A medida que cambia la carga de la red, ¿un reactor nuclear responde automáticamente ajustando su barra de control?

Answer 1

A medida que cambia la carga de la red, ¿un reactor nuclear responde automáticamente ajustando su barra de control?

Muchas de las respuestas aquí son útiles, pero les falta algo que probablemente debería mencionarse.

La mayoría de los respondedores han señalado correctamente que las plantas nucleares generalmente no se utilizan para operaciones de seguimiento de carga, por lo que, en la práctica, el punto es discutible en la mayoría de los casos.

Sin embargo, los sistemas de control de varillas Westinghouse PWR están equipados con un modo automático de control de varillas. El operador del reactor puede usar esta función colocando el interruptor selector de banco en la posición “Auto”.

Cuando está en modo automático, el banco de barras de control responde a cambios en la temperatura promedio del refrigerante de ciertas magnitudes mediante pequeñas inserciones o extracciones.

¿Cómo se relaciona eso con la carga de la red? Bueno, indirectamente. Así que aquí hay otro tidbit de fondo que necesitaría para comprender completamente la secuencia de eventos: la temperatura nominal del refrigerante del reactor en realidad está “programada” para seguir la potencia del reactor. Por ejemplo, a niveles de potencia más altos, es deseable una temperatura nominal más alta del refrigerante del reactor, ya que esto aumenta la presión de vapor en el generador de vapor, permitiendo la máxima salida de vapor.

Así que aquí está la secuencia de eventos:

1. Se requiere una mayor potencia de salida de un operador de red o despachador.
2. La válvula de mariposa de la turbina se abre más para permitir un mayor flujo de vapor a la turbina.
3. Después de que disminuye un período transitorio, la potencia del reactor aumenta para coincidir con la “potencia de vapor” (la razón por la que esto sucede es demasiado larga para esta respuesta).
4. En respuesta a un aumento en la potencia del reactor, la temperatura objetivo del refrigerante está programada para aumentar.
5. Para responder al comando de una temperatura más alta del refrigerante, el sistema de control de la barra, si está en modo automático, retira el banco de barras de control.
6. Después de un breve período de retroalimentación y estabilización, la temperatura del refrigerante alcanza el objetivo (dentro de una banda de tolerancia), con el banco de barras de control ligeramente más retirado que originalmente.

Así es como funciona el control automático de varillas en las plantas heredadas de Westinghouse, y sí, está relacionado con la carga eléctrica transportada por el generador de la planta.

Answer 2

Muchas respuestas agradables aquí, indicando el hecho de que es posible y hecho a veces, especialmente en Francia (no realmente en los EE. UU.).

Sin embargo, lo que no he visto es la respuesta a por qué uno sería reacio a hacerlo, y qué tipo de problemas puede encontrar Francia (FED) al hacerlo.

La razón de esto es el modelado del núcleo del reactor nuclear. Al hacer el seguimiento de la carga, efectivamente se sale de la “zona de confort” que modeló el departamento de ingeniería nuclear. Quema menos de lo planeado, de diferentes maneras. Sus barras de control se insertan un poco más en el núcleo, lo que cambia su respuesta central a un hipotético accidente. El diseño de su reactor viene con varios márgenes en caso de accidentes (pérdida de refrigerante, expulsión de la barra, caída de la barra, etc.). Esos márgenes pueden ser fácilmente consumidos si usted opera durante mucho tiempo a una potencia más baja, trayendo todo tipo de problemas (regulatorios).

Además, el seguimiento de la carga cambia su combustión planificada y eso tiene un impacto directo en la composición de los conjuntos de combustible en la descarga, que a menudo se transfieren al siguiente ciclo y degradan su simulación. Y puede causar que no se tenga en cuenta el Plutonio en el combustible gastado, lo que aumenta los problemas de proliferación.

Answer 3

Muchas de estas respuestas son geniales. En pocas palabras: No: el reactor no cambia la posición de la barra de control. En los reactores estadounidenses y las plantas nucleares navales se utiliza el concepto de coeficiente de temperatura negativo. Esto significa que a medida que se usa más potencia, la temperatura del refrigerante del reactor cae. La densidad del agua cambia (más densa), por lo tanto, hay una mayor cantidad de átomos de hidrógeno dentro del núcleo del reactor. El diseño del reactor es tal que los átomos de hidrógeno en el agua se usan para ralentizar o “termalizar” los neutrones producidos por la fisión. Ver aquí: Temperatura de neutrones – Wikipedia Para que el agua se enfríe por debajo de su temperatura de estado estable a la potencia actual de En el reactor, se termalizan más neutrones y aumenta la potencia del reactor. Esto hará que la temperatura regrese a donde era a corto plazo. Hay otras cosas que duran más, pero a corto plazo la potencia del reactor sigue la demanda. Si el consumo de energía disminuye, la temperatura aumenta y se generan menos neutrones. Esta respuesta se basa en que el agua es el moderador en el reactor. Otros diseños de reactores son diferentes y pueden usar grafito u otra sustancia como moderador. Chernobyl es un excelente ejemplo de lo que NO debe hacer con el diseño de un reactor. Desastre de Chernobyl – Wikipedia

Como otros han mencionado en los EE. UU. Por razones de eficiencia, desea que su planta de energía nuclear funcione con una potencia de producción lo más cercana posible al 100% y no sea su seguidor de la red. Eso es principalmente por razones económicas. En cuanto al diseño, el reactor seguirá la demanda de energía.

Jules

Answer 4

¡La excelente respuesta de James Diorio debería disuadirme de poner mis dos centavos!

Pero sí, las armas nucleares son carga natural después de las máquinas.

En resumen, la física central es suficiente para satisfacer la demanda de energía. Los sensores de temperatura y el control de la barra retiran las barras para mantener el núcleo a la temperatura deseada. (La posición de la barra está determinada por el ajuste de temperatura programado)

Más detalladamente: cuando las turbinas toman más energía del refrigerante, la temperatura del refrigerante disminuye. Los reactores se construyen con retroalimentación negativa, de modo que la temperatura más baja provoca un aumento de potencia para igualar la demanda de energía de la turbina. Esto sucede sin ninguna acción de nadie ni de nada. Luego, con las barras en automático, las barras se retiran para agregar reactividad al núcleo, produce más potencia y se calienta, aumenta la temperatura para volver al lugar donde los diseñadores decidieron que debería operar.

Por supuesto, si de alguna manera el núcleo comenzara a producir más que la potencia de diseño, los sistemas de protección dispararían el reactor.

Answer 5

Esto se llama seguimiento de la carga y, aunque las plantas de energía nuclear pueden cargar el seguimiento, ninguna planta de energía nuclear de los EE. UU. Actualmente sigue la carga. Las plantas de energía nuclear se consideran plantas de “carga base”. Otros tipos de plantas, como las plantas de gas natural, cargarán el seguimiento porque es más fácil y rápido cargar el seguimiento. Dicho esto, incluso si las plantas de energía nuclear siguen la carga, las barras de control no se mueven automáticamente.
Hay dos tipos de centrales nucleares utilizadas en los EE. UU .: BWR y PWR. Es posible que un PWR cargue automáticamente el seguimiento de forma limitada, pero no con barras de control. A medida que aumenta o disminuye la demanda de electricidad, se extrae más o menos vapor de los intercambiadores de calor secundarios. Esto hace que se extraiga más o menos calor del lado primario. El cambio en el calor retirado del lado primario causa un aumento o disminución en la densidad del refrigerante del lado primario. El cambio en la densidad del refrigerante del lado primario hace que más o menos neutrones provoquen que las fisiones y la potencia del reactor aumenten o disminuyan. En un BWR, los operadores del reactor deben cambiar manualmente el flujo del núcleo o mover las barras de control para aumentar o disminuir la generación de energía eléctrica.

Answer 6

Por extraño que parezca, los reactores diseñados en Estados Unidos generalmente no controlan la potencia ajustando las barras de control. Los reactores de agua a presión (PWR) controlan la potencia ajustando la concentración de ácido bórico (un absorbedor de neutrones), llamado calzo químico en el refrigerante primario. [Consulte Ácido bórico – Suplemento químico.] Las especificaciones técnicas relacionadas con la seguridad limitan la velocidad a la que las barras de control pueden cambiar la potencia para garantizar que el perfil de flujo de neutrones permanezca en un rango seguro. Los reactores de agua en ebullición (BWR) controlan la potencia con sus bombas de recirculación. [Ver https://ocw.mit.edu/courses/nucl… .] A medida que el calor de la reacción nuclear hierve el agua en el núcleo, las burbujas de vapor en el núcleo reducen la moderación de neutrones, reduciendo la potencia. Las bombas de recirculación barren estas burbujas fuera de la porción activa del núcleo. El poder de la planta se puede cambiar rápidamente ajustando la velocidad de estas bombas. Por lo tanto, los BWR son técnicamente capaces de seguir la carga.

Sin embargo, la decisión de utilizar una planta específica para el seguimiento de la carga es económica. Como las otras respuestas han señalado, las plantas de energía nuclear generalmente se usan como plantas de carga base en lugar de plantas de carga o de carga pico. La economía y la tecnología favorecen esto porque los reactores nucleares funcionan bien en modo de carga base y son plantas de alto costo de capital. Otros métodos de generación, como las plantas de gas natural de bajo costo por persona, tienen un costo más económico para la generación de energía máxima. Agregar una cantidad relativamente pequeña de capacidad de generación intermitente alimentada por gas natural es mucho menos costoso que agregar una cantidad relativamente pequeña de capacidad de generación intermitente alimentada por energía nuclear.

Answer 7

A medida que cambia la carga de la red, ¿un reactor nuclear responde automáticamente ajustando su barra de control?

No conozco ninguna planta nuclear en los Estados Unidos que permita el control automático por demanda de la red. Sé que en Three Mile Island, nuestro sistema de control tiene esta capacidad, pero no se usa. Los operadores en la sala de control le dicen al sistema de control cuál debería ser la potencia de salida de la planta. Desglosaré esto en lo más básico.

Tenemos lo que llamamos el Sistema de Control Integrado. ICS controla el sistema de control de la turbina, el sistema de agua de alimentación y el sistema de accionamiento de la barra de control. Cuando todo está en automático, el operador simplemente marca la salida eléctrica deseada e ICS coordina los ajustes de reproducción para que eso suceda.

Si el operador solicita una salida eléctrica más baja, ICS disminuirá la demanda del generador de turbina, lo que reduce la cantidad de vapor necesario para la turbina. Se elimina menos vástago de los generadores de corriente, por lo que se necesita menos agua de alimentación, por lo que ICS reduce la demanda de agua de alimentación. Como se elimina menos corriente de los generadores de corriente, se necesita menos calor, por lo que ICS reduce la potencia del reactor. Todo esto sucede al mismo tiempo para mantener constantes las temperaturas y presiones de la planta.

Como dije, esta explicación es muy básica. El ICS es un sistema muy complicado, y el control fino de una central nuclear es aún más complicado. No es algo que se deje a merced de la red.

Answer 8

Xenon 135 es la razón por la que no cargan seguidores en absoluto en los EE. UU.Y no mucho incluso en Francia.

¿Por qué los reactores Chernobyl RBMK se volvieron inestables a baja potencia?

El xenón suprime la reacción, controla la sobrecompensación, el reactor se sobrecalienta.

Answer 9

Puede, pero a veces los operadores lo harán. Las plantas de energía grandes son cargadas automáticamente, de modo que a medida que cambia la demanda eléctrica, la planta responde automáticamente.

Answer 10

No. Es un proceso complicado.

Cuando se requiere más carga en el generador eléctrico, se debe proporcionar más calor (generalmente vapor) y las barras de control en los reactores se mueven para que el reactor produzca más calor.

Generalmente, sin embargo, los reactores que funcionan tienen una salida completa todo el tiempo y no están ajustados para cargas pico

Answer 11

Una de las propiedades geniales de los reactores de fisión de combustible líquido que veremos en unos años (pero no en los EE. UU.) Es que el seguimiento de la carga se puede hacer pasivamente. A medida que aumenta la carga, la temperatura de la sal fundida disminuye, por lo que se vuelve más densa, lo que aumenta la cantidad de combustible fisionable en el núcleo, lo que aumenta la potencia producida. La expansión y contracción térmica del combustible líquido mientras está en el núcleo proporciona la retroalimentación negativa necesaria.

En los reactores de combustible líquido, el combustible se bombea a través del núcleo a un intercambiador de calor y de regreso.