Luận án tiến sĩ: Tối ưu hóa quy trình thay đảo 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
• 1. CHƯƠNG 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. CHƯƠNG 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. CHƯƠNG 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. CHƯƠNG 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. Quy trình thay nhiên liệu và tối ưu hóa

Nghiên cứu tập trung vào quy trình thay nhiên liệu và tối ưu hóa quy trình trong lò phản ứng hạt nhân VVER-1000. Quy trình thay nhiên liệu là một phần quan trọng trong quản lý nhiên liệu trong lõi (ICFM), nhằm đảm bảo hiệu suất tối đa và an toàn hạt nhân. Tối ưu hóa quy trình giúp cải thiện hiệu suất lò phản ứng, giảm chi phí nhiên liệu và đảm bảo tuân thủ các yêu cầu an toàn. Nghiên cứu này phát triển các phương pháp tiên tiến để tối ưu hóa quy trình thay đảo nhiên liệu, đặc biệt là trong lò phản ứng VVER-1000.

1.1. Quy trình thay nhiên liệu

Quy trình thay nhiên liệu bao gồm việc sắp xếp các bó nhiên liệu trong lõi lò phản ứng để đạt hiệu suất tối ưu. Quy trình này được thực hiện sau mỗi chu kỳ nhiên liệu, thường kéo dài 12-18 tháng. Việc tối ưu hóa quy trình thay nhiên liệu giúp tối đa hóa năng lượng sản xuất và giảm chi phí vận hành.

1.2. Tối ưu hóa quy trình

Tối ưu hóa quy trình liên quan đến việc sử dụng các phương pháp tính toán và mô phỏng để tìm ra cấu hình tối ưu cho việc sắp xếp nhiên liệu. Nghiên cứu này phát triển các phương pháp như mô phỏng tôi kim tiến hóa (ESA) và tiến hóa vi phân dựa trên lịch sử thành công (SHADE) để giải quyết bài toán tối ưu hóa.

II. Lò phản ứng hạt nhân VVER 1000

Lò phản ứng hạt nhân VVER-1000 là một loại lò phản ứng nước áp lực (PWR) được phát triển tại Nga. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hạt nhân và được xem xét cho chương trình điện hạt nhân của Việt Nam. VVER-1000 có các đặc điểm kỹ thuật tiên tiến, đảm bảo hiệu suất cao và an toàn hạt nhân. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình thay đảo nhiên liệu cho VVER-1000, nhằm cải thiện hiệu suất và giảm chi phí vận hành.

2.1. Công nghệ lò phản ứng VVER 1000

Công nghệ lò phản ứng VVER-1000 bao gồm các thành phần chính như lõi lò phản ứng, hệ thống làm mát và các bó nhiên liệu. Công nghệ này được thiết kế để đảm bảo hiệu suất cao và an toàn trong quá trình vận hành.

2.2. Hiệu suất lò phản ứng

Hiệu suất lò phản ứng là một yếu tố quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của VVER-1000. Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện hiệu suất thông qua việc tối ưu hóa quy trình thay đảo nhiên liệu, giúp tăng cường hiệu suất và giảm chi phí vận hành.

III. Phương pháp tối ưu hóa quy trình

Nghiên cứu này phát triển hai phương pháp tiên tiến để tối ưu hóa quy trình thay đảo nhiên liệu: mô phỏng tôi kim tiến hóa (ESA) và tiến hóa vi phân dựa trên lịch sử thành công (SHADE). Các phương pháp này được áp dụng để giải quyết bài toán tối ưu hóa trong lò phản ứng hạt nhân VVER-1000, giúp cải thiện hiệu suất và đảm bảo an toàn hạt nhân.

3.1. Mô phỏng tôi kim tiến hóa ESA

Mô phỏng tôi kim tiến hóa (ESA) là một phương pháp tối ưu hóa dựa trên việc sử dụng các toán tử trao đổi chéo và đột biến để tạo ra các cấu hình nạp tải thử nghiệm mới. Phương pháp này được cải tiến từ mô phỏng tôi kim nguyên bản (SA) để tăng cường hiệu quả tối ưu hóa.

3.2. Tiến hóa vi phân dựa trên lịch sử thành công SHADE

Tiến hóa vi phân dựa trên lịch sử thành công (SHADE) sử dụng cơ chế thích ứng dựa trên lịch sử của các tham số điều khiển thành công để cải thiện thuật toán tiến hóa vi phân (DE) ban đầu. Phương pháp này giúp tăng cường hiệu quả tối ưu hóa và giảm thời gian tính toán.

IV. Ứng dụng và kết quả

Nghiên cứu này đã áp dụng các phương pháp ESA và SHADE để tối ưu hóa quy trình thay đảo nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân VVER-1000. Kết quả cho thấy các phương pháp này có hiệu suất cao hơn so với các phương pháp truyền thống như SA và ASA. Các cấu hình tối ưu được tạo ra giúp tăng cường hiệu suất lò phản ứng và đảm bảo an toàn hạt nhân.

4.1. Kết quả tối ưu hóa

Kết quả tối ưu hóa cho thấy kef f của cấu hình tối ưu lớn hơn cấu hình tham chiếu khoảng 1580 pcm, trong khi hệ số đỉnh công suất xuyên tâm (PPF) giảm khoảng 2.4%. Điều này chứng tỏ hiệu quả của các phương pháp ESA và SHADE trong việc tối ưu hóa quy trình thay đảo nhiên liệu.

4.2. Đánh giá hiệu suất

Đánh giá hiệu suất dựa trên phương pháp Mann-Whitney U Test cho thấy ESA và SHADE có hiệu suất tương đương với DE và vượt trội hơn so với SA và ASA. Điều này khẳng định giá trị thực tiễn của các phương pháp này trong việc tối ưu hóa quy trình thay đảo nhiên liệu.