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초임계압 경수로의 노심설계

전문가 제언: ○ 화력발전에서는 발전효율을 높이기 위하여 증기로부터 수분을 제거한 “과열증기”로 발전하고 있다. 또 근대의 석탄 화력발전소에서는 초고온고압상태의 물, “초임계압수”를 이용함으로써 증기의 힘을 한계까지 인출하여 발전하고 있다. 이것이 화력발전 보일러의 기술적 발전이며 구형보일러, 수관보일러, 최신의 관류보일러로 발전하여 왔다.

○ 현재 세계의 발전용 원자로의 태반을 점유하는 경수로는 발전에 이용하는 증기력을 충분히 인출할 수 없다. 경수로에서는 화력발전과 동일하게 증기에 의해 터빈을 회전시켜 발전하고 있다. 경수로에서 발생되는 증기의 질은 화력발전의 증기에 비하여 떨어지기 때문에 시스템이 대형화·복잡화되고 성능이 제한된다. 그래서 물과 증기를 분리시키기 위하여 대형의 기기가 필요하게 된다. 또 화력에 비하여 저온저압의 증기터빈을 회전시키기 위하여 증기유량을 크게 할 필요가 있고 터빈계통이 대형화하는 한편 발전효율은 낮아진다.

○ 슈퍼경수로(초임계압 경수로)는 물과 증기의 구별이 없는 고온고압의 “초임계압수”를 냉각수로 사용하는 차세대원자로의 개념이다. 근대의 화력발전과 동일하게 증기의 힘을 한계까지 인출할 수 있어서 종래의 경수로에 비하여 발전효율이 비약적으로 향상되었을 뿐만 아니라 플랜트시스템이 대폭적으로 간소화·소형화되어 현행 경수로의 개량으로는 도달할 수 없는 높은 경제성이 달성될 수 있다.

○ 원자력발전의 효율을 향상시키는 방안으로는 핵연료의 이용효율을 극대화시키는 고속증식로 방식이 있고, 이와는 다른 개념으로서 발생된 열을 최대한으로 이용하는 고온고압의 증기터빈을 이용하는 방식이 있다.

○ 이 자료에서는 일본을 중심으로 세계가 연구하고 있는 슈퍼경수로의 주요 설계개념과 그 핵심이 되는 슈퍼경수로의 노심설계에 대하여 기술하고 있으며, 최근의 연구현황에 대하여도 간단하게 소개하고 있다. 앞으로는 경수로의 증기도 초임계압까지 상승시켜 열효율이 신예 화력발전소의 열효율 이상으로 향상될 것이다.

저자: Akifumi YAMAJI
자료유형: 학술정보