A Paksi Atomerőmű hőterheléséhez kapcsolódó üzemviteli
rendszer továbbfejlesztése és az elkeveredés javításának
vizsgálata
Előrehaladási jelentés
Megbízó:
Paksi Atomerőmű Zrt.
Témafelelős:
Somlyódy László
egyetemi tanár,
az MTA r. tagja
Közreműködtek:
Karches Tamás
Koncsos László
Kozma Zsolt
Pfenninberger Ákos és munkatársai (VITUKI Kht.)
Budapest, 2010. szeptember
2
A Paksi Atomerőmű hőterheléséhez kapcsolódó üzemviteli rendszer
továbbfejlesztése és az elkeveredés javításának vizsgálata
ELŐREHALADÁSI JELENTÉS 2010
1. BEVEZETÉS
A Paksi Atomerőmű Zrt. és a BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék (BME
VKKT) közötti, időrendben második „
A Paksi Atomerőmű hőterheléséhez kapcsolódó
üzemviteli rendszer továbbfejlesztése és az elkeveredés javításának vizsgálata” c. K+F
szerződés keretében három problémakör vizsgálata kezdődött meg 2009-ben. A szerződés
szerinti (2.1) „A döntéstámogató rendszer input adatainak automatikus előállítására és
bevitelére szolgáló algoritmus kidolgozása” (és tesztelése) és (2.4) „Az elkészített üzemviteli
döntéstámogató rendszer beüzemelése, betanítása, működtetése” c. munkarészek eredményei
a korábbi, 2009. decemberi előrehaladási jelentésünkben találhatók meg.
Jelen munkafázis célja a szerződés szerinti (2.2) és (2.3) elvégzése volt, melyek a következők:
2.2 A megelőző K+F munka keretében a 30 °C-os környezeti korlát ellenőrzését
biztosító monitoring tervre tett javaslatok tesztelése. A mozgó mérőhajóval történő
hőmérséklet-észlelést a +500 m-es határérték szelvényben, kritikus állapotban a
Megbízó munkatársai végzik a VITUKI és a Megbízott szakembereinek
támogatásával. Az adatok statisztikai alapú értékelése a korábban ajánlott
módszertan szerint a Megbízott feladata
2.3 Az üzemirányítási rendszer által jelzett kritikus időszakokban szükséges expedíciós
mérésekre vonatkozó előírások kidolgozása a 2.2 pont eredményeire támaszkodva.
A determinisztikus, illetve meghaladási valószínűségek formájában meghatározott
hőmérsékleti korlát betartását ellenőrző terepi eljárások pontos dokumentálása.
2. LEHETSÉGES MONITORING VÁLTOZATOK
A Paksi Atomerőműre a 15/2001. KöM rendelet előírása értelmében a felszíni vizek hő-
terhelés elleni védelme érdekében (a) a kibocsátásra kerülő és a befogadó víz hőmérséklete
közötti különbség 11 °C-nál, illetve +4 °C alatti befogadó víz hőmérséklet esetén 14 °C-nál
nem lehet nagyobb; (b) a kibocsátási ponttól folyásirányban számított 500 m-en lévő szelvény
bármely pontján a befogadó víz hőmérséklete nem haladhatja meg a 30 °C-ot.
A fenti korlát betartásának ellenőrzése két ok miatt problematikus:
(a) a kérdéses – egyébként rosszul definiált (sekély, iszapos, a vízállástól függően
változó partélű) - +500 m szelvényben nincsenek kiépített mérési helyek, amelyek
lehetővé tennék a vízhozam függvényében változó helyen jelentkező csúcs-
hőmérséklet egyértelmű detektálását, és
(b) vizsgálataink alapján egyértelmű, hogy a hőmérséklet statisztikai változó, így
kérdéses, a fenti felső határ hogyan is értelmezendő. Megemlítendő, hogy a
nemzetközi tendencia is a statisztikai értékelés fontosságát húzza alá, mivel a
környezetet ért hatások a legtöbb esetben valószínűségi jellegűek.
Ilyen körülmények között, kutatási eredményeinket is figyelembe véve, különböző monitoring
javaslatok tehetők, amelyek modell számítások és mérések együttes használatán alapulnak. A
hőmérséklet eloszlás folyamatos (vagy a kritikus időszakokban történő) számítását mindegyik
esetben a két-dimenziós hidrodinamikai-hőtranszport modellel végezzük el, célszerűen rövid
távú előrejelzéssel összekapcsolva. Ezzel rendelkezésre áll a +500 m-es szelvény (mélység
menti átlag) hőmérséklet maximumának közelítő értéke és keresztirányú eloszlása.
3. A MONITORING TERVRE TETT JAVASLAT TESZTELÉSE
3.1 A mérés ismertetése Az erőmű hőterhelését szabályozó környezeti korlátra és annak ellenőrzésére vonatkozó
ajánlásokat a 2008-as évi zárójelentés 4.1 alfejezete foglalja össze. A modell számítások
mellett a monitoring javaslatok meghatározó eleme a terepi észlelés. A javasolt ellenőrző
mérések megvalósíthatósága és a módszertan kapcsán több kérdés is felvetődött. A megelőző
projektben nem volt lehetséges ezek teljes körű tisztázása, ezért szükséges volt újabb mérési
program kidolgozása és végrehajtása, majd ezen eredményeken alapuló monitoring terv
tesztelése.
A vizsgált eljárás szerint az ellenőrzés a határértékszelvényben, mérőhajóról elvégzett
alkalmankénti észlelés keretében történik. A mérést kijelölt pálya mentén folyamatosan
végzik, oly módon, hogy az a mélység menti és keresztirányú változásokat, valamint a
turbulens ingadozásokat is figyelembe veszi. Az értékelés arra a feltevésre alapul, hogy az
adatok azonos statisztikai sokasághoz tartozónak tekinthetők. A minta eloszlásából
levezethető a környezeti előírásban rögzítendő konfidenciaszinthez tartozó dunai hőmérséklet
(illetve a hőmérsékleti korlát megengedett túllépési gyakorisága). Határérték túllépés akkor
történik, ha ez az érték meghaladja az adott hőmérsékleti korlátot (30 °C).
Fontos kérdés, hogy az értékelés a csóva mely tartományára terjedjen ki. Előző jelentéseink
alapján két lehetőség adódik:
(a) Csak a maximumok környezetét vesszük figyelembe, mintegy 15-20 m
szélességben. Ebben az esetben a határértéket/határértékhez tartozó megengedett
meghaladási valószínűséget kellően magasnak kell megválasztani.
(b) A vizsgálatot a teljes csóvára végezzük. Az így adódó minta jelentős részét a
maximumnál lényegesen kisebb hőmérsékletek teszik ki. Ez megfelelően alacsony
határérték/határértékhez tartozó megengedett
meghaladási
valószínűség
megadásával vehető figyelembe.
További kérdést jelent a mérőhajó pontos pályájának kijelölése. Az (a) változat esetén
felmerül, hogy az észlelést elegendő a part közeli „homogén” hőmérsékletű sávban („plató”)
elvégezni. Gyakorlati problémát jelent azonban, hogy a kérdéses zóna pontos szélessége a
4
mindenkori hidraulikai és keveredési viszonyok függvénye. Kézenfekvő megoldást jelent még
a csóva teljes szélességében végzett észlelés (a csóvahatár beazonosítása a homogén sáv
lehatárolásánál lényegesen egyszerűbb), majd szükség esetén a maximumok tartományának
utólagos lehatárolása.
Az eljárás alapjául szolgáló gondolatmenet fontos eleme a tér- és időbeli ingadozásoknak
kitett hőmérsékletmező véletlenszerű – reprezentatív – mintavételezése. Erre technikai
szempontból a vizsgált tartomány szélei között állandó sebességgel bejárt, köztes fordulóktól
mentes pálya jelenti a legegyszerűbb és legmegbízhatóbb megoldást.
A tesztelés alapjául szolgáló mérést 2009. szeptember 1-jén végeztük el a környezeti
előírásban kijelölt +500 m-es keresztszelvényben, Q= 2100 m3/s-os vízhozamnál. A mérőhajó
a part és a csóvahatár között közel egyenletes – átlagosan 0.5 m/s – sebességgel mozgott oda-
vissza, miközben a hőmérséklet detektálása állandó vízmélységben folyamatosan zajlott. A
mérési időalap 5 másodperc volt. Ezzel a módszerrel a felszíntől számított 0,5 m–es
mélységben hat, a felszíntől számított 1,5 m-es mélységben öt part-csóvahatár-part sorozatot
végeztünk el.
A mérési pálya fordulópontjainak meghatározását a tényleges észlelések előtt a következő
módon végeztük el: (1) a part esetében annak a legközelebbi pontnak a koordinátáit
rögzítettük, ahol a megfordulás a 1.5 m mélyre leeresztett szondával még biztonságosan
elvégezhető; (2) a csóvahatár szelvényen belüli helyzetét – a dunai háttér hőmérséklethez
képesti 0.5 °C-os ráhagyással – kézi hőmérő segítségével határoztuk meg.
3.2 A mért adatok elsődleges értékelése
Az észlelt hőmérséklet-idősort (3.1 ábra) statisztikai eszközökkel dolgoztuk fel. Az egyes
sorozatokra, mint független mintákra vonatkozó alapmennyiségek – mintaelemek átlaga,
szórása, szélsőértékei a csóva teljes szélességére – az 3.1 és 3.2 táblázatokban találhatóak.
Vízmélység = 0.5 m
Sorozat
[#]
1
2
3
4
5
6
Átlag
[°C]
23.56
23.44
23.67
23.61
23.58
23.60
Relatív szórás
[%]
4.30
3.95
4.00
3.91
3.80
3.73
Minimum
[°C]
21.77
21.75
21.75
21.71
21.79
21.77
Maximum
[°C]
24.74
24.68
24.87
24.74
24.83
24.72
3.1 táblázat A 0.5 m mélységben rögzített mérési sorozatok statisztikai jellemzői
Vízmélység = 1.5 m
Sorozat
[#]
7
8
9
10
11
Átlag
[°C]
23.53
23.46
23.60
23.54
23.64
Relatív szórás
[%]
3.64
3.57
3.65
3.31
3.19
Minimum
[°C]
21.77
21.82
21.77
21.77
22.03
Maximum
[°C]
24.64
24.66
24.64
24.57
24.51
3.2 táblázat A 1.5 m mélységben rögzített mérési sorozatok statisztikai jellemzői
5
Ha összehasonlítást végzünk a 2008-as zárójelentés 3. függelékével, akkor láthatjuk, hogy az
egymástól független mérések hasonló eredményre vezetnek. A két méréssorozat
kiértékelésével a következő megállapításokat lehet tenni:
- Célszerű volt a kiértékelést a melegvízcsóva egészére illetve csak a maximumok
környezetére elvégezni.
- A csóva egészére végzett mérésekből ki kell szűrni a szélsőértéket: (a) azokat az
értékeket, ami a Duna hátterétől nem sokban különböznek (vagyis már nem
tekinthető a csóva részének) és (b) a hajó fordulásából adódó, kis távon belüli
többszörös mintavételt. Ez utóbbinál a GPS koordinátákból leolvasható a mintavétel
helye, mely az adatok leválogatását és térbeli eloszlásának egyenletességét
biztosítja.
- Az előző módon leválogatott mérési adatokból homogenitás és illeszkedésvizsgálat
után a csóva egészét egyenletes eloszlásúnak foghatjuk fel és meghatározhatóak a
különböző konfidenciaszintekhez a vízhőmérsékletek
- A maximumok környezetét figyelembe véve egyik mérésnél sem tudtuk egyértelműen
meghatározni, hogy az eloszlás egyenletes vagy normális eloszlású.
- Mindkét mérési adatsor alapján megállapítható, hogy a csóva teljes egészére történő
adott konfidenciaszint átlagosan alacsonyabb, mint a maximumok környezetében.
Az előző megállapításokból kifolyólag azt javasoljuk, hogy az expedíciós mérésből (melynek
részleteit a következő fejezet tartalmazza), kísérleti jelleggel
a csóva teljes egészére végezzük
el a kiértékelést, egyenletes eloszlás feltételezésével és határozzuk meg a 95 %-os
konfidenciaszintet, majd vessük össze a határértékkel. Ennek magyarázata, hogy a csóva teljes
egészére vett adatsor minősége jobb, mint ha csak a bizonytalansággal terhelt maximumokat
vennénk figyelembe és eddigi számításainkra alapozva a 95 %-os konfidenciaszinten az
egyenletes eloszlást követve megbízható eredményt kapunk.
Összefoglalva, a korszerű statisztikai szemléletű monitoring eljárás alkalmas lehet a
meghaladási valószínűség formájában megadott hőmérsékleti korlát betartásának
ellenőrzésére, anélkül, hogy egyetlen, ismeretlen helyű, determinisztikus maximumot írna elő.
Emellett a viszonylag rövid időt (egy-másfél órát) igénylő eljárás segítségével a maximum
helye és hozzávetőleges értéke egyszerűen meghatározható. További előnyt jelent, hogy a
határérték-szelvényen belül a mérés pontos helye nincs előre kijelölve, ezért a módszer
megoldást jelent a monitoringgal kapcsolatos problémákra, például a vízállástól függően
változó, rosszul megközelíthető partszakasz stb.
Az 1. sz. mellékletben két régebbi mérésre is el lett végezve a módszer.
10
4. KRITIKUS IDŐSZAKBAN VÉGZETT EXPEDÍCIÓS MÉRÉSEKRE
VONATKOZÓ ELŐÍRÁSOK
Alapfeltevés, hogy a döntéstámogató rendszer operatívan működik, mely előrejelzi a
hőmérséklet viszonyokat a határérték szelvényben. Ha itt fennáll a határérték túllépés
veszélye, akkor dönteni kell az expedíciós mérések végrehajtásáról, melyhez az alábbi
sorrendet javasoljuk:
1. A határértékszelvényben a víz hőmérsékletének meghatározása expedíciós méréssel
(mérőhajó sebessége mintegy 0,5 m/s) két mélységben. (0,5 m és 1,5 m).
2. Mindkét mélységben a part-csóva határ-part sorozatból legalább ötöt végezzünk,
hogy megfelelő számú adat álljon rendelkezésre.
3. A mérések helyeinek GPS koordinátákkal történő rögzítése. Az adathalmaz lehetőség
szerint térben és időben is minél egyenletesebb legyen (különösen hajófordulóknál).
4. A hajó megfordulásakor, főleg ha sok időt vesz igénybe a hőmérséklet detektálását
szüneteltessük.
5. Az összes mérési sorozatot lehetőleg rövid időintervallumon belül végezzük el, azért,
hogy a mért értékek közel azonos hőterheléshez, Dunai háttér értékhez és azonos
áramlási viszonyokhoz tartozzanak.
6. A mért értékek statisztikai kiértékelését a 3. fejezetben leírtak alapján végezzük el, a
csóva egészére, egyenletes eloszlás feltételezésével. Javaslatunk szerint a 95 %-os
konfidenciaszintet vetjük össze az előírt határértékkel.
7. Az eredményekről a Paksi Atomerőmű Zrt. tájékoztatja a hatóságot és azt javasoljuk,
hogy honlapján keresztül a közvéleményt is
Budapest, 2010-10-01
Koncsos László
Somlyódy László
egyetemi tanár
egyetemi tanár
tanszékvezető
az MTA r. tagja
11
