Reaktorialtaan pinnankorkeudet ja vesitilavuudet LDR-50-pienydinvoimalassa

Abstract

Suomessa halutaan tuottaa kaukolämpöä SMR-ydinvoimalaitoksilla. Suomalainen Steady Energy-yhtiö suunnittelee LDR-50-reaktorimoduuleista koostuvaa kaukolämpölaitosta. Reaktorimoduulit ovat upotettuina reaktorialtaisiin. Samalla laitoksella voi olla useita reaktoriyksiköitä vierekkäin. Reaktorialtaan vedenpinnan korkeutta täytyy laskea polttoaineen vaihdon yhteydessä. Vesi pumpataan joko viereisten laitosyksiköiden reaktorialtaisiin tai viemäriin. Vedenpinnan korkeuksille täytyy määrittää optimi, jolloin minimoidaan veden valuttaminen viemäriin. Pumpatessa vettä viereisten laitosyksiköiden reaktorialtaisiin, niiden uudet vedenpinnan korkeudet täytyy selvittää.

Tässä kandidaatintyössä luodaan mitoitustyökalu, jonka avulla selvitetään optimi vedenpinnan korkeus reaktorialtaan dimensioiden ja vedenpinnan korkeudelle asetettujen vaatimusten perusteella. Mitoitustyökalun lisäksi työssä luodaan seurantatyökalu, jonka avulla voidaan helposti seurata reaktorialtaiden vedenpinnan korkeuksien kehitystä eri skenaarioissa. Seurantatyökalu tarjoaa myös hyödyllisiä tietoja liittyen mm. vesitilavuuksiin, altaan tulvittamiseen sekä viemäriin valutettavaan veden määrään.

Mitoitustyökalun avulla tutkimuksessa määritettiin tehoajon vedenpinnan korkotasoksi -2,8 m, kun -0,0 m sijaitsee altaan yläreunan korkeudessa. Määritetyssä vedenpinnan korkeudessa vedenpintaa voidaan laskea polttoaineen vaihdon yhteydessä ilman, että vettä valutetaan viemäriin. Tutkimus auttaa Steady Energyä suunnittelemaan vesitilavuuksien hallintaa sekä vähentämään veden hallintaan liittyviä kustannuksia. Seurantatyökalulla voidaan myös tukea laitoksen käytännön operointia. Mitoitus- ja seurantatyökaluja voidaan helposti muokata laitoksen dimensioiden muuttuessa, jolloin muutosten vaikutukset reaktorialtaan vesitilavuuksien hallintaan voidaan arvioida tarkasti ja tehokkaasti.

In Finland, there is a desire to produce district heating with SMR nuclear power plants. The Finnish company Steady Energy is planning a district heating plant composed of LDR-50 reactor modules. The reactor modules are submerged in reactor pools. The same plant can have multiple reactor units placed side by side. The water level in the reactor pool must be lowered during fuel changes. Water is pumped either to the reactor pools of adjacent plant units or to the drain. An optimal water level must be determined to minimize water discharge into the drain. When pumping water to the reactor pools of adjacent plant units, their newwater levels must be determined.

This bachelor's thesis develops a sizing tool that helps determine the optimal water level in the reactor pool based on the dimensions of the pool and the requirements set for the water level. In addition to the sizing tool, the thesis creates a monitoring tool that enables easy tracking of the development of water levels in the reactor pools under various scenarios. The monitoring tool also provides useful information regarding, for example, water volumes, pool flooding, and the amount of water discharged to the drain.

The sizing tool determined the operating water level to be -2.8 m, where the -0.0 m level corresponds to the top edge of the pool. At the specified water level, the water can be lowered during fuel changes without discharging water into the drain. The research will help Steady Energy design water volume management and reduce costs associated with water control. The monitoring tool can also support the operational management of the plant. The sizing and monitoring tools can be easily adjusted as the dimensions of the plant change, allowing the effects of these changes on water volume management in the reactor pools to be evaluated accurately and efficiently.