Modélisation de la régulation par les barres de commande

Le schéma simplifié de la régulation par les barres de commande (GCP et GRT) est pré- senté sur la Fig. 2.5. La consigne de charge alimente chacune des régulations et elle représente le système de régulation de l’admission turbine et du contournement au condenseur schématisé en fig. 1.11. Cette consigne de charge correspond ainsi à la puissance électrique de consigne (appelée par la turbine), qui est égale à celle produite par la centrale (voir Section 2.3).

L’effet principal des barres de contrôle, indépendamment de leur type, est d’augmenter l’absorption des neutrons. Il est donc primordial d’en avoir une description d’un point de vue neutronique et cela passe par les sections efficaces. Les sections efficaces sont ainsi paramétrées en intégrant un paramètre de barre, dont la valeur, définie dans chaque maille de calcul, sert à l’interpolation des sections. Cette valeur dépend de l’absorbant présent dans la maille ainsi que de son insertion. On rappelle que les mailles sont homogènes, le calcul réseau ayant déjà été effectué. Détaillons un peu la façon dont sont calculées ces valeurs de paramètres.

Une barre grise est constituée d’un mélange de crayons en aciers et de crayons en AIC : les barres sont invariantes axiallement et dans le cas d’une insertion complète dans une maille, le

CHAPITRE 2. ÉTAT DE L’ART - CHOIX DES MODÈLES Mécanisme de commande des GCP Cœur Mécanisme de commande des GRT T_ref = f(P_elec) Bande morte (0,8 °C) + + - + Consigne de charge Fonction de calibrage T_m T_e T_s

Figure 2.5 – Schéma simplifié des régulations "compensation de puissance" (bleu) et "tem- pérature du fluide primaire" (rouge).

paramètre correspondant vaut 0. Pour une barre noire, l’absorbant à considérer est différent suivant la hauteur à laquelle on se place. La partie des crayons en AIC correspond à la valeur 2 et celle en B4C à la valeur 3. Au cas où aucune barre n’est insérée dans la maille, le paramètre vaut 1. Ces valeurs de paramètres sont choisies pour pouvoir couvrir tous les cas possibles, avec des valeurs de paramètres non ambiguës. Il est ainsi possible de déterminer le paramètre de barres dans chacune des mailles du cœur en pondérant la valeur correspondante au type de matériau absorbant par la proportion de la hauteur de la maille qu’il occupe. Cela équivaut à diluer la barre dans la maille dans laquelle elle s’insère. L’influence des barres de controle dans le calcul neutronique est ainsi prise en compte en intégrant ce paramètre de barres dans la paramétrisation des sections efficaces. La Fig. 2.6 illustre de manière simple ce principe de dilution, avec une insertion de barre soit grise soit noire dans le cœur. On note h la hauteur d’une maille et les valeurs du paramètre de barre sont indiquées dans chaque maille.

La principale limitation à cette représentation concerne la taille des mailles : elles doivent être strictement inférieures à la longueur d’une zone pour éviter d’avoir à moyenner plus de deux paramètres et ainsi conserver une valeur cohérente avec la situation physique.

Dans la suite, nous travaillons non plus en centimètres pour parler de l’insertion des barres, mais en pas. On en défini 260 sur toute la hauteur du cœur (426cm) ce qui correspond à environ 1.64 cm par pas. Nous proposons de détailler le fonctionnement des régulations effectuées par les deux familles de barres (GCP et GRT).

2.1.2.1 Régulation de la température du fluide primaire

La Fig. 2.7 représente les efficacités différentielle et intégrale du GRT calculées par le modèle proposé. Les courbes présentées correspondent à un cœur en début de cycle, avec les concentrations en bore soluble et en xénon correspondantes à leurs valeurs d’équilibre à puissance nominale, les GCP complètement extraits. Les dents-de-scie observées sur la courbe de l’efficacité différentielle sont en fait un artefact dû à la dilution des barres dans la maille

z = 0 z = h z = zmax AIC B4C Acier + AIC 2 1.5 1 1 1 0.5 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2.5 3 3 3 0 260 255 G1 G2 N1 N2 Nombre de pas G1 G2 N1 N2 G1 G2 N1 N2 50 pas 185 pas recouvrement T = 50 T = 185 T = 360 175 pas 185 pas e Bas du

cœur Haut ducœur

Figure 2.6 – Schéma de principe de la dilution des barres dans le cœur − les cas d’une grappe grise et d’une grappe noire sont représentés. Le haut du cœur correspond à la côte zmax et le

bas à la côte 0.

(cf. Fig. 2.6) et elles apparaissent lissées sur la courbe de l’efficacité intégrale. On remarque que l’efficacité différentielle est faible au début et à la fin de l’insertion, ce qui s’explique par un flux faible dans les mailles correspondantes. Ainsi, l’efficacité différentielle des barres est maximale au milieu du cœur. Le GRT est de plus constitué de deux matériaux (AIC et B4C) qui s’insèrent successivement : le second étant plus efficace, l’efficacité des barres augmente progressivement jusqu’à environ 130 pas (le B4C est alors inséré d’environ 40 pas) avant de diminuer, car la partie AIC entre dans la partie du cœur où le flux décroît. La bande de manœuvre de ce groupe, qui se situe entre 50 et 77 pas insérés, correspond à une zone ou l’efficacité différentielle varie peu. Elle est choisie pour ne pas insérer de B4C en fonctionnement normal et résulte de compromis entre efficacité des barres et critères de sûreté [48].

2.1.2.2 Compensation de puissance

La figure 2.8 représente les efficacités différentielles des GCP pris séparément, puis la somme des efficacités différentielles, ainsi que l’efficacité intégrale totale. L’efficacité différen- tielle croît au fur et à mesure que les groupes s’insèrent. Le groupe G1 qui se trouve le plus souvent inséré a une efficacité faible, ce qui permet de réduire la perturbation axiale. Pour cette raison, il est constitué de grappes peu efficaces et en faible nombre (4 grappes grises), tandis que 8 grappes grises constituent le groupe G2. Les groupes N1 et N2 ont des efficaci- tés différentielles proches et plus élevées que les groupes précédents, puisqu’ils sont constitués tous les deux de 8 grappes noires. Même pour une baisse de puissance importante (jusqu’à 30%PN), ces groupes sont rarement insérés dans le coeur (surtout N2) et il n’est donc pas pénalisant qu’ils aient des efficacités fortes. À titre d’exemple, sur un transitoire de suivi de charge tel que celui considéré dans cette étude, avec les valeurs de recouvrement par défaut, le groupe G1 s’insère jusqu’à sa butée basse qui représente une insertion de 255 pas, le groupe G2 s’insère de 185 pas, le groupe N1 s’insère d’une dizaine de pas, mais le groupe N2 ne s’insère pas.

En comparant les valeurs d’efficacité différentielle du groupe R et des GCP, on remarque que c’est le groupe R qui est le plus efficace. Cela est cohérent avec l’utilisation que l’on en fait et justifie de le déplacer dans une bande de manœuvre étroite. La forme des efficacités différentielles est similaire d’un groupe à l’autre (baisse dans les parties haute et basse du cœur et forme en cloche), mais quelques différences sont tout de même notables sur les courbes

CHAPITRE 2. ÉTAT DE L’ART - CHOIX DES MODÈLES 0 2 4 6 8 10 0 50 100 150 200 250 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Efficacité différen tielle (p cm/pas) Efficacité in tégr ale (p cm)

Totalisateur (nombre de pas insérés) Différentielle

Intégrale

Figure 2.7 – Efficacités différentielle et intégrale du GRT d’un REP1300 en début de cycle et régime nominal. Les GCP sont extraits, le xénon est à l’équilibre et la criticité initiale est assurée par le bore soluble. La bande de manœuvre est indiquée en gris.

d’efficacité intégrale. Dans le cas du groupe R par exemple, l’efficacité intégrale semble quasi- ment proportionnelle à l’insertion, tandis que dans le cas des GCP, l’insertion successive des différents groupes provoque une augmentation de la vitesse d’insertion de réactivité au cours de l’insertion. Les valeurs de recouvrements ont été choisies lors de l’élaboration du mode de pilotage pour compenser à priori les baisses d’efficacité différentielle des groupes en limite de course par le groupe suivant. Pour cette raison, l’efficacité intégrale ne présente pas de grosses irrégularités.