Nükleer Güç Tesisi Simülatörleri

Abstract

Bu çalışmada Güç Tesisi Simülatörlerinin geliştirilmesi için gerekli bilgiler derlenerek bir bütün halinde sunulmaya çalışılmıştır. İlk olarak, güç tesisi simülatörüne ilişkin temel bilgiler adı altında modüler modelleme sisteminin ne olduğu, üretim süreci ve ana bileşenleri anlatılmıştır. Bir güç tesisini oluşturan üniteler için simulator modelinin matematiksel modellenmesine ilişkin gerekli temel fiziksel kurallar, diferansiyel, cebirsel vb. denklemler sunulmuştur. Dinamik simülasyonu oluşturan diferansiyel denklemlerin cebirsel denklemlere dönüştürülmesine ilişkin matematiksel yöntemler ve bir simülasyon modelinin geçerlilik aralığı, gerçeğe yakınlığı, güvenilirliği ile gerçek zaman simülasyonu birinci bölümde ele alınmıştır. İkinci bölümde ise nükleer güç tesisi simülasyon modeli geliştirilmesi için gerekli nükleer reaktör fiziğinin konu ile ilgili temel bilgileri özetlenmiştir. Uygulama amacıyla, PHWR CANDU tipi bir reaktör kalbi için nokta kinetik simülasyon modeli oluşturulması adım adım gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, elde edilen simülasyon modeli denklemlerini çözecek bir FORTRAN programı oluşturularak, Ek- A' da sunulmuştur. Ayrıca, ileri düzeyde geliştirilmiş -bir nükleer güç tesisi simülatörü ile uygulamalar yaparak gelişmiş bir simülatörün tanıtılması ve nasıl yaralanılacağının gösterilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla CANDU-9 Kompakt Simulator programı seçilmiştir. Bu nedenle öncelikle CANDU Nükleer Güç Tesislerinin başlıca sistemlerinin tanıtımı yapılmıştır. Son olarak CANDU-9 Kompakt Simülatörü tanıtılıp kullanılmasına ilişkin uygulamalar yapılmıştır. Bu uygulamalar arasında tam güçte çalışan bir nükleer reaktörde güç değişimlerinin nasıl yapılabileceği, reaktör tripi ile karşılaşılması durumunda reaktörün tam güce tekrar nasıl çıkartılabileceği, sıfır güçte çalışan bir reaktörün %100 tam güce adım adım nasıl çıkartılabileceği ve diğer bazı normal ve anormal çalışma koşullan uygulamaları yer almaktadır. Kısaca, bu çalışma ile bir nükleer araştırma veya güç reaktörü tesisinin simulator modeli geliştirilmesi için gerekli alt yapı oluşturulmaya çalışılmıştır.

In this study, the knowledge required for the mathematical model development of a Nuclear Power Plant Simulator is reviewed and presented. For this aim, first, modular model generation process for the development of such kind of a plant is studied. Some detailed information including the basic units of components like a valve, pump and heat exchanger etc., modularization of the whole plant into subsystem modules such as reactor, heat transport system, boiler system etc. and, the requirements of the particular modules such as specialized two phase flow modules for reactor thermalhyraulics to cater for loss of coolant accident simulation are described together with the building the subsystem models using basic blocks of generic algorithms. The basic equations, for formulating real time simulations of physical process, in general, based on the principles of overall and component mass conservation, energy conservation and the momentum balance are thoroughly reviewed. Then, nuclear neutron physics including rates of neutron reactions, multiplication factors for thermal reactors, steady-state neutron balance, analytical solution to point kinetic reactor model equations that are necessary for the reactor simulation model development is briefly reviewed. For training purpose, a JJHWR CANDU reactor point kinetic reactor model problem is exercised and a FORTRAN program for this exercise has been developed and presented in Appendix-A. Additionally, to get familiar with an advanced nuclear power plant simulator the CANDU-9 Compact Simulator is chosen. Before using this simulator, the CANDU-9 nuclear generation station systems and operations are introduced in detail. Finally, information about the structure of the CANDU Compact Simulator that was originally developed by Atomic Energy of Canada Limited (AECL) is presented. By using this simulator, some applications are done to get familiar with it. Concisely, with this study, we have tried to set up the infrastructure for the model development of a simple nuclear reactor plant simulator.