С.М. ГОЛОЛОБОВ Научный руководитель – А.А. СЕМЕНОВ, к.ф.-м.н.

С.М. ГОЛОЛОБОВ
Научный руководитель – А.А. СЕМЕНОВ, к.ф.-м.н.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ОПТИМИЗАЦИЯ РАБОТЫ АЭС В МАНЕВРЕННОМ
РЕЖИМЕ СОВМЕСТНО С ГАЭС И ПРИМЕНЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
Проведен анализ возможных стратегий эксплуатации атомной электростанции
в маневренном режиме совместно с гидроаккумулирующей электростанцией. При
решении задачи была применена технология параллельных вычислений.
В сфере атомной электроэнергетики существует несоответствие между
графиком выработки электроэнергии на атомной электростанции (АЭС) и
суточным графиком электропотребления. Нивелировать это несоответствие можно путем эксплуатации АЭС в маневренном режиме или введением в энергосистему гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС).
Благодаря особенностям и эффективности ГАЭС, её можно эффективно
использовать в качестве инструмента компенсации неравномерности суточного энергопотребления[1].
На текущее время возможности эксплуатации АЭС в маневренном режиме используются далеко не в полной мере или же и вовсе не используются. Однако доля электроэнергии, генерируемой на всех АЭС, в энергобалансе России составляет на сегодня 17%, а к 2030 году вырастет до 2530%[2]. В связи со все возрастающей долей атомной энергетики объективно возрастают важность и актуальность вопроса об эксплуатации АЭС
в маневренных режимах.
В рамках данной работы были исследованы возможности эксплуатации АЭС в маневренном режиме совместно с ГАЭС.
Далее описана рассмотренная стратегия эксплуатации комплекса. В
течение кампании суточный график мощности АЭС повторяет суточный
график энергопотребления до тех пор, пока имеющийся запас реактивности реактора позволяет избегать остановок при накоплении ксенона-135
(¹³⁵Xe) в периоды снижения мощности реактора. В конце кампании запаса
реактивности становится недостаточно для того, чтобы выдерживать
прежний график энерговыработки. В этот момент вместо того, чтобы
останавливать реактор, и уходить на перегрузку топлива, продолжается
обеспечение энергопотребления благодаря использованию ГАЭС. Такой
режим работы выдерживается до момента полного исчерпания запаса ре-
активности. При этом в моменты суточного снижения энергопотребления
избыток энергии от АЭС передается ГАЭС, а в пиковые часы с ГАЭС отдается в энергосистему. Такая стратегия позволяется увеличить длительность кампании АЭС благодаря достижению более глубокого выгорания
ядерного топлива.
Целью суточной задачи управления комплексом является определение
оптимальных графиков мощности АЭС и мощности ГАЭС в течение суток в маневренном режиме работы АЭС с задействованием ГАЭС. При
этом оптимальное управление должно быть таковым, чтобы потери энергии при передаче на ГАЭС, или от ГАЭС, были минимальны, и чтобы при
этом не допустить остановки реактора из-за эффекта йодной ямы –
всплеска отравления реактора ксеноном (¹³⁵Xe), что приводит к провалу
реактивности, при снижении мощности реактора[3].
Задача решалась в точечной модели реактора при наличии обратных
связей по концентрации ксенона (¹³⁵Xe) и по мощности реактора. Для решения был выбран метод динамического программирования, основанный
на принципе Р. Беллмана[4], как наиболее общий метод решения данной
задачи.
Разработанный алгоритм позволяет получать оптимальное управление
в виде графиков суточного изменения мощностей АЭС и ГАЭС в зависимости от запаса реактивности. Алгоритм был реализован на высокоуровневом языке программирования Python. В связи с трудоемкостью задачи,
для увеличения скорости расчетов код был перенесен на язык программирования C++ и была применена технология параллельных вычислений,
что позволило сократить время расчетов до приемлемого уровня.
Разработанный и реализованный алгоритм позволяет получать управления для эффективной эксплуатации комплекса из АЭС и ГАЭС.
Список литературы
1. Шульгинов Р.Н. Комплексная оценка эффективности функционирования гидроаккумулирующих электростанций на энергетическом рынке / Шульгинов Р.Н., Малинина Т.Н. Санкт-Петербург: СПбГПУ – 2014.
2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года. // Прил. к обществ.-дел.
журн. «Энергетическая политика» - М.: ГУ ИЭС, 2010. – 184 с.
3. Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы [Текст]: Учебник для вузов / Дементьев Б.А. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.
4. Шевченко В.Н., Коган Д.И. Динамическое программирование и дискретная многокритериальная оптимизация [Текст]: Учебное пособие / Шевченко В.Н., Коган Д.И. – Нижний Новгород : Изд-во Нижегородского ун-та, 2004. - 150 с.