Lauhdepumput Suomen ydinvoimaloissa

Tässä kandidaatintyössä keskitytään esittelemään Olkiluodossa ja Loviisassa sijaitsevien ydinvoimaloiden lauhdejärjestelmät ja niissä käytettyjen lauhdepumppujen rakenne ja toiminta-arvot. Lauhdepumppujen tehtävänä on pumpata lauhduttimessa, höyrystä lauhtunut vesi eteenpäin. Työssä käsitellään ensimmäiseksi lauhdejärjestelmiin ja pumppuihin liittyvää taustatietoa ja mitoitusarvojen laskentakaavat. Tämän jälkeen kerrotaan pumpuissa tapahtuvasta kavitaatio-ilmiöstä. Kavitaation jälkeen esitellään laitostyyppien lauhdejärjestelmät, jonka jälkeen käydään läpi laitoksissa käytettävät lauhdepumput ja niiden toiminta-arvot. Viimeisimpänä käsitellään pumppujen säätämiseen käytettyjä tapoja ja menetelmiä. Tämä kandidaatintyö on tyypiltään kirjallisuustyö.

Analysis of PWR-PACTEL Small Break LOCA experiment using TRACE

Currently, the power generation is one of the most significant life aspects for the whole man-kind. Barely one can imagine our life without electricity and thermal energy. Thus, different technologies for producing those types of energy need to be used. Each of those technologies will always have their own advantages and disadvantages. Nevertheless, every technology must satisfy such requirements as efficiency, ecology safety and reliability. In the matter of the power generation with nuclear energy utilization these requirements needs to be highly main-tained, especially since accidents on nuclear power plants may cause very long term deadly consequences. In order to prevent possible disasters related to the accident on a nuclear power plant strong and powerful algorithms were invented in last decades. Such algorithms are able to manage calculations of different physical processes and phenomena of real facilities. How-ever, the results acquired by the computing must be verified with experimental data.

Käsien ekvivalenttiannosten määritys ja osakehoannosten dosimetria Loviisan voimalaitoksella

Loviisan voimalaitoksen valvonta-alueen työt luokitellaan viranomaisohjeistuksen ja lainsäädännön mukaiseksi säteilytyöksi. Toiminnan harjoittajalla on velvollisuus seurata säteilytyötä tekevien työntekijöiden säteilyaltistusta ja Loviisan voimalaitoksella seurataan kaikkien valvonta-alueen työntekijöiden efektiivistä säteilyannosta. Tämän lisäksi viranomaisohjeistus velvoittaa seuraamaan erikseen kehon osien ekvivalenttiannosta, jos säteilyaltistus on epätasaista. Loviisan voimalaitoksella on käsien säteilyaltistuksen kannalta kriittisiksi määritellyissä työryhmissä mitattu työntekijöiden käsien ekvivalenttiannosta lisäannosmittareilla. Tässä kandidaatintyössä tehdään katsaus Loviisan voimalaitoksella suoritetusta käsien ekvivalenttiannoksen tarkkailusta vuosilta 2007 - 2015 ja osakehoannosten dosimetriakäytännöistä. Tulosten perusteella annetaan suositukset sille, millaisissa työtehtävissä ja millä työryhmillä tulisi jatkossa määrittää kehon osien ja erityisesti käsien ekvivalenttiannosta erikseen. Johtopäätöksenä annetaan suositukset myös tarkkailujakson pituudesta ja esitetään tulosten parempaan kattavuuteen tähtääviä operatiivisia suosituksia.

Höyryturbiinin ulosvirtauskanaviston kokeellinen tutkimus pienoismallilla

Diplomityössä tutkittiin höyryturbiinin ulosvirtauskanavistojen kokeellisia tutkimusmenetelmiä ja suoritettiin käytännön mittauksia Fortum Oyj:n Loviisan ydinvoimalaitoksen höyryturbiinien huuvan pienoismallilla. Kirjallisuusselvityksen perusteella todettiin, että pienoismallitutkimuksella on ollut keskeinen asema ulosvirtauskanavistojen suunnittelussa. Kokeellisten menetelmien perusongelmana on höyryturbiinin ulosvirtausolosuhteiden jäljitteleminen. Käytetyt mittausmenetelmät perustuvat pääosin tavanomaisiin paine- ja nopeusmittauksiin. Lisäainepartikkeleihin ja laser-valaisuun perustuva PIV (particle image velocimetry) todettiin lupaavaksi menetelmäksi ulosvirtauskanavistojen tutkimuksen saralla. Työn käytännön osuudessa tehtiin mittauksia mittasuhteessa 1:8 rakennetulle höyryturbiinin huuvan pienoismallille. Mittauksilla tutkittiin virtausta mallin sisääntulo- ja ulostulotasoissa. Lisäksi mitattiin staattisen paineen jakauma huuvan sisällä. Kokonaispainetta mittaava kiel-putki todettiin käytännölliseksi työkaluksi huuvan virtauskentän tutkimuksessa. Tuloksista käy hyvin ilmi huuvan ulostuloon syntyvien pyörteiden muodostuminen ja ulostulon epätasainen nopeusjakauma. Staattinen paine huuvan sisällä havaittiin epätasaisesti jakautuneeksi. Ulostulotason ja staattisen paineen mittauksilla saadut tulokset sopivat hyvin yhteen kirjallisuudesta löytyvien tutkimustulosten kanssa ja tukevat Loviisan ulosvirtauskanavistosta aiemmin tehtyjä CFD-simulointeja.

The role of nuclear and other conventional power plants in the flexible energy system

This thesis reviews the role of nuclear and conventional power plants in the future energy system. The review is done by utilizing freely accesible publications in addition to generating load duration and ramping curves for Nordic energy system. As the aim of the future energy system is to reduce GHG-emissions and avoid further global warming, the need for flexible power generation increases with the increased share of intermittent renewables. The goal of this thesis is to offer extensive understanding of possibilities and restrictions that nuclear power and conventional power plants have regarding flexible and sustainable generation. As a conclusion, nuclear power is the only technology that is able to provide large scale GHG-free power output variations with good ramping values. Most of the currently operating plants are able to take part in load following as the requirement to do so is already required to be included in the plant design. Load duration and ramping curves produced prove that nuclear power is able to cover most of the annual generation variation and ramping needs in the Nordic energy system. From the conventional power generation methods, only biomass combustion can be considered GHG-free because biomass is considered carbon neutral. CFB combusted biomass has good load follow capabilities in good ramping and turndown ratios. All the other conventional power generation technologies generate GHG-emissions and therefore the use of these technologies should be reduced.

New Type Nuclear Reactors (NETNUC) 2008-2011 Final Report

This report summarizes the work done by a consortium consisting of Lappeenranta University of Technology, Aalto University and VTT Technical Research Centre of Finland in the New Type Nuclear Reactors (NETNUC) project during 2008–2011. The project was part of the Sustainable Energy (SusEn) research programme of the Academy of Finland. A wide range of generation IV nuclear technologies were studied during the project and the research consisted of multiple tasks. This report contains short articles summarizing the results of the individual tasks. In addition, the publications produced and the persons involved in the project are listed in the appendices.

EPCM-toimitustapamallin kehittäminen Kvaerner Power Oy:n voimalaitostoimituksiin

Tämän diplomityön päämääränäoli laatia suunnitelma voimalaitoksen toimittamiseksi EPCM-toimitustavalla. Työn keskeisiksi tavoitteiksi asetettiin EPCM-toimitustapaan perustuvan toimitustapakonseptin muodostaminen, toimituksiin liittyvien terminologian selkeyttäminen ja harmonisointi sekä voimalaitoksen suhteellisen kustannusrakenteen laatiminen. Työssä tutkittiin voimalaitostoimituksissa tavanomaisesti käytettyjä sopimustyyppejä, kiinteähintaista sopimusta ja kustannusvoittolisäsopimusta sekä harvinaisemmin käytettyjä kattohinta- ja tavoitekustannussopimusta. Vallitsevat toimitustavat, EPC- ja EPCM-toimitustavat sekä monitoimittajatapa, esiteltiin ja niiden vahvuudet sekä heikkoudet selvitettiin. Projektin ominaisuuksilla, markkinoilla ja tilaajan kyvyllä, asiantuntemuksella sekä resursseilla todettiin olevan vaikutusta toimitustavan valintaan. Lisäksi tehtiin katsaus voimalaitostoimitusten kehitystrendeihin ja projektin riskienhallintaan. Voimalaitoksen laitosjärjestelmäjako kehitettiin ja sitä soveltamalla määritettiin voimalaitoksen suhteellinen kustannusrakenne. Kattilaitoksen osuus voimalaitoksen rakentamiskustannuksista todettiin merkittävimmäksi. Laitosjärjestelmien laitekustannusten havaittiin olevan korkeimmat. EPCM-toimitustapamalli kehitettiin teoriaosan pohjalta ja sen rakenne, organisaatio, sopimustyypit ja -suhteetsekä toimituksen riskien jako kuvattiin. Voimalaitoksen rakentamiskustannuksia vertailtiin eri toimitustavoilla ja EPCM-toimitustapamalli todettiin EPC-toimitustapaa edullisemmaksi.

The Optimization of Flotation Process Parameters in the Deinking Plant

Tämän diplomityön tavoitteena oli sekundäärisen esiflotaation optimointi Stora Enso Sachsen GmbH:n tehtaalla. Optimoinnin muuttujana käytettiin vaahdon määrää ja optimointiparametreinä ISO-vaaleutta, saantoja sekä tuhkapitoisuutta. Lisäksi tutkittiin flotaatiosakeuden vaikutusta myös muihin tehtaan flotaatioprosesseihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin flotaatiotapahtumaa, poistettavien partikkeleiden ja ilmakuplien kontaktia, vaahdon muodostumista sekä tärkeimpiä käytössä olevia siistausflotaattoreiden laiteratkaisuja. Kokeellisessa osassa tutkittiin flotaatiosakeuden pienetämisen vaikutuksia tehtaan flotaatioprosesseihin tuhkapitoisuuden, ISO-vaaleuden, valon sironta- ja valon absorpiokerrointen kannalta. Sekundäärisen esiflotaation optimonti suoritettiin muuttamalla vaahdon määrää kolmella erilaisella injektorin koolla, (8 mm, 10 mm ja 13 mm), joista keskimmäinen kasvattaa 30 % massan tilavuusvirtaa ilmapitoisuuden muodossa. Optimonnin tarkoituksena oli kasvattaa hyväksytyn massajakeen ISO-vaaleutta, sekä kasvattaa kuitu- ja kokonaissaantoa sekundäärisessä esiflotaatiossa. Flotaatiosakeuden pienentämisellä oli edullisia vaikutuksia ISO-vaaleuteen ja valon sirontakertoimeen kussakin flotaatiossa. Tuhkapitoisuus pieneni sekundäärisissä flotaatioissa enemmän sakeuden ollessa pienempi, kun taas primäärisissä flotaatiossa vaikutus oli päinvastainen. Valon absorptiokerroin parani jälkiflotaatioissa alhaisemmalla sakeudella, kun taas esiflotaatioissa vaikutus oli päinvastainen. Sekundäärisen esiflotaation optimoinnin tuloksena oli lähes 5 % parempi ISO-vaaleus hyväksytyssä massajakeessa. Kokonaissaanto parani optimoinnin myötä 5 % ja kuitusaanto 2 %. Saantojen nousu tuottaa vuosittaisia säästöjä siistauslaitoksen tuotantokapasiteetin noustessa 0,5 %. Tämän lisäksi sekundäärisessä esiflotaatiossa rejektoituvan massavirran pienentyminen tuottaa lisäsäästöjä tehtaan voimalaitoksella.

Phylogeography and population genetics of north European Atlantic salmon (Salmo salar L.)

Although abundant in the number of individuals, the Atlantic salmon may be considered as a threatened species in many areas of its native distribution range. Human activities such as building of power plant dams, offshore overfishing, pollution, clearing of riverbeds for timber floating and badly designed stocking regimes have diminished the distribution of Atlantic salmon. As a result of this, many of the historical populations both in Europe and northern America have gone extinct or are severely depressed. In fact, only 1% of Atlantic salmon existing today are of natural origin, the rest being farmed salmon. All of this has lead to a vast amount of research and many restoration programmes aiming to bring Atlantic salmon back to rivers from where it has vanished. However, many of the restoration programmes conducted thus far have been unsuccessful due to inadequate scientific research or lack of its implementation, highlighting the fact that more research is needed to fully understand the biology of this complex species. The White and Barents Seas in northwest Russia are among the last regions in Europe where Atlantic salmon populations are still stable, thus forming an important source of biodiversity for the entire European region. Salmon stocks from this area are also of immense economic and social importance for the local people in the form of fishing tourism. The main aim of this thesis was to elucidate the post-glacial history and population genetic structure of north European and particularly northwest Russian Atlantic salmon, both of which are aspects of great importance for the management and conservation of the species. Throughout the whole thesis, these populations were studied by utilizing microsatellites as the main molecular tool. One of the most important discoveries of the thesis was the division of Atlantic salmon from the White and Barents Seas into four separate clusters, which has not been observed in previous studies employing nuclear markers although is supported by mtDNA studies. Populations from the western Barents Sea clustered together with the northeast Atlantic populations into a clearly distinguishable group while populations from the White Sea and eastern Barents Sea were separated into three additional groups. This has important conservation implications as this thesis clearly indicates that conservation of populations from all of the observed clusters is warranted in order to conserve as much of the genetic diversity as possible in this area. The thesis also demonstrates how differences in population life histories within a species, migratory behaviour in this case, and in their phylogeographic origin affect the genetic characteristics of populations, namely diversity and divergence levels. The anadromous populations from the Atlantic Ocean, White Sea and Barents Sea possessed higher levels of genetic diversity than the anadromous populations form the Baltic Sea basin. Among the non-anadromous populations the result was the opposite: the Baltic freshwater populations were more variable. This emphasises the importance of taking the life history of a population into consideration when developing conservation strategies: due to the limited possibilities for new genetic diversity to be generated via gene flow, it is expected that freshwater Atlantic salmon populations would be more vulnerable to extinction following a population crash and thus deserve a high conservation status. In the last chapter of this thesis immune relevant marker loci were developed and screened for signatures of natural selection along with loci linked to genes with other functions or no function at all. Also, a novel landscape genomics method, which combines environmental information with molecular data, was employed to investigate whether immune relevant markers displayed significant correlations to various environmental variables more frequently than other loci. Indications of stronger selection pressure among immune-relevant loci compared to non-immune relevant EST-linked loci was found but further studies are needed to evaluate whether it is a common phenomenon in Atlantic salmon.

Supplier Energy Audits in Thermal Power Plants

This master’s thesis handles an operating model for an electric equipment supplier conducted sale oriented energy audit for pumping, fan and other motor applications at power plants. The study goes through the largest factors affecting internal electricity use at a power plant, finds an energy audit –like approach for the basis of information gathering and presents the information needed for conducting the analysis. The model is tested in practice at a kraft recovery boiler of a chemical pulping mill. Targets chosen represent some of the largest electric motor applications in the boiler itself and in its fuel handling. The energy saving potential of the chosen targets is calculated by simulating the energy consumption of the alternatives for controlling the targets, and thereafter combining the information with the volume flow duration curve. Results of the research are somewhat divaricated, as all the information needed is not available in the automation system. Some of the targets could be simulated and their energy saving potential calculated quite easily. At some of the targets chosen the monitoring was not sufficient enough for this and additional measurements would have been needed to base the calculations on. In traditional energy audits, energy efficiency of pump and fan applications is not necessarily examined. This means that there are good possibilities for developing the now presented targeted energy audit procedure basis further.

Assessment of Environmental Impacts of Power Generation

Through indisputable evidence of climate change and its link to the greenhouse gas emissions comes the necessity for change in energy production infrastructure during the coming decades. Through political conventions and restrictions energy industry is pushed toward using bigger share of renewable energy sources as energy supply. In addition to climate change, sustainable energy supply is another major issue for future development plans, but neither of these should come with unbearable price. All the power production types have environmental effects as well as strengths and weaknesses. Although each change comes with a price, right track in minimising the environmental impacts and energy supply security can be found by combining all possible low-carbon technologies and by improving energy efficiency in all sectors, for creating a new power production infrastructure of tolerable energy price and of minor environmental effects. GEMIS-Global Emission Model for Integrated Systems is a life-cycle analysis program which was used in this thesis to make indicative energy models for Finland’s future energy supply. Results indicate that the energy supply must comprise both high capacity nuclear power as well as large variation of renewable energy sources for minimization of all environmental effects and keeping energy price reasonable.

Vertailuanalyysin käyttö termohydraulisten koelaitteistojen tulosten laitosmittakaavaan skaalautumisen tutkimisessa

Työn tavoitteena oli tarkastella termohydraulisten koelaitteistojen skaalauksessa käytettäviä periaatteita ja menettelyjä sekä vertailla Apros-simulaattoriohjelmalla laskettuja kanden koelaitteistomallin ja EPR-mallin tuloksia. Tarkoituksena oli saada käsitys siitä, miten hyvin tarkastellut koelaitteistot kuvaavat EPR-Iaitostyypin käyttäytymistä onnettomuustilanteessa. Malleilla tutkittiin jäähdytteen määrän vaikutusta primääripiirin käyttäytymiseen. Koelaitteistomallien tuloksissa toistuvat samat ilmiöt kuin EPR-mallin tuloksissa. Laskettuja PKL-koelaitteistomallin tuloksia vertailtiin myös koelaitteistolla suoritettuun kokeeseen. PKL-mallin todettiin toistavan hyvin kokeen tulokset. Koelaitteistojen tuloksien perusteella kelpoistetaan laskentaohjelmia, joita käytetään ydinvoimalaitosten turvallisuustutkimuksessa. Erityistä harkintaa tulee käyttää koelaitteistojen tulosten hyödyntämisessä, sillä mittakaava vaikuttaa ilmiöiden esiintymiseen.

Matala-aktiivisen metallijätteen aktiivisuusmittaukset Loviisan voimalaitoksella

Tämän diplomityön lähtökohtana oli metallijätteen mittausmenetelmien kehittäminen Loviisan voimalaitoksella. Työn taustalla oli myös Säteilyturvakeskuksen antaman ohjeen YVL 8.2 ’Ydinjätteiden ja käytöstä poistettujen ydinlaitosten vapauttaminen valvonnasta’ uusinta. Työssä arvioitiin miten YVL 8.2 -ohjeen päivitys vaikuttaa Loviisan voimalaitoksen metallijätteen käsittelyyn vapautusmenettelyn osalta. Diplomityössä arvioitiin eri aktiivisuusmittausmenetelmien havaitsemia aktiivisuuksia metallijätteessä. Metallijätteen mittausmenetelmien arviointi aloitettiin kirjalliseen materiaaliin tutustumisella, jonka jälkeen mittausmenetelmiä verrattiin kokeellisesti. Verrattavia mittauksia olivat suora kontaminaatiomittaus, gammaspektrometrinen mittaus, kuiva-, märkä-, ja happopyyhintänäytteet sekä mittaus Condor E -monitorilla. Diplomityö sisältää myös arvioinnin ajoneuvojen säteilymittauslaitteiston käytöstä metallijätteen valvonnasta vapauttamisessa. Työssä arvioitiin myös mittausmenetelmän vaikutusta logistiikkaketjuun Loviisan voimalaitoksella ja kaiken metallijätteen loppusijoittamisen vaikutuksia. Nykyinen metallijätteen vapautusmenettely on raskas, eikä täysin uusitun ohjeen YVL 8.2 vaatimusten mukainen. Diplomityön tuloksena metallijätteen käsittelymenetelmäksi suositellaan metallijätteen vapauttamista valvonnasta seuraavin menettelyin. Pieni metallijäte tulisi huolellisen esimittauksen jälkeen pakata ja analysoida gammaspektrometrisesti. Suuret metallijätekappaleet tulisi analysoida pyyhintänäytteiden perusteella. Pyyhintänäytteiden analysointi kannattaisi suorittaa gammaspektrometrillä, koska sillä saavutetaan tarkin tulos ja se on täysin ohjeen YVL 8.2 vaatimusten mukainen. Loppusijoitusluolaan tulisi sijoittaa mahdollisimman pieni määrä vapauttamiskelpoista metallijätettä. Myös ajoneuvojen säteilymittauslaitteiston käyttöä varmentavana mittauksena tulisi tehostaa.

RF disturbances produced by high-power photovoltaic solar plants

In this thesis, analysis of electromagnetic compatibility of high-power photovoltaic solar plant is made. Current standards suitable for photovoltaic applications are given. Measurements of antenna factor for experimental setup are shown. Also, measurements of common mode disturbance voltages in high-power solar plant are given. Importance of DC-side filter is shown. In the last part of the work, electromagnetic simulations are made. These simulations show influence of several factors to EMC of power plant. Based on these simulations and measurements recommendations are given.

APROS model validation in case of fast transients in a boiling water reactor

This Master´s thesis investigates the performance of the Olkiluoto 1 and 2 APROS model in case of fast transients. The thesis includes a general description of the Olkiluoto 1 and 2 nuclear power plants and of the most important safety systems. The theoretical background of the APROS code as well as the scope and the content of the Olkiluoto 1 and 2 APROS model are also described. The event sequences of the anticipated operation transients considered in the thesis are presented in detail as they will form the basis for the analysis of the APROS calculation results. The calculated fast operational transient situations comprise loss-of-load cases and two cases related to a inadvertent closure of one main steam isolation valve. As part of the thesis work, the inaccurate initial data values found in the original 1-D reactor core model were corrected. The input data needed for the creation of a more accurate 3-D core model were defined. The analysis of the APROS calculation results showed that while the main results were in good accordance with the measured plant data, also differences were detected. These differences were found to be caused by deficiencies and uncertainties related to the calculation model. According to the results the reactor core and the feedwater systems cause most of the differences between the calculated and measured values. Based on these findings, it will be possible to develop the APROS model further to make it a reliable and accurate tool for the analysis of the operational transients and possible plant modifications.