Study of a supercapacitor solution as a replacement of an energy storing motor of 1500kW at OKG3 nuclear reactor

Abstract

[EN] The reliable operation of nuclear reactors is contingent upon precise control mechanisms for critical components, such as the head circulation pumps. This master thesis investigates an innovative approach to address the ramp-down speed of these pumps during external electrical grid failures by exploring the application of a supercapacitor group. Presently, the existing solution relies on a flywheel motor to provide additional energy during speed reduction, but persistent maintenance issues, particularly related to sliding-bearing problems, have resulted in substantial costs. This study employs a comprehensive research methodology that is based on a study of the energy and power needed, a preliminary sizing of the main components, and a simulation of the new system. The objective is to enhance reliability and reduce the maintenance costs associated with the head circulation pump speed control during periods of external electrical grid failures. This study serves as a base to analyze the feasibility of the project and possible weak points of taking this approach. The findings of this research show that using a supercapacitor technology is a feasible solution that can fulfill all the security and performance standards expected in an application of this caliber and that from the operational maintenance point of view would imply considerable improvements due to its low maintenance work. The ability to seamlessly ramp down pump speed during external electrical grid failures is ensured and there are no noticeable security threats that could endanger the safety of the system. This research not only presents a viable solution for the specific case of head circulation pump speed control during grid failures but also sets clear guidelines for important areas to consider when approaching the project. The outcomes give a green light to the realization of the project, which would be followed by a detailed technical analysis of every area of the project and the sizing of other little components.

[ES] El funcionamiento fiable de los reactores nucleares depende de mecanismos de control precisos para los componentes críticos, como las bombas de circulación primarias (Restricciones: normas, códigos, necesidades, requisitos y especificaciones). Esta tesis investiga un enfoque innovador para abordar la reducción de velocidad de estas bombas durante los fallos de la red eléctrica externa, explorando la aplicación de un grupo de supercondensadores. En la actualidad, la solución existente se basa en un motor con un volante de inercia para proporcionar energía adicional durante la reducción de velocidad, pero los persistentes problemas de mantenimiento, especialmente relacionados con problemas de cojinetes de deslizamiento, han dado lugar a costes sustanciales (Planteamiento del problema y oportunidad).

Este estudio emplea una metodología de investigación que se basa en un estudio de la energía y la potencia necesarias, un dimensionamiento de los componentes principales (Generación de múltiples soluciones creativas) y una simulación del nuevo sistema (evaluación de las soluciones planteadas y toma de decisiones). El objetivo es mejorar la fiabilidad y reducir los costes de mantenimiento asociados al control de la velocidad de la bomba de circulación primaria durante los periodos de fallos de la red eléctrica externa (establecimiento de objetivos). Este estudio pretende servir de base para analizar la viabilidad del proyecto y los posibles puntos débiles de adoptar este enfoque.

Los resultados de esta investigación muestran que el uso de una tecnología de supercondensadores es una solución factible que puede cumplir todos los estándares de seguridad y rendimiento esperados en una aplicación de este calibre y que desde el punto de vista del mantenimiento operativo implicaría mejoras considerables debido a su bajo trabajo de mantenimiento. La capacidad de reducir sin problemas la velocidad de la bomba durante los fallos de la red eléctrica externa está garantizada y no existen amenazas de seguridad apreciables que puedan poner en peligro la seguridad del sistema. (Cumplimiento de objetivos)

Esta investigación no sólo presenta una solución viable para el caso concreto del control de la velocidad de la bomba de circulación primaria durante los fallos de la red (Cumplimiento de objetivos), sino que también establece directrices claras sobre las áreas importantes que hay que tener en cuenta al abordar el proyecto. Los resultados dan luz verde a la realización del proyecto, a la que seguiría un análisis técnico detallado de cada área del proyecto y el dimensionamiento de otros pequeños componentes Impacto global y alcance (contribuciones y recomendaciones prácticas).

El/la estudiante y el tutor/ra de este TFM conocen y confirman que el TFM cumplirá con los aspectos señalados en el resumen ejecutivo