Posudek diplomové práce: Analýza a modelování změn axiálního rozložení výkonu tlakovodních reaktorů při vybraných přechodových procesech Jméno diplomanta: Bc. Milan Žák Rok: Katedra: 2016 jaderných reaktorů Obor: Jaderné inženýrství Zaměření: Teorie a technika jaderných reaktorů Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT Hodnocení: V předloženém diplomové práci se autor Bc. Milan Žák zabývá změnami axiálního rozložení výkonu, ke kterým dochází během výkonového provozu velkých tlakovodních energetických reaktorů. V úvodních částech navazujících na předchozí výzkumný úkol jsou uvedena teoretická východiska pro sledování axiální výkonové distribuce, způsoby jejího popisu a hodnocení vlivu změn rozhodujících provozních parametrů. Jsou rozebrány různé možnosti ovlivňování axiálního rozložení výkonu s podrobným popisem a analýzou reálně používaných strategií CAOC a RAOC. V další části práce jsou provedeny rozbory chování axiálního rozložení výkonu při vybraných přechodových procesech skutečného provozu bloků jaderné elektrárny Temelín během několika posledních palivových kampaní. Z přechodových provozních procesů byly vybrány střednědobé procesy opětovného zvyšování výkonu reaktoru po odstavení, řízené změny výkonové hladiny a práce na teplotním a výkonovém efektu na konci kampaně, jejichž charakter bývá jak z hlediska průběhu, tak axiálního chování často podobný i pro různé kampaně. Klíčovou částí diplomové práce bylo vytvoření vhodného modelu axiálního chování pro aktivní zóny bloků jaderné elektrárny Temelín. Autor efektivně využil zejména svého pobytu v Ústavu jaderného výzkumu v Řeži, kde se seznámil se standardizovaným makrokódem ANDREA používaným k projektovým a analytickým účelům pro reaktory VVER. Na bázi existujících datových výsledků vytvořených kódem ANDREA, které jsou generovány během projektování a následného bezpečnostního hodnocení jednotlivých kampaní JE Temelín pak diplomant navrhl, naprogramoval a odladil sérii vzájemně spolupracujících programových modulů pro možnost modelování axiálního chování AZ v kampani. Model zjednodušuje AZ na dvoubodový model reprezentující horní a dolní části aktivní zóny a dále předpokládá linearitu systému vůči základním sledovaným parametrům ovlivňujícím axiální ofset. I přes tato výrazná zjednodušení poskytuje vytvořený model výsledky, které jsou v základním chování srovnatelné s reálnými průběhy vybraných přechodových procesů jak je prezentováno v kapitole 5 Ocenění platnosti modelu. Jak ukazují zobrazené průběhy a následný rozbor, výsledky modelových průběhů se výrazněji rozcházejí se skutečností -především pokud jde o procesy, které nevycházejí z dostatečně ustálených stavů výchozích stavů, mají proměnlivý charakter, dochází k odchylkám od předpokládané linearity vlivných parametrů nebo mají rychlejší průběh. Model však má potenciál k dalšímu zdokonalování a zpřesňování, což by mělo přinést i zlepšení souladu jeho výsledků s realitou. Všechny body ze zadání diplomové práce byly beze zbytku splněny a jsou dostatečně srozumitelně popsány v jejích jednotlivých kapitolách. Autor pracoval nezávisle a iniciativně s využitím výsledků předchozího výzkumného úkolu, dat z reálného provozu JE Temelín a dalších informací získaných především samostatným seznamováním
se strukturou a možnostmi poskytovanými makrokódem ANDREA. Tyto znalosti využil k vytvoření nových modulů pro modelování axiálního chování AZ. Za pozitivní lze považovat jak použití výstupů z aktivně využívaného projektového kódu, tak modulární charakter vypracovaného axiálního modelu umožňující jeho případné další zlepšování a zvyšování shody jeho výsledků se skutečnými průběhy, což by umožnilo jeho možné další praktické použití. Přes velmi dobrou kvalitu předložené práce se autor nevyhnul některým drobnějším nedostatkům zejména formulačního charakteru, kdy snaha po dostatečné kompaktnosti sdělení snižuje jeho přesnost nebo srozumitelnost. V kapitole 1.2 týkající se holého homogenního reaktoru jsou zmiňovány palivové soubory různého vyhoření a obohacení. V kapitole 1.2.5 - Vliv teploty moderátoru na axiální ofset jsou v textu informace pojednávající o moderátorovém teplotním koeficientu reaktivity promíseny s informacemi o palivovém teplotním koeficientu. V kapitole 2.1 Strategie CAOC je nepřesně uvedeno, že měření a aktualizace cílových hodnot probíhají po prvním provedení do 31 EFPD po výměně paliva s periodou 92 EFPD místo korektního oddělení měření cílových hodnot s periodou 92 EFPD a aktualizace cílových hodnot s periodou 31 EFPD. Tento nedostatek však lze přičíst značně komplikovanému struktuře zdrojového dokumentu Limity a podmínky ETE. V kapitole 3.3 Provoz na teplotním a výkonovém efektu není plný soulad mezi textem uvádějícím závislost reaktivity na době provozu a přiloženým obrázkem 3.15 zobrazujícím správně zásobu reaktivity AZ v průběhu palivové kampaně. Kapitola 4 Model axiálního rozložení výkonu. Přestože jsou uváděné grafické průběhy či porovnání výsledků vytvořeného modelem a vybraných parametrů z reálného provozu zpracovány přehledně a srozumitelně, pro zvýšení informační hodnoty prezentovaných obrázků by mohly být grafy v příslušných textových částech detailněji popsány. Např. u přepočtených reálných průběhů vybraných parametrů z kampaně U2C12 na Obr. 4.3 až Obr. 4.6 mohla být doplněna informace o původu zobrazených zákmitů zobrazovaných způsobených odstávkami bloku do podkritického stavu z technologických příčin (opravy zařízení). V kapitole 4.3.5 - Vliv jednotlivých parametrů na axiální ofset bylo možno doplnit nejen popis vlivu změn sledovaných veličin na axiální ofset, ale také jejich chování v závislosti na vyhoření v kampani. Přes uvedené nepřesnosti je zpracovaná diplomová práce na velmi dobré úrovni. Bc. Milan Žák prokázal jak dostatečný vnik do problematiky axiálních xenonových oscilací, tak schopnosti získané informace vhodně aplikovat do funkčního modelu s možností jeho dalších zpřesňování. Jako vedoucí práce proto navrhuji předloženou diplomovou práci Bc. Milana Žáka klasifikovat známkou A výborně. V Temelíně 2.2.2016 Ing. Zdenek Durďák JE Temelín, ČEZ, a.s. vedoucí diplomové práce
Oponentský posudek diplomové práce posluchače FJFI Bc. Milana Žáka, oboru Jaderné inženýrství, která byla v akademickém roce 2014/15 vypracována na téma: Analýza a modelování změn axiálního rozložení výkonu tlakovodních reaktorů při vybraných přechodových procesech Předložená diplomová práce, která je psána v českém jazyce, má 82 stran a je rozčleněna do pěti číslovaných kapitol, úvodu, závěru a seznamu literatury. Kromě toho práce obsahuje seznamy obrázků, tabulek a použitých symbolů a zkratek. Shrnutí obsahu diplomové práce V první kapitole se student věnuje problematice axiálního rozložení výkonu v tlakovodních reaktorech s důrazem na reaktory typu VVER-1000 provozované v Elektrárně Temelín a popisu vlivu některých technologických procesů a fyzikálních jevů na axiální rozložení výkonu, např. vlivu kyseliny borité, polohy regulačních orgánů nebo teploty moderátoru. Druhá kapitola je věnována strategii řízení axiálního rozložení výkonu, kde je popsána strategie řízení axiálního offsetu na konstantní hodnotu CAOC i její modifikace RAOC. Ve třetí kapitole Milan Žák popisuje chování reaktorů v Elektrárně Temelín při vybraných přechodových procesech. Čtvrtá kapitola je věnována modelování axiálního rozložení výkonu programem ANDREA a v páté student provedl vyhodnocení modelu a jeho porovnání s reálnými daty z Elektrárny Temelín. Aktuálnost zvoleného tématu Diplomová práce Bc. Milana Žáka se věnuje velmi zajímavé a důležité oblasti dynamického chování velkých tlakovodních reaktorů, rozměrově i výkonově, u kterých se projevují xenonové prostorové oscilace. V době, kdy se jaderné elektrárny používaly pouze v základním zatížení, byla snaha poznat a popsat xenonové nestability a případně potlačit kmity vhodnými regulačními orgány nebo alespoň udržet kmity na nízké úrovni. Později po zvýšení podílu jaderné energetiky na výrobě elektrické energie se i u jaderných elektráren začala požadovat i změna jejich zatížení např. v měsíci, týdnu či dnu. Stále se zvyšující nároky na manévrovatelnost reaktorů, časté změny výkonů způsobují, že reaktor pracuje z hlediska xenonu prakticky v nestacionárním režimu, což vyvolává další zájem o studium xenonových oscilací. Výzkumný úkol i diplomová práce Milana Žáka byly první podrobnější práce na Katedře jaderných reaktorů, které se zabývají touto důležitou oblastí provozu reaktorů s výrazným přesahem do bezpečnosti. Na práci Milana Žáka navazuje ve svých studentských pracích František Jantač. Formální stránka diplomové práce Text diplomové práce je kultivovaný a přesný, drobné překlepy a stylistické či typografické nepřesnosti, kterých je v práci jen minimum, nemají vliv na výslednou podobu práce. 1
Obsahová stránka diplomové práce Zadání diplomové práce bylo podle mého názoru splněno v plném rozsahu. Obsahové stránce diplomové práci nelze moc vyčíst, Milan Žák odvedl poctivou a dobrou práci, na kterou budou moci navazovat jeho následovníci. Na práci velmi oceňuji metodický a logický postup, který diplomant použil při psaní práce, a který umožňuje využití kapitol 1 až 3 ve výuce předmětů Provozní reaktorová fyzika a Provozní stavy jaderných reaktorů. Závěrečné hodnocení I přesto, že k práci mám několik drobných poznámek, které budou uvedeny na závěr tohoto posudku, tak vzhledem k výše uvedeným doporučuji diplomovou práci Bc. Milana Žáka k obhajobě a navrhuji ji hodnotit stupněm A výborně V Praze dne 2. února 2016 doc. Ing. Ľubomír SKLENKA, PhD. oponent diplomové práce Katedra jaderných reaktorů Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze Poznámky a otázky oponenta k diplomové práci V první kapitole chybí vazba mezi textem podkapitoly 1.1 a texty v dalších podkapitolách. Název první kapitoly Axiální výkonová distribuce není zvolen úplně vhodně ani obsahově ani stylisticky, vhodnější by asi byl např. Axiální rozložení výkonu v tlakovodních reaktorech. Podle tabulky 4.1 uvedené na str. 65 v diplomové práci byla použita jaderná data z knihovny ENDF/B-VII.1, což ale neodpovídá jaderným datům uvedeným na str. 22 a 23. Např. pro poločas rozpadu 135 Te je použitá zastaralá hodnota 2 min, podle knihovny ENDF/B-VII.1 je to 19 s. Podobně podle stejné knihovny poločas rozpadu 135 Xe není 9,2 h, ale 9,1 h (9,14 h), přitom poločas rozpadu 135 I je uveden správně 6,6 h (6,54 h). V textu se někdy používá různá terminologie pro stejný reaktorový parametr, např. teplotní koeficient reaktivity moderátoru (str. 31) a moderátorový teplotní koeficient reaktivity (str. 32). Na str. 32 je zmíněna 10. kampaň reaktoru VVER-1000 na ETE - v textu chybí, o jaký blok se jedná (i když z popisu obrázku 1.5 je zřejmé, že se jedná o 1. blok). Obr. 3.15 na str. 49 postrádá smysl pro záporné hodnoty zásoby reaktivity aktivní zóny. Pokud jej chtěl autor použít tak, jak jej použil, měl k němu dodat podobný 2
obrázek a vytvořený stejným výpočetním modelem, kde by byla zobrazena zásoba kladné reaktivity uvolněná při provozu na efektech a příslušně upravit vysvětlující text na str. 49 50. Práce je psána někdy v osobním a někdy neosobním tvaru, což do odborné práce nepatří. Některé formulce v práci jsou z jazykového hlediska velmi nešťastné, např. na str. 38 za určitých podmínek je možno benefitovat z provozu reaktoru Otázky oponenta k diplomové práci V práci není popsáno za jakých podmínek nebo jakým modelem byly vytvořeny obrázky 1.3 a 1.4 na str. 28 (stejně tak, jako to není uvedeno v původní lit. [3]). Jaký vztah mají tyto obrázky k reálnému tlakovodnímu reaktoru? Jak byste přeložil do češtiny termín RAOC Relaxed Axial Offset Control (poprvé použitý na str. 38)? Prosím, popište podrobněji za jakých podmínek byly prováděny výpočty pro obrázek 4.7 (polohy regulačních orgánů, koncentrace kyseliny borité apod.). Jak tento výpočet reprezentuje skutečné provozní stavy reaktorů v ETE? Bez těchto doplňujících informací nejsem si jistý, že tvrzení v druhé větě na str. 64 vztahující se k obrázku 4.7 je opravdu pravdivé. Lze u obrázku 4.8 na str. 63 nějak vysvětlit, proč jsou rozdíly mezi vlivem polohy regulačních tyčí v dolních polohách tak daleko od sebe a horních polohách tak blízko u sebe pro tři průběhy (začátek kampaně, střed kampaně a konec kampaně)? 3