JP5558029B2 - 再処理工場における運転計画立案方法、運転計画立案システム及び運転計画立案プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、使用済核燃料を処理する再処理工場における運転計画立案方法、運転計画立案システム及び運転計画立案プログラムに関する。
再処理工場では、原子力発電所で使用された使用済み核燃料を強酸に溶解し、ピューレックス（PUREX）法という溶媒抽出法によってウランとプルトニウムを分離生産し、その他の廃棄物は固形化等の廃棄処理が行われる。こうした生産工程を再処理といい、ウランとプルトニウムが再処理工場の製品であり、これらの製品は原子力発電所で発電用燃料として再利用される。
使用済み燃料には、燃焼履歴により種々の燃焼度、ウラン２３５残留濃縮度、種々のプルトニウム組成のものがある。再処理施設でこれらの使用済み燃焼を処理する際に、再処理施設の発熱の抑制および臨界の防止、等の安全確保のため、一定の制限が課せられており、この制限に沿って燃料処理順序が決定される（特許文献１）。この燃料処理順序を決定する工程をせん断処理計画という。
再処理工場の運転に際して、使用済み燃料のせん断処理計画、すなわち燃料処理順序を設定し、運転中の製品生産を管理する燃料管理、及び使用済み燃料の受入量、再処理工場の処理能力等に基づく運転計画を立案することがなされていた。
ところで、再処理は非常に工程が複雑なため、保障措置ならびに臨界防止の観点から、各工程における設備にどの程度のウランやプルトニウムが存在しているかを、常時、把握・確認することが非常に重要である。
そのため、受け入れる燃料に含まれる核物質量から各分離工程における核物質濃度を常に管理する必要がある。
そのため、受け入れる燃料に含まれる核物質量から各分離工程における核物質濃度を常に管理する必要がある。
しかしながら、再処理施設は、設備構成が複雑であり、また、設備数が非常に多いため、各設備単位での処理状況の把握、施設全体における運転計画の立案及びその承認行為に多大な労力がかかっていた。
さらに、従来のせん断処理計画は、核的安全確保に関する評価については自動で行われるが、環境に対する気体放射性廃棄物および液体放射性廃棄物の総放出量に関する評価については、電力会社から提示された核分裂生成物量を基に人間が計算する必要があった。
また、せん断処理工程、及びその後の工程において、生産量、稼働率、従事率（従業員数）等を考慮したウランやプルトニウム製品の収益率を評価することは行われていなかった。
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、各設備の処理状況を把握し、保障措置、臨界防止及び放射性廃棄物の放出量、等の核的制限の規定を満たすとともに、収益率及び承認行為の簡素化を考慮した再処理工場の運転計画立案方法、運転計画立案システム及び運転計画立案プログラムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の再処理工場における運転計画立案方法は、燃料貯蔵施設からせん断処理する燃料を選択する選択工程と、前記抽出された燃料の燃料処理順序を計算する計算工程と、前記計算された燃料処理順序を決定する工程と、前記決定された燃料処理順序に基づいて再処理工程の各設備における生産量、処理期間及び廃棄物の発生量を含む運転データを算出する算出工程と、前記各設備の運転計画を立案する工程と、前記立案された運転計画に承認を与える工程と、前記運転計画を表示する工程と、を有し、前記算出工程において、運転データとして稼働率、試薬費、収益率、又は従事率をさらに算出することを特徴とする。
また、本発明の再処理工場における運転計画立案システムは、燃料貯蔵施設からせん断する燃料を選択する選択工程と、前記抽出された燃料の燃料処理順序を計算する計算工程と、前記計算された燃料処理順序を決定する工程と、前記決定された燃料処理順序に基づいて再処理工程の各設備における生産量、処理期間及び廃棄物の発生量を含む運転データを算出する算出工程と、前記各設備の運転計画を立案する工程と、前記立案された運転計画に承認を与える工程と、前記運転計画を表示する工程と、を有し、前記算出工程において、運転データとして稼働率、試薬費、収益率、又は従事率をさらに算出することを特徴とする。
また、本発明の再処理工場における運転計画立案プログラムは、再処理工場における運転計画立案方法の各工程をコンピュータにより実行させるための再処理工場における運転計画立案プログラムであることを特徴とする。
本発明によれば、各設備の処理状況を把握し、保障措置、臨界防止及び放射性廃棄物の放出量、等の核的制限の規定を満たすとともに、収益率及び承認行為の簡素化を考慮した再処理工場の運転計画立案方法、運転計画立案システム及び運転計画立案プログラムを提供することができる。
以下、本発明に係る再処理工場における運転計画立案方法及びそのシステムの実施形態を図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
本発明に係る運転計画立案方法及びそのシステムの第１の実施形態を、図１を用いて説明する。
（第１の実施形態）
本発明に係る運転計画立案方法及びそのシステムの第１の実施形態を、図１を用いて説明する。
貯蔵燃料データベースには、燃料中に含まれるウラン量、燃焼度、炉内に設置されていた期間、水中プール内での冷却期間など、再処理に必要となる情報を蓄えている。このデータベースは、必要に応じて情報を修正することが可能であるが、燃焼度と冷却期間などの情報からORIGEN計算コード（使用済み燃料に含まれる放射能量を計算するための計算コード；ORNL Isotope Generation and Depletion Code)による修正がより正確であり望ましい。
この貯蔵燃料データベースから燃料情報を自動的または計画立案者が設定した燃料処理条件によって、処理すべき燃料を選択する。その後、後述する燃料処理順序作成フローに基づいて、燃料処理順序を設定し、処理順序を決定する。決定できない場合は、燃料抽出のやり直しから燃料処理順序の設定を再度行う。
燃料処理順序を決定した後は、ORIGEN計算コードを用いて各設備における処理期間・生産量を算出して、一つの連続運転期間(１キャンペーン)中の処理計画とする。また、発電所からの提示情報と実測値の差異を求め、製品（Ｕ，Ｐｕ）の生産予定量及び廃棄物の量をより正確に計算する。これにより、各設備における稼働率や処理にかかるコストと収益を算出することができ、キャンペーン期間内での稼働率の最適化を行うことができる。
このようにして得られた各設備における処理期間、生産予定量、放出気体廃棄物、収益率、稼働率、等の運転データに基づき立案された運転計画に承認を与えるか否かを決定する。
承認されなければ、処理燃料の抽出・選定段階に戻され、再度、燃料処理順序の設定を行う。
承認されれば、承認後の燃料処理順序及び各運転データは生産量などの品質保証に関わるデータになるだけでなく、Ｆ施設（使用済み燃料受入れ、貯蔵施設）の端末装置に情報を伝達・表示させることによって払出燃料を指示・表示することができる。また、ＡＡ施設（前処理施設）の端末装置に情報を伝達・表示させることで燃料のせん断を指示・表示することができる。さらに、当直責任者の端末装置に情報を伝達・表示させることで運転データならびに核物質量を表示し、各施設の運転計画情報を表示させる。
承認されれば、承認後の燃料処理順序及び各運転データは生産量などの品質保証に関わるデータになるだけでなく、Ｆ施設（使用済み燃料受入れ、貯蔵施設）の端末装置に情報を伝達・表示させることによって払出燃料を指示・表示することができる。また、ＡＡ施設（前処理施設）の端末装置に情報を伝達・表示させることで燃料のせん断を指示・表示することができる。さらに、当直責任者の端末装置に情報を伝達・表示させることで運転データならびに核物質量を表示し、各施設の運転計画情報を表示させる。
また、運転訓練シミュレータにデータを渡すことで、実運転に即した運転訓練のデータを提供するに資するばかりではなく、運転訓練をシミュレーションすることができるようになる。
本第１の実施形態によれば、各設備の処理状況を把握し、保障措置、臨界防止及び放射性廃棄物の放出量、等の核的制限の規定を満たすとともに、収益率及び承認行為の簡素化を考慮した再処理工場における効率的な運転計画立案方法及びそのシステムを提供することができる。
（第２の実施形態）
本第２の実施形態は、燃料をせん断処理する際の燃料処理順序の作成方法に関するもので、図２はその作成フロー図である。
本第２の実施形態は、燃料をせん断処理する際の燃料処理順序の作成方法に関するもので、図２はその作成フロー図である。
まず、ステップＳ１では、貯蔵燃料データベースに保存された在庫燃料の属性ごとに所望の条件に従って、せん断処理を行う燃料を選択する。例えば、発電所Ａで使用されたもの、炉の型式がBWR(Boiling Water Reactor)のもの、プルトニウムの量が例えば５４ｋｇより多いもの等の条件により燃料を検索することができる。また、複数の条件の論理積により検索することもできる。
ステップＳ２では、選択された燃料について、１日当たり再処理する燃料の平均燃焼度、１日当たり再処理するプルトニウム量、計量槽１バッチ当たりのウラン残留濃縮度、計量槽１バッチ当たりのプルトニウム組成、中性子モニタの制限値の観点から核的制限値を評価する。
ステップＳ３では、選択された燃料の核的制限値が予め設定された制限値を超えるかどうかを判定する。
ステップ４では、制限値を超えた場合は、その燃料処理順序は不適切処理順序として登録され、ステップＳ１の燃料選択処理に戻る。制限値を超えない場合は、ステップＳ５に進む。
ステップ４では、制限値を超えた場合は、その燃料処理順序は不適切処理順序として登録され、ステップＳ１の燃料選択処理に戻る。制限値を超えない場合は、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、貯蔵燃料データベースに保存された燃料の燃焼度、ウラン２３５残留濃縮度から、ORIGENコードで、燃料１本当たりのウランの量、プルトニウムの量および核分裂生成物の量を計算する。さらに、これらの値をもとに放出量を計算する。なお、この時に燃料の処理期間を自動的に計算する機能を付加することもできる。これにより、瞬時放出量および年間放出量を計算することができる。計算結果は貯蔵燃料データベースに保存する。
ステップＳ６では、一つの連続運転期間（１キャンペーン）分の燃料すべてについての放出量の和を計算し、１キャンペーン分の瞬時放出量および年間放出量を評価する。計算結果は貯蔵燃料データベースに保存する。
ステップＳ７では、ステップＳ６で計算された放出量が、放出量制限値データとして予め設定された制限値を超えるかどうかを判定する。このとき、放出量制限値データの代わりに、目制限値に余裕を含めた値を使用してもよい。
制限値を超えた場合は、その燃料処理順序を不適切処理順序として登録し(ステップＳ４)、ステップＳ１の燃料選択処理に戻る。その際、通常、一つの原子炉で装荷された燃料だけで燃料処理順序が作成されるが、作成できない場合は、他の原子炉に装荷されていた燃料を混ぜて燃料処理順序を作成してもよい。
また、放出量が制限値を超えないように、一定期間内の放出量の多い燃料が所定期間内でほぼ等間隔に並ぶように燃料処理順序を作成したり、放出量の最も高い燃料と最も低い燃料を交互に抽出して燃料処理順序を作成してもよい。
一方、制限値を超えない場合は、ステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、ORIGENコードにより計算されたウランの量、プルトニウムの量および核分裂生成物の量をもとにウラン、プルトニウムおよびガラス固化体の本数を計算する。これらの本数を生産量とする。計算結果は貯蔵燃料データベースに保存される。
ステップＳ８では、ORIGENコードにより計算されたウランの量、プルトニウムの量および核分裂生成物の量をもとにウラン、プルトニウムおよびガラス固化体の本数を計算する。これらの本数を生産量とする。計算結果は貯蔵燃料データベースに保存される。
ステップＳ９では、生産量をもとに生産費を計算し、諸経費データに保存されたデータとともに、以下の[式１]によりせん断処理工程における収益率を計算する。
[式１] 収益率＝(生産費−人件費−減価償却費−材料費−管理費)÷生産費
[式１] 収益率＝(生産費−人件費−減価償却費−材料費−管理費)÷生産費
ステップＳ１０では、放出量制限値をクリアした１又は複数の燃料処理順序を適切処理順序として登録する。
ステップＳ１１では、登録された適切処理順序に対して、例えば核的制限値および放出量制限値を下回る順、収益率の高い順について順位を付け、表示装置に表示する。これにより、計画段階で何を優先するかに応じて計画立案に幅を持たせることができるようになり、選択肢に幅のある運転を行えることに資する。
ステップＳ１１では、登録された適切処理順序に対して、例えば核的制限値および放出量制限値を下回る順、収益率の高い順について順位を付け、表示装置に表示する。これにより、計画段階で何を優先するかに応じて計画立案に幅を持たせることができるようになり、選択肢に幅のある運転を行えることに資する。
このように、適切処理順序となる並べ替え順序を複数パターン抽出し、核的制限値からのズレ（安全余裕度の大きさ）、年間放出量や瞬時放出量からのズレ（環境に放出する放射能量）、収益率の大きさ（１に近いものほど収益が大きく、負の場合は赤字操業となる）をランキング形式で順位付け、それぞれの並べ替え順序に特徴付けを行い、ユーザが選択し易いようにする。
ステップＳ１２では、表示された燃料処理順序から、ユーザが一つの燃料処理順序が選択される。
ステップＳ１３では、選択された燃料処理順序を責任者が、例えば電子的手段により最終的に決定する。これにより、選択された燃料処理順序に基づくせん断処理計画が立案、決定されることになる。
決定されなければ、燃料抽出のやり直しから燃料処理順序の設定を再度行う。
ステップＳ１３では、選択された燃料処理順序を責任者が、例えば電子的手段により最終的に決定する。これにより、選択された燃料処理順序に基づくせん断処理計画が立案、決定されることになる。
決定されなければ、燃料抽出のやり直しから燃料処理順序の設定を再度行う。
本第２の実施形態によれば、燃料処理順序を単に核的安全確保に関する評価だけでなく、放出量や収益率の観点から立案し、また、燃料処理順序を優先順位を付して表示することで、せん断処理計画の選択、決定を円滑かつ効率的に行うことができるので、保障措置、臨界防止及び放射性廃棄物の放出量、等の核的制限の規定を満たすとともに、収益率及び決定行為の簡素化を考慮したシステマチックな燃焼処理順序計画を含む再処理工場における効率的な運転計画立案方法及びそのシステムを提供することができる。
（第３の実施形態）
本第３の実施形態は、各設備の運転計画・評価に関する。
本第３の実施形態では、再処理工場の各設備単位で、（１）核物質量を把握し、核的制限値の安全評価を行い、燃料処理順序を設定し、（２）核分裂生成物を集計し、放出量を計算し、（３）設備の稼働率、従業員の従事率、収益率を評価する。
本第３の実施形態は、各設備の運転計画・評価に関する。
本第３の実施形態では、再処理工場の各設備単位で、（１）核物質量を把握し、核的制限値の安全評価を行い、燃料処理順序を設定し、（２）核分裂生成物を集計し、放出量を計算し、（３）設備の稼働率、従業員の従事率、収益率を評価する。
この各設備単位における運転計画の立案は、各設備を運転負荷をコントロールするに資するため、設備の人件費や減価償却費、設備費、試薬・光熱費、そして保障措置にかかる費用等にも大きく関わり、収益率に大きく影響するので、重要である。
各設備の運転計画及び評価手法を具体的に説明する。
まず、決定されたせん断処理計画に基づき、以下の（ａ）〜（ｈ）の設備における処理容量（設備容量）、処理にかかる期間、従業員数を算出する。
（ａ）強酸に溶解後の燃料を計量・調整する設備
（ｂ）調整後の溶解液をＵ／Ｐｕならびに廃棄物に分離する設備
（ｃ）Ｕ／Ｐｕを分離する設備
（ｄ）廃棄物をガラス固化する設備
（ｅ）Ｕ／Ｐｕを精製する設備
（ｆ）Ｕ製品を製造する設備
（ｇ）Ｐｕ製品を製造する設備
（ｈ）低レベル廃棄物を処理する設備
まず、決定されたせん断処理計画に基づき、以下の（ａ）〜（ｈ）の設備における処理容量（設備容量）、処理にかかる期間、従業員数を算出する。
（ａ）強酸に溶解後の燃料を計量・調整する設備
（ｂ）調整後の溶解液をＵ／Ｐｕならびに廃棄物に分離する設備
（ｃ）Ｕ／Ｐｕを分離する設備
（ｄ）廃棄物をガラス固化する設備
（ｅ）Ｕ／Ｐｕを精製する設備
（ｆ）Ｕ製品を製造する設備
（ｇ）Ｐｕ製品を製造する設備
（ｈ）低レベル廃棄物を処理する設備
次に、これらの設備に対して以下の（ア）〜（カ）の計算を行う。
（ア）各設備の処理速度（モーター、ポンプ、貯蔵容量）を設定する。
（最低〜最高処理速度を幅として登録し、通常処理速度を設定する）
（イ）上記の設定値で処理した場合、各設備の分配比（設計値）で製品（Ｐｕ及びＵ）の分配濃度を算出し、製品濃度が安全基準を超えないことを確認する。超える場合は、処理速度を変更する。
（ウ）せん断計画で出された燃料処理にかかる期間を算出する。
（エ）算出された期間により、全体稼働率を算出する。
（オ）処理速度をパラメータとして、稼働率や試薬費、収益率を算出する。
（カ）処理速度をパラメータとした場合の運転制約事項を整理する。
（ア）各設備の処理速度（モーター、ポンプ、貯蔵容量）を設定する。
（最低〜最高処理速度を幅として登録し、通常処理速度を設定する）
（イ）上記の設定値で処理した場合、各設備の分配比（設計値）で製品（Ｐｕ及びＵ）の分配濃度を算出し、製品濃度が安全基準を超えないことを確認する。超える場合は、処理速度を変更する。
（ウ）せん断計画で出された燃料処理にかかる期間を算出する。
（エ）算出された期間により、全体稼働率を算出する。
（オ）処理速度をパラメータとして、稼働率や試薬費、収益率を算出する。
（カ）処理速度をパラメータとした場合の運転制約事項を整理する。
１回のせん断処理計画に対し、上記の（ａ）〜（ｈ）及び（ア）〜（カ）の計算を行うことで、各設備の処理容量と期間を得ることができ、従事率（従業員数）、稼働率を得ることができるようになるため、各設備の運転計画を立てることが可能となる。
なお、上記（イ）では、製品（Ｐｕ及びＵ）の分配濃度を当該設備の設定値から求めているが、中性子検出器により製品（Ｐｕ及びＵ）の存在比と各濃度を求めてもよい。
また、各設備について（ア）〜（カ）で算出した製品量、核物質量、等を表示装置を用いて可視化してもよい。
また、各設備について（ア）〜（カ）で算出した製品量、核物質量、等を表示装置を用いて可視化してもよい。
本第３の実施形態によれば、各設備毎に運転計画を立案し、核的制限値、核分裂生成物の放出量、収益率、等を評価することにより、再処理工場全体としてシステマチックな運転計画を円滑に立案することができる。
（第４の実施形態）
本第４の実施形態は、上記（オ）、（カ）において処理速度をパラメータとして稼働率や従業員数を評価する場合、再処理運転シミュレータを使用するものである。
本第４の実施形態は、上記（オ）、（カ）において処理速度をパラメータとして稼働率や従業員数を評価する場合、再処理運転シミュレータを使用するものである。
特に、再処理運転シミュレータを使用する場合、収益率は高いが放出量が多くなる運転を実施したい場合は収益率を重視したソーティングで処理順序を選択することができたり、安全性を優先させたい場合は核的制限値を重視したソーティングで処理順序を選択することができたりする効果がある。
また、ヒューマンリソースを訓練するためのデータを提供することに資することも可能となる。
また、上記した各工程での計算・処理、表示、シミュレーション及び全体の運転計画立案は、適切なプログラム又はソフトウエアに基づいてコンピュータにより実施される。
また、上記した各工程での計算・処理、表示、シミュレーション及び全体の運転計画立案は、適切なプログラム又はソフトウエアに基づいてコンピュータにより実施される。
Claims (7)
- 燃料貯蔵施設からせん断処理する燃料を選択する選択工程と、前記抽出された燃料の燃料処理順序を計算する計算工程と、前記計算された燃料処理順序を決定する工程と、前記決定された燃料処理順序に基づいて再処理工程の各設備における生産量、処理期間及び廃棄物の発生量を含む運転データを算出する算出工程と、前記各設備の運転計画を立案する工程と、前記立案された運転計画に承認を与える工程と、前記運転計画を表示する工程と、を有し、
前記算出工程において、運転データとして稼働率、試薬費、収益率、又は従事率をさらに算出することを特徴とする再処理工場における運転計画立案方法。 - 前記表示装置は、前記決定された燃料処理順序及び各設備の運転データを表示することを特徴とする請求項１記載の再処理工場における運転計画立案方法。
- 前記燃料処理順序を計算する計算工程及び燃料処理順序を決定する工程は、前記選択された燃料の核的制限値を評価する工程と、核分裂生成物の放出量を計算する工程と、ウラン、プルトニウムの生産量を計算する工程と、せん断処理工程における収益率を計算する工程と、１又は複数の燃料処理順序を優先順位を付して表示する表示工程と、前記表示された１又は複数の燃料処理順序から１の燃料処理順序を選択、決定する工程と、を有することを特徴とする請求項１又は２記載の再処理工場における運転計画立案方法。
- 前記表示工程において、前記複数の燃料処理順序を核的制限値、一定期間内の放出量又は収益率の観点から優先順位を付して表示することを特徴とする請求項３記載の再処理工場における運転計画立案方法。
- 前記燃料処理順序を計算する計算工程及び燃料処理順序を決定する工程において、一つの原子炉に装荷されていた燃料だけで燃料処理順序を決定できない場合、他の原子炉に装荷されていた燃料を混ぜて燃料処理順序を決定することを特徴とする請求項３記載の再処理工場における運転計画立案方法。
- 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の再処理工場における運転計画立案方法の各工程をコンピュータにより実行させるための再処理工場における運転計画立案プログラム。
- 燃料貯蔵施設からせん断する燃料を選択する選択工程と、前記抽出された燃料の燃料処理順序を計算する計算工程と、前記計算された燃料処理順序を決定する工程と、前記決定された燃料処理順序に基づいて再処理工程の各設備における生産量、処理期間及び廃棄物の発生量を含む運転データを算出する算出工程と、前記各設備の運転計画を立案する工程と、前記立案された運転計画に承認を与える工程と、前記運転計画を表示する工程と、を有し、
前記算出工程において、運転データとして稼働率、試薬費、収益率、又は従事率をさらに算出することを特徴とする再処理工場における運転計画立案システム。
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