Development of Severe Accident Calculations for the Modernized Full-Scope Training Simulator of Loviisa Nuclear Power Plant

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Master's thesis

Authors

Date

2025-05-26

Department

Major/Subject

Energy Systems and Markets

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Advanced Energy Solutions

Language

en

Pages

62

Series

Abstract

Training simulators are a mandatory part of nuclear power plant training activities. According to the Nuclear Safety Guide of the Radiation and Nuclear Safety Authority, they must be capable of simulating operational situations, anticipated transients, and, where possible, severe accidents. At Fortum's Loviisa Nuclear Power Plant, the simulator is also used for validating operating procedures. This master's thesis identified the key phenomena of severe accidents and examined the capability of the AprosSA, used in Loviisa's severe accident training scenarios, to model these phenomena in light of recent research. The experimental part of the thesis investigated the behavior of AprosSA in more detail, particularly focusing on the root causes of divergence in past training scenarios. An error was found in the thermal-hydraulic calculations of Apros in the film heat transfer model at the water-steam interface, which could cause a node to melt within a single time step. The issue was resolved by limiting the maximum allowable heat flux in the reactor core region to 10 percent of a node's energy per time step. The modified model was compared against MELCOR safety analyses for medium and large loss of coolant accident scenarios, and the results were consistent. Based on the thesis, AprosSA is well suited for demonstrative training scenarios in the training simulator, but its use in dynamic training situations for severe accidents is not recommended without further development due to the complexity of the severe accident phenomena and real-time requirements of the simulator.

Koulutussimulaattorit ovat pakollinen osa ydinvoimalaitoksen koulutustoimintaa. Säteilyturvallisuuskeskuksen Ydinturvallisuusohjeen mukaisesti niiden tulee pystyä simuloimaan käyttötilanteita, odotettuja transientteja ja mahdollisuuksien mukaan vakavia reaktorionnettomuuksia. Fortumin Loviisan ydinvoimalaitoksessa simulaattoria käytetään myös käyttöohjeiden validointiin. Tässä diplomityössä selvitettiin tärkeimmät vakavien reaktorionnettomuuksien ilmiöt ja Loviisan voimalaitoksen vakavien reaktorionnettomuuksien koulutustilanteissa käytetyn AprosSA-lisäosan kykyä mallintaa niitä tuoreen tutkimustiedon valossa. Diplomityön kokeellisesssa osassa tutkittiin tarkemmin AprosSA:n toimintaa ja erityisesti menneiden koulutustilanteiden divergointien juurisyitä. Työssä löydettiin virhe Apros:n termohydrauliikkalaskennassa kalvolämmönsiirron mallissa vesi-höyry-rajapinnassa, jonka seurauksena noodi saattoi sulaa yhden aika-askeleen sisällä. Ongelma ratkaistiin rajoittamalla suurin mahdollinen lämpövirta sydänalueella yhdessä aika-askeleessa 10 prosenttiin noodien energiasta. Rajoitettua mallia verrattiin MELCOR-turvallisuusanalyyseja vastaavissa keskisuuren ja suuren jäähdytevuodon skenaarioissa, ja tulokset olivat yhteneväisiä. Diplomityön perusteella AprosSA soveltuu hyvin koulutussimulaattorin demonstratiivisiin koulutustilanteisiin, mutta sen käyttöä ei ilman jatkokehitystä suositella dynaamisiin koulutustilanteisiin vakavien reaktorionnettomuuksien ilmiöiden kompleksisuuden ja simulaattorin reaaliaikavaatimusten vuoksi.

Description

Supervisor

Kaario, Ossi

Thesis advisor

Meriläinen, Arttu

Keywords

nuclear power, training simulator, severe accidents, numerical modelling, dynamic simulations, apros

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202506104463

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC