CN101847450B - 一种核电站燃料联合配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核电站燃料联合配置方法，其包括以下步骤：(S1)针对至少一个运行机组，基于平衡循环或过渡循环堆芯设计，在至少一个运行机组中增设至少一个新燃料元件；(S2)在运行一个燃烧循环后，基于步骤(S1)中增设的新燃料元件，从所述至少一个运行机组中获得比平衡循环或原过渡循环堆芯设计更多的一次旧燃料元件，供备用；(S3)针对至少一个新启动机组，取预定数量的新燃料元件、以及从步骤(S2)中得到的备用的一次旧燃料元件，设置在所述至少一个新启动机组的首炉堆芯中。从而提高核电站的燃料利用率，节省天然铀、分离功、燃料制造及乏燃料后处理费用；并使得停堆换料堆型在首炉就能实现各种所需的换料模式；以及提高机组抵抗风险(如燃料元件大量破损)的能力。

Description

一种核电站燃料联合配置方法
技术领域
本发明涉及燃料联合配置方法，更具体地说，涉及一种提高燃料利用率的核电站燃料联合配置方法。
背景技术
核能发电是一种新型能源。从廿世纪50年代第一座核电站建成以来越来越受到人们重视。据统计，截止2002年底世界上已有30多个国家和地区建成约441座核电站，发电容量约为3.6亿千瓦。正在建造中的约有40座，计划建造的约60座，全部建成装机容量将近5亿千瓦，约占那时世界发电量的20％左右。原子核反应堆通常以铀或钚作核燃料，可控地进行链式裂变反应，并持续不断地将裂变能量带出作功的一种特殊的原子锅炉。
现在在核电站不同堆型之间有核燃料联合配置研究，由于不同堆型之间燃料元件的外形各不相同，所以核燃料在不同堆型之间联合配置时燃料元件有一个解体重组的过程；但在可互换燃料元件的同种堆型的多个机组之间，堆芯核燃料配置设计是相对独立的，缺乏统一的协调优化。
在这种堆芯核燃料配置设计相对独立的条件下，首炉堆芯(对停堆换料堆型即第一循环堆芯)所使用的燃料元件通常均为新燃料元件。新燃料元件的富集度通常采用三种，以大亚湾核电站首炉堆芯为例，三种新燃料元件的富集度分别为1.8％、2.4％和3.1％。
西屋公司的一项专利技术(申请号200510071705.3)提出了一种参照平衡循环堆芯中的反应性分布来优化布置首炉堆芯新燃料元件富集度和数量的方法，以便节省铀资源并更快达到平衡循环。其首炉堆芯设计是完全独立的，仍然全部采用新燃料元件，只是富集度范围更大、新燃料元件种类更多并采用了低泄漏装载方式。
东芝公司的一项专利技术(昭61-66988)提出了一种在沸水堆首炉堆芯中使用运行机组已不能再使用的燃耗过的旧燃料元件代替天然铀新燃料元件的方法，可以节省天然铀新燃料元件的天然铀费用、新燃料制造费用和乏燃料处理费用。但这种方法具有很大的局限性，因为在如压水堆的首炉堆芯中，使用的新燃料元件富集度通常较高(如大亚湾核电站首炉堆芯使用的新燃料元件最低富集度为1.8％，比天然铀的富集度0.71％高得多)，在新启动机组的首炉堆芯中运行机组已不能再使用的燃耗过的旧燃料元件没有合适的替代对象，导致其适用范围小，对其它堆型没有实用价值；对沸水堆也仅节省了天然铀新燃料元件的费用，相对首炉费用而言效果不大。其首炉堆芯设计仍然是完全独立的，只使用了运行机组已不能再使用的燃耗过的旧燃料，对已运行机组的堆芯设计没有互动、没有影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中可互换燃料元件的同种堆型的多个机组之间，堆芯核燃料配置设计相对独立，缺乏统一的协调优化，燃耗利用率低等缺陷，提供一种核电站燃料联合配置方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电站燃料联合配置方法，包括在至少一个运行机组和至少一个新启动机组之间进行燃料元件联合配置的步骤：
(S1)针对至少一个运行机组，基于平衡循环或过渡循环堆芯设计，在所述至少一个运行机组中增设至少一个新燃料元件，其中，对不停堆换料堆型，增设意为在一段时间内多换入新燃料元件；
(S2)在运行一个燃烧循环后，基于所述步骤(S1)中增设的新燃料元件，从所述至少一个运行机组中获得比平衡循环或原过渡循环堆芯设计更多的一次旧燃料元件，供备用；其中，对停堆换料堆型，在运行一个燃烧循环后，基于所述步骤(S1)中增设的新燃料元件，从所述至少一个运行机组中获得比平衡循环或原过渡循环设计方案更多的燃耗过一次的旧燃料元件，供备用；对不停堆换料堆型，所述至少一个运行机组在运行一段时间后，基于所述步骤(S1)中增设的新燃料元件，获得比平衡循环或原过渡循环设计方案更多的部分燃耗的旧燃料元件，供备用；
(S3)针对至少一个新启动机组，取预定数量的新燃料元件、以及从所述步骤(S2)中得到的备用的一次旧燃料元件，设置在所述至少一个新启动机组的首炉堆芯中，其中，针对至少一个新启动机组，对停堆换料堆型，取预定数量的新燃料元件、以及从所述步骤(S2)中得到的备用的燃耗过一次的旧燃料元件，设置在所述至少一个新启动机组的首炉堆芯中；对不停堆换料堆型，取预定数量的新燃料元件以及从所述步骤(S2)中得到的备用的部分燃耗的旧燃料元件，设置在至少一个新启动机组的首炉堆芯中。
对于上述燃耗过一次的旧燃料元件和燃耗过两次的旧燃料元件是以燃耗一次和两次后的大致反应性来划分的，并不指其真实的燃耗次数。对由新燃料元件、燃耗过一次的旧燃料元件、燃耗过两次的旧燃料元件、燃耗过更多次的旧燃料元件组成的堆芯，所述步骤(S1)、(S2)和(S3)中提到的备用的燃耗过一次的旧燃料元件的获得和使用方法也包括了这些堆芯中燃耗过一次、两次和更多次的旧燃料元件的获得和使用方法。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，所述步骤(S2)和(S3)之间还包括在乏燃料水池或乏燃料贮存容器中，对所述步骤(S2)中得到的备用的一次旧燃料元件进行贮存，使得存放后满足安全运输的条件，即对所述步骤(S2)中得到的备用的燃耗过一次的旧燃料元件和燃耗过两次的旧燃料元件(停堆换料堆型)或部分燃耗的旧燃料元件(不停堆换料堆型)进行贮存，并在满足临界安全、辐射防护和散热等运输要求的条件下用乏燃料运输容器把要用到的备用旧燃料元件从运行机组运到新启动机组。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，所述至少一个新启动机组的首炉堆芯布置根据所述至少一个运行机组增设新燃料元件之前的换料模式或增设新燃料元件之后的换料模式进行堆芯布置。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，在所述至少一个运行机组的堆芯或新启动机组的首炉堆芯中，将一次旧燃料元件和新燃料元件进行间隔式布置，从而在一次旧燃料元件的周围均设置为新燃料元件。这种间隔式布置能提高燃耗过一次的旧燃料元件在本循环的燃耗，提高卸料燃耗，提高燃料利用率。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，在步骤(S3)中还包括从至少一个运行机组取预定数量的燃耗过两次的旧燃料元件，设置在所述至少一个新启动机组的首炉堆芯中。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，在所述步骤(S1)中，针对至少一个运行机组，基于平衡循环或过渡循环堆芯设计，在所述至少一个运行机组中增设1～29个新燃料元件；其中，对157个燃料元件的堆芯而言，在所述至少一个运行机组中增设1～29个新燃料元件，使新燃料元件多至101个；燃料元件数更多的堆芯则可增设更多的新燃料元件；对不停堆换料堆型，增设意为在一段时间内多换入新燃料元件。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，在所述至少一个运行机组中增设1、4、5、8、9、12、13、16、17、20、21、24、25、28或29个新燃料元件。上述增设数目的方式适用于带中心燃料元件且呈四分之一对称的堆芯，对其它对称方式或换料模式的堆芯，增设数目相应变化。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，在所述步骤(S1)中，所述至少一个运行机组的堆芯具有157个燃料元件；
在所述步骤(S3)中，所述至少一个新启动机组的首炉堆芯设置为：新燃料元件为80～100个，一次旧燃料元件为30～49个，剩余为二次旧燃料元件。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，可具有多个运行机组，所述多个运行机组可包括长周期运行机组和短周期运行机组；还包括在运行机组之间进行燃料元件联合配置的步骤：
(B1)基于长周期平衡循环或过渡循环堆芯设计，将长周期运行机组边缘位置一次旧燃料元件替换为二次旧燃料元件，以获得多余的一次旧燃料元件，供备用；
(B2)将所述多余的一次旧燃料元件以及长周期运行机组的乏燃料元件布置到短周期运行机组的堆芯中。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，所述长周期运行机组是18个月换料模式机组或24个月换料模式机组；所述短周期换料模式机组是1/4年度换料模式机组或1/3年度换料模式机组。
在本发明所述的核电站燃料联合配置方法中，所述新燃料元件为与平衡循环所用新燃料富集度相当的高富集度燃料。
实施本发明的核电站燃料联合配置方法，具有以下有益效果：对可互换燃料元件的多个机组联合进行核燃料配置设计，由此使已运行机组和新启动机组、不同换料模式的运行机组之间可以互动、协调优化、优势互补；所有使用的新燃料元件全部为与平衡循环相同或相当的高富集度燃料元件；在新启动机组的首炉堆芯组成中，部分燃料元件将在运行机组中燃耗一定次数的燃料循环，例如一个、两个或更多的燃料循环，对不停堆换料堆型，则是燃耗一定时间，以便满足组成新机组首炉堆芯的反应性需求，从而提高核电站的燃料利用率，节省天然铀、分离功、燃料制造及乏燃料后处理费用；并使得停堆换料堆型在首炉堆芯就能实现各种所需的换料模式；以及提高机组抵抗风险(如燃料元件大量破损)的能力，该方法对停堆换料堆型和不停堆换料堆型都适用，适用于压水堆、沸水堆、重水堆和高温气冷堆。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有的72个新燃料元件的平衡循环堆芯布置的示意图；
图2是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的80个新燃料元件的第一种堆芯布置的示意图；
图3是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的80个新燃料元件的第二种堆芯布置的示意图；
图4是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的81个新燃料元件的第一种堆芯布置的示意图；
图5是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的81个新燃料元件的第二种堆芯布置的示意图；
图6是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的84个新燃料元件的第一种堆芯布置的示意图；
图7是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的84个新燃料元件的第二种堆芯布置的示意图；
图8是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的85个新燃料元件的堆芯布置的示意图；
图9是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的88个新燃料元件的堆芯布置的示意图；
图10是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的89个新燃料元件的堆芯布置的示意图；
图11是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的92个新燃料元件的堆芯布置的示意图；
图12是本发明核电站燃料联合配置方法中新启动机组的93个新燃料元件的堆芯布置的示意图；
图13是本发明核电站燃料联合配置方法中仅有一个新启动机组时的联合配置示意图；
图14是本发明核电站燃料联合配置方法中不断有新启动机组加入时的联合配置示意图；
图15是本发明核电站燃料联合配置方法中运行机组从72个新燃料元件布置转到88个新燃料元件布置的示意图；
图16是本发明核电站燃料联合配置方法中运行机组从88个新燃料元件布置转到72个新燃料元件布置的示意图；
图17是本发明核电站燃料联合配置方法中用新燃料元件以及备用的燃耗过一次的旧燃料元件和燃耗过两次的旧燃料元件组建新启动机组首炉的示意图；
图18是燃耗过燃料元件的余热随时间的变化曲线。
具体实施方式
本发明的技术方案是针对可互换燃料元件的多个机组联合进行核燃料配置的设计，新机组首炉可以全部使用与平衡循环富集度相同或相当的高富集度燃料，其中的部分高富集度新燃料元件将预先放入一个或多个运行机组进行燃耗，使运行机组所装载的新燃料比没有实施该方法前要多，从而多获得大量燃耗过一次的旧燃料元件，加上运行机组能额外提供大量燃耗过两次的旧燃料元件(以157个燃料元件堆芯18个月换料模式为例)，再从这些获得的大量燃耗过一次的旧燃料元件和燃耗过两次的旧燃料元件中选取所需数量及所需燃耗(特定富集度燃料的燃耗与反应性对应，通过选燃耗来选反应性)的旧燃料元件与高富集度的新燃料元件一起构造新机组的首炉堆芯；在实施该核电站燃料联合配置方法后，增设了新燃料元件的运行机组和新启动机组首炉堆芯(如果采用运行机组增设了新燃料元件后的布置模式)的平均卸料燃耗比平衡循环的平均卸料燃耗更高(通常新启动机组首炉堆芯的平均卸料燃耗不及平衡循环平均卸料燃耗的50％)。
其具体步骤为：
(S1)针对至少一个运行机组，基于平衡循环或过渡循环的堆芯设计方案，在所述至少一个运行机组中增设至少一个新燃料元件，例如可以增设1～29个新燃料元件；
(S2)在运行一个燃料循环以后，基于所述步骤(S1)中增设的新燃料元件，从所述至少一个运行机组中获得比平衡循环或过渡循环的堆芯设计方案更多的燃耗过一次的旧燃料元件，供备用；
在乏燃料水池中，对所述步骤(S2)中得到的备用的燃耗过一次的旧燃料元件进行贮存；并在满足临界安全、辐射防护和散热等运输要求的条件下用乏燃料运输容器把要用到的备用旧燃料元件从运行机组运到新启动机组。
(S3)针对至少一个新启动机组，取预定数量的新燃料元件、从所述步骤(S2)中得到的备用的燃耗过一次的旧燃料元件，以及取预定数量的燃耗过二次的旧燃料元件，设置在所述至少一个新启动机组的首炉堆芯中。
在本发明所述的堆芯设计，均以压水堆核电站157个燃料元件18个月换料模式的堆芯组成为例加以说明，该堆芯由新燃料元件、燃耗过一次的旧燃料元件和燃耗过两次的旧燃料元件组成。该处所述燃耗过一次的旧燃料元件和燃耗过两次的旧燃料元件是以燃耗一次和两次后的大致反应性来划分的，并不指其真实的燃耗次数。对由新燃料元件、燃耗过一次的旧燃料元件、燃耗过两次的旧燃料元件、燃耗过更多次的旧燃料元件组成的堆芯，所述步骤(S1)、(S2)和(S3)中提到的备用的燃耗过一次的旧燃料元件的获得和使用方法也包括了这些堆芯中燃耗过一次、两次和更多次的旧燃料元件的获得和使用方法。
参与本发明核电站燃料联合配置方法的运行机组的换料模式不限，新机组首炉可直接实现各种换料模式。其对停堆换料堆型和不停堆换料堆型都适用，适用于压水堆、沸水堆、重水堆和高温气冷堆。
以157个燃料元件堆芯、需要停堆换料的压水堆核电站为例，对一个运行机组和一个同类型新启动机组的燃料联合配置的示范性实施例进行如下阐述。
如图13所示这种只有一个新启动机组时的核电站燃料联合配置的示意图。图中的箭头仅表示燃耗过一次的旧燃料元件和燃耗过两次的旧燃料元件的走向，新燃料元件则采购自新燃料元件供应商。图13中运行机组1号机第12循环、运行机组1号机第14循环和新启动机组1号机第2循环均为公知的72个新燃料元件的18个月平衡循环换料模式，其余两个循环——运行机组1号机第13循环和新启动机组1号机第1循环均为88个新燃料元件的18个月换料模式。特别的地方是：在运行机组1号机第13循环，相对于平衡循环所需的72个富集度为4.45％的新燃料元件，多加入了16个富集度为4.45％的新燃料元件至88个新燃料元件，而新启动机组1号机第1循环(首炉)则由此能从运行机组1号机获得41个燃耗过一次的旧燃料元件和28个燃耗过两次的旧燃料元件。
如图1所示运行机组18个月换料的平衡循环，每个循环加入72个富集度为4.45％的新燃料元件，堆芯组成为：72个新燃料元件+69个燃耗过一次的旧燃料元件+16个燃耗过两次的旧燃料元件。堆芯设计为四分之一旋转对称，图中所示为四分之一堆芯。由于堆芯中心单一燃料元件的原因使得新燃料元件数与燃耗过一次的旧燃料元件数不相等。运行机组1号机第12循环在燃耗一个循环后，如图15所示能得到72个燃耗过一次的旧燃料元件加69个燃耗过两次的旧燃料元件。
如图13所示把16个富集度为4.45％的新燃料元件增设到运行机组1号机第13循环。使运行机组1号机第13循环的新燃料元件数增至88个，在保证燃料循环长度不变的情况下，如图9所示所需燃耗过一次的旧燃料元件数减为41个、燃耗过两次的旧燃料元件增为28个，即堆芯组成变为：88个新燃料元件+41个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件。如图15所示，由此通过运行机组1号机第12循环末的卸料元件构造运行机组1号机第13循环后，可剩余72-41＝31个燃耗过一次的旧燃料元件以及69-28＝41个燃耗过两次的旧燃料元件备用。
如图16所示，新燃料元件增至88个的运行机组1号机第13循环在燃耗过一个燃料循环后，能得到88个燃耗过一次的旧燃料元件加41个燃耗过两次的旧燃料元件。运行机组第14循环回到平衡循环堆芯装载模式，即图1所示：72个新燃料元件+69个燃耗过一次的旧燃料元件+16个燃耗过两次的旧燃料元件，需要69个燃耗过一次的旧燃料元件加16个燃耗过两次的旧燃料元件。如图16所示，从而在构造完运行机组1号机第14循环后又可以剩余88-69＝19个燃耗过一次的旧燃料元件和41-16＝25个燃耗过两次的旧燃料元件备用。
如图17所示，经过运行机组1号机第13循环仅一次增加16个新燃料元件的机动运行，就可以获得燃耗过一次的旧燃料元件31+19＝50个和燃耗过两次的旧燃料元件41+25＝66个备用。
按照如图9所示的88个新燃料元件的堆芯装载模式：88个新燃料元件+41个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件，以构造新启动机组的首炉堆芯。新启动机组的首炉堆芯需要88个新燃料元件+41个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件。如图17所示，由剩余备用的50个燃耗过一次的旧燃料元件和66个燃耗过两次的旧燃料元件中分别选出41个和28个加上88个新燃料元件组成新启动机组的首炉堆芯，或者如图2和图3所示采用80个新燃料元件+49个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件组成新机组的首炉堆芯，或者如图4和图5所示采用81个新燃料元件+48个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件，或者如图6和图7所示采用84个新燃料元件+45个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件，或者如图8所示采用85个新燃料元件+44个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件，或者如图10所示采用89个新燃料元件+44个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件，或者如图11所示采用92个新燃料元件+37个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件，或者如图12所示采用93个新燃料元件+36个燃耗过一次的旧燃料元件+28个燃耗过两次的旧燃料元件。如图2～12所示，随着堆芯中新燃料元件数的增加，在堆芯中部区域新燃料元件和燃耗过一次的旧燃料元件逐渐趋向于棋盘式布置，这种公知的棋盘式布置能提高燃耗过一次的旧燃料元件在本循环的燃耗，提高卸料燃耗，提高燃料利用率。
新启动机组1号机第2循环的装载模式为72个新燃料的18个月换料，与运行机组1号机第14循环的情况完全相同，在此不再重复描述。
可以根据参与核电站燃料联合配置方法中运行机组准备机动运行的堆·次数和新启动机组数量对每个运行机组多增设的新燃料元件数和新启动机组首炉堆芯的装载模式进行调整。对上述堆芯，在保持18个月换料低泄漏的情况下可加入80、81、84、85、88、89、92或93个新燃料元件，参考的堆芯布置分别如图2～图12所示。由于本发明并不限于只采用上述in-in-out低泄漏装载模式，还可以是in-out-in、高泄漏(部分新组件放在外圈)等其它装载模式，所以具体的堆芯装载模式可以更多、运行机组可加入的高富集度新燃料元件数也可以更多，所以以上的堆芯布置仅作说明而不仅限于所列布置。所提到的in-in-out装载模式即对于一个新燃料元件，其第一次燃耗时放在内圈，第二次燃耗时也放在内圈，第三次燃耗时放在外圈的燃料布置模式，而in-out-in装载模式(可降低堆芯出口温差)即对于一个新燃料元件，其第一次燃耗时放在内圈，第二次燃耗时放在外圈，第三次燃耗时又重新放在内圈的燃料装载模式。
燃耗过的旧燃料元件与新燃料元件不同，本身有强放射性和余热，单个燃料元件的余热随冷却时间的变化关系示意图见图18。余热在前期下降很快，后期下降较慢。在富集度取4.45％，燃耗取55000MWd/tU的极限燃耗情况下，在冷却1年后的余热已小于6.1KW，而实际使用的燃耗过的旧燃料元件在冷却1年后的平均余热小于4KW。如果要把燃耗过的燃料从一个机组运往另一个机组，需要使用满足要求的乏燃料运输容器，冷却时间越长，要求越低。国际上已有大量成熟商用的大余热乏燃料运输容器可用于冷却仅1年左右的燃耗过的旧燃料元件的运输，已知能运输平均热负荷大于5KW的压水堆燃耗过旧燃料元件的乏燃料运输容器如下表1。
Figure G2009101075485D00111
表1
在燃耗过燃料元件的装卸和运输过程中，应保证临界安全、冷却和屏蔽，并与氧气隔绝以避免燃料包壳的过度氧化。
通过实施核电站燃料联合配置后，运行机组和新启动机组首炉的平均卸料燃耗比现有技术中18个月平衡循环的平均卸料燃耗还高出约17％(通常新启动机组首炉的平均卸料燃耗不及平衡循环平均卸料燃耗的50％)。使得核电站燃料联合配置方法中的新启动机组首炉可以节省天然铀约20万磅、分离功约32吨SWU(分离功单位)、燃料元件制造约63个和乏燃料后处理约63个，共计节省6963万美元，占首炉燃料总费用的23.4％。随着机型不同、堆型不同、采用核电站燃料联合配置方案的不同、以及天然铀和分离功等价格的变动，节省费用也会不同。
在不断有新启动机组加入时，可以持续实施核电站燃料联合配置(见图14)。图中的箭头仅表示燃耗过一次的旧燃料元件的走向，燃耗过两次的旧燃料元件来自于运行机组长期运行过程中积累的大量燃耗过两次的旧燃料元件，新燃料元件则采购自燃料供应商。
对停堆换料机组，实施核电站燃料联合配置的运行机组可以是18个月换料模式、1/4年度换料模式、1/3年度换料模式或其它换料模式。新启动机组首炉堆芯可以根据所需燃料配置模式的需求直接组建其首炉堆芯，所以可以直接达到18个月换料模式、1/4年度换料模式、1/3年度换料模式或其它换料模式。
对于运行机组之间的燃料联合配置，当具有多个运行机组时，其涉及长周期运行机组和短周期运行机组；在运行机组之间进行燃料元件联合配置的步骤为：
(B1)基于平衡循环设计方案，将长周期运行机组原边缘位置布置的燃耗过一次的旧燃料元件替换为燃耗过两次的旧燃料元件，以获得多余的燃耗过一次的旧燃料元件备用；
(B2)将所述多余备用的燃耗过一次的旧燃料元件以及长周期运行机组的部分乏燃料元件布置到短周期运行机组中。
以18个月换料模式的运行机组和1/4年度换料模式的运行机组的联合核燃料循环设计为例作进一步阐述。
18个月换料模式的运行机组具有机组可用率高的优点但平均卸料燃耗偏低，1/4年度换料模式的运行机组具有燃料利用率高的优点。将18个月换料模式的运行机组中原边缘位置布置的12个燃耗过一次的旧燃料元件(见图1)改为全部放置燃耗过两次的旧燃料元件，多余出来备用的燃耗过一次的旧燃料元件和部分对18个月换料模式的运行机组而言已不能使用但却可以在1/4年度换料模式的运行机组中使用的旧燃料元件，则放入1/4年度换料模式运行机组的堆芯中继续燃耗，可减少1/4年度换料模式运行机组所需的新燃料元件数以提高总的燃料利用率。这样，当长周期换料模式的运行机组堆芯和短周期换料模式的运行机组堆芯进行燃料联合配置后，长周期换料模式运行机组的燃料利用率较低的缺点能够得到部分弥补。
上述配置方式同样可以应用于不停堆换料的机型。下面以球床高温气冷堆机组为例对本发明在不停堆换料机组上的应用作进一步阐述。
在已运行的球床高温气冷堆机组中逐渐多加入与平衡循环相同或相近的高富集度新燃料元件，并从中逐渐卸出大量不同燃耗的燃料元件备用；把卸出备用的不同燃耗的已燃耗过的燃料元件与高富集度的新燃料元件混合，装入新启动机组的首炉。可使新启动机组首炉不再使用低富集度的新燃料元件，卸料燃耗可比平衡循环的卸料燃耗还要高，能大幅提高燃料利用率，节省燃料费用。
在某个机组出现燃料元件大量破损的情况下，可以通过核电站燃料联合配置方法从其它运行机组获得大量燃耗过的燃料元件，所以核电站燃料联合配置方法还可以提高机组抵抗风险的能力。
本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (11)

1. 一种核电站燃料联合配置方法，其特征在于，包括在至少一个运行机组和至少一个新启动机组之间进行燃料元件联合配置的步骤：
（S1）针对至少一个运行机组，基于平衡循环或过渡循环堆芯设计，在所述至少一个运行机组中增设至少一个新燃料元件；
（S2）在运行一个燃烧循环后，基于所述步骤(S1)中增设的新燃料元件，从所述至少一个运行机组中获得比平衡循环或原过渡循环堆芯设计更多的一次旧燃料元件，供备用；
（S3）针对至少一个新启动机组，取预定数量的新燃料元件、以及从所述步骤(S2)中得到的备用的一次旧燃料元件，设置在所述至少一个新启动机组的首炉堆芯中；其中，一次旧燃料元件是以燃耗后的反应性来划分的。
2.根据权利要求1所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，所述步骤（S2）和（S3）之间还包括在乏燃料水池或乏燃料贮存容器中，对所述步骤（S2）中得到的备用的一次旧燃料元件进行贮存，使得存放后满足安全运输的条件。
3.根据权利要求1所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，所述至少一个新启动机组的首炉堆芯布置根据所述至少一个运行机组增设新燃料元件之前的换料模式或增设新燃料元件之后的换料模式进行堆芯布置。
4.根据权利要求1所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，在所述至少一个运行机组的堆芯或新启动机组的首炉堆芯中，将一次旧燃料元件和新燃料元件进行间隔式布置，从而在一次旧燃料元件的周围均设置为新燃料元件。
5.根据权利要求1~4任一所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，在步骤（S3）中还包括取预定数量的燃耗过两次的旧燃料元件，设置在所述至少一个新启动机组的首炉堆芯中。
6.根据权利要求1~4任一所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，在所述步骤（S1）中，针对至少一个运行机组，基于平衡循环或过渡循环堆芯设计，在所述至少一个运行机组中增设1~29个新燃料元件。
7.根据权利要求1~4任一所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，在所述至少一个运行机组中增设1、4、5、8、9、12、13、16、17、20、21、24、25、28或29个新燃料元件。
8.根据权利要求1~4任一所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，在所述步骤（S1）中，所述至少一个运行机组的堆芯具有157个燃料元件；
在所述步骤（S3）中，所述至少一个新启动机组的首炉堆芯设置为：新燃料元件为80~100个，一次旧燃料元件为30~49个，剩余为二次旧燃料元件。
9.根据权利要求1~4任一所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，具有多个运行机组，所述多个运行机组包括长周期运行机组和短周期运行机组；还包括在运行机组之间进行燃料元件联合配置的步骤：
（B1）基于长周期平衡循环或过渡循环堆芯设计，将长周期运行机组边缘位置一次旧燃料元件替换为二次旧燃料元件，以获得多余的一次旧燃料元件，供备用；
（B2）将所述多余的一次旧燃料元件以及长周期运行机组的乏燃料元件 布置到短周期运行机组的堆芯中。
10.根据权利要求9所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，所述长周期运行机组是18个月换料模式机组或24个月换料模式机组；所述短周期运行机组是1/4年度换料模式机组或1/3年度换料模式机组。
11.根据权利要求1~4任一所述的核电站燃料联合配置方法，其特征在于，所述新燃料元件为与平衡循环所用新燃料富集度相当的高富集度燃料。
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