乏燃料贮运吊篮抗震技术研究

20250716

电力、热力、燃气及水生产和供应业

1. 水下摇摆结构流固耦合效应的精确计算：通过实验和数值模拟，首次实现了对细长、多孔结构吊篮在水下摇摆运动的流固耦合效应精确计算，为抗震分析提供了可靠的输入参数。
2. 多体非线性耦合分析：成功解决了多个吊篮之间的非线性连接问题，开发了一种适用于水下多体物体耦合摇摆的抗震分析方法。

资源对接（有明确的目标合作区域、领域或企业等）

仅限国内转让

随着全球“碳中和和碳达峰”目标的推进，核能作为清洁能源的重要组成部分，其装机容量和发电量将持续增长，乏燃料的储存和管理需求也会显著增加。每100万千瓦核电设备容量每年约产生21吨乏燃料。据此测算，2021年乏燃料产量约为1123吨，累计产量达到9841吨。然而，目前我国乏燃料的处理能力为50吨，处理能力远远滞后于乏燃料的增长速度。根据测算，到2030年和2035年，乏燃料年产量将分别达到1876吨和2394吨，这意味着我国至少需要建设2座和3座800吨的处理厂（或等量的处理能力），才能实现乏燃料产量和处理能力的平衡。预计到2030年，乏燃料后处理的市场规模将达到3000亿元，其中设备投资约为1527亿元；到2035年，乏燃料后处理市场规模将增至约4500亿元，其中设备投资约为2290亿元。乏燃料贮运吊篮作为核电站乏燃料管理的重要设备，其抗震性能直接关系到核安全。因此，具有高效精确抗震分析能力的新型吊篮技术具备广阔的市场前景。随着国内外核电站对乏燃料储存技术需求的不断增加，打破国外技术垄断、实现国产化替代，将显著降低成本并提高技术自主性。此外，水下结构抗震设计方法还可应用于桥梁、海洋平台等其他领域，具有广泛的市场应用潜力。整体而言，水下多体耦合抗震分析技术的研发与应用，将在核电、海洋工程等多个行业中产生积极的经济和社会效益，推动相关产业的高质量发展。 成果推广应用的需求方及效益分析 主要需求方包括国内外核电企业、水利桥梁建设公司和海洋工程公司等。这些企业在地震安全方面面临严格的监管要求，因此对于具有高效抗震性能的新技术有着强烈需求。推广应用本成果将有效提高核电站和其他水下结构在地震条件下的安全性，降低地震风险带来的潜在经济损失。同时，打破国外技术垄断并推动国产化，可以显著降低工程成本，提高技术自主性，增强我国在相关领域的国际竞争力。整体而言，水下多体耦合抗震分析技术的研发与应用，将在核电、海洋工程等多个行业中产生积极的经济和社会效益，推动相关产业的高质量发展。

北京市昌平区人民政府

随着“碳中和和碳达峰”目标的推进，核电的装机容量和发电量逐年增加，导致乏燃料储存和处理的需求也在不断增加。目前，高密度乏燃料贮存转运和处理技术被国外公司垄断。为了打破这一技术壁垒，中国核电工程有限公司在国家科工局的支持下，开发了一种新型的乏燃料贮运吊篮，并委托我们进行吊篮的抗震分析。 由于吊篮结构细长且长期处于水下，地震时容易产生滑移、摇摆甚至倾覆，因此我们需要对其进行抗震性能分析。然而，吊篮的抗震分析面临两个关键挑战：一是如何计算吊篮在水下发生摇摆时的流固耦合效应，特别是在吊篮是多孔结构的情况下；二是多个吊篮之间存在非线性连接，如何准确分析这种多体系统的耦合摇摆问题。 针对这两个挑战，我们开展了一系列实验和模拟： 1）流固耦合试验：通过实验研究吊篮在水中的流固耦合力，测量了吊篮的附加质量和附加阻尼，以提供抗震分析所需的数据。 2）抗震试验：对单个和多个吊篮分别进行抗震试验，研究单个吊篮的摇摆运动以及多个吊篮之间的耦合摇摆行为。 3）流固耦合模拟：通过数值计算，得到吊篮的附加质量和阻尼，并与实验结果进行验证，以推广到其他结构形式。 4）抗震模拟：通过数值模拟，计算吊篮在地震作用下的动力响应，并与实验对比，形成了一种适用于水下多体物体的抗震分析方法。 我们最终开发了一套专门针对水下多体耦合的吊篮抗震分析方法，充分考虑了流固耦合效应、非线性连接和摩擦接触等多重非线性因素。该方法的优势在于它可以精确模拟吊篮这种细长结构在水下的摇摆响应，且计算效率较高，模拟结果与实验结果的误差控制在15%以内。这一成果在细长结构的水下抗震分析方面具备明显的竞争优势，为国内相关技术的发展提供了重要支持。