JP7440340B2 - Prediction model building device and prediction device - Google Patents

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Description

本発明は、原子力発電プラントの炉水放射能濃度や放水情報の予測モデル構築装置および予測装置に関する。 The present invention relates to a prediction model construction device and a prediction device for reactor water radioactivity concentration and water discharge information of a nuclear power plant.

原子力発電プラント(単にプラントとも記す)として、例えば、沸騰水型原子力発電プラントや加圧水型原子力発電プラントが知られている。これらのプラントにおいて、原子炉圧力容器などの主要な構成部材は、腐食を抑制するために、水が接触する接水部にステンレス鋼やニッケル基合金などが用いられている。さらに、これらのプラントでは、原子炉圧力容器内に存在する冷却水(以下、炉水とも記す)の一部を炉水浄化装置によって浄化し、炉水中に僅かに存在する金属不純物を積極的に除去している。 As nuclear power plants (also simply referred to as plants), for example, boiling water nuclear power plants and pressurized water nuclear power plants are known. In these plants, stainless steel, nickel-based alloys, and the like are used in the water-contact parts of major structural members such as reactor pressure vessels to suppress corrosion. Furthermore, in these plants, a part of the cooling water (hereinafter also referred to as reactor water) existing in the reactor pressure vessel is purified by a reactor water purification system, and the metal impurities present in the reactor water are actively removed. It is being removed.

上記のような腐食防止対策を講じても、炉水中に残る極僅かな金属不純物の存在は避けられないため、一部の金属不純物が、金属酸化物として、燃料集合体に含まれる燃料棒の外面に付着する。燃料棒外面に付着した金属不純物に含まれる金属元素は、燃料棒内の核燃料物質から放出される中性子の照射により原子核反応を生じ、コバルト60、コバルト58、クロム51、マンガン54などの放射性核種になる。酸化物の形態で燃料棒外面に付着した一部の放射性核種は、取り込まれている酸化物の溶解度に応じて炉水中にイオンとして溶出する。また、放射性核種は、クラッドとよばれる不溶性固体として炉水中に放出される。 Even if the above-mentioned corrosion prevention measures are taken, the presence of extremely small amounts of metal impurities remaining in the reactor water cannot be avoided. Adheres to external surfaces. The metal elements contained in the metal impurities attached to the outer surface of the fuel rod undergo a nuclear reaction when irradiated with neutrons emitted from the nuclear fuel material inside the fuel rod, and become radioactive nuclides such as cobalt-60, cobalt-58, chromium-51, and manganese-54. Become. Some radionuclides attached to the outer surface of the fuel rods in the form of oxides are eluted into the reactor water as ions, depending on the solubility of the incorporated oxides. Additionally, radionuclides are released into reactor water as an insoluble solid called cladding.

炉水中の放射性核種の一部は、炉水浄化装置で取り除かれる。しかしながら、除去されなかった放射性核種は炉水とともに再循環系などを循環している間に、炉水と接触する構造部材の表面に蓄積される。この結果、構造部材表面から放射線が放出され、定期検査を行う従事者の放射線被ばくの原因となる。従事者の被ばく線量については、各従事者が規定値を超えないように管理されている。しかしながら、近年この規定値が引き下げられ、各従事者の被ばく線量を経済的に可能な限り低くする必要が生じている。 Some of the radionuclides in the reactor water are removed by the reactor water purification system. However, the radionuclides that are not removed accumulate on the surfaces of structural members that come into contact with the reactor water while circulating in the recirculation system and the like along with the reactor water. As a result, radiation is emitted from the surface of the structural member, causing radiation exposure to workers performing periodic inspections. The exposure doses of workers are controlled to ensure that each worker does not exceed the prescribed values. However, in recent years, this standard value has been lowered, and it has become necessary to reduce the exposure dose of each worker to the lowest possible level economically.

このような状況のなか、次回定期検査時の被ばく線量を予測して、遮蔽計画や作業人員計画を立てたり、除染の必要性を判断したりすることは、総被ばく線量を下げる上で有効な対策となる。被ばく線量の予測には配管線量の予測が必要であり、配管線量は運転中の炉水放射能濃度に強く依存するため、プラントの運転期間中における炉水放射能濃度の推移を予測することが重要となる。加えて、次回定期検査の被ばく線量を予測して定期検査計画に利用するので、その予測はできるだけ速く行う必要がある。 Under these circumstances, it is effective to predict the exposure dose at the next periodic inspection, create shielding plans and worker plans, and determine the necessity of decontamination in order to reduce the total exposure dose. This is a countermeasure. Prediction of exposure dose requires prediction of piping dose, and since piping dose strongly depends on reactor water radioactivity concentration during operation, it is difficult to predict changes in reactor water radioactivity concentration during plant operation. becomes important. In addition, since the exposure dose for the next periodic inspection is predicted and used in the periodic inspection plan, the prediction needs to be made as quickly as possible.

炉水放射能濃度の予測装置として、例えば特許文献1に記載されているような物理的および化学的シミュレーションモデルを利用した原子炉一次系の線量率を低減するための水質診断システムがある。この水質診断システムは、現在の水質条件を入力として冷却水中の放射能変化を推定するシミュレーションモデル(マスバランスモデル)を用いて、将来のプラント線量率を予測し、その結果に基づき現在の水質条件の良否を診断する。
特許文献1の技術では、シミュレーションモデルおよびモデルパラメータが存在し、かつ最適化されている必要がある。しかし、現実には、モデルパラメータが時間的に変化し、運転が継続されていくに従って機器や材料が交換されモデル計算値と実測値との差が大きくなってくることがある。
As a prediction device for reactor water radioactivity concentration, there is a water quality diagnosis system for reducing the dose rate of the primary reactor system using a physical and chemical simulation model as described in Patent Document 1, for example. This water quality diagnosis system uses a simulation model (mass balance model) that uses current water quality conditions as input to estimate changes in radioactivity in cooling water, predicts future plant dose rates, and uses the results to predict current water quality conditions. Diagnose whether it is good or bad.
The technique disclosed in Patent Document 1 requires that a simulation model and model parameters exist and be optimized. However, in reality, model parameters change over time, equipment and materials are replaced as operation continues, and the difference between model calculation values and actual measurements may increase.

特許文献2に記載の自己学習診断、予測装置は、プラントの仕様、特性などの時間的な変化に対応してモデルパラメータを自動修繕し予測精度の劣化を防ぐとともに、モデルを自己学習により改良する機能を備えている。 The self-learning diagnosis and prediction device described in Patent Document 2 automatically repairs model parameters in response to temporal changes in plant specifications, characteristics, etc., prevents deterioration of prediction accuracy, and improves the model through self-learning. It has functions.

特開昭64-063894号公報Japanese Patent Application Publication No. 64-063894 特開平06-289179号公報Japanese Patent Application Publication No. 06-289179

特許文献2に記載の技術は、物理モデルや化学モデルに基づいて設定したモデルのモデルパラメータの最適化とその寄与を調整するものであり、そのモデルが予め準備されている必要がある。このため、予測目標の状態量と入力として使用する状態量との相関関係が数式として記述されている必要がある。
マスバランスモデルで表現される状態量の相関関係は、モデルパラメータが最適化されることで最適化される。しかしながら、相関関係は考えられるが、相関関係が複雑で数式表現が難しい場合には、適切なモデルを構築できない。このため、複雑で数式で表現できない相関関係が含まれている場合でも、プラントの状態量を正確に予測することが求められている。
The technique described in Patent Document 2 optimizes model parameters of a model set based on a physical model or a chemical model and adjusts their contribution, and the model needs to be prepared in advance. Therefore, the correlation between the state quantity of the prediction target and the state quantity used as an input must be described as a mathematical expression.
The correlation between the state quantities expressed by the mass balance model is optimized by optimizing the model parameters. However, although correlations are possible, if the correlations are complex and difficult to express mathematically, an appropriate model cannot be constructed. For this reason, there is a need to accurately predict plant state quantities even when complex correlations that cannot be expressed mathematically are included.

炉水放射能濃度の予測とともにプラントでは、温排水(放水)の温度管理も求められる。詳しくは、プラントでは、核分裂で発生した熱から生じ、タービンを回転させた蒸気を冷やすために、海水が使われている。プラントでは、炉水放射能濃度の低減とともに海水(温排水、放水)の温度上昇幅に係る規定を守る必要がある。温度は、取水時の海水温度や原子炉の熱出力によるため、炉水放射能濃度とともに放水時の温度(または取水時との温度差、放水情報とも記す)の予測が求められている。 In addition to predicting the radioactivity concentration in reactor water, plants also need to control the temperature of heated wastewater (water discharge). Specifically, the plant uses seawater to cool the steam generated from the heat generated by nuclear fission that spins the turbines. In plants, it is necessary to reduce the radioactivity concentration in reactor water and comply with regulations regarding the temperature rise range of seawater (heated wastewater and discharged water). Since the temperature depends on the seawater temperature at the time of water intake and the thermal output of the reactor, it is necessary to predict the temperature at the time of water discharge (or the temperature difference from the time of water intake, also referred to as water discharge information) as well as the radioactivity concentration in the reactor water.

本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、原子力発電プラントの炉水放射能濃度と放水情報との高精度な予測を可能とする予測モデルを構築する予測モデル構築装置および予測装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of this background, and provides a predictive model construction device and prediction model for constructing a predictive model that enables highly accurate prediction of reactor water radioactivity concentration and water discharge information in a nuclear power plant. The task is to provide equipment.

前記した課題を解決するため、本発明に係る予測モデル構築装置は、原子力発電プラントにおける原子炉の炉水放射性金属腐食生成物濃度および海水の放水情報を予測するための予測モデルを構築する予測モデル構築装置であって、前記原子力発電プラントのプラント状態量を記述する物理モデルにより計算されるプラント状態量予測値を計算するシミュレーション部と、入力データとして、実測可能なプラント状態量と、海水情報と、前記プラント状態量予測値とを含み、出力データとして、実測値である前記炉水放射性金属腐食生成物濃度と、前記放水情報とを含む教師データを機械学習モデルに学習させて前記予測モデルを構築する学習部とを備える。 In order to solve the above-mentioned problems, the predictive model construction device according to the present invention is a predictive model that constructs a predictive model for predicting the reactor water radioactive metal corrosion product concentration and seawater discharge information in a nuclear power plant. The construction device includes a simulation unit that calculates a predicted plant state quantity calculated by a physical model that describes the plant state quantity of the nuclear power plant, and as input data, measurable plant state quantities and seawater information. , the predicted value of the plant state quantity, and includes, as output data, the actual measured value of the radioactive metal corrosion product concentration in the reactor water, and the water discharge information, which is trained by a machine learning model, to generate the prediction model. Equipped with a learning section to build.

また、前記した課題を解決するため、本発明に係る予測装置は、原子力発電プラントにおける原子炉の炉水放射性金属腐食生成物濃度および海水の放水情報を予測する予測装置であって、入力データとして、実測可能なプラント状態量と、海水情報と、前記原子力発電プラントのプラント状態量を記述する物理モデルにより計算されるプラント状態量予測値とを含み、出力データとして、実測値である前記炉水放射性金属腐食生成物濃度と、前記放水情報とを含む教師データを機械学習モデルに学習させて構築された予測モデルを記憶し、前記物理モデルにより、前記プラント状態量から前記プラント状態量予測値を計算するシミュレーション部と、前記実測可能なプラント状態量、前記海水情報、および計算されたプラント状態量予測値を入力データとして、前記予測モデルに入力して、前記炉水放射性金属腐食生成物濃度と、前記放水情報とを出力として計算する予測部とを備える。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, a prediction device according to the present invention is a prediction device that predicts the concentration of radioactive metal corrosion products in reactor water and seawater discharge information in a nuclear power plant, and which uses input data as input data. , includes measurable plant state quantities, seawater information, and predicted plant state quantities calculated by a physical model that describes the plant state quantities of the nuclear power plant, and as output data, the reactor water, which is the actual measured value. A prediction model constructed by making a machine learning model learn training data including radioactive metal corrosion product concentration and the water discharge information is stored, and the predicted value of the plant state quantity is calculated from the plant state quantity using the physical model. A simulation unit for calculating, inputting the measurable plant state quantities, the seawater information, and the calculated predicted plant state quantities as input data to the prediction model, and calculating the reactor water radioactive metal corrosion product concentration. , and a prediction unit that calculates the water discharge information as an output.

本発明によれば、原子力発電プラントの炉水放射能濃度と放水情報との高精度な予測を可能とする予測モデルを構築する予測モデル構築装置および予測装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a predictive model construction device and a prediction device that construct a predictive model that enables highly accurate prediction of reactor water radioactivity concentration and water discharge information of a nuclear power plant.

本実施形態に係る原子力発電プラントの全体系統構成図である。FIG. 1 is an overall system configuration diagram of a nuclear power plant according to the present embodiment. 本実施形態に係る炉水への金属腐食生成物の移行挙動のマスバランスモデルを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a mass balance model of transfer behavior of metal corrosion products to reactor water according to the present embodiment. 本実施形態に係る炉水放射能濃度・放水温度予測装置の機能構成図である。FIG. 2 is a functional configuration diagram of a reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device according to the present embodiment. 本実施形態に係る学習処理における予測モデルの教師データの元となるデータの構成を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of data that is the source of training data for a predictive model in learning processing according to the present embodiment. 本実施形態に係る教師データである予測モデルの入力データと出力データとを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining input data and output data of a predictive model, which is teacher data according to the present embodiment. 本実施形態に係る学習部が実行する学習処理のフローチャートである。It is a flowchart of the learning process which the learning part concerning this embodiment performs. 本実施形態に係る予測処理における予測モデルの入力データの元となるデータおよび出力データの構成を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of data that is the source of input data and output data of a prediction model in prediction processing according to the present embodiment. 本実施形態に係る予測処理における予測モデルの入力データと出力データとを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining input data and output data of a prediction model in prediction processing according to the present embodiment. 本実施形態に係る予測部が実行する予測処理のフローチャートである。It is a flowchart of the prediction process which the prediction part concerning this embodiment performs. 本実施形態の変形例に係る学習処理における予測モデルの教師データの元となるデータの構成を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of data that is the source of training data for a prediction model in a learning process according to a modification of the present embodiment. 本実施形態の変形例に係る予測処理における予測モデルの入力データの元となるデータおよび出力データの構成を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of data that is the source of input data and output data of a prediction model in prediction processing according to a modification of the present embodiment. 本実施形態に係る、プラント状態量・海水情報の変化に伴うコバルト60濃度データ・放水温度の予測の変化を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining changes in predicted cobalt-60 concentration data and discharge water temperature due to changes in plant state quantities and seawater information according to the present embodiment. 本実施形態の変形例に係る炉水放射能濃度・放水温度予測装置の機能構成図である。FIG. 3 is a functional configuration diagram of a reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device according to a modification of the present embodiment. 本実施形態の変形例に係る計画パターンを用いた予測処理のフローチャートである。It is a flowchart of the prediction process using the planning pattern based on the modification of this embodiment.

本発明を実施するための形態(実施形態)における炉水放射能濃度・放水温度予測装置(予測モデル構築方法および予測方法)を説明する前に、予測の対象となる原子力発電プラント、および炉水中の放射能変化を推定するシミュレーションモデル(マスバランスモデル)を説明する。 Before explaining the reactor water radioactivity concentration/discharge temperature prediction device (prediction model construction method and prediction method) in the mode for carrying out the present invention (embodiment), we will explain the nuclear power plant to be predicted and the reactor water temperature prediction device (prediction model construction method and prediction method). A simulation model (mass balance model) for estimating changes in radioactivity will be explained.

≪原子力発電プラントの概要≫
図1は、本実施形態に係る原子力発電プラントP100の全体系統構成図である。本実施形態における炉水放射能濃度・放水温度予測装置が適用される原子力発電プラントP100(例えば沸騰水型原子力発電プラント)の概略構成を、図1を参照して説明する。
原子力発電プラントP100は、原子炉P1、タービンP3、復水器P4、原子炉浄化系および給水系などを備えている。原子炉格納容器P11内に設置された原子炉P1は、炉心P13を内蔵する原子炉圧力容器P12を有する。原子炉圧力容器P12内に設置された円筒状の炉心シュラウドP15が、炉心P13を取り囲んでいる。炉心P13には複数の燃料集合体(不図示)が装荷されている。各燃料集合体は、核燃料物質で製造された複数の燃料ペレットを充填した複数の燃料棒を含んでいる。原子炉圧力容器P12の内面と炉心シュラウドP15の外面の間には、環状のダウンカマP17が形成される。複数のインターナルポンプP21が原子炉圧力容器P12の底部に設置される。インターナルポンプP21のインペラは、ダウンカマP17の下部に配置される。
≪Overview of nuclear power plant≫
FIG. 1 is an overall system configuration diagram of a nuclear power plant P100 according to this embodiment. A schematic configuration of a nuclear power plant P100 (for example, a boiling water nuclear power plant) to which the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device in this embodiment is applied will be described with reference to FIG. 1.
The nuclear power plant P100 includes a nuclear reactor P1, a turbine P3, a condenser P4, a reactor purification system, a water supply system, and the like. The nuclear reactor P1 installed in the reactor containment vessel P11 has a reactor pressure vessel P12 containing a reactor core P13. A cylindrical core shroud P15 installed within the reactor pressure vessel P12 surrounds the reactor core P13. A plurality of fuel assemblies (not shown) are loaded in the core P13. Each fuel assembly includes a plurality of fuel rods filled with a plurality of fuel pellets made of nuclear fuel material. An annular downcomer P17 is formed between the inner surface of the reactor pressure vessel P12 and the outer surface of the reactor core shroud P15. A plurality of internal pumps P21 are installed at the bottom of the reactor pressure vessel P12. The impeller of the internal pump P21 is arranged at the lower part of the downcomer P17.

給水系は、復水器P4と原子炉圧力容器P12とを連絡する給水配管P10に、復水ポンプP5、復水浄化装置P6、給水ポンプP7、低圧給水加熱器P8、および高圧給水加熱器P9が、この順番に復水器P4から原子炉圧力容器P12に向かって設置されて構成される。水素注入装置P16が、水素注入配管P18によって、復水浄化装置P6と給水ポンプP7の間で給水配管P10に接続されている。開閉弁P19が水素注入配管P18に設けられる。 The water supply system includes a water supply pipe P10 connecting the condenser P4 and the reactor pressure vessel P12, a condensate pump P5, a condensate purification device P6, a water supply pump P7, a low pressure feed water heater P8, and a high pressure feed water heater P9. are installed in this order from the condenser P4 toward the reactor pressure vessel P12. A hydrogen injection device P16 is connected to the water supply pipe P10 between the condensate purification device P6 and the water supply pump P7 by a hydrogen injection pipe P18. An on-off valve P19 is provided in the hydrogen injection pipe P18.

原子炉浄化系は、原子炉圧力容器P12と給水配管P10とを連絡するステンレス鋼製の浄化系配管(ステンレス鋼部材)P20に、浄化系隔離弁P23、浄化系ポンプP24、再生熱交換器P25、非再生熱交換器P26、および炉水浄化装置P27が、この順番で設置されて構成される。原子力発電プラントP100に設けられた残留熱除去系は、一端部が原子炉圧力容器P12に接続されてダウンカマP17に連絡され、他端部が炉心P13より上方で原子炉圧力容器P12内に連絡される残留熱除去系配管P28を有する。この残留熱除去系配管P28に残留熱除去系ポンプP29および熱交換器(冷却装置)P30が設置される。浄化系配管P20の一端は、残留熱除去系ポンプP29の上流で残留熱除去系配管P28に接続される。 The reactor purification system includes a purification system piping (stainless steel member) P20 made of stainless steel that connects the reactor pressure vessel P12 and the water supply piping P10, a purification system isolation valve P23, a purification system pump P24, and a regenerative heat exchanger P25. , non-regenerative heat exchanger P26, and reactor water purification device P27 are installed and configured in this order. The residual heat removal system installed in the nuclear power plant P100 has one end connected to the reactor pressure vessel P12 and connected to the downcomer P17, and the other end connected to the inside of the reactor pressure vessel P12 above the reactor core P13. It has a residual heat removal system piping P28. A residual heat removal system pump P29 and a heat exchanger (cooling device) P30 are installed in this residual heat removal system piping P28. One end of the purification system piping P20 is connected to the residual heat removal system piping P28 upstream of the residual heat removal system pump P29.

原子炉圧力容器P12内のダウンカマP17に存在する冷却水(炉水)は、インターナルポンプP21で昇圧され、炉心P13よりも下方の下部プレナムに導かれる。炉水は、下部プレナムから炉心P13に供給され、燃料集合体の燃料棒に含まれる核燃料物質の核分裂で発生する熱によって加熱される。加熱された炉水の一部が蒸気になる。この蒸気は、原子炉圧力容器P12から主蒸気配管P2を通ってタービンP3に導かれ、タービンP3を回転させる。タービンP3に連結された発電機(不図示)が回転され、電力が発生する。タービンP3から排出された蒸気は、復水器P4で凝縮されて水になる。 Cooling water (reactor water) present in the downcomer P17 in the reactor pressure vessel P12 is pressurized by the internal pump P21 and guided to the lower plenum below the reactor core P13. Reactor water is supplied from the lower plenum to the reactor core P13, and is heated by heat generated by fission of nuclear fuel material contained in the fuel rods of the fuel assembly. Some of the heated reactor water turns into steam. This steam is guided from the reactor pressure vessel P12 through the main steam pipe P2 to the turbine P3, and rotates the turbine P3. A generator (not shown) connected to turbine P3 is rotated to generate electric power. Steam discharged from turbine P3 is condensed into water in condenser P4.

復水器P4は、熱交換器の一種であり、取水口で取水された海水で蒸気を冷やして水に戻す。蒸気を冷やして温度が上昇した温排水は、放水口から放水される。取水時の温度(取水温度)と放水時の温度(放水温度)との差は、7~8℃になるように規定されている。このため、プラントは、海水の流量や熱出力を調整しながら運転される。 The condenser P4 is a type of heat exchanger, which cools the steam with seawater taken in at the water intake and returns it to water. The heated waste water, whose temperature has increased by cooling the steam, is discharged from the water outlet. The difference between the temperature at the time of water intake (water intake temperature) and the temperature at the time of water discharge (water discharge temperature) is specified to be 7 to 8°C. For this reason, the plant is operated while adjusting the flow rate of seawater and heat output.

復水器P4で凝縮された水は、給水として、給水配管P10を通って原子炉圧力容器P12内に供給される。給水配管P10を流れる給水は、復水ポンプP5で昇圧され、復水浄化装置P6で不純物が除去されて、給水ポンプP7でさらに昇圧され、低圧給水加熱器P8および高圧給水加熱器P9で加熱される。抽気配管P14で主蒸気配管P2およびタービンP3から抽気された抽気蒸気が、低圧給水加熱器P8および高圧給水加熱器P9にそれぞれ供給され、給水の加熱源となる。 The water condensed in the condenser P4 is supplied as water supply into the reactor pressure vessel P12 through the water supply pipe P10. The feed water flowing through the water supply pipe P10 is pressurized by the condensate pump P5, impurities are removed by the condensate purifier P6, further pressurized by the feed water pump P7, and heated by the low pressure feed water heater P8 and the high pressure feed water heater P9. Ru. The extracted steam extracted from the main steam pipe P2 and the turbine P3 through the extraction pipe P14 is supplied to the low pressure feed water heater P8 and the high pressure feed water heater P9, respectively, and serves as a heating source for the feed water.

原子炉圧力容器P12内の炉水には給水に含まれる金属腐食生成物や原子炉圧力容器P12内の構造材の腐食によって生じた生成物が含まれるため、一定の割合の炉水が炉水浄化系によって浄化される。原子炉圧力容器P12内の炉水は、浄化系ポンプP24の駆動により、残留熱除去系配管P28から分岐した浄化系配管P20を通して再生熱交換器P25および非再生熱交換器P26に供給され、これらの熱交換器により50℃程度まで冷却される。冷却された炉水が炉水浄化装置P27を通ることによって炉水に含まれる金属腐食生成物が除去され、再生熱交換器P25で昇温された後、給水配管P10内を流れる給水と合流して原子炉圧力容器P12に供給される。 Since the reactor water in the reactor pressure vessel P12 contains metal corrosion products contained in the feed water and products generated by corrosion of the structural materials in the reactor pressure vessel P12, a certain proportion of the reactor water is It is purified by the purification system. The reactor water in the reactor pressure vessel P12 is supplied to the regenerative heat exchanger P25 and the non-regenerative heat exchanger P26 through the purification system piping P20 branched from the residual heat removal system piping P28 by driving the purification system pump P24. It is cooled down to about 50°C by a heat exchanger. The cooled reactor water passes through the reactor water purification device P27 to remove metal corrosion products contained in the reactor water, is heated in the regenerative heat exchanger P25, and then merges with the feed water flowing in the water supply pipe P10. and is supplied to the reactor pressure vessel P12.

原子炉P1の運転を停止するときには、全制御棒(不図示)が炉心に挿入される。全制御棒の挿入により核燃料物質の核分裂反応が停止され、原子炉P1の運転が停止される。炉心P13および原子炉圧力容器P12内の機器に残留する熱は炉水の蒸発によって除去されるが、ある程度、温度が低下すると炉水の蒸発による除熱効率が低下するため、炉水温度が150℃程度まで低下すると残留熱除去系を用いて炉心P13および原子炉圧力容器P12内の機器を冷却する。すなわち、残留熱除去系ポンプP29の駆動により原子炉圧力容器P12内の炉水が残留熱除去系配管P28を通して熱交換器P30に供給され、そして、その炉水は熱交換器P30で冷却されて原子炉圧力容器P12に戻される。 When stopping the operation of the nuclear reactor P1, all control rods (not shown) are inserted into the reactor core. By inserting all the control rods, the fission reaction of the nuclear fuel material is stopped, and the operation of the nuclear reactor P1 is stopped. The heat remaining in the equipment in the reactor core P13 and reactor pressure vessel P12 is removed by evaporation of the reactor water, but if the temperature drops to a certain extent, the heat removal efficiency due to evaporation of the reactor water decreases, so the reactor water temperature is reduced to 150°C. When the residual heat removal system is used to cool down the equipment in the reactor core P13 and reactor pressure vessel P12. That is, by driving the residual heat removal system pump P29, the reactor water in the reactor pressure vessel P12 is supplied to the heat exchanger P30 through the residual heat removal system piping P28, and the reactor water is cooled by the heat exchanger P30. It is returned to the reactor pressure vessel P12.

原子炉運転中の炉水にはコバルト60をはじめとする放射性金属腐食生成物が含まれており、その濃度に応じて構造材への付着が生じ、構造材へ付着した放射性核種からの放射線によって定期検査従事者の放射線被ばくが生じる。
以上が、予測の対象となる原子力発電プラントの概要である。続いて、本実施形態で用いるシミュレーションモデル(マスバランスモデル)を説明する。
Reactor water during nuclear reactor operation contains radioactive metal corrosion products such as cobalt-60, which adhere to structural materials depending on their concentration. Radiation exposure occurs to personnel performing routine inspections.
The above is an overview of the nuclear power plants targeted for prediction. Next, a simulation model (mass balance model) used in this embodiment will be explained.

≪マスバランスモデルの概要≫
図2は、本実施形態に係る炉水への金属腐食生成物の移行挙動のマスバランスモデル140(後記する図3参照)を説明するための図である。マスバランスモデル140は、給水中に含まれている金属腐食生成物と、炉水に接する炉内・炉外の構造材の腐食に伴って発生する金属腐食生成物とが、炉水を介在して燃料棒表面や炉内・炉外の構造材表面に再付着したり、炉水浄化系によって系外に除去されたりする動的挙動をマクロな質量保存則によって記述する物理モデルである。なお、図2の実線と破線の矢印は、クラッドとイオンとによる移行を示している。
金属腐食生成物のマスバランスモデル140は、以下に示す(式1)~(式8)に示される連立微分方程式群により記述される。
≪Overview of mass balance model≫
FIG. 2 is a diagram for explaining a mass balance model 140 (see FIG. 3 described later) of the transfer behavior of metal corrosion products to reactor water according to the present embodiment. The mass balance model 140 assumes that metal corrosion products contained in the feed water and metal corrosion products generated as a result of corrosion of structural materials inside and outside the reactor that are in contact with the reactor water are interposed in the reactor water. This is a physical model that uses the macroscopic law of conservation of mass to describe the dynamic behavior of fuel rods, redeposition to the surfaces of fuel rods and structural materials inside and outside the reactor, and removal from the system by the reactor water purification system. Note that the solid line and broken line arrows in FIG. 2 indicate the transition between the cladding and the ions.
The mass balance model 140 of metal corrosion products is described by a group of simultaneous differential equations shown below (Equation 1) to (Equation 8).

Figure 0007440340000001
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Figure 0007440340000002
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Figure 0007440340000008
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上式において、変数やパラメータの意味は以下のとおりである。
C:炉水の金属腐食生成物濃度(炉水金属腐食生成物濃度、例えば、鉄、ニッケル、コバルトなどの濃度)
t:時刻
V:炉水保有水量
:給水流量
:金属腐食生成物の給水中濃度(給水金属腐食生成物濃度)
X:炉内構造材の腐食により発生する金属腐食生成物の発生率
ζ:燃料棒付着物の溶出あるいは剥離定数
ζ :炉内構造材付着物の溶出あるいは剥離定数
ζ :炉外構造材付着物の溶出あるいは剥離定数
In the above formula, the meanings of variables and parameters are as follows.
C: Concentration of metal corrosion products in reactor water (concentration of metal corrosion products in reactor water, for example, concentration of iron, nickel, cobalt, etc.)
t: Time V: Amount of reactor water held F f : Feed water flow rate C f : Concentration of metal corrosion products in the feed water (concentration of metal corrosion products in the feed water)
X: Generation rate of metal corrosion products caused by corrosion of reactor internal structural materials ζ: Elution or peeling constant of fuel rod deposits ζ p 1 : Elution or peeling constant of reactor internal structural materials deposits ζ p 2 : Outside the reactor Elution or peeling constant of structural material deposits

M:燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量
:炉内の構造材表面に付着蓄積する金属腐食生成物量
:炉外の構造材表面に付着蓄積する金属腐食生成物量
δ:燃料棒への付着定数
β:原子炉浄化系における除去率
δ :炉内構造材への付着定数
δ :炉外構造材への付着定数
:炉内の構造材の表面積
:炉外の構造材の表面積
M: Amount of metal corrosion products that accumulate on the fuel rod m1 : Amount of metal corrosion product that adheres and accumulates on the surface of structural materials inside the reactor m2 : Amount of metal corrosion product that adheres and accumulates on the surface of structural materials outside the reactor δ: Fuel rod Adhesion constant β to: Removal rate in the reactor purification system δ p 1 : Adhesion constant to internal structural materials δ p 2 : Adhesion constant to external structural materials S 1 : Surface area of structural materials inside the reactor S 2 : Surface area of structural materials outside the furnace

R:炉水の放射性金属腐食生成物濃度(炉水放射性金属腐食生成物濃度、例えば、コバルト60、コバルト58、マンガン54などの濃度)
Y:炉内構造材の腐食により発生する放射性金属腐食生成物の発生率
A:燃料棒上に蓄積する放射性金属腐食生成物量
Γ:炉内の構造材表面に付着蓄積する放射性金属腐食生成物量
Γ:炉外の構造材表面に付着蓄積する放射性金属腐食生成物量
λ:放射性金属腐食生成物の崩壊定数
G:燃料棒上における放射性核種の生成率
:炉内構造材上における放射性核種の生成率
R: Concentration of radioactive metal corrosion products in reactor water (concentration of radioactive metal corrosion products in reactor water, for example, concentration of cobalt-60, cobalt-58, manganese-54, etc.)
Y: Generation rate of radioactive metal corrosion products caused by corrosion of structural materials inside the reactor A: Amount of radioactive metal corrosion products accumulated on fuel rods Γ 1 : Amount of radioactive metal corrosion products deposited and accumulated on the surface of structural materials inside the reactor Γ 2 : Amount of radioactive metal corrosion products deposited and accumulated on the surface of structural materials outside the reactor λ: Decay constant of radioactive metal corrosion products G: Production rate of radionuclides on fuel rods G 1 : Radioactive nuclides on structural materials inside the reactor generation rate of

上記変数のなかで、C、C、F、R、Γは運転中に測定可能な状態量であり、M、A、Γは定期検査などの停止時に炉内から燃料棒を取り出したときに測定可能な状態量である。また、V、S、Sはプラント固有のプラントパラメータである。λ、G、Gは放射性金属腐食生成物の核種に応じて定まる物理定数であって、X、Y、ζ、ζ 、ζ 、δ、δ 、δ 、βは原則的にモデルパラメータである。なお、m、mは水側から付着したものと構造材の腐食によって発生したものとの区別ができないので、通常測定が困難な状態量である。 Among the above variables, C, C f , F f , R, and Γ 2 are state quantities that can be measured during operation, and M, A, and Γ 1 are state quantities that can be measured during operation, and M, A, and Γ 1 are state quantities that can be measured when the fuel rods are removed from the reactor during shutdown such as periodic inspections. It is a state quantity that can be measured when Further, V, S 1 and S 2 are plant parameters unique to the plant. λ, G, G 1 are physical constants determined depending on the nuclide of the radioactive metal corrosion product, and X, Y, ζ, ζ p 1 , ζ p 2 , δ, δ p 1 , δ p 2 , β are Basically, it is a model parameter. Note that m 1 and m 2 are state quantities that are usually difficult to measure because it is not possible to distinguish between what has adhered from the water side and what has occurred due to corrosion of the structural material.

従来技術では、左辺のCやM、Rなどの状態量の計算値と実測値が合うようにモデルパラメータを調整し、調整したモデルパラメータを用いて、Cの将来推定値を入力として与えて左辺の各状態量を計算して予測している。 In the conventional technology, model parameters are adjusted so that the calculated values of state quantities such as C, M, and R on the left side match the actual values, and the future estimated value of C f is given as input using the adjusted model parameters. The prediction is made by calculating each state quantity on the left side.

≪炉水放射能濃度・放水温度予測装置:全体構成≫
以下に、本実施形態に係る原子力発電プラントP100における炉水の放射能濃度および放水温度を予測する炉水放射能濃度・放水温度予測装置を説明する。炉水放射能濃度・放水温度予測装置は、炉水のコバルト60、コバルト58、クロム51、マンガン54などの濃度、および放水温度を予測する。予測には、(式1)~(式8)で記述されるマスバランスモデル140によるシミュレーション、および機械学習技術を用いる。詳しくは、機械学習モデルへの入力の一部として、シミュレーションの結果を用いる。
≪Reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device: Overall configuration≫
Below, a description will be given of a reactor water radioactivity concentration/discharge temperature prediction device that predicts the reactor water radioactivity concentration and discharge water temperature in the nuclear power plant P100 according to the present embodiment. The reactor water radioactivity concentration/water discharge temperature prediction device predicts the concentrations of cobalt-60, cobalt-58, chromium-51, manganese-54, etc. in the reactor water, and the discharge water temperature. For prediction, simulation using the mass balance model 140 described by (Formula 1) to (Formula 8) and machine learning technology are used. Specifically, the results of the simulation are used as part of the input to the machine learning model.

本実施形態に係る炉水放射能濃度・放水温度予測装置によれば、放射性金属腐食生成物濃度や放水温度が高精度に予測できる。この予測を用いることで、プラントの運用者は、放水(温排水)の温度管理の規定を守りつつ、運転中の炉水放射能濃度を下げたり、遮蔽を敷設したり、化学除染を実施したりして被ばくを抑制する計画を立案し、実施できるようになる。 According to the reactor water radioactivity concentration/discharge temperature prediction device according to this embodiment, the concentration of radioactive metal corrosion products and the discharge water temperature can be predicted with high accuracy. By using this prediction, plant operators can lower the radioactivity concentration of reactor water during operation, install shielding, and carry out chemical decontamination while adhering to the temperature control regulations for water discharge (heated wastewater). Students will be able to formulate and implement plans to reduce exposure.

図3は、本実施形態に係る炉水放射能濃度・放水温度予測装置100の機能構成図である。炉水放射能濃度・放水温度予測装置100は、コンピュータであり、制御部110、記憶部120、および入出力部160を備える。炉水放射能濃度・放水温度予測装置100は、原子力発電プラントP100で使用されるプロセスコンピュータP110から熱出力などの運転データ、および原子力発電プラントP100内に設置された計測器P120からの出力データを受信する。 FIG. 3 is a functional configuration diagram of the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 according to this embodiment. The reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 is a computer, and includes a control section 110, a storage section 120, and an input/output section 160. The reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 receives operational data such as heat output from a process computer P110 used in the nuclear power plant P100, and output data from a measuring instrument P120 installed in the nuclear power plant P100. Receive.

記憶部120は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)、SSD(Solid State Drive)などから構成され、予測モデル130やマスバランスモデル140、プラント状態量・海水情報データベース150を記憶する。予測モデル130は、機械学習の学習モデルであり、例えばニューラルネットワークである。マスバランスモデル140は、(式1)~(式8)で記述されるシミュレーションモデルであり、モデルを記述する式やパラメータである。ないしは、マスバランスモデル140は、シミュレーションを実行するプログラムであると捉えてもよい。 The storage unit 120 is composed of a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an SSD (Solid State Drive), etc., and stores a prediction model 130, a mass balance model 140, and a plant state quantity/seawater information database 150. . The prediction model 130 is a learning model of machine learning, and is, for example, a neural network. The mass balance model 140 is a simulation model described by (Formula 1) to (Formula 8), and includes formulas and parameters that describe the model. Alternatively, the mass balance model 140 may be considered to be a program that executes a simulation.

プラント状態量・海水情報データベース150は、(式1)~(式8)に含まれる変数やパラメータの値となる原子力発電プラントP100のプラントデータや給水データ、炉水水質データを含むプラント状態量を記憶する。プラント状態量・海水情報データベース150は、他に、炉心P13(図1参照)に装荷されている燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力などのプラント状態量、および海水情報も記憶する。海水情報とは、取水温度(取水口での海水温度)や放水温度(放水口での温排水温度)である。海水情報は、取水温度に影響を与える海流の温度や位置などの情報を含んでもよい。 The plant state quantity/seawater information database 150 stores plant state quantities including plant data, water supply data, and reactor water quality data of the nuclear power plant P100, which are the values of variables and parameters included in (Formula 1) to (Formula 8). Remember. The plant state quantity/seawater information database 150 also stores plant state quantities such as the stay period in the reactor of the fuel assembly loaded in the reactor core P13 (see FIG. 1), electrical output, and seawater information. The seawater information includes water intake temperature (seawater temperature at the water intake) and water discharge temperature (temperature of heated waste water at the water discharge). The seawater information may include information such as the temperature and position of ocean currents that affect the water intake temperature.

入出力部160は、プロセスコンピュータP110や計測器P120からのデータを受信して、プラント状態量・海水情報データベース150に格納する。また、入出力部160は、不図示のディスプレイやキーボード、マウスを備え、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100の利用者からの操作を受け付けたり、予測結果などのデータを表示したりする。 The input/output unit 160 receives data from the process computer P110 and the measuring instrument P120 and stores it in the plant state quantity/seawater information database 150. The input/output unit 160 also includes a display, keyboard, and mouse (not shown), and receives operations from users of the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 and displays data such as prediction results. .

制御部110は、CPU(Central Processing Unit)から構成され、学習部111、予測部112、およびシミュレーション部113を備える。学習部111は、プラント状態量・海水情報データベース150に記憶されるデータを教師データ(学習データ)として学習処理(後記する図6参照)を行い、炉水の放射能濃度と放水温度とを予測する予測モデル130を生成する。予測部112は、生成された予測モデル130にプラント状態量・海水情報データベース150に記憶されるデータを入力して、炉水の放射能濃度と放水温度とを予測する予測処理(後記する図9参照)を実行する。シミュレーション部113は、(式1)~(式8)で記述されるマスバランスモデル140によるシミュレーションを実行する。シミュレーションの実行結果は、予測モデル130の入力データとなる。学習部111および予測部112の処理の詳細は、後記する図4~図9を参照して説明する。 The control unit 110 is composed of a CPU (Central Processing Unit), and includes a learning unit 111, a prediction unit 112, and a simulation unit 113. The learning unit 111 performs a learning process (see FIG. 6 described later) using the data stored in the plant state quantity/seawater information database 150 as teacher data (learning data), and predicts the radioactivity concentration and discharge water temperature of the reactor water. A predictive model 130 is generated. The prediction unit 112 inputs data stored in the plant state quantity/seawater information database 150 into the generated prediction model 130, and performs a prediction process (see FIG. 9 described later) to predict the radioactivity concentration and discharge water temperature of the reactor water. (see). The simulation unit 113 executes a simulation using the mass balance model 140 described by (Formula 1) to (Formula 8). The simulation execution result becomes input data for the prediction model 130. Details of the processing by the learning unit 111 and the prediction unit 112 will be explained with reference to FIGS. 4 to 9, which will be described later.

≪教師データ≫
図4は、本実施形態に係る学習処理における予測モデル130の教師データの元となるデータの構成を説明するための図である。図5は、本実施形態に係る教師データである予測モデル130の入力データと出力データとを説明するための図である。本実施形態では、過去3年(36月)分のデータから、将来3年(36月)間を予測する例を説明する。
≪Teacher data≫
FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of data that is the source of training data of the prediction model 130 in the learning process according to the present embodiment. FIG. 5 is a diagram for explaining input data and output data of the prediction model 130, which is teacher data according to this embodiment. In this embodiment, an example of predicting the future three years (36 months) from data of the past three years (36 months) will be described.

図4記載のデータセット210は、第1月を開始月とする1セットの教師データの元となるデータセットである。データセット210は、入力データ(入力データの元データ)として、第1月~第36月のプラント状態量と海水情報(取水温度と放水温度)とを含む。また、データセット210は、出力データ(出力データの元データ)として第37月~第72月のコバルト60の炉水放射能濃度(コバルト60濃度とも記す)と放水温度とを含む。これらのデータは、プラント状態量・海水情報データベース150に記憶されている。 The data set 210 shown in FIG. 4 is a data set that is the source of one set of teacher data whose starting month is the first month. The data set 210 includes, as input data (original data of input data), plant state quantities and seawater information (water intake temperature and water discharge temperature) for the first to 36th months. Furthermore, the data set 210 includes the cobalt-60 reactor water radioactivity concentration (also referred to as cobalt-60 concentration) and discharge water temperature from the 37th month to the 72nd month as output data (original data of the output data). These data are stored in the plant state quantity/seawater information database 150.

第1月~第36月のプラント状態量のそれぞれに含まれる、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水金属腐食生成物濃度、炉水放射性金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力、取水温度、および放水温度など実測可能なプラント状態量(実測データ)が、予測モデル130の入力データとして含まれる。この予測モデル130の入力データとなる教師データは、図5記載のプラント状態量・海水情報151から予測モデル130に向かう矢印に相当する。 Included in each of the plant state quantities from the 1st month to the 36th month are feed water flow rate, feed water metal corrosion product concentration, reactor water metal corrosion product concentration, reactor water radioactive metal corrosion product concentration, reactor water purification flow rate, and fuel. Measurable plant state quantities (actual measurement data), such as the period of stay of the aggregate in the reactor, electrical output, water intake temperature, and water discharge temperature, are included as input data of the prediction model 130. The teacher data serving as the input data of this prediction model 130 corresponds to the arrow pointing from the plant state quantity/seawater information 151 shown in FIG. 5 to the prediction model 130.

また、第1月~第36月のプラント状態量に含まれる、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力などからマスバランスモデル140を用いて計算された燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量(M)、放射性金属腐食生成物量(A)が、予測モデル130の入力データ(プラント状態量予測値とも記す)として含まれる。この予測モデル130の入力データとなる教師データは、図5記載のマスバランスモデル140から予測モデル130に向かう矢印に相当する。なお、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、および電気出力、海水情報は、(式1)~(式8)に直接は現れないが、変数やパラメータに影響を与えている。例えば、燃料棒への付着定数(δ)は電気出力、海水情報に依存し、原子炉浄化系における除去率(β)は炉水浄化流量から算出される。 In addition, the mass balance model 140 is calculated from the plant state quantities from the 1st month to the 36th month, such as the feed water flow rate, the concentration of metal corrosion products in the feed water, the reactor water purification flow rate, the stay period of the fuel assembly in the reactor, and the electrical output. The amount of metal corrosion products (M) and the amount of radioactive metal corrosion products (A) accumulated on the fuel rods are included as input data (also referred to as plant state quantity predicted values) of the prediction model 130. The teacher data serving as input data for this prediction model 130 corresponds to the arrow pointing from the mass balance model 140 to the prediction model 130 shown in FIG. Note that although the reactor water purification flow rate, the stay period of the fuel assembly in the reactor, the electrical output, and the seawater information do not appear directly in (Equations 1) to (Equations 8), they influence the variables and parameters. For example, the adhesion constant (δ) to the fuel rods depends on electrical output and seawater information, and the removal rate (β) in the reactor purification system is calculated from the reactor water purification flow rate.

第37月~第72月のコバルト60濃度および放水温度(実測値)が、予測モデル130の出力データ(炉水放射性金属腐食生成物濃度と放水温度)として含まれる。この予測モデル130の出力データとなる教師データは、図5記載のコバルト60濃度・放水温度152から予測モデル130に向かう矢印に相当する。 The cobalt-60 concentration and water discharge temperature (actual measured values) from the 37th month to the 72nd month are included as output data (reactor water radioactive metal corrosion product concentration and discharge water temperature) of the prediction model 130. The teacher data serving as the output data of this prediction model 130 corresponds to the arrow pointing from the cobalt-60 concentration/water discharge temperature 152 shown in FIG. 5 to the prediction model 130.

以上に説明した入力データおよび出力データが予測モデル130に対する1セットの教師データとなる。同様にして、第2月を開始日とするデータセット220から1セットの教師データが生成される。以下、これを繰り返すことで、第1月~第101月のコバルト60や海水情報を含むプラント状態量から、30セットの予測モデル130に対する教師データ(教師データのデータセット)が生成される。予測モデル130の入力となる教師データには、実測可能なプラント状態量と、海水情報(取水温度と放水温度)と、プラント状態量予測値とが含まれる。また、予測モデル130の出力となる教師データには、実測値である炉水放射性金属腐食生成物濃度(コバルト60濃度)と、放水情報(放水温度)とが含まれる。 The input data and output data described above become one set of training data for the prediction model 130. Similarly, one set of teacher data is generated from the data set 220 whose start date is the second month. Thereafter, by repeating this process, teacher data (data sets of teacher data) for 30 sets of prediction models 130 are generated from the plant state quantities including cobalt-60 and seawater information for the 1st month to the 101st month. The teacher data that is input to the prediction model 130 includes measurable plant state quantities, seawater information (water intake temperature and water discharge temperature), and predicted plant state quantities. Further, the teacher data that is the output of the prediction model 130 includes the actually measured concentration of radioactive metal corrosion products in the reactor water (cobalt-60 concentration) and water discharge information (water discharge temperature).

≪炉水放射能濃度・放水温度予測装置:学習処理≫
図6は、本実施形態に係る学習部111が実行する学習処理のフローチャートである。図6を参照しながら予測モデル130を構築する学習処理を説明する。
ステップS11において学習部111は、所定の開始月(第1月~第30月)ごとにステップS12~S13を繰り返す処理を開始する。
ステップS12において学習部111の指示を受けてシミュレーション部113は、プラント状態量・海水情報151を入力データとし、マスバランスモデル140によるシミュレーションを実行する。詳しくは、シミュレーション部113は、開始月から36月分のプラント状態量・海水情報151に含まれる、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力などからマスバランスモデル140((式1)~(式8))を用いて、燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量(M)および放射性金属腐食生成物量(A)を算出する。
≪Reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device: Learning process≫
FIG. 6 is a flowchart of the learning process executed by the learning unit 111 according to the present embodiment. The learning process for constructing the predictive model 130 will be explained with reference to FIG.
In step S11, the learning unit 111 starts a process of repeating steps S12 to S13 every predetermined starting month (first month to 30th month).
In step S12, upon receiving the instruction from the learning unit 111, the simulation unit 113 executes a simulation using the mass balance model 140 using the plant state quantity/seawater information 151 as input data. Specifically, the simulation unit 113 calculates the feed water flow rate, feed water metal corrosion product concentration, reactor water purification flow rate, stay period of the fuel assembly in the reactor, which is included in the plant state quantity/sea water information 151 for 36 months from the start month The amount of metal corrosion products (M) and the amount of radioactive metal corrosion products (A) accumulated on the fuel rods are calculated using the mass balance model 140 ((Formula 1) to (Formula 8)) from the electrical output and the like.

ステップS13において学習部111は、教師データを生成する。詳しくは、学習部111は、36月分のプラント状態量・海水情報151それぞれに含まれる、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水金属腐食生成物濃度、炉水放射性金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力など実測可能なプラント状態量、取水温度と放水温度とを含む海水情報、ステップS12において算出した燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量(M)、放射性金属腐食生成物量(A)を入力データとし、開始月から36月~71月後のコバルト60濃度・放水温度152を出力データとする教師データを生成する。 In step S13, the learning unit 111 generates teacher data. In detail, the learning unit 111 calculates the feed water flow rate, feed water metal corrosion product concentration, reactor water metal corrosion product concentration, and reactor water radioactive metal corrosion product concentration, which are included in each of the plant state quantities and seawater information 151 for 36 months. , measurable plant state quantities such as reactor water purification flow rate, stay period of fuel assemblies in the reactor, electrical output, seawater information including water intake temperature and water discharge temperature, and metal corrosion formation accumulated on the fuel rods calculated in step S12. The amount of material (M) and the amount of radioactive metal corrosion products (A) are used as input data, and teacher data is generated that uses the cobalt-60 concentration and water discharge temperature 152 after 36 to 71 months from the start month as output data.

ステップS14において学習部111は、全ての所定の開始月ごとにステップS12~S13を実行したならばステップS15に進み、未処理の開始月があればステップS12に戻って、未処理の開始月について処理する。
ステップS15において学習部111は、ステップS13で生成した教師データを用いて予測モデル130を訓練して(予測モデル130に教師データを学習させて)、予測モデル130を構築する。
上記した学習処理により、過去36月分のプラント状態量および海水情報から、将来36月分のコバルト60濃度および放水温度を予測する予測モデル130が構築できる。続いて、予測モデル130を用いたコバルト60濃度および放水温度を予測する処理を説明する。
In step S14, if the learning unit 111 has executed steps S12 to S13 for every predetermined start month, the process proceeds to step S15, and if there is an unprocessed start month, the learning unit 111 returns to step S12 to determine the unprocessed start month. Process.
In step S15, the learning unit 111 trains the predictive model 130 using the teacher data generated in step S13 (makes the predictive model 130 learn the teacher data) to construct the predictive model 130.
Through the learning process described above, a prediction model 130 that predicts the cobalt-60 concentration and discharge water temperature for 36 months in the future can be constructed from the plant state quantities and seawater information for the past 36 months. Next, a process for predicting the cobalt-60 concentration and water discharge temperature using the prediction model 130 will be described.

≪炉水放射能濃度・放水温度予測装置:予測処理≫
図7は、本実施形態に係る予測処理における予測モデル130の入力データの元となるデータおよび出力データの構成を説明するための図である。図8は、本実施形態に係る予測処理における予測モデル130の入力データと出力データとを説明するための図である。
≪Reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device: Prediction processing≫
FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of data that is the source of input data and output data of the prediction model 130 in the prediction process according to the present embodiment. FIG. 8 is a diagram for explaining input data and output data of the prediction model 130 in the prediction process according to this embodiment.

図7において、基準月とは予測処理の実行月であり、予測部112は、基準月を含めて過去36月分のプラント状態量・海水情報から、基準月の1月~36月後のコバルト60濃度および放水温度を予測する。
詳しくは、基準月の35月前~基準月のプラント状態量のそれぞれに含まれる、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水金属腐食生成物濃度、炉水放射性金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、および電気出力など実測可能なプラント状態量と、取水温度および放水温度を含む海水情報と(実測データ)が、予測モデル130の入力データとして含まれる。この入力データは、図8記載のプラント状態量・海水情報153から予測モデル130に向かう矢印に相当する。
In FIG. 7, the reference month is the month in which the prediction process is executed, and the prediction unit 112 calculates the amount of cobalt from January to 36 months after the reference month based on the plant state quantities and seawater information for the past 36 months including the reference month. 60 concentration and discharge temperature.
In detail, the water supply flow rate, water supply metal corrosion product concentration, reactor water metal corrosion product concentration, reactor water radioactive metal corrosion product concentration, and reactor water contained in the plant state quantities from 35 months before the reference month to the reference month Measurable plant state quantities such as water purification flow rate, period of stay of the fuel assembly in the reactor, and electrical output, and seawater information (actual measurement data) including water intake temperature and water discharge temperature are included as input data of the prediction model 130. . This input data corresponds to the arrow pointing from the plant state quantity/seawater information 153 to the prediction model 130 shown in FIG.

また、基準月の35月前~基準月のプラント状態量に含まれる、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力などからマスバランスモデル140を用いて計算された燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量(M)、放射性金属腐食生成物量(A)が、予測モデル130の入力データ(プラント状態量予測値)として含まれる。この入力データは、図8記載のマスバランスモデル140から予測モデル130に向かう矢印に相当する。 In addition, a mass balance model is created based on the plant state quantities from 35 months before the reference month to the reference month, such as feed water flow rate, feed water metal corrosion product concentration, reactor water purification flow rate, fuel assembly stay period in the reactor, and electrical output. The amount of metal corrosion products (M) and the amount of radioactive metal corrosion products (A) accumulated on the fuel rods calculated using 140 are included as input data (predicted plant state quantities) of the prediction model 130. This input data corresponds to the arrow pointing from the mass balance model 140 to the prediction model 130 shown in FIG.

基準日から1月~36月後のコバルト60濃度および放水温度が、予測モデル130の出力データ(予測結果)として含まれる。この出力データは、図8記載の予測モデル130からコバルト60濃度・放水温度154に向かう矢印に相当する。 The cobalt-60 concentration and water discharge temperature from January to 36 months after the reference date are included as output data (prediction results) of the prediction model 130. This output data corresponds to the arrow pointing from the prediction model 130 shown in FIG. 8 to the cobalt-60 concentration/water discharge temperature 154.

図9は、本実施形態に係る予測部112が実行する予測処理のフローチャートである。図9を参照しながら過去36月分の実測データから将来(今後)36月分のコバルト60濃度と放水温度とを予測する予測処理を説明する。
ステップS21において予測部112の指示を受けてシミュレーション部113は、プラント状態量・海水情報153を入力データとし、マスバランスモデル140によるシミュレーションを実行する。詳しくは、シミュレーション部113は、基準月を含めて過去36月分のプラント状態量・海水情報153に含まれる、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力などからマスバランスモデル140((式1)~(式8)参照)を用いて、燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量(M)および放射性金属腐食生成物量(A)を算出する。
FIG. 9 is a flowchart of the prediction process executed by the prediction unit 112 according to this embodiment. A prediction process for predicting the cobalt-60 concentration and water discharge temperature for 36 months in the future (future) from actual measurement data for the past 36 months will be explained with reference to FIG.
In step S21, upon receiving the instruction from the prediction unit 112, the simulation unit 113 uses the plant state quantity/seawater information 153 as input data and executes a simulation using the mass balance model 140. In detail, the simulation unit 113 calculates the feed water flow rate, the concentration of metal corrosion products in the feed water, the reactor water purification flow rate, the in-reactor fuel assembly The amount of metal corrosion products (M) and the amount of radioactive metal corrosion products (A) accumulated on the fuel rods are calculated using the mass balance model 140 (see (Equations 1) to (Equations 8)) based on the stay period, electrical output, etc. calculate.

ステップS22において予測部112は、入力データを予測モデル130に入力する。詳しくは、予測部112は、基準月を含めて過去36月分のプラント状態量・海水情報153それぞれに含まれる、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水金属腐食生成物濃度、炉水放射性金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力など実測可能なプラント状態量、海水情報、ステップS21において算出した燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量(M)、放射性金属腐食生成物量(A)を予測モデル130に入力する。
ステップS23において予測部112は、予測モデル130(予測モデル130を用いた処理)を実行してコバルト60濃度・放水温度154の出力を取得することで、コバルト60濃度および放水温度を予想する。
In step S22, the prediction unit 112 inputs the input data to the prediction model 130. In detail, the prediction unit 112 calculates the feed water flow rate, feed water metal corrosion product concentration, reactor water metal corrosion product concentration, reactor water Measurable plant state quantities such as radioactive metal corrosion product concentration, reactor water purification flow rate, period of stay of fuel assemblies in the reactor, electrical output, seawater information, and the amount of metal corrosion products accumulated on the fuel rods calculated in step S21 ( M) and the amount of radioactive metal corrosion products (A) are input into the prediction model 130.
In step S23, the prediction unit 112 predicts the cobalt-60 concentration and the water discharge temperature by executing the prediction model 130 (processing using the prediction model 130) and obtaining the outputs of the cobalt-60 concentration and the discharge water temperature 154.

基準点が現在である場合には、過去の実績値(実測値)であるプラント状態量・海水情報153から、コバルト60濃度・放水温度154が予測できる。また、基準点を過去にすると、予測を検証することができる。詳しくは、過去の実績値であるプラント状態量・海水情報153からコバルト60濃度・放水温度154を算出して、実績値のコバルト60濃度や放水温度と比較することで、予測の精度を評価することができる。例えば、基準点を36月前としたときのコバルト60濃度や放水温度と、今月のコバルト60濃度や放水温度とを比較することで、予測の精度を評価できる。 When the reference point is the present, the cobalt-60 concentration and water discharge temperature 154 can be predicted from the plant state quantities and seawater information 153, which are past actual values (actual measurements). Also, by setting the reference point in the past, predictions can be verified. In detail, the accuracy of prediction is evaluated by calculating cobalt-60 concentration and discharge water temperature 154 from past actual values of plant state quantities and seawater information 153 and comparing them with the actual values of cobalt-60 concentration and discharge water temperature. be able to. For example, the accuracy of the prediction can be evaluated by comparing the cobalt-60 concentration and water discharge temperature when the reference point was set 36 months ago with this month's cobalt-60 concentration and water discharge temperature.

≪変形例:予測モデルへの入出力データの期間≫
上記した実施形態において、予測モデル130(図5、図8参照)へ入力されるデータは、36月分であったが、これに限定されることはなく、例えば、より長期間のプラント状態量を基にしたデータであってもよい。また、上記した実施形態では基準月から翌月~36月後のコバルト60濃度および放水温度を予測しているが、より未来(長期)の、例えば翌月~48月後のコバルト60濃度や放水温度を予測するようにしてもよい。所望する入力データの期間やコバルト60濃度や放水温度を予測する月(予測月)に応じて、教師データを作成して予測モデル130を構築することで、教師データに対応する入力データの期間や予測月のコバルト60濃度と放水温度とを予測できるようになる。
≪Modification: Period of input/output data to the prediction model≫
In the embodiment described above, the data input to the prediction model 130 (see FIGS. 5 and 8) was for 36 months, but the data is not limited to this, and for example, the plant state quantity for a longer period of time is It may be data based on. In addition, in the embodiment described above, the cobalt-60 concentration and water discharge temperature are predicted from the next month to 36 months after the reference month, but the cobalt-60 concentration and water discharge temperature are predicted in the future (long term), for example, from the next month to 48 months. It may also be predicted. By creating training data and constructing the prediction model 130 according to the desired period of input data and the month in which cobalt-60 concentration and water discharge temperature are predicted (prediction month), the period of input data corresponding to the training data and It becomes possible to predict the cobalt-60 concentration and water discharge temperature for the prediction month.

上記した実施形態では、基準月以降の予測月のプラント状態量は、入力データには含まれていない。原子力発電プラントの運転計画で予め決定している、ないしは予想可能なプラント状態量や海水情報を計画値または予測値として入力データに加えてもよい。
図10は、本実施形態の変形例に係る学習処理における予測モデル130の教師データの元となるデータの構成を説明するための図である。図11は、本実施形態の変形例に係る予測処理における予測モデル130の入力データの元となるデータおよび出力データの構成を説明するための図である。以下では、基準月を含め過去36月分の実績データ、および基準月翌月から36月分の計画値および予測値から、基準月翌月から36月分のコバルト60濃度および放水温度を予測する例を説明する。
In the embodiment described above, the input data does not include the plant state quantities for the predicted months after the reference month. Plant state quantities and seawater information that are predetermined or predictable in the operation plan of the nuclear power plant may be added to the input data as planned values or predicted values.
FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration of data that is the source of the training data of the prediction model 130 in the learning process according to the modification of the present embodiment. FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of data that is the source of input data and output data of the prediction model 130 in prediction processing according to a modification of the present embodiment. Below is an example of predicting cobalt-60 concentration and water discharge temperature for 36 months from the month following the reference month based on actual data for the past 36 months including the reference month, and planned and predicted values for the 36 months from the month following the reference month. explain.

学習処理において、開始月からの36月分のプラント状態量や海水情報に加えて(図4参照)、さらに36月分のコバルト60濃度と放水温度とを除くプラント状態量や海水情報を教師データの入力データの基となるデータとする。予測処理においては、基準月を含めて過去36月分のプラント状態量や海水情報に加えて(図7参照)、基準月翌月以降の予測月の(入力される時点から予測時点までの)コバルト60濃度と放水温度とを除くプラント状態量や海水情報を入力データの基となるデータとする。この入力データには、プラント状態量の計画値や海水情報の予測値が含まれる。 In the learning process, in addition to the plant state quantities and seawater information for 36 months from the start month (see Figure 4), the plant state quantities and seawater information excluding the cobalt-60 concentration and discharge water temperature for 36 months are used as training data. This is the data that is the basis of the input data. In the prediction process, in addition to the plant state quantities and seawater information for the past 36 months including the base month (see Figure 7), cobalt information for the forecast month after the base month (from the time of input to the forecast time) is used. The plant state quantities and seawater information excluding the 60 concentration and discharge water temperature are used as the basis of input data. This input data includes planned values of plant state quantities and predicted values of seawater information.

例えば、給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、電気出力は、運転計画で決められている(予測可能である)、ないしは原子力発電プラントの操作により調整可能であるので、プラント状態量の計画値として予測モデル130への入力に加える。また、マスバランスモデル140を用いて、これらのプラント状態量から計算可能な燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量や放射性金属腐食生成物量を予測モデル130への入力に加える。さらに海水情報については、基準月までの実績値に加えて、予測月での予想(予測)される取水温度(放水情報を除く海水情報)を予測モデル130への入力に加える。予測月のデータを加えることで、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100は、コバルト60濃度や放水温度をより高精度に予測可能となる。 For example, the feed water flow rate, the concentration of metal corrosion products in the feed water, the reactor water purification flow rate, the stay period of fuel assemblies in the reactor, and the electrical output are determined (predictable) in the operation plan or the operation of the nuclear power plant. Since it can be adjusted by, it is added to the input to the prediction model 130 as a planned value of the plant state quantity. Furthermore, using the mass balance model 140, the amount of metal corrosion products and the amount of radioactive metal corrosion products accumulated on the fuel rods that can be calculated from these plant state quantities are added to the input to the prediction model 130. Furthermore, regarding seawater information, in addition to the actual values up to the reference month, the expected (predicted) intake water temperature (seawater information excluding water discharge information) in the prediction month is added to the input to the prediction model 130. By adding the data of the predicted month, the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 can predict the cobalt-60 concentration and discharge water temperature with higher accuracy.

≪炉水放射能濃度・放水温度予測装置を用いた運転計画立案≫
コバルト60濃度を所望する値以下に抑えるための運転計画立案のためには、計画値となるプラント状態量・海水情報153(図8参照)を変えながら、繰り返し予測処理を実行すればよい。例えば、コバルト60濃度や放水温度に影響を与えるプラント状態量・海水情報153として、原子炉の熱出力と取水温度とがある。コバルト60の発生量や放水温度(取水温度との温度差)は、原子炉の原子核反応に依存し、熱出力と相関がある。また、取水温度が低いほど、復水器P4(図1参照)において効率的に蒸気を冷やすことができ、放水温度への影響がある。
熱出力は計画を立てて調整可能である。また、取水温度は、調整はできないが予測することは可能である。予測される取水温度に対して熱出力を設定することで、コバルト60濃度に変化を及ぼすことが可能である。
≪Operation planning using reactor water radioactivity concentration and discharge water temperature prediction device≫
In order to formulate an operation plan for suppressing the cobalt-60 concentration to a desired value or less, the prediction process may be repeatedly executed while changing the plant state quantity/seawater information 153 (see FIG. 8), which is the planned value. For example, the plant state quantities/seawater information 153 that affect the cobalt-60 concentration and water discharge temperature include the thermal output of the nuclear reactor and the water intake temperature. The amount of cobalt-60 generated and the water discharge temperature (temperature difference from the water intake temperature) depend on the nuclear reaction of the reactor and are correlated with the thermal output. Moreover, the lower the intake water temperature, the more efficiently the steam can be cooled in the condenser P4 (see FIG. 1), which has an effect on the water discharge temperature.
Heat output can be adjusted in a planned manner. In addition, although the intake water temperature cannot be adjusted, it is possible to predict it. By setting the heat output relative to the predicted water intake temperature, it is possible to effect a change in the cobalt-60 concentration.

図12は、本実施形態に係る、プラント状態量・海水情報153(図8参照)の変化に伴うコバルト60濃度データ・放水温度154の予測の変化を説明するための図である。図12のグラフ310は、プラント状態量・海水情報153に含まれる熱出力(電気出力)を示すグラフであり、時刻t以前は実績データ(実測データ)であって、時刻t以降は3つの計画値として入力される熱出力を破線、一点鎖線、二点鎖線で示している。グラフ320は、プラント状態量・海水情報153に含まれる取水温度を示すグラフであり、時刻t以前は実績データ(実測データ)であって、時刻t以降の点線は予測値を示している。
グラフ330,340は、グラフ310に示された熱出力を含むプラント状態量、およびグラフ320に示された取水温度に対応するコバルト60濃度、および放水温度の予測結果である。グラフ330,340の破線、一点鎖線、二点鎖線は、グラフ310の破線、一点鎖線、二点鎖線にそれぞれ対応する予測結果である。熱出力が高くなるのに応じてコバルト60濃度、および放水温度が高くなることがわかる。
FIG. 12 is a diagram for explaining changes in predicted cobalt-60 concentration data and discharge water temperature 154 due to changes in plant state quantities and seawater information 153 (see FIG. 8), according to the present embodiment. A graph 310 in FIG. 12 is a graph showing the thermal output (electrical output) included in the plant state quantity/seawater information 153, and before time t is actual data (actual measurement data), and after time t is the three plans. The heat output input as a value is shown by a dashed line, a dashed-dotted line, and a dashed-double-dotted line. The graph 320 is a graph showing the intake water temperature included in the plant state quantity/seawater information 153, and the data before time t is actual data (actually measured data), and the dotted line after time t shows predicted values.
Graphs 330 and 340 are prediction results of the plant state quantities including the thermal output shown in graph 310, the cobalt-60 concentration corresponding to the intake water temperature shown in graph 320, and the water discharge temperature. The dashed line, one-dot chain line, and two-dot chain line of graphs 330 and 340 are prediction results corresponding to the dashed line, one-dot chain line, and two-dot chain line of graph 310, respectively. It can be seen that as the heat output increases, the cobalt-60 concentration and the water discharge temperature increase.

このように、熱出力の計画値のプラント状態量を変えながら予測処理を繰り返し実行することで、所望のコバルト60濃度にするためのプラント状態量の計画値を求めることができ、原子力発電プラントP100の運転計画を立案することができる。熱出力とは別のコバルト60濃度に影響を与えるプラント状態量(例えば給水中の鉄濃度)で同様に繰り返して予測してもよいし、複数のプラント状態量を組み合わせて予測してもよい。また、予測される取水温度を複数用意して、それぞれの取水温度に対して熱出力や鉄濃度を変えながら予測してもよい。 In this way, by repeatedly executing the prediction process while changing the plant state quantity of the planned value of thermal output, the planned value of the plant state quantity for achieving the desired cobalt-60 concentration can be obtained, and the nuclear power plant P100 It is possible to draw up an operation plan. The prediction may be repeated in the same way using a plant state quantity that affects the cobalt-60 concentration other than the thermal output (for example, the iron concentration in the water supply), or the prediction may be made by combining a plurality of plant state quantities. Alternatively, a plurality of predicted water intake temperatures may be prepared, and the prediction may be made while changing the heat output and iron concentration for each water intake temperature.

≪学習処理と予測処理の特徴≫
炉水のコバルト60の発生源は燃料棒に付着したコバルトであり、これが燃料棒からの中性子照射を受けてコバルト60になる。このコバルト60は燃料棒表面で鉄酸化物を主成分とする金属酸化物に取り込まれており、炉水のコバルト60はここから溶出してくる。このため、炉水のコバルト60濃度の経時変化は燃料棒表面に形成される金属酸化物の量に強い影響を受ける。このプラント状態量は、原子力発電プラントの運転中には計測できず、定期検査など原子力発電プラントの停止中に炉心P13(図1参照)から燃料棒が取り出されて始めて計測できる値である。
≪Characteristics of learning processing and prediction processing≫
The source of cobalt-60 in reactor water is cobalt attached to fuel rods, which becomes cobalt-60 when irradiated with neutrons from the fuel rods. This cobalt-60 is incorporated into metal oxides whose main component is iron oxide on the surface of the fuel rods, and the cobalt-60 in the reactor water is eluted from there. Therefore, changes over time in the cobalt-60 concentration in the reactor water are strongly influenced by the amount of metal oxides formed on the surfaces of the fuel rods. This plant state quantity cannot be measured while the nuclear power plant is in operation, but can only be measured after the fuel rods are removed from the core P13 (see FIG. 1) during the shutdown of the nuclear power plant, such as during periodic inspections.

上記した実施形態における予測モデル130の入力データは、マスバランスモデルを用いて計算された燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量(M)や放射性金属腐食生成物量(A)を含んでいる。運転中には、計測できないが、コバルト60濃度に強い影響を与えるプラント状態量を予測モデル130の入力データに加えることで、プラント状態量の実績値(計測値)のみを入力とするモデルと比べて、コバルト60濃度や放水温度の予測精度を向上させることができるようになる。また、マスバランスモデルによる予測と比べて、マスバランスモデルに含まれないプラント状態量の相関関係を考慮した予測となっており、精度が向上する。 The input data of the prediction model 130 in the embodiment described above includes the amount of metal corrosion products (M) and the amount of radioactive metal corrosion products (A) accumulated on the fuel rods, which are calculated using a mass balance model. By adding plant state quantities that cannot be measured during operation but have a strong influence on the cobalt-60 concentration to the input data of the prediction model 130, it is possible to compare the plant state quantities with only the actual values (measured values) of the plant state quantities as input. As a result, it becomes possible to improve the prediction accuracy of cobalt-60 concentration and water discharge temperature. Furthermore, compared to predictions using a mass balance model, the predictions take into account the correlation of plant state quantities that are not included in the mass balance model, improving accuracy.

≪変形例:計画パターンを用いた予測処理≫
図12においては、人手で熱出力の計画値や取水温度の予測値を入力して、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100がコバルト60濃度や放水温度を予測している。熱出力の計画値や取水温度の予測値を予め用意しておき、それぞれの計画値・予測値ごとにコバルト60濃度や放水温度を予測して、予測結果を出力するようにしてもよい。
≪Modification: Prediction processing using planning pattern≫
In FIG. 12, the reactor water radioactivity concentration and water discharge temperature prediction device 100 predicts the cobalt-60 concentration and the water discharge temperature by manually inputting the planned value of thermal output and the predicted value of water intake temperature. Planned values for thermal output and predicted values for water intake temperature may be prepared in advance, and the cobalt-60 concentration and water discharge temperature may be predicted for each planned value and predicted value, and the predicted results may be output.

図13は、本実施形態の変形例に係る炉水放射能濃度・放水温度予測装置100Aの機能構成図である。炉水放射能濃度・放水温度予測装置100(図3参照)と比較して、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100Aは、記憶部120に計画パターン121をさらに記憶し、予測部112に替えて予測部112Aを備える。計画パターン121は、上記した熱出力の計画値のパターン、および取水温度の予測値である。予測部112Aは、後記する図14に記載の計画パターンを用いた予測処理を実行する。 FIG. 13 is a functional configuration diagram of a reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100A according to a modification of the present embodiment. Compared to the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 (see FIG. 3), the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100A further stores a plan pattern 121 in the storage unit 120, and Instead, a prediction unit 112A is provided. The planned pattern 121 is a pattern of the above-described planned value of thermal output and a predicted value of intake water temperature. The prediction unit 112A executes a prediction process using a planning pattern shown in FIG. 14, which will be described later.

図14は、本実施形態の変形例に係る計画パターンを用いた予測処理のフローチャートである。
ステップS31において予測部112Aは、計画パターン121に含まれる熱出力の計画値および取水温度の予測値ごとに、ステップS32を実行する処理を開始する。
ステップS32において予測部112Aは、計画パターン121に示される熱出力を含むプラント状態量、および計画パターン121に含まれる取水温度の予測値を入力データの元データとして予測処理を実行する。
ステップS33において予測部112Aは、全ての熱出力の計画値および取水温度の予測値ごとに、ステップS32を実行したならばステップS34に進み、未処理の熱出力の計画値および取水温度の予測値があればステップS32に戻って、予測処理を実行する。
ステップS34において予測部112Aは、ステップS32の予測処理の結果を出力する(入出力部160のディスプレイに表示する)。
FIG. 14 is a flowchart of prediction processing using a planning pattern according to a modification of this embodiment.
In step S31, the prediction unit 112A starts processing to execute step S32 for each planned value of thermal output and predicted value of intake water temperature included in the planned pattern 121.
In step S32, the prediction unit 112A executes a prediction process using the plant state quantity including the thermal output shown in the plan pattern 121 and the predicted value of the intake water temperature included in the plan pattern 121 as source data of input data.
In step S33, the prediction unit 112A executes step S32 for every planned value of thermal output and predicted value of intake water temperature, and then proceeds to step S34, where the predicted value of unprocessed planned value of thermal output and predicted value of water intake temperature is If there is, the process returns to step S32 and the prediction process is executed.
In step S34, the prediction unit 112A outputs the result of the prediction process in step S32 (displays it on the display of the input/output unit 160).

上記した炉水放射能濃度・放水温度予測装置100Aによれば、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100Aの利用者(プラントの運用者)は、熱出力の計画値に応じてどのようにコバルト60濃度や放水温度の予測値が変化するかを把握できるようになる。なお、計画パターン121に含まれる計画値は熱出力に限らず、コバルト60濃度に影響を与える他のプラント状態量(例えば給水中の鉄濃度)であってもよい。 According to the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100A described above, the user (plant operator) of the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100A can calculate It will be possible to understand whether the predicted values of cobalt-60 concentration and water discharge temperature will change. Note that the planned values included in the planned pattern 121 are not limited to the thermal output, but may be other plant state quantities that affect the cobalt-60 concentration (for example, the iron concentration in the water supply).

≪変形例:予測モデルに入力するマスバランスモデルの出力データ≫
上記した実施形態において、マスバランスモデル140で計算されて予測モデル130の入力データとなるのは、燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量(M)や放射性金属腐食生成物量(A)である。炉水放射能濃度・放水温度予測装置100は、炉水の金属腐食生成物濃度(C)や放射性金属腐食生成物濃度(R)をマスバランスモデル140で計算して予測モデル130の入力データとしてもよい。
≪Modified example: Output data of the mass balance model input to the prediction model≫
In the embodiment described above, what is calculated by the mass balance model 140 and becomes input data to the prediction model 130 is the amount of metal corrosion products (M) and the amount of radioactive metal corrosion products (A) that accumulate on the fuel rods. The reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 calculates the metal corrosion product concentration (C) and radioactive metal corrosion product concentration (R) in the reactor water using a mass balance model 140 and uses the calculated metal corrosion product concentration (C) and radioactive metal corrosion product concentration (R) as input data for the prediction model 130. Good too.

詳しくは、学習処理(図6参照)のステップS12において計算された炉水の金属腐食生成物濃度(C)や放射性金属腐食生成物濃度(R)を、ステップS13において、予測モデル130に対する教師データの入力データに加える。この入力データは、図5記載のマスバランスモデル140から予測モデル130に向かう矢印に相当する。
また、予測処理(図9参照)においても同様に、ステップS21において計算された炉水の金属腐食生成物濃度(C)や放射性金属腐食生成物濃度(R)を、ステップS22において、予測モデル130に対する入力データに加える。この入力データは、図8記載のマスバランスモデル140から予測モデル130に向かう矢印に相当する。
Specifically, the metal corrosion product concentration (C) and radioactive metal corrosion product concentration (R) in the reactor water calculated in step S12 of the learning process (see FIG. 6) are used as training data for the prediction model 130 in step S13. Add to the input data. This input data corresponds to the arrow pointing from the mass balance model 140 to the prediction model 130 shown in FIG.
Similarly, in the prediction process (see FIG. 9), the concentration of metal corrosion products (C) and the concentration of radioactive metal corrosion products (R) in the reactor water calculated in step S21 are calculated using the prediction model 130 in step S22. Add to the input data for . This input data corresponds to the arrow pointing from the mass balance model 140 to the prediction model 130 shown in FIG.

予測モデル130への入力データとして、マスバランスモデル140で予測されたデータを増やすことで、予測モデル130によるコバルト60濃度の予測精度を向上させることができる。 By increasing the data predicted by the mass balance model 140 as input data to the prediction model 130, the prediction accuracy of the cobalt-60 concentration by the prediction model 130 can be improved.

≪変形例:濃度予測対象の金属≫
上記した実施形態では、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100は、コバルト60濃度を学習して、予測している。コバルト60の他にコバルト58、マンガン54についても、同様に学習して予測できる。
≪Modification: Metal whose concentration is to be predicted≫
In the embodiment described above, the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 learns and predicts the cobalt-60 concentration. In addition to cobalt 60, cobalt 58 and manganese 54 can be similarly learned and predicted.

≪変形例:学習処理と予測処理を実行する装置の分離≫
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100が実行する学習処理および予測処理を、別の装置で実行してもよい。予測モデル構築装置が学習処理を実行して予測モデルを構築し、この構築された予測モデルを取得した予測装置が、予測処理を実行してもよい。
≪Modification: Separation of devices that execute learning processing and prediction processing≫
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified without departing from the spirit thereof. For example, the learning process and the prediction process executed by the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction apparatus 100 may be executed by another apparatus. A predictive model construction device may execute a learning process to construct a predictive model, and the predictive device that has acquired the constructed predictive model may execute the predictive process.

≪その他の変形例≫
上記した実施形態では、月ごとのデータを入力データとしていたが、これに限定されず、例えば、1日のデータであったり、6時間おきのデータであったりしてもよい。また、一定間隔に限らず、例えば、予測日に遠い入力データの間隔は長くなるようにしてもよい。間隔を長くして入力データ数を減らすことで、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100は、学習処理や予測処理を高速化できる。
上記した実施形態では、金属腐食生成物の移行挙動のモデルとしてマスバランスモデルを用いている。他に、加圧水型原子力発電プラントや他の炉型(例えば重水炉)に向いた物理的ないしは化学的なモデルを用いてもよい。
≪Other variations≫
In the embodiment described above, the input data is monthly data, but the input data is not limited to this, and may be data for one day or data every six hours, for example. Furthermore, the interval is not limited to a fixed interval, and for example, the interval for input data far from the predicted date may be set to be longer. By lengthening the interval and reducing the number of input data, the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 can speed up the learning process and prediction process.
In the embodiments described above, a mass balance model is used as a model for the migration behavior of metal corrosion products. Alternatively, physical or chemical models suitable for pressurized water nuclear power plants or other reactor types (eg, heavy water reactors) may be used.

上記した実施形態では、予測モデル130の入力データには海水情報(取水温度と放水温度)が含まれ、出力データ(予測結果)には放水温度が含まれている。入力データにおいて海水情報の替わりに取水温度と放水温度との温度差を用い、出力データにおいて放水温度の替わりに取水温度と放水温度との温度差を用いてもよい。このような予測モデルを用いることで、取水温度に非依存の予測モデルを構築して、取水温度と放水温度との温度差を予想することができるようになる。 In the embodiment described above, the input data of the prediction model 130 includes seawater information (water intake temperature and discharge water temperature), and the output data (prediction result) includes discharge water temperature. In the input data, the temperature difference between the intake water temperature and the discharge water temperature may be used instead of the seawater information, and in the output data, the temperature difference between the intake water temperature and the discharge water temperature may be used instead of the discharge water temperature. By using such a prediction model, it becomes possible to construct a prediction model that is independent of the intake water temperature and predict the temperature difference between the intake water temperature and the water discharge temperature.

上記した実施形態では、復水器P4は、タービンP3から排出された蒸気を海水で冷やしているが、これに限らない。海水ではなく、河川水や湖水であってもよく、炉水放射能濃度・放水温度予測装置100は、放水される河川水や湖水の温度(または取水との温度差)を予測するための予測モデルを構築して、予測することができる。 In the embodiment described above, the condenser P4 cools the steam discharged from the turbine P3 with seawater, but the invention is not limited to this. It may be river water or lake water instead of seawater, and the reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device 100 is a prediction device for predicting the temperature of discharged river water or lake water (or temperature difference with intake water). You can build models and make predictions.

以上、本発明(予測モデル構築装置、予測装置、および、それら装置に対応した方法)のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Several embodiments of the present invention (prediction model construction device, prediction device, and method corresponding to these devices) have been described above, but these embodiments are merely illustrative and do not fall within the technical scope of the present invention. It is not limited to. The present invention can take various other embodiments, and various changes such as omissions and substitutions can be made without departing from the gist of the present invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention described in this specification and the like, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

100 炉水放射能濃度・放水温度予測装置(予測モデル構築装置、予測装置)
111 学習部
112,112A 予測部
113 シミュレーション部
121 計画パターン
130 予測モデル
140 マスバランスモデル(物理モデル、プラント状態量を記述する物理モデル)
151,153 プラント状態量・海水情報
152,154 コバルト60濃度・放水温度(炉水放射性金属腐食生成物濃度・放水情報)
P1 原子炉
P100 原子力発電プラント
100 Reactor water radioactivity concentration/discharge water temperature prediction device (prediction model construction device, prediction device)
111 Learning unit 112, 112A Prediction unit 113 Simulation unit 121 Planning pattern 130 Prediction model 140 Mass balance model (physical model, physical model that describes plant state quantities)
151,153 Plant state quantities/seawater information 152,154 Cobalt-60 concentration/water discharge temperature (reactor water radioactive metal corrosion product concentration/water discharge information)
P1 Reactor P100 Nuclear power plant

Claims (15)

原子力発電プラントにおける原子炉の炉水放射性金属腐食生成物濃度および海水の放水情報を予測するための予測モデルを構築する予測モデル構築装置であって、
前記原子力発電プラントのプラント状態量を記述する物理モデルにより計算されるプラント状態量予測値を計算するシミュレーション部と、
入力データとして、実測可能なプラント状態量と、海水情報と、前記プラント状態量予測値とを含み、出力データとして、実測値である前記炉水放射性金属腐食生成物濃度と、前記放水情報とを含む教師データを機械学習モデルに学習させて前記予測モデルを構築する学習部と
を備えることを特徴とする予測モデル構築装置。
A predictive model construction device for constructing a predictive model for predicting reactor water radioactive metal corrosion product concentration and seawater discharge information in a nuclear power plant, comprising:
a simulation unit that calculates a predicted value of a plant state quantity calculated by a physical model that describes a plant state quantity of the nuclear power plant;
Input data includes measurable plant state quantities, seawater information, and the predicted plant state quantities, and output data includes the reactor water radioactive metal corrosion product concentration, which is an actual measurement value, and the water discharge information. A predictive model construction device comprising: a learning unit that constructs the predictive model by causing a machine learning model to learn training data included therein.
前記実測可能なプラント状態量は、前記原子炉の炉水の給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水金属腐食生成物濃度、炉水放射性金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、および電気出力のなかの何れか少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の予測モデル構築装置。
The measurable plant state quantities include the reactor water supply flow rate, feedwater metal corrosion product concentration, reactor water metal corrosion product concentration, reactor water radioactive metal corrosion product concentration, reactor water purification flow rate, and fuel assembly. The predictive model building device according to claim 1, wherein the predictive model building device includes at least one of a body's stay period in the furnace and electrical output.
前記出力データは、前記入力データが実測された後に実測された実測値であり、
前記入力データに含まれる前記海水情報は、前記海水の取水温度と放水温度とを含み、
前記出力データに含まれる放水情報は、前記海水の放水温度を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の予測モデル構築装置。
The output data is an actual value measured after the input data is actually measured,
The seawater information included in the input data includes an intake temperature and a discharge temperature of the seawater,
The predictive model construction device according to claim 1, wherein the water discharge information included in the output data includes the discharge temperature of the seawater.
前記物理モデルは、前記原子炉の炉水の給水流量、給水金属腐食生成物濃度を用いて前記炉水への金属腐食生成物と放射性金属腐食生成物の移行挙動に関するマスバランスモデルであり、
前記プラント状態量予測値は、前記マスバランスモデルにより計算された前記原子炉の燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量および放射性金属腐食生成物量のなかの何れか少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項1に記載の予測モデル構築装置。
The physical model is a mass balance model regarding the transfer behavior of metal corrosion products and radioactive metal corrosion products to the reactor water using the reactor water feed flow rate and feed water metal corrosion product concentration,
The predicted plant state quantity value includes at least one of the amount of metal corrosion products accumulated on the fuel rods of the nuclear reactor and the amount of radioactive metal corrosion products calculated by the mass balance model. The predictive model construction device according to claim 1.
前記プラント状態量予測値は、前記マスバランスモデルにより計算された前記原子炉の炉水の金属腐食生成物濃度および放射性金属腐食生成物濃度のなかの何れか少なくとも1つをさらに含む
ことを特徴とする請求項4に記載の予測モデル構築装置。
The predicted plant state quantity further includes at least one of a metal corrosion product concentration and a radioactive metal corrosion product concentration in the reactor water calculated by the mass balance model. The predictive model construction device according to claim 4.
前記炉水放射性金属腐食生成物濃度は、コバルト60、コバルト58、およびマンガン54のなかの何れかの炉水放射性金属腐食生成物濃度である
ことを特徴とする請求項1に記載の予測モデル構築装置。
The predictive model construction according to claim 1, wherein the reactor water radioactive metal corrosion product concentration is a reactor water radioactive metal corrosion product concentration of any one of cobalt-60, cobalt-58, and manganese-54. Device.
原子力発電プラントにおける原子炉の炉水放射性金属腐食生成物濃度および海水の放水情報を予測する予測装置であって、
入力データとして、実測可能なプラント状態量と、海水情報と、前記原子力発電プラントのプラント状態量を記述する物理モデルにより計算されるプラント状態量予測値とを含み、出力データとして、実測値である前記炉水放射性金属腐食生成物濃度と、前記放水情報とを含む教師データを機械学習モデルに学習させて構築された予測モデルを記憶し、
前記物理モデルにより、前記プラント状態量から前記プラント状態量予測値を計算するシミュレーション部と、
前記実測可能なプラント状態量、前記海水情報、および計算されたプラント状態量予測値を入力データとして、前記予測モデルに入力して、前記炉水放射性金属腐食生成物濃度と、前記放水情報とを出力として計算する予測部と
を備えることを特徴とする予測装置。
A prediction device for predicting reactor water radioactive metal corrosion product concentration and seawater discharge information in a nuclear power plant, comprising:
The input data includes measurable plant state quantities, seawater information, and predicted plant state quantities calculated by a physical model that describes the plant state quantities of the nuclear power plant, and the output data includes actually measured values. storing a prediction model constructed by causing a machine learning model to learn training data including the concentration of radioactive metal corrosion products in the reactor water and the water discharge information;
a simulation unit that calculates the predicted value of the plant state quantity from the plant state quantity using the physical model;
The measurable plant state quantities, the seawater information, and the calculated plant state quantity predicted values are input into the prediction model as input data, and the reactor water radioactive metal corrosion product concentration and the water discharge information are calculated. A prediction device comprising: a prediction unit that calculates as an output;
前記実測可能なプラント状態量は、前記原子炉の炉水の給水流量、給水金属腐食生成物濃度、炉水金属腐食生成物濃度、炉水放射性金属腐食生成物濃度、炉水浄化流量、燃料集合体の炉内滞在期間、および電気出力のなかの何れか少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項7に記載の予測装置。
The measurable plant state quantities include the reactor water supply flow rate, feedwater metal corrosion product concentration, reactor water metal corrosion product concentration, reactor water radioactive metal corrosion product concentration, reactor water purification flow rate, and fuel assembly. The prediction device according to claim 7, wherein the prediction device includes at least one of a period of time the body stays in the furnace and an electric output.
前記出力データは、前記入力データが実測された後に実測された実測値であり、
前記入力データに含まれる前記海水情報は、前記海水の取水温度と放水温度とを含み、
前記出力データに含まれる放水情報は、前記海水の放水温度を含む
ことを特徴とする請求項7に記載の予測装置。
The output data is an actual value measured after the input data is actually measured,
The seawater information included in the input data includes an intake temperature and a discharge temperature of the seawater,
The prediction device according to claim 7, wherein the water discharge information included in the output data includes a discharge temperature of the seawater.
前記予測モデルに入力されるプラント状態量および前記海水情報は、入力される時点における実測データである
ことを特徴とする請求項7に記載の予測装置。
The prediction device according to claim 7, wherein the plant state quantities and the seawater information input to the prediction model are actually measured data at the time of input.
前記予測モデルに入力されるプラント状態量は、前記入力される時点から前記炉水放射性金属腐食生成物濃度および前記放水情報の予測時点までの前記炉水放射性金属腐食生成物濃度とは異なるプラント状態量の計画値を含み、
前記予測モデルに入力される海水情報は、前記入力される時点から前記炉水放射性金属腐食生成物濃度および前記放水情報の予測時点までの前記放水情報とは異なる海水情報の予測値をさらに含む
ことを特徴とする請求項10に記載の予測装置。
The plant state quantity input to the prediction model is a plant state that is different from the reactor water radioactive metal corrosion product concentration from the time of input to the prediction time of the reactor water radioactive metal corrosion product concentration and the water discharge information. including the planned value of the quantity;
The seawater information input to the prediction model further includes a predicted value of seawater information different from the water discharge information from the input time to the prediction time of the reactor water radioactive metal corrosion product concentration and the water discharge information. The prediction device according to claim 10, characterized in that:
前記予測装置は、前記入力される時点から前記炉水放射性金属腐食生成物濃度および前記放水情報の予測時点までの前記炉水放射性金属腐食生成物濃度とは異なるプラント状態量の計画値の計画パターンと、前記入力される時点から前記炉水放射性金属腐食生成物濃度および前記放水情報の予測時点までの前記放水情報とは異なる海水情報の予測値とを記憶し、
前記予測モデルに入力されるプラント状態量は、前記計画パターンの計画値を含み、前記予測モデルに入力される海水情報は、前記予測値をさらに含む
ことを特徴とする請求項10に記載の予測装置。
The prediction device calculates a planned pattern of planned values of plant state quantities different from the reactor water radioactive metal corrosion product concentration from the time of input to the prediction time of the reactor water radioactive metal corrosion product concentration and the water discharge information. and a predicted value of seawater information different from the water discharge information from the input time to the predicted time of the reactor water radioactive metal corrosion product concentration and the water discharge information,
The prediction according to claim 10, wherein the plant state quantity input to the prediction model includes a planned value of the planning pattern, and the seawater information input to the prediction model further includes the predicted value. Device.
前記物理モデルは、前記原子炉の炉水の給水流量、給水金属腐食生成物濃度を用いて前記炉水への金属腐食生成物と放射性金属腐食生成物の移行挙動に関するマスバランスモデルであり、
前記プラント状態量予測値は、前記マスバランスモデルにより計算された前記原子炉の燃料棒上に蓄積する金属腐食生成物量および放射性金属腐食生成物量のなかの何れか少なくとも1つを含む
ことを特徴とする請求項7~12の何れか1項に記載の予測装置。
The physical model is a mass balance model regarding the transfer behavior of metal corrosion products and radioactive metal corrosion products to the reactor water using the reactor water feed flow rate and feed water metal corrosion product concentration,
The predicted plant state quantity value includes at least one of the amount of metal corrosion products accumulated on the fuel rods of the nuclear reactor and the amount of radioactive metal corrosion products calculated by the mass balance model. The prediction device according to any one of claims 7 to 12.
前記プラント状態量予測値は、前記マスバランスモデルにより計算された前記原子炉の炉水の金属腐食生成物濃度および放射性金属腐食生成物濃度のなかの何れか少なくとも1つをさらに含む
ことを特徴とする請求項13に記載の予測装置。
The predicted plant state quantity further includes at least one of a metal corrosion product concentration and a radioactive metal corrosion product concentration in the reactor water calculated by the mass balance model. The prediction device according to claim 13.
前記炉水放射性金属腐食生成物濃度は、コバルト60、コバルト58、およびマンガン54のなかの何れかの炉水放射性金属腐食生成物濃度である
ことを特徴とする請求項7に記載の予測装置。
The prediction device according to claim 7, wherein the reactor water radioactive metal corrosion product concentration is a reactor water radioactive metal corrosion product concentration of any one of cobalt-60, cobalt-58, and manganese-54.
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