Vật lý Nguyên tử và Hạt nhân
• Đề tài: Nghiên cứu tối ưu thay đảo nhiên liệu lò phản ứng hạt nhân VVER-1000
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• Declaration of Authorship
• Acknowledgements
• Dedication
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• List of Abbreviations
• List of Figures
• List of Tables
• 1. CHAPTER 1: INTRODUCTION
• 1.1. General introduction
• 1.2. Description of fuel LP optimization problem
• 1.3. Overview of methods applied to fuel LP optimization
• 1.4. Overview of VVER reactor
• 1.5. Purposes of this dissertation
• 2. CHAPTER 2: METHODS AND DEVELOPMENT
• 2.1. Steady-state multi-group diffusion equations
• 2.2. VVER-1000 MOX core benchmark
• 2.3. Data preparation for core calculations
• 2.4. Development of LPO-V code for core physics calculations
• 2.4.1. Finite difference method for spatial discretization
• 2.4.2. Successive over-relaxation method
• 2.4.3. Core modeling by LPO-V code
• 2.4.4. Verification of core calculations
• 2.5. Development of ESA method
• 2.5.1. SA and ASA methods
• 2.6. Development of a discrete SHADE method
• 2.6.1. Classics Differential Evolution
• 2.6.2. Success-history based adaptation
• 2.6.3. Discrete SHADE method
• 2.6.4. Mann-Whitney U Test
• 3. CHAPTER 3: LOADING PATTERN OPTIMIZATION OF VVER-1000 REACTOR
• 3.1. LP optimization of VVER-1000 core using ESA method
• 3.1.1. Selection of ESA method
• 3.1.2. Comparison among SA, ASA and ESA
• 3.1.3. LP optimization of the VVER-1000 MOX core using ESA method
• 3.2. LP optimization of VVER-1000 reactor using SHADE method
• 3.2.1. Determination of control parameters
• 3.2.2. LP optimization of the VVER-1000 MOX core using SHADE method
• 3.2.3. Optimal core loading pattern of SHADE and ESA
• 3.2.4. Conclusions of Chapter 3
• 4. CHAPTER 4: CONCLUSIONS AND FUTURE WORK
• Papers published during the dissertation
• REFERENCES
• APPENDICES
• A. VVER-1000 MOX core Benchmark specification
• B. Cross sections of materials

I. Tổng quan về tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò phản ứng VVER 1000

Tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò phản ứng hạt nhân VVER-1000 là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành năng lượng hạt nhân. Mô hình này không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của lò phản ứng mà còn liên quan đến an toàn và chi phí vận hành. Việc tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu giúp cải thiện hiệu suất lò phản ứng, giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa chi phí nhiên liệu. Nghiên cứu này sẽ trình bày các phương pháp và kết quả đạt được trong việc tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò VVER-1000.

1.1. Ứng dụng của mô hình nạp nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân

Mô hình nạp nhiên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xác định cách bố trí các cụm nhiên liệu trong lò phản ứng. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và an toàn của lò phản ứng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu có thể cải thiện đáng kể hiệu suất phát điện và giảm thiểu lượng chất thải hạt nhân.

1.2. Lịch sử phát triển của lò phản ứng VVER 1000

Lò phản ứng VVER-1000 được phát triển từ những năm 1960 và đã trải qua nhiều cải tiến về công nghệ. Các phiên bản mới của lò VVER-1000 đã được trang bị nhiều tính năng an toàn và hiệu suất cao hơn. Việc nghiên cứu tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò VVER-1000 là cần thiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

II. Vấn đề và thách thức trong tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu

Tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò phản ứng VVER-1000 gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề chính bao gồm sự phức tạp trong việc mô phỏng quá trình nạp nhiên liệu, sự biến đổi của các thông số vật lý trong lò phản ứng và yêu cầu về an toàn. Những thách thức này đòi hỏi các phương pháp tối ưu hóa hiệu quả và chính xác.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất lò phản ứng

Hiệu suất của lò phản ứng VVER-1000 phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu hình nạp nhiên liệu, loại nhiên liệu sử dụng và điều kiện vận hành. Việc tối ưu hóa các yếu tố này là rất quan trọng để đạt được hiệu suất tối ưu.

2.2. Thách thức trong việc đảm bảo an toàn lò phản ứng

An toàn là yếu tố hàng đầu trong thiết kế và vận hành lò phản ứng hạt nhân. Việc tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cần phải đảm bảo rằng các tiêu chuẩn an toàn được tuân thủ nghiêm ngặt, đồng thời vẫn đạt được hiệu suất cao.

III. Phương pháp tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò VVER 1000

Nghiên cứu này áp dụng nhiều phương pháp tối ưu hóa khác nhau để cải thiện mô hình nạp nhiên liệu cho lò phản ứng VVER-1000. Các phương pháp này bao gồm mô phỏng tiến hóa, tối ưu hóa dựa trên lịch sử thành công và các thuật toán tối ưu hóa hiện đại khác. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

3.1. Phương pháp mô phỏng tiến hóa ESA

Phương pháp mô phỏng tiến hóa (ESA) là một trong những phương pháp tối ưu hóa hiệu quả nhất cho mô hình nạp nhiên liệu. Phương pháp này sử dụng các toán tử trao đổi chéo và đột biến để tạo ra các cấu hình nạp nhiên liệu mới, từ đó tìm ra cấu hình tối ưu.

3.2. Phương pháp SHADE trong tối ưu hóa

Phương pháp SHADE (Success-History based Adaptive Differential Evolution) là một phương pháp tối ưu hóa tiên tiến, sử dụng cơ chế thích ứng dựa trên lịch sử thành công của các tham số điều khiển. Phương pháp này đã cho thấy hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò VVER-1000.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò phản ứng VVER-1000 đã mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất và an toàn. Các phương pháp tối ưu hóa đã được áp dụng thành công trong thực tiễn, giúp giảm thiểu chi phí và tăng cường hiệu quả hoạt động của lò phản ứng.

4.1. So sánh hiệu suất giữa các phương pháp tối ưu hóa

Các phương pháp tối ưu hóa như ESA và SHADE đã được so sánh với các phương pháp truyền thống như SA và ASA. Kết quả cho thấy rằng ESA và SHADE có hiệu suất vượt trội hơn, với khả năng tối ưu hóa cao hơn và thời gian tính toán ngắn hơn.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của mô hình nạp nhiên liệu tối ưu

Mô hình nạp nhiên liệu tối ưu đã được áp dụng trong các lò phản ứng VVER-1000 thực tế, giúp cải thiện hiệu suất phát điện và giảm thiểu lượng chất thải hạt nhân. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu cho lò phản ứng VVER-1000 đã mở ra nhiều hướng đi mới cho ngành năng lượng hạt nhân. Các phương pháp tối ưu hóa hiện đại không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho lò phản ứng. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với nhiều ứng dụng mới.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp tối ưu hóa mới, kết hợp với công nghệ thông tin và trí tuệ nhân tạo để nâng cao hiệu quả tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu.

5.2. Tác động của tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu đến ngành năng lượng

Việc tối ưu hóa mô hình nạp nhiên liệu không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất của lò phản ứng mà còn có tác động lớn đến toàn bộ ngành năng lượng hạt nhân. Điều này sẽ góp phần vào việc phát triển bền vững và an toàn cho nguồn năng lượng trong tương lai.