KR101741718B1

KR101741718B1 - 핵발전소 냉각용 취수설비 및 이와 같은 설비를 포함한 핵발전소

Info

Publication number: KR101741718B1
Application number: KR1020157019239A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 르장드흐
Original assignee: 엘렉트리씨트 드 프랑스
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2017-05-30
Also published as: SA515360629B1; JP6240681B2; KR20150097695A; EP2936500A1; CN104995688A; BR112015014697A2; EP2936500B1; JP2016503164A; US20150310949A1; FR3000280B1; WO2014096725A1; FR3000280A1; ZA201504819B

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 양수장(10)이 물을 빨아들이는 집수조(2)를 구비하고, 핵발전소(1)의 하나 이상의 원자로 유닛(1A)의 적어도 하나의 열교환기(13) 기반의 냉각회로에 물을 공급할 수 있는 취수 설비에 관한 것이다. 상기 설비는 물(5)의 확장시 침수된 적어도 2개의 취수부(51,52)에 연결되며, 물을 공급하기 위해 집수조(2)와 소통하는 석션터널(3)을 더 구비한다. 석션터널(3)의 적어도 일부는 집수조(2)와 소통하는 2개의 단부들(31,32)을 갖는 루프를 형성한다. 본 발명은 또한 취수 설비뿐만 아니라 이런 설비를 포함하고, 선택적으로 동일한 집수조에 의해 물이 다수의 핵 원자로에 공급되는 핵발전소를 만드는 방법에 관한 것이다.

Description

핵발전소 냉각용 취수설비 및 이와 같은 설비를 포함한 핵발전소{Water intake installation for cooling a nuclear power plant, and nuclear power plant comprising such an installation}

본 발명은 물이 공급되고, 발전소의 적어도 하나의 양수장이 냉각회로내에 물을 순환시키기 위해 물을 끌어당기는 집수조를 구비하고, 바다, 호수, 강과 같은 수역에 침수된 적어도 2개의 취수부들에 연결되며, 물을 공급하기 위해 집수조와 소통하는 석션터널을 더 구비하는 핵발전소의 하나 이상의 원자로 유닛들의 적어도 하나의 열교환기 기반의 냉각회로용 취수설비에 관한 것이다.

열교환기 기반의 냉각회로는 대표적으로 증기를 액화시켜 액체상태로 복원된 물이 다시 2차회로의 증기발전기에 공급되도록 핵발전소의 원자로의 2차회로에서 터빈발전기를 나가는 증기를 냉각시키게 설계되어 있다. 증기발전기는 1차회로와 2차회로 간에 열교환에 의해 가압 1차회로로부터 열을 인출해 원자로를 냉각시킨다. 1차 및 2차회로는 유체식 폐쇄시스템인 반면, 열교환기기반의 냉각회로는 개방형이고 2차회로와 완전히 분리되어 있으며 2차회로는 차례로 1차회로와 완전히 분리되어 있다. 열교환기를 나간 물은 따라서 방사능이 없고 가령 회로에 물을 공급하는 수역으로 반환되게 인출될 수 있다.

상기 정의된 바와 같이 취수설비, 특히, 1990년에 미국 남부 뉴햄스피어의 해안 부근에 건설되고 위탁된 Seabrook 핵발전소가 알려져 있다. 상기 설비는 길이가 수 km이고, 단부가 해저 아래에 위치되며, 간격이 30미터 미만으로 이격된 3개의 규칙적으로 분포된 수직 석션샤프트에 연결된, 거의 곧은 하나의 석션터널을 구비한다. 각 석션샤프트는 해저 바로 위에 개방되고, 해수면 아래로 약 15미터에 위치된 상기 침수된 취수부들 중 하나를 형성하는 상부를 포함한다. 각 취수부는 바다사자들과 같이 큰 해양동물들이 석션터널에 들어와 내부에서 길을 잃게 되는 것을 막기 위한 크기의 그릴들이 끼워져 있다.

이 공지의 설비는 한 번의 고장으로 구성부품들 중 하나가 영향을 받더라도 안전 시스템이 기능을 수행할 수 있어야 하는 것을 명시하는 단일고장기준(single-failure criterion)을 완전히 충족하지 못한다. 이 기준은 일반적으로 중요한 안전 기능들에 있어 중복을 필요로 한다. 상기 설비는 3개 석션샤프트들 중 하나 또는 심지어 두 개가 고장이 나더라도, 가령 취수부에 직접 선박 침몰에 의해 샤프트의 취수부에 손상이 나더라도, 이 기준을 충족하나, 터널에 상당한 손상이 있을 때 집수조에 물을 정상적으로 계속 공급하도록 석션터널의 중복을 제공하지 않는다. 가령 터널의 한 구획에 명백히 예상 밖의 붕괴 시나리오의 경우에, 상당한 손상이 발생할 수 있다

취수부가 쓰나미 전에 노출된 채 있을 수 있도록 바다에서 상대적으로 얕은 깊이에 침수된 취소조에 연결되어 있는 지하 석션터널에 의해 물이 공급되는 집수조를 구비한 취수설비가 1984년 6월 17일자로 간행된 일본특허출원 No. JP60111089A에 또한 공지되어 있다. 이 참조문헌은 취수 및/또는 석션터널의 복제를 제공하지 않는다. 발전소가 쓰나미 또는 해일의 상당한 위험이 있는 영역의 해안 부근에 있는 경우, 종종 발전소를 보호하는 제방 아래를 지나는 지하 석션터널을 통해 집수조에 물이 공급된다.

터널내 붕괴 후 상기 터널에 적어도 부분적 장애가 있는 예시적인 경우에 단일고장기준을 만족하기 위해, 2개의 동일한 석션터널들의 나란히 배열된 설계를 제공할 수 있다. 그러나, 이 방안은 상당한 건설비를 필연적으로 포함한다.

본 발명은 상기 방안의 건설비보다 상당히 저렴한 건설비로 단일고장기준을 충족하는 취수설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 앞서 서문에 정의된 바와 같이 석션터널의 적어도 일부가 집수조와 소통하는 2개의 단부들을 갖는 루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 취수설비에 관한 것이다.

이들 배열로, 2개의 별도의 석션터널들이 필요 없이 단일고장기준을 충족할 수 있다. 이런 구성의 상당한 이점은 사용된 건설기술이 소정의 곡률로 터널을 형성하게 하면 석션터널이 단일 경로를 따라 터널굴착기(TBM)에 의해 파질 수 있다는 것이다. 하층토가 너무 단단하지 않은 지질학적 영역에 터널 위치를 선택함으로써, 단일 경로를 따라 터널을 파기 때문에 TBM은 하나의 커터 헤드를 이용하게 된다.

비교로, 각각 해저 아래에서 종료되는 2개의 별개의 석션터널들의 굴착은 터널을 파는 TBM을 회수하는 문제를 야기하고 모든 경우에서 커터 헤드는 해저 아래의 터널에 폐기되어야 하며, 이는 2개의 석션터널을 파기 위해 적어도 2개의 커터 헤드를 사용하는 것을 필요로 한다. 본 출원인은 서로 이격된 2개의 취수부들의 동일한 배열을 위한 터널 건설비의 비교 연구를 수행하였고, 본 발명의 방안은 일반적으로 루프형 터널의 총 길이가 2개의 평행한 별개의 석션 채널들의 총 길이보다 더 김에도 불구하고, 상당히 낮은 건설비를 제공한다고 여겨진다. 또한, 로봇 또는 다이버에 의한 검사와 보수작업은 2개의 별개의 석션터널들에 대해서보다 루프형 터널에 대해 더 빠르고 덜 비싼 것으로 판단된다. 예로서, 한 로봇이 터널의 일단에 도입되고, 전체 터널을 횡단하며 타단으로 나올 수 있기 때문에, 상기 로봇은 한 번의 작업으로 루프형 터널을 검사할 수 있다.

또한, 후술된 바와 같이, 가령 터널내 붕괴로 인해 야기된 국지적 장애의 경우, 루프형 석션터널에 연결된 2개의 취수부들은 집수조가 상기 2개의 취수부들에 의해 전반적으로 여전히 물을 공급받기에 충분하다. 이 구성은 안전성 면에서 2개의 별개의 석션터널들에 취수부가 각각 제공되는 배열과 2개의 터널들 중 하나의 국지적 장애가 수조에 해당 취수부에 의한 공급 상실을 의미하는 배열과 비교되는 이점이 있다.

본 발명에 따른 취수 설비의 이점적인 실시예에 따르면, 석션터널은 50미터 내지 300 미터의 곡률반경을 갖는 적어도 하나의 만곡부를 포함한다. 이런 배열은 전반적으로 터널 건설비가 2개의 별개의 석션터널을 파는데 드는 비용보다 낮도록 총 길이에 대해 한 경로를 따라 하나의 TBM에 의한 루프형 석션터널의 굴착을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 취수 설비의 다른 바람직한 실시예로, 하기의 배열들 중 하나 이상이 사용된다:

- 상기 만곡부는 적어도 반원으로 넓혀지는 원호를 형성한다;

- 상기 적어도 하나의 취수부는 수온이 연중 21℃ 미만, 바람직하게는 16℃ 미만으로 유지되도록 수역의 상기 깊이로 침수된다;

- 상기 취수 설비는 상기 수역에 침수된 적어도 2개의 취수부에 연결된 제 2 터널을 구비하고, 상기 제 2 터널은 집수조와 소통하는 2 단부들을 갖는 루프를 형성한다;

- 석션터널의 2 단부들 중 적어도 하나는 지면에서 개방된 경사부를 구비한 서비스 터널에 의해 확장되고, 상기 서비스 터널은 석션 터널을 굴착하는데 사용되는 터널굴착기(TBM)에 의해 굴착된다;

- 상기 적어도 2개의 침수된 취수부는 석션터널에 연결된 실질적으로 수직한 석션샤프트의 상단부에 위치되고 적어도 서로 100m 이격된다;

- 집수조가 채널의 하단부에 위치해 있고, 상기 채널은 상기 수역과 소통하는 취수부를 구비하며, 취수 설비는 채널의 상기 하단부와 상기 취수부 간에 분리를 형성하는 적어도 하나의 벽을 구비하여 집수조의 물이 채널의 상기 취수부의 물과 섞이지 않게 된다;

- 집수조는 실질적으로 방수커버장치로 덮이며, 집수조와 상기 집수조 외부 환경 간에 조준된 개구들이 상기 방수커버장치에 또는 부근에 형성되어 상기 수역에서 수위의 이상(異常) 상승으로 인해 집수조가 완전히 채워질 때 집수조에서 상기 외부 환경으로 물의 제한된 흐름을 가능하게 한다;

- 석션터널에 의해 형성된 루프의 2개 단부들이 하나의 전반적으로 수직한 통로를 통해 집수조와 소통하는 동일한 지하공동에 위치된다.

본 발명은 또한 적어도 하나의 원자로 유닛과 본 발명에 따른 취수 설비를 구비하는 핵발전소로서, 석션터널과 상기 취수부들 각각은 석션터널의 2개 단부들 중 어느 하나만으로 그리고 상기 취수부들 중 하나만으로 집수조에 물의 공급이 상기 하나의 원자로 유닛 또는 발전소의 모든 원자로 유닛들의 정상동작 동안 상기 설비의 모든 양수장들에 물을 공급하기에 충분해지는 크기로 되는 핵발전소에 관한 것이다. 적어도 2개의 원자로 유닛들을 구비하는 핵발전소의 경우, 상기 집수조는 원자로 유닛에 각각 할당된 복수의 양수장들에 물을 공급하도록 이점적으로 적용될 수 있다.

본 발명은 또한 적어도 2개의 원자로 유닛들과 본 발명에 따른 취수 설비를 구비하는 핵발전소로서, 취수 설비는 루프를 형성하고 집수조와 소통하는 2개의 단부들을 갖는 적어도 제 2 석션터널을 구비하는 핵발전소에 관한 것이다.

본 발명은 또한 기설정된 경로를 따라 TBM에 의해 석션터널의 굴착단계를 실행하는 본 발명에 따른 취수 설비를 만드는 방법으로서,

상기 굴착단계는 연이어 하기에:

- TBM이 집수조의 제 1 영역 아래 기설정된 깊이로, 터널에 의해 형성된 루프의 제 1 단부를 구성하는 제 1 지하영역에 도달할 때까지 지면 시작영역으로부터 하방으로 경사진 제 1 석션터널을 굴착하고,

- TBM이 수역을 향해 지향된 제 2 섹션을 형성한 후 제 3 원호 섹션과 뒤이어 발전소를 향해 지향된 제 4 섹션을 형성하도록 터널을 계속 굴착하며, 상기 제 4 섹션은 집수조의 제 2 영역 아래에 기설정된 깊이에 위치된 제 2 지하영역에 도달하고, 상기 제 2 지하영역은 터널에 의해 형성된 루프의 제 2 단부를 구성하는 2개의 단계들을 포함하며,

상기 제 1 지하영역을 집수조의 상기 제 1 영역에 연결하는 전반적으로 수직한 제 1 통로가 굴착되고, 상기 제 2 지하영역을 집수조의 상기 제 2 영역에 연결하는 전반적으로 수직한 제 2 통로가 굴착되는 취수 설비를 만드는 방법에 관한 것이다.

상기 굴착단계는 TBM이 상기 제 2 지하영역으로부터 TMB이 터널로부터 출현하는 지면 종료영역까지 상방으로 경사진 부분을 구비하는 터널의 제 5 섹션을 굴착하는 제 3 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 도면을 참조로 하기의 몇몇 비제한적인 예시적인 실시예들의 설명으로 명백해진다:
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 취수 설비를 구현하기 위해 변형된 해안가의 핵발전소의 평면도를 개략 도시한 것으로, 설비에서 순환하는 물의 흐름은 발전소의 정상동작을 나타내고 있다.
도 2는 도 1의 핵발전소의 평면도를 개략 도시한 것으로, 설비에서 순환하는 물의 흐름은 붕괴 후에 석션터널의 저하된 동작을 나타내고, 이 상황은 여전히 발전소의 정상 동작이 계속되게 한다.
도 3은 도 1에 도시된 취수 설비의 부분 측면도뿐만 아니라 설계시 고려되는 다른 조수 수위를 개략 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 취수 설비의 향상의 부분 측면도를 개략 도시한 것이다.
도 5는 조수에 노출될 수 있고, 다른 수위도 설계시 고려되는 핵발전소용 취수 설비의 부분 측면도를 개략 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 취수 설비를 구현하기 위해 변형된 도 1의 핵발전소의 평면도를 개략 도시한 것이다.
도 7은 동일한 집수조에 의해 물이 공급되는 2개의 원자로 유닛들과 하나의 석션터널을 갖는 본 발명에 따른 취수 설비를 구비하는 핵발전소의 평면도를 개략 도시한 것이다.
도 8은 동일한 집수조에 의해 물이 공급되는 적어도 3개의 원자로 유닛들과 두 개의 석션터널들을 갖는 본 발명에 따른 취수 설비를 구비하는 핵발전소의 평면도를 개략 도시한 것이다.
도 9는 하나의 집수조에 의해 물이 공급되고, 루프를 형성하는 부분의 2 단부들이 집수조에서 떨어져 있는 석션터널을 갖는 본 발명에 따른 취수 설비를 구비하는 핵발전소의 평면도를 개략 도시한 것이다.

도 1, 2, 및 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 동일한 취수 설비를 나타내고 하기에서 함께 언급된다. 취수 설비는 해안가 핵발전소(1)의 부지에 설비되고, 발전소 양수장(10)이 찬 물을 발전소의 적어도 하나의 열교환기 기반의 냉각회로에 공급하는 집수조(2)의 수온을 크게 낮추기 위해 기존 설비를 변형한다.

집수조(2)는 바다(5)와 소통하는 취수부(60)를 구비하는 채널(6)의 하단부(63)에 위치된다. 채널(6)은 상기 채널과 해안선(5B) 간에 제방(61)에 의해 바다로부터 보호된다. 상기 변형 전에, 집수조는 취수부(60)와 소통되었고 이에 따라 채널에 의해 물이 공급되었다. 양수장(10)에 들어온 물은 따라서 실질적으로 해안의 표층수와 동일한 온도였다.

변형된 설비는 가령 댐 벽의 형태로 벽(62)을 구비하며, 이는 하단부(63)와 채널의 취수부(60) 간에 분리를 형성하므로, 집수조(2)에서 나온 물은 채널의 취수부의 물과 섞이지 않거나 사실상 섞이지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이 집수조의 바닥에 개방된 전반적으로 수직 통로(7)로 각각 형성된 2개의 샤프트를 통해 집수조와 소통하는 지하 석션터널(3)을 통해 물이 집수조(2)에 공급된다.

예시를 위해 석션터널(3)을 도 1 및 도 2에서 볼 수 있으나, 이 터널은 해저 아래에 매립되어 있어 바다에서 볼 수 없다. 터널(3)은 집수조에 있는 물이 초과하지 않아야 하는 최대 온도를 기초로 결정되는 해수면 아래 깊이(프랑스어로 MSL)에 닿도록 해저 아래를 지나며 해안선으로부터 소정 거리로 뻗어 있다. 열교환기 기반의 냉각회로에 대한 저온 소스의 타입이 무엇이든 간에, 발전소의 2차회로의 효율(η)은 열 교환기에 들어가는 수온을 의미하는 저온 소스의 온도(Tf)에 따르며, 다음과 같이 정의된다:

η = (Tc - Tf)/Tc

Tc는 열 교환기를 나가는 수온을 의미하는 고온 소스의 온도다. 따라서, 효율(η)은 저온 소스의 온도(Tf)가 감소함에 따라 증가한다.

기존 설비의 2차회로의 효율을 향상시키기 위해, 또는 새 핵발전소 계획시, 열교환기의 설계 및 정상동작 요건뿐만 아니라 설비의 열화 동작은 저온 소스가 초과되지 않아야 하는 온도를 지시한다.

수역의 특성과 발전소가 설비되는 지역에 따라, 저온 소스의 이 최대 온도는 지하 석션터널과 소통하는 취수부가 적어도 기설정된 최소 깊이와 동일한 깊이에 배치되어야 하는 것을 의미한다. 예컨대, 지중해에 인접한 지역에 건설되는 발전소에 대해, 저온 소스의 최대 온도가 20℃로 설정되도록 냉각 시스템이 소정 크기로 만들어지면, 취수부의 최소 깊이는 수온약층에 있는 해수면 아래 약 35미터이다. 이는 연중 주기 중 바다가 가장 따뜻할 때, 일반적으로 8월과 9월 동안, 수온이 20℃를 결코 초과하지 않게 약 35미터 아래로 내려가야만 하는 것을 의미한다.

핵원자로용 냉각 시스템은 운전 동안 시스템에 대해 명시된 최대 온도보다 낮은 저온 소스의 최적 온도를 특징으로 한다. 예컨대, 최대 저온소스 온도가 20℃로 설정되면, 최적 동작온도는 약 15℃일 수 있다. 연중 특정 주기(가령, 월(月))를 각각 나타내고 소정 깊이와 상기 소정 깊이에서 수온 간의 관계를 도시한 곡선을 의미하는 바다에 대한 수온약층 곡선을 기초로, 수온이 15℃를 결코 초과하지 않게 여전히 수온약층 내에 있는 70m 깊이에 도달해야 한다고 판단할 수 있다. 이런 깊이에서, 수온은 연중 거의 변하지 않고, 가령 가장 추운 달 동안 13℃ 아래로 떨어지지 않을 것이다. 효율에 있어 향상이 적은데 비해 터널 건설의 추가 비용이 너무 커질 수 있기 때문에, 효율을 더 향상시키기 위해 이 예에서 70미터보다 더 큰 깊이에서 물을 끌어들이는 것은 부적당한 것이 명백하다.

취수 설비를 건설하는 비용과 설비에 대한 예상 효율 간에 최상의 균형을 얻는 깊이는 다른 깊이에서 석션터널(3)의 건설비용에 대한 평가를 알면서 또한 저온 소스의 온도에 따른 설비의 효율을 알고 바다에 대한 수온약층 곡선을 이용함으로써 결정될 수 있다.

바다 옆의 새 핵발전소의 경우, 이 건설비용은 채널에 의해 집수조의 물이 제공되는 종래 냉각 시스템을 갖는 발전소를 건설하는 비용과 비교된다. 본 발명에 따른 냉각 시스템을 갖는 새 발전소는 일반적으로 석션터널의 건설로 인해 전체적으로 더 고가일 것이다. 그러나, 저온 소스의 최대 온도의 감소로 인해 더 작은 치수가 될 수 있는, 특히 관련된 토목공사를 포함한, 열 교환기 및 순환펌프에 있어 절감이 이루어질 것이다. 또한, 더 먼 깊이에서 물을 인출하는 것은 화학제, 식물(해조류), 또는 부유물질과 같은 다양한 오염물질을 없애고, 이는 여과 시스템을 간략히하고 이들의 건설과 유지보수 비용을 절감한다.

따라서, 본 발명에 따른 냉각 시스템을 갖는 새 발전소에 대한 추가 건설비는 반드시 아주 높을 필요가 없다. 또한, 지역에 따라, 연중 일부 또는 연중 내내 동안 발전소 효율을 향상시키는 것은 특히 바다의 표면온도가 종종 25℃를 초과하는 지역에서 더 큰 영업마진을 발생하도록 돕고 따라서 설비의 비용효과성을 향상시킨다. 그러므로 추가 건설비는 발전소의 예상 사용수명에 비해 상대적으로 신속한 설비의 향상된 효율로 인해 상쇄될 수 있으며, 이는 장기에 걸쳐 또는 장기간으로 보면 건설 및 운영을 포함한 총 비용이 줄어들게 된다.

도 1에 도시된 실시예에서, 석션터널(3)은 해수면 아래 약 40미터 깊이의 해저 아래에 놓이고, 적어도 100미터의 거리(D)만큼 서로 이격된 2개의 취수부(51 및 52)에 연결된다. 적어도 100미터의 거리는 2개 취수부들이 동시에 고장날 위험성을 최소화한다. 예컨대, 이들의 이격거리로 인해 취수부 부근에 선박 침몰로 양 취수부(51 및 52)가 손상을 입는 것은 극히 드물다. 각 취수부는 석션터널(3)로 침전물의 흡입을 방지하기 위해 해저 위로 수 미터에 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 석션터널에 연결된 실질적으로 수직 석션샤프트(8)의 상단에 위치해 있다. 해수면(L₀) 아래 취수부(51 또는 52)의 깊이(H)는 취수 설비의 건설비와 상기 설비의 예상 효율 간에 최상의 균형을 얻기 위해 상술한 바와 같이 결정될 수 있다.

석션터널(3)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 각각 집수조(2)와 소통하는 2개의 단부들(31 및 32)을 갖는 루프를 형성한다. 터널 루프의 각 단부(31 및 32)는 집수조의 각각의 대응영역(21 또는 22) 아래에 수직으로 위치해 있고 전반적인 수직통로(7)를 통해 집수조와 소통한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 터널 루프의 각 단부(31 및 32)는 터널로 흡입될 수 있는 임의의 침전물(17)을 엘보우의 하단에 가두는 것을 돕는 수직통로(7)를 갖는 엘보우를 형성할 수 있다. 집수조에 도달하기 전에 회로에 불필요한 손실 수두(head loss)를 방지하기 위해, 수직통로(7)의 내직경은 바람직하게는 터널(3)의 내직경보다 적다. 터널의 내직경은 가령 약 5미터이다.

석션터널(3)에 의해 형성된 루프는 수평면에 놓이고, 이로써 비탈사면에 토사의 이동과 굴착을 관리할 필요성을 없앰으로써 건설동안 루프를 따라 TBM의 공사를 용이하게 한다. 그러나, 가령 특정 하층토 지질에 맞게 루프에 경사부를 갖는 것이 생각될 수 있다. 석션샤프트(8)를 향한 아주 약간의 상방 경사로, 가령 핵발전소 셧다운 동안 예외적인 수리를 위해 필요하다면, 취수부(51 및 52)를 먼저 폐쇄한 후 루프의 단부들(31 및 32) 밖으로 물을 펌핑함으로써, 단부들(31 및 32)은 터널의 가장 낮은 지점들이 되기 때문에 터널에서 물을 빼는 것이 가능해 진다. 그러나, 후술된 바와 같이, 터널 설계는 터널에 손상이 있을 때 보수를 수행하기 위해 통상 물을 배수할 필요가 없다. 반대로, 석션샤프트(8)를 향한 가령 10°내지 20°사이의 경사를 갖는 하방 경사는 각 수직통로(7)의 필요한 높이를 줄이고 회로의 총 길이를 다소 단축할 것이다. TBM 굴착기술의 현재 상태로, 실질적으로 수평면으로 터널 루프를 굴착하는 것이 가장 단순한 방안인 것 같다.

석션터널(3)은 50미터 내지 300미터의 곡률반경(R)을 갖는 만곡부(3C)를 갖는다. 이점적으로, 이 만곡부(3C)는 중심(C)과 반경(R)을 갖는 원호를 이루며, 루프의 단부들(31 및 32)이 상대적으로 가깝거나 심지어 일치할 수 있는 것을 고려해(도 6 참조) 터널의 총 길이를 최소화하도록 반원보다 더 크게 넓혀 진다. 적어도 하나의 만곡부를 갖는 터널은 현재 TBM 굴착기술을 이용해 TBM에 의해 굴착된 벽들에 대한 보강 세그먼트들로 구성될 수 있다. 보강 세그먼트들은 각각 저항력이 있고 콘크리트 블록으로서 수행된다. 환형인 것을 의미하는 360°확장한 보강모듈을 만들기 위해, 4개의 동일 세그먼트들과 키스톤(keystone)을 형성하는 추가 세그먼트를 이용할 수 있고, 이들 세그먼트들은 엘라스토머 씰에 의해 상호연결된다. 보강모듈의 길이는 5미터의 내직경에 대해 가령 약 1 내지 2 미터이다.

터널을 따라 연속한 보강모듈들도 또한 엘라스토머 씰에 의해 상호연결되고, 2개의 연속 키스톤들이 정렬되지 않도록 모듈의 축 주위로 비스듬히 쌍으로 오프세트된다. 엘라스토머 씰에 의한 연결의 상대적 유연성은 또한 2개의 연속 모듈들 간에 약간의 오정렬을 야기하며, 이는 소정의 곡률을 갖는 적어도 하나의 터널부를 건설하게 한다. 차량교통용으로 의도된 터널에 대한 현재 기술은 조립된 세그먼트들에 의해 제공된 터널 벽의 기계적 강도에 손상을 주지 않으면서 약 150미터의 곡률반경을 가능하게 한다. 본 명세서에 상술된 바와 같은 석션터널에 대해, 특히 터널이 물로 채워지고 나면 기계적 스트레스가 약간 더 낮기 때문에, 더 작은 곡률반경이 가능하다.

하기의 단계를 연이어 실행하는 TBM에 의해 석션터널(3)의 굴착이 수행될 수 있다. 제 1 단계로, TBM은 집수조(2)와 원자로 유닛(1A)에서 떨어져 위치된 지면 시작영역(35)에 배치되고, 집수조에 대한 지면 시작영역의 거리는 TBM이 집수조 아래로 통과해야 하는 깊이의 함수이다. TBM은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 집수조의 제 1 구역(21) 아래 소정 깊이로 제 1 지하영역(3A1)에 도달할 때까지 해수를 향해 아래로 경사진 터널의 제 1 섹션(3A)을 판다. 제 1 지하영역(3A1)은 터널에 의해 형성된 루프의 제 1 단부(31)를 구성한다. 터널의 루프를 형성하는 제 2 단계로, TBM은 침수된 제 1 취수조(51)가 위치될 곳을 향해 실질적으로 지향된 제 2 섹션(3B)을 형성하고 그런 후 제 1 취수조(51)의 의도된 위치 아래에 그리고 제 2 취수조(52)의 의도된 위치 아래를 지나는 제 3 원호 섹션(3C)을 형성한 다음 발전소(1)를 향해 지향된 제 4 섹션(3D)을 형성하도록 계속 터널을 판다. 제 4 섹션(3D)은 집수조의 제 2 영역(22) 아래에 기설정된 깊이에 위치된 제 2 지하영역(3A2)에 도달하도록 되어 있다. 제 2 지하영역(3A2)은 터널에 의해 형성된 루프의 제 2 단부(32)를 구성하고 제 1 지하영역(3A1)과 실질적으로 동일한 깊이에 위치해 있다.

제 3 굴착단계 동안, TBM은 제 2 지하영역(3A2)으로부터 TBM이 통해 나갈 수 있는 지면 종료영역(36)까지 위로 경사진 터널의 제 5 섹션(3E)을 판다. 이 제 3 단계는 터널의 형성에 중요한 것이 아님에 유의하라. 가령 TBM은 제 2 지하영역(3A2)을 판 후 커터 헤드를 폐기하고 그런 후 지면 시작영역(35)에 나오기 위해 터널을 통해 후진하도록 정해질 수 있다. 터널의 제 1 섹션(3A) 또는 제 5 섹션(3E)의 굴착은 특히 핵시설 아래 지질이 약해지지 않게 행해져야 한다. 따라서, 이들 터널 섹션들은 원자로 유닛의 민감한 시스템들로부터 떨어진 영역들 아래를 지나는 것이 아주 바람직하다.

집수조(2)를 터널에 의해 형성된 루프의 제 1 및 제 2 단부(31 및 32)에 연결시키기 위해, 제 1 지하영역(3A1)을 집수조의 제 1 영역(21)에 연결하는 전반적인 제 1 수직통로(7)가 파지고, 제 2 지하영역(3A2)을 집수조의 제 2 영역(22)에 연결하는 전반적인 제 2 수직통로(7)가 파진다. 이들 통로들(7)의 벽은 콘크리트로 덮이거나, 금속 튜브들에 의해 정의될 수 있다. 제 1 및 제 2 통로들(7)은 터널의 굴착 전후 또는 굴착 동안 파질 수 있다. 도 3에 도시된 실시예의 경우에서와 같이, 터널의 각각의 제 1 및 제 5 섹션들(3A 및 3E) 중 적어도 하나는 굴착 후 재봉쇄될 수 있다. 이는 또한, 도 4에 도시되고 하기의 설명에 언급된 실시예의 경우에서와 같이, 제 1 및 제 5 섹션들(3A 및 3E) 중 적어도 하나를 보유하고 터널 검사 및 보수를 위한 쉬운 접근을 제공하는 서비스 터널을 만들기 위해 콘크리트로 벽을 덮을 수 있다.

대안으로, 전반적으로 수직 통로(7)에 대한 샤프트를 굴착한 후에 석션터널(3)이 굴착될 수 있고, 샤프트의 하단까지 연이은 요소들, 특히 드릴링부에 이어 차량들을 내려보냄으로써 TBM의 배치가 행해질 수 있다. 따라서, 상기 섹션(3A)과 같은 터널의 제 1 하향 경사부를 반드시 팔 필요가 없다.

뒤이어 나오는 부분에서, 수역(5)은 조수의 지배를 받는 바다로 가정된다. 상술한 실시예는 수위에 상당한 변화가 없는 수역에 또한 적합한 것으로 이해된다. 통로(7)의 각 벽은 가장 큰 조석상수 동안 실질적으로 가장 낮은 간조의 수위(L_L) 아래인 수위에서 집수조(2)에 개방된다(도 3 참조). 실제로, 바다에서 인출된 물을 집수조에 공급하는 것은 대기압으로 인한 수위들의 평형에 의해 달성된다. 석션샤프트(8)와 터널에 손실 수두가 있으면, 집수조에서 물의 수위(L₂)는 취수부(51 및 52) 위에 측정된 수위(L₁) 아래로 수 cm 또는 수십 cm일 수 있는 높이에 위치되고 해당 수위(L₁)는 너울파의 마루와 골 사이의 평균이다. 수위(L₁)가 가장 낮은 간조 수위(L_L)에 도달하면, 집수조에서의 수위(L₂)는 양수장(10)에서 펌프들의 정상동작으로 집수조가 점점 비어지는 것을 막기 위해 통로(7)의 마우스(7E) 위로 소정 높이에 있어야 하는 수위(L_2L)에 도달한다. 집수조의 높이로 인해 수위(L₁)가 가장 큰 조석상수의 수위(L_H)에 도달할 경우 물이 집수조를 흘러넘치지 않게 된다.

이점적으로, 가령 쓰나미가 일어나기 쉬운 지역의 해안 가장자리에서 발생할 수 있기 때문에 수역(5)이 수위(L_L) 아래로 예외적으로 내려갈 경우, 물의 보유가 집수조에 여전히 이용될 수 있도록, 통로(7)의 마우스(7E)는 집수조의 하단(2B) 위로 기설정된 높이에 위치된다. 이는 원자로 유닛에 의한 발전을 중단하고 펌프에 물을 공급하는데 있어 전혀 중단 없이 양수장(10)에서 정상적으로 동작하는 펌프들로부터 백업 펌프들로 전환할 시간을 제공한다.

핵발전소(1)의 원자로 유닛(1A)의 정상 동작 동안 그리고 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 완전히 동작하는 석션터널(3)과 함께, 취수부(51 및 52)는 터널이 양수장(10)의 유속의 함수인 속도로 흐르는 각각의 스트림(I₁ 및 I₂)에 물을 당기게 한다. 정상동작 동안 원자로 유닛(1A)은 전속력으로 냉각시키기 위해 가령 초당 약 70㎥의 물을 필요로 하면, 각 스트림(I₁ 및 I₂)의 유속은 초당 약 35㎥이다. 더욱이, 공지의 방식으로, 양수장은 열교환기 기반의 냉각회로를 나가는 물을 취수부로부터 떨어져 위치된 방출 마우스(41)로 안내되는 유출터널(4)에 순환시키는 펌프를 구비한다. 유출터널(4)에 의해 방출된 물의 스트림(I_R)의 유속은 통상적으로 스트림(I₁ 및 I₂)의 유속의 합과 같다.

터널(3)에 대한 국지적 손상의 경우, 가령, 도 2에 개략 도시된 바와 같이 붕괴된 터널의 영역(55)에서, 상술한 바와 같이 터널 벽의 보강 세그먼트들은 터널에 횡방향으로 이동될 수 있다. 이로 인해 터널의 내부 횡단면이 국소적으로 협소해질 수 있다. 본 출원인이 행한 연구에 따르면 약 5미터의 내직경을 갖는 터널에 대해 붕괴가 가장 심각한 경우, 손상된 영역 내에서 터널의 내부 횡단면은 양수장(10)에서 백업 펌프들이 필요로 하는 백업 유량보다 적어도 초당 5㎥ 이상의 물의 유량을 가능하게 할 정도로 충분히 유지될 것이라는 가정이 가능하다. 전기 발생이 중단된 원자로 유닛의 양수장의 물 공급요건을 커버하는데 대개 초당 약 4㎥ 의 물의 백업 유량이면 충분하다.

도 2에 도시된 경우에서, 터널의 단 하나의 섹션만이 붕괴된 영역(55)을 갖는다. 심지어 터널의 내부 횡단면이 붕괴된 영역(55)내에 크게 감소된 것으로 가정하더라도, 원자로 유닛(1A)은 정상동작을 계속할 수 있다. 도시된 예에서, 정상동작 동안 양수장(10)의 유량은 초당 약 70㎥의 물이며, 이는 터널의 암마다 초당 약 35㎥의 물을 의미한다. 심지어 붕괴된 영역(55)은 제 2 취수부(52)와 제 2 단부(32) 간의 터널의 암에 초당 약 5㎥의 물만을 흐르게 한다고 가정하면, 제 2 취수부(52)에서 루프의 제 1 단부(31)까지 터널 루프의 일부에 손상이 없고 초당 약 70㎥의 물의 요구되는 유량으로 집수조(2)에 물을 공급하게 한다.

2개의 취수부(51 및 52)에 손상이 없기 때문에, 집수조(2)에 공급 유량은 각 취수부에서 대략 동일하게 배포되므로, 각 스트림(I₁ 및 I₂)은 초당 약 70㎥의 물의 집수조 유량에 대해 초당 약 35㎥이다. 또한, 2개의 취수부(51 및 52) 중 하나가 손상되었다고 가정하면, 취수 설비는 다른 취수부(51 또는 52)가 원자로 유닛의 계속적인 정상동작에 필요로 하는 유량을 단독으로 제공할 수 있도록 설계되어 있다. 각 취수부(51 및 52) 및 관련된 석션샤프트(8)의 크기가 이에 따라 결정된다. 따라서, 열화된 것으로 기술될 수 있는 모드로 동작하는 석션터널(3)에도 불구하고, 원자로 유닛(1A)은 계속 정상적으로 동작할 수 있다.

취수 설비의 이와 같은 설계는 다수의 원자로 유닛들에 대한 냉각 회로들에 동일한 집수조에서 나온 물이 공급되는 발전소(1)의 구성에 또한 적용될 수 있다. 이런 구성의 일예가 도 7에 도시되어 있고, 하기에 더 논의된다. 일반적으로, 석션터널(3)과 취수조(51 및 52) 각각은 2개의 단부들(31 및 32) 중 어느 하나로만 그리고 취수조들 중 하나로만 집수조에 물의 공급은 발전소의 모든 원자로 유닛들의 정상동작 동안 취수 설비의 모든 양수장(10)에 물을 공급하는데 충분한 크기로 된다.

터널에 의해 물이 공급된 원자로 유닛 또는 유닛들의 정상동작을 중단함이 없이 터널에 소정의 유지보수와 수리작업을 수행하면서 안정성을 극대화하는 것을 노릴 수 있다. 예컨대, 원자로 유닛(1A)을 셧다운 시키지 않고도 터널의 붕괴영역(55)을 수리하고, 상기 영역(55)에서 원래 내부 횡단면과 동일한 터널의 내부 횡단면을 복원하기 위해, 터널 건설 동안 취수부(51 및 52)에 연결된 석션샤프트(8)에 인접한 게이트 밸브(56)를 몇몇 터널 섹션들에 설비할 수 있다. 이런 게이트 밸브(56)는 터널의 일측을 따라 오목부에 배열되고, 안전장치가 활동해제된 후 다이버 또는 수중 로봇에 의해 터널 외부로부터 조작할 수 있는 힌지형 도어일 수 있다. 게이트 밸브에 접근하기 위해 석션샤프트(8)에 인접한 유지보수 샤프트가 제공될 수 있다.

도 2의 예에서, 취수부(52)의 석션샤프트에 인접한 게이트 밸브(56)는 유수량이 루프의 단부(32)에 연결된 통로(7)에서 실질적으로 감소된 것을 임의의 적절한 수단에 의해 감지된 후 닫힌다. 이 게이트 밸브(56)를 닫음으로써 터널 섹션을 감시 및 수리하기 위해 서비스 터널(3E)로부터 터널 섹션(3D)으로 들어가는 로봇, 다이버, 또는 장비가 취수부(52)의 석션샤프트에 도달해 스트림(I₂)에 해당하는 물을 당김으로 인해 터널의 섹션(3B)으로 이동될 위험이 제거된다. 일단 제 1 취수부(51)와 제 1 단부(31) 간에 터널의 암에서, 흡수류의 흐름이 배가되면, 다이버는 특히 집수조의 여과시스템(12)으로 당겨질 수 있다(도 3을 참조). 이런 게이트 밸브(56)는 반드시 유밀할 필요가 없으며, 붕괴영역(55) 너머로 훨씬 멀리 이동되는 물체 또는 사람을 유지시키는데 맞는 크기의 그릴을 포함할 수 있다. 그러나, 상대적으로 유밀 게이트 밸브(56)는 제 2 취수조(52)와 루프의 제 2 단부(32) 간에 물의 흐름을 크게 제한하게 하며, 이는 수류의 간섭 없이 붕괴영역(55)내 수리를 수행하는 이점이 있을 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, TBM에 의해 굴착된 제 1 및 제 5 섹션(3A 및 3E)은 터널 루프의 제 1 및 제 2 단부(31 및 32) 각각에 지면에 대한 접근을 위해 제 1 및 제 2 서비스 터널을 제공하도록 유지되어 있다. 도 4에서, 제 5 섹션(3E)은 제 1 섹션(3A) 뒤에 위치해 있고 특히 가상선으로 표시되어 있다. 2개의 서비스 터널들의 치수는 동일할 수 있다. 터널 벽은 터널을 따라 이 용도로 제공된 가이드 레일 또는 트랙 상에 이동하는 적어도 하나의 자동 수중차량(16)에 의해 감시되도록 배열될 수 있고, 감시 차량은 가령 스포트라이트 및 이미지 캡쳐 디바이스가 탑재되어 있고 가능하게는 통제실과 소통할 수 있다. 터널의 완전한 감시는 제 1 서비스 터널(3A)에 의해 감시 차량(16)을 도입하고 제 2 서비스 터널(3B)에 의해 차량을 옮김으로써 수행될 수 있다.

터널 감시동작은 양수장(10)의 정상 동작 펌프들로부터 집수조(2)에 정상적인 흡입 동안 달성될 수 있도록 배열될 수 있으나, 감시 차량(16)은 가령 초당 약 35㎥의 물의 흡수류에 대해 터널의 제 1 암으로 올라가야 하며, 이는 약 5m의 터널의 유효직경에 대해 초당 약 1.8m의 유속에 해당한다. 따라서, 감시 차량(16)의 권한과 자율성은 이에 따라 적용되어야 한다. 가능한 정도로, 원자로 유닛의 발전이 셧다운 되고 물이 집수조와 관련된 양수장(10)의 백업 펌프에 의해 단지 펌핑되는 상태 동안 터널의 완전한 감시를 수행하는 것이 바람직하다. 물의 흡수류(I_ls)는 그런 후 터널의 각 암에 대해 가령 초당 약 2㎥의 물이 감소되며, 이는 매우 낮은 초당 약 0.1m의 유속을 의미한다. 수류를 아주 적게 당기는 이런 조건 하에서, 다이버는 수류에 의해 멀리 쓸려갈 위험 없이 무사히 작업할 수 있다.

제 1 및 제 2 서비스 터널(3A 및 3E)은 제 1 및 제 2 지하영역(3A1 및 3A2)과 각각 연결된다. 각 지면 시작영역 또는 종료영역(35 또는 36)에서, 서비스 터널내 물은 집수조의 수위(L₂)에 실질적으로 해당하는 수위(L₃)를 갖는다. 고수위(L₃)로 인해 발전소가 잠기지 않도록 올라간 지면 영역(35 또는 36)이 제공될 수 있다. 반대로, 지면 영역(35 또는 36)의 위치에서, 서비스 터널 단부는 도 4에 도시된 실시예의 경우와 같이 가장 큰 조석상수 동안 가장 높은 만조 수위(L_H)보다 훨씬 더 낮은 고도에서 개방되면, 위치가 만조 동안 잠길 수 있다. 서비스 터널에서 게이트 밸브(15), 터널의 측면을 따라 오목부에 배열되고 다이버에 의해 가령 터널 내부로부터 동작될 수 있는 가령 힌지형 도어를 제공할 수 있다. 게이트 밸브(15)는 서비스 터널에서 물의 수위(L₃)가 해당주기 동안 간조 수위를 실질적으로 초과하지 않을 것을 의미하는 검사장치로서 기능할 수 있다. 게이트 밸브(15)의 방수는 반드시 아주 양호할 필요가 없다. 가능한 영역(35 또는 36)의 범람을 방지하기 위해 충분히 낮은 조수에서도 검사차량(16) 또는 다이버가 통과하게 게이트 밸브(15)의 강제 개방이 수행될 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 취수 설비는 물의 이상(異常) 상승을 경험할 것 같은 수역 옆에 위치한 핵발전소에 적용될 수 있다. 물의 이상 상승은 가령 쓰나미, 또는 강의 범람에 의해 야기된 것으로 해일을 의미하는 것으로 이해된다. 도 1에 도시된 설비와 같은 취수 설비는 상대적으로 물의 이상 상승을 견디기 위한 소수의 배열을 필요로 한다. 제방(61)은 추정 높이(L_1P)의 가장 높은 파도에 의해 범람되는 것을 막는데 충분한 높이로 되어야 한다(도 5 참조). 더욱이, 제방(61)은 발전소를 완전히 보호해야 하며, 따라서 가령 채널을 통해 바다로 개방되는 어떠한 문제도 더 이상 없다.

집수조(2)의 제어되지 못한 범람을 방지하기 위해, 집수조는 기본적으로 방수커버(25)를 형성한 장치에 의해 덮인다. 조준된 개구들(26)이 커버(25)에 또는 부근에, 집수조와 집수조의 외부환경 사이의, 가령 집수조의 측벽에 형성될 수 있다. 이런 식으로, 집수조가 물의 이상 상승으로 인해 완전히 채워지면, 조준된 개구들(26)은 가능하게는 바다로 방출 전에 이 흐름을 중간 방출영역으로 보내며 집수조로부터 외부 환경으로 물(I_p)의 제한된 흐름을 가능하게 한다.

커버(25)에서 집수조(2)내 수압은 특히 커버(25)의 고도에 해당하는 기준 수위(L₂₅)에 대한 취수부(51 및 52) 위에 수직으로 바다의 높이(H_p)의 함수이다. 조준된 개구들(26)을 통과하는 수류(I_p)에 따라, 집수조(2)는 다소간 감압될 것이다. 개구(26)들이 없어도 가능하나, 집수조(2), 커버(25), 및 여과시스템(12)의 구조는 추가 압력을 견뎌야 할 것이다. 약 10m의 높이(H_p)는 가령 터널에서 수두 손실로 인해 오프세트된 화살표로 표시된 위치에서 커버(25) 밑에 가해지는 1 bar에 가까운 압력을 포함할 것이다. 더욱이, 수위 상승이 쓰나미로 인한 경우이고 쓰나미에 앞서 지진이 발전소에 어떠한 영향도 끼치지 않으면, 원자로 유닛을 셧다운시킬 수 없고 따라서 수위 상승 동안 양수장(10)의 정상동작 펌프를 셧다운 시킬 수 없다.

도 5를 참조로 상술한 취수 설비를 배열할 수 있어, 지면으로부터 터널 루프에 접근하기 위해 적어도 하나의 서비스 터널을 갖는 것과 관련해 도 4를 참조로 상술한 실시예를 구현하게 된다. 이 경우, 가능하게는 지면 시작영역(35)에 위치된 게이트 밸브(15)와 같은 게이트 밸브는 물이 상승하면 서비스 터널에 의해 발전소의 범람을 막을 것이다. 또한, 수위 상승으로 인해 도 1에서 터널(4)과 같은 유출 터널에 흘러드는 유출 샤프트를 통한 발전소 범람을 막기 위해, 양수장의 유출 샤프트 또는 샤프트들에 커버(25)로서 작용하고 가능하게는 압력 방출용 조준 개구들을 구비한 커버링 장치와 유사한 커버링 장치가 각각 제공될 수 있다.

도 6에서, 도시된 취수 설비는 기본적으로 터널 루프의 제 1 및 제 2 단부(31 및 32)가 집수조(2) 아래에 있는 동일한 지하공동(3A1)에서 다소 일치하는 점에서 도 1에 해당하는 취수 설비와 다르다. 제 1 및 제 2 단부(31 및 32)는 지하공동(3A1)을 집수조에 연결하는 하나의 전반적으로 수직인 통로(7')를 통해 집수조와 소통한다. 터널을 굴착할 때, TBM은 출구 섹션(3E)을 통해, 도 1을 참조로 기술된 바와 같이, TBM이 후퇴될 수 있는 지면 시작영역(36)으로 철수되거나, 시작영역(3A)을 통해 지면 시작영역(35)으로 철수될 수 있는 지하공동(3A1)으로 TBM이 재지향되도록 배열될 수 있다.

이런 실시예의 이점은 하나의 석션 통로(7')만을 필요로 한다는 것이다. 그러나, 도 1을 참조로 기술된 바와 같이 터널(55)의 붕괴영역을 수리하는 것과 같이 터널 내에 수리를 할 필요가 있으면, 석션 통로(7')로 흡입될 위험 없이 서비스 채널(3A 또는 3E)을 통해 터널(3)의 손상된 암에 접근을 하기 위해 양수장의 정상동작 펌프들로부터 백업 펌프들로 전환하는 것이 필요할 수 있다.

도 7에서, 도시된 핵발전소는 기본적으로 동일한 집수조(2')에 의해 물이 제공되는 2개의 원자로 유닛들(1A 및 1B)을 구비하는 점에서 도 1에 해당하는 핵발전소와 다르다. 본 발명은 연속 공간을 형성하는 집수조에 국한되지 않는 것이 이해된다. "동일한 집수조"는 또한 가능하게는 가령 밸브에 끼워진 채널 또는 파이프에 의해 서로 떨어지고 서로 연결된 수조 세트를 의미하는 것으로 또한 이해되므로, 모든 수조들에서 수위는 동일하거나 수조들의 수위 간의 차이는 기설정된 높이를 초과하지 않게 된다. 도시된 실시예에서, 집수조(2')는 물을 발전소의 원자로 유닛에 각각 배정된 2개의 양수장(10)에 공급한다. 취수 설비는 도 1을 참조로 기술된 취수 설비와 유사하다. 핵발전소는 가령 건설용으로 인가되지 않은 해안영역에 해당하는 좁고 길쭉한 땅(9)에 의해 해안가(5B)에서 떨어져 있음에 유의하라. 간략히 하기 위해, 열교환기에 의해 가열된 물을 방출하기 위한 시스템은 도시되어 있지 않다.

선택적으로, 게이트 밸브(23)는 집수조(2')를 2 부분으로 분할하기 위해 제공될 수 있고, 점선으로 표시된 바와 같이 연결 터널(30)은 집수조 아래에 있고 석션터널(3)의 제 1 및 제 2 단부(31 및 32)를 연결한다. 게이트 밸브(23)는 레이징 디바이스(raising device)가 수조의 중앙영역 위에 배열된 레이징 게이트일 수 있고, 2개의 원자로 유닛(1A 및 1B)의 정상동작 동안 개방된 채 있도록 설계될 수 있다. 가령 물이 동작유닛의 양수장을 향해 수조 부분에서 인출되는 것을 막으면서 집수조의 원자로 유닛 부분에 대해 양수장에서 유지보수를 가능하게 하도록 한 유닛이 셧다운되면 이를 폐쇄하도록 결정될 수 있다. 이 구성에서, 연결 터널(30)은 중요하지 않으나, 집수조(2')의 활성부로부터 즉, 터널의 제 1 단부(31)를 통해 게이트 밸브(23)를 재개방할 필요 없이 물공급에 있어 추가적 안정성을 제공한다. 이는 2개의 유닛들 중 다른 하나가 활성인 채로 있으면서 셧다운된 유닛에 대한 유지보수 동안에도 단일고장기준을 충족한다.

대안으로, 집수조에서 유지보수 활동을 용이하게 하도록 집수조(2')를 가령, 상기 게이트 밸브(23) 대신 영구 벽에 의해 영구히 2 부분으로 분할할 수 있다. 이런 실시예에서, 각 양수장에 물의 공급과 관련된 단일고장기준을 충족하도록 연결 터널(30)에 의해 제공된 것과 같은 유체연결을 보장하는 것이 필요하다. 상술한 바와 같이, 이들 부분들이 유체 흐름을 가능하게 하도록 연결되는 한 서로 떨어진 2개의 별도의 부분으로 집수조(2')를 또한 만들 수 있다. 유체연결은 가능하게는 집수조의 2 부분들 중 어느 하나에서 비정상적인 낮은 수위에 자동으로 응답해 개방되도록 가령 일반적으로 닫혀 있고 통제되는 적어도 하나의 게이트 밸브가 끼워질 수 있다.

도 8에서, 도시된 핵발전소는 기본적으로 동일한 집수조(2')에 의해 물이 공급되는 적어도 하나의 추가 원자로 유닛(1C)을 구비하는 점과 취수 설비가 루프를 형성하는 제 2 석션터널(3')을 구비하는 점에서 도 7의 핵발전소와 다르다. 제 2 석션터널(3')은 제 1 터널(3)과 구조가 동일할 수 있고, 마찬가지로 전반적으로 수직 통로에 의해 집수조(2')와 각각 소통하는 2개의 단부들(33 및 34)을 갖는다. 제 1 터널(3)과 유사하게, 제 2 터널(3')은 2개의 취수부(53 및 54)와 연결되고, 또한 지면 시작영역(37) 또는 지면 종료영역(38)에서 경사진 적어도 하나의 유지보수 섹션을 구비할 수 있다.

도시된 구성에서, 제 1 및 제 2 터널(3 및 3')은 위에서 볼 때 적어도 터널의 경로들이 교차하는 영역(57) 내에서 가령 서로에 대해 약 10m 씩 깊이로 어긋나게 배열된다. 예컨대, 제 2 터널(3')을 굴착하는 TBM은 교차영역(57)에서 제 1 터널(3) 아래를 지난다. 양 터널(3 및 3')이 손상받을 수 있기 때문에 교차영역(57)은 이 영역에서 발생할 수 있는 어떤 지진에 상대적으로 취약한 영역이다. 그러나, 터널이 이 교차영역(57)에서만 손상받으면, 물은 4개의 취수부(51,52,53,54)에 의해 집수조(2')에 계속 공급된다. 2개의 터널들이 교차하는 영역을 갖는 이런 구성은 특히 지진 위험이 낮은 영역에서 안정성 면에서 받아들여질 수 있다. 터널 경로의 다른 구성들, 특히 지진 위험이 있는 영역에서 바람직한 2개의 터널들이 교차하지 않고 동일면에 배열되는 것도 가능함이 이해된다. 예컨대, 도 1의 형태와 동일한 형태를 각각 갖고 서로에 대해 대칭인 2개의 터널들을 가질 수 있다. 구성은 또한 도 6을 참조로 한 실시예에서 또는 후술된 도 9를 참조로 한 실시예에서와 같이 터널 루프의 제 1 및 제 2 단부들(31 및 32)이 특히 일치하는 각 터널에 제공될 수 있다.

전반적으로 더 많은 건설비에도 불구하고, 집수조(2')용의 2개의 석션터널들이 물을 적어도 3개의 원자로 유닛에 공급하는 구성은 하나의 석션터널(3)이 동일한 개수의 원자로 유닛들에 물을 공급하는 구성보다 몇몇 경우에 바람직할 수 있다. 실제로, 취수부와 터널 암을 배(倍)가함으로써 집수조에 물을 더 안전하게 공급하게 하며, 이는 지질학적 위험 및 가령 터널에 붕괴가 발생할 수 있는 지진 위험이 있는 영역에 특히 바람직할 수 있다. 또한, 2개의 석션터널들 각각은 하나의 석션터널에 필요한 유효직경보다 적은 유효직경을 가질 것이며, 이 역시 기존 TBM에 의한 굴착에 대해 너무 클 수 있다. 특히, 제 4 원자로 유닛(1D)으로, 하나의 석션터널에 필요한 유효직경은 터널의 한 암에서 붕괴가 있을 경우 터널의 다른 암에서 초당 280㎥의 물의 유량을 가능하게 하도록 가령 약 10m일 수 있고, 이는 동시에 4개의 동작하는 원자로 유닛을 냉각시키는데 필요한 유량이다.

도 9에서, 도시된 핵발전소는 기본적으로 터널이 집수조 아래 통로(7)에 연결된 지하 영역으로부터 떨어져 있는 지하 연결영역(39)에 터널 루프의 제 1 및 제 2 단부들(31 및 32)이 연결되는 점에서 도 6에 해당하는 핵발전소와 다르다. 따라서, 터널 루프는 터널의 하나의 암(3B1)에 의해 통로(7)에 연결된다. 도시된 구성에서, 핵발전소는 가령 적어도 폭이 500m인 좁고 길쭉한 땅(9)에 의해 바다의 가장자리(5B)에서 떨어져 있고 터널 암(3B1)도 또한 적어도 500m 뻗어 있다. 집수조 아래에 위치된 루프의 2개 단부들(31 및 32)을 갖는 터널 형태에 비해, 터널 길이는 대략 암(31)의 길이인 거리 만큼 단축되며, 이는 터널 건설비를 상당히 줄일 수 있다. 도시된 구성은 2개의 터널들이 있음으로써 단일고장기준을 완전히 충족하기 때문에 특히 터널 붕괴 위험이 아주 낮고 지질학적으로 안전한 영역 및 2개의 유사한 터널들이 동일한 집수조에 물을 공급하는 실시예에 바람직할 수 있다.

Claims

물이 공급되고, 냉각회로(11) 내에 물을 순환시키기 위해 발전소의 적어도 하나의 양수장(10)이 물을 인출하는 집수조(2,2'); 및
수역(5)에 침수된 적어도 2개의 취수부(51,52)에 연결되며, 물을 공급하기 위해 집수조(2,2')와 소통하는 석션터널(3)을 구비하는, 핵발전소(1)의 하나 이상의 원자로 유닛(1A, 1B, 1C, 1D)의 적어도 하나의 열교환기(13) 기반의 냉각회로(11)용 취수 설비로서,
상기 석션터널(3)의 적어도 일부는 집수조(2)와 소통하는 2개의 단부들(31,32)을 갖는 루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 취수 설비로서,
상기 적어도 하나의 취수부(51, 52)는 깊이(H₀)에서 수온이 연중 21℃ 미만으로 유지되도록 수역의 상기 깊이(H₀)로 침수되며,
상기 루프의 적어도 일부는 두 방향으로 물의 흐름이 가능하도록 설계되는 취수 설비.
제 1 항에 있어서,
상기 석션터널(3)은 50m 내지 300m의 곡률반경(R)을 갖는 만곡부(3C)를 포함하는 취수 설비.
제 2 항에 있어서,
상기 만곡부(3C)는 적어도 반원으로 넓혀지는 원호를 형성하는 취수 설비.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 취수부(51, 52)는 깊이(H₀)에서 수온이 연중 16℃ 미만으로 유지되도록 수역의 상기 깊이(H₀)로 침수된 취수 설비.
제 1 항에 있어서,
상기 수역(5)에 침수된 적어도 2개의 취수부(53,54)에 연결된 제 2 석션터널(3')을 구비하고, 상기 제 2 석션터널(3')은 집수조(2')와 소통하는 2 단부들(33,34)을 갖는 루프를 형성하는 취수 설비.
제 1 항에 있어서,
석션터널(3)의 2개 단부들(31,32) 중 적어도 하나는 지면에서 개방된 경사부를 구비한 서비스 터널(3A,3E)에 의해 확장되고, 상기 서비스 터널(3A,3E)은 석션 터널을 굴착하는데 사용되는 터널굴착기(TBM)에 의해 굴착되는 취수 설비.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 2개의 침수된 취수부(51,52)는 석션터널(3)에 연결된 실질적으로 수직한 석션샤프트(8)의 상단부에 위치되고 적어도 서로 100m 이격된 취수 설비.
제 1 항에 있어서,
집수조(2)가 채널(6)의 하단부(63)에 위치해 있고, 상기 채널은 상기 수역(5)과 소통하는 취수부(60)를 구비하며, 취수 설비는 채널의 상기 하단부(63)와 상기 취수부(60) 간에 분리를 형성하는 적어도 하나의 벽(62)을 구비하여 집수조(2)의 물이 채널의 상기 취수부(60)의 물과 섞이지 않게 되는 취수 설비.
제 1 항에 있어서,
집수조(2)는 실질적으로 방수커버장치(25)로 덮이며, 집수조와 상기 집수조 외부 환경 간에 조준된 개구들(26)이 상기 방수커버장치(25)에 또는 부근에 형성되어 상기 수역에서 수위의 이상(異常) 상승으로 인해 집수조가 완전히 채워질 때 집수조에서 상기 외부 환경으로 물의 제한된 흐름(I_p)을 가능하게 하는 취수 설비.
제 1 항에 있어서,
석션터널(3)에 의해 형성된 루프의 2개 단부들(31,32)이 하나의 전반적으로 수직한 통로(7')를 통해 집수조와 소통하는 동일한 지하공동(3A1)에 위치되는 취수 설비.
적어도 하나의 원자로 유닛(1A)과 제 1 항에 따른 취수 설비를 구비하는 핵발전소로서,
석션터널(3)과 취수부(51,52) 각각은 석션터널의 2개 단부들(31,32) 중 어느 하나만으로 그리고 상기 취수부(51,52) 중 하나만으로 집수조에 물의 공급이 상기 하나의 원자로 유닛 또는 발전소의 모든 원자로 유닛들의 정상동작 동안 상기 설비의 모든 양수장들(10)에 물을 공급하기에 충분해지는 크기로 되는 핵발전소.
제 11 항에 있어서,
적어도 2개의 원자로 유닛들(1A, 1B, 1C, 1D)을 구비하고, 집수조(2')는 원자로 유닛에 각각 할당된 복수의 양수장들(10)에 물을 공급하는 핵발전소.
적어도 2개의 원자로 유닛들(1A, 1B, 1C, 1D)과 제 1 항에 따른 취수 설비를 구비하는 핵발전소로서,
취수 설비는 루프를 형성하고 집수조(2')와 소통하는 2개의 단부들(33, 34)을 갖는 적어도 제 2 석션터널(3')을 구비하는 핵발전소.
기설정된 경로를 따라 TBM에 의해 석션터널(3)의 굴착단계를 실행하는 제 1 항에 따른 취수 설비를 만드는 방법으로서,
상기 굴착단계는 연이어 하기에:
- TBM이 집수조의 제 1 영역(21) 아래 기설정된 깊이로, 터널에 의해 형성된 루프의 제 1 단부(31)를 구성하는 제 1 지하영역(3A1)에 도달할 때까지 지면 시작영역(35)으로부터 하방으로 경사진 제 1 석션터널(3A)을 굴착하고,
- TBM이 수역을 향해 지향된 제 2 섹션(3B)을 형성한 후 제 3 원호 섹션(3C)과 뒤이어 발전소를 향해 지향된 제 4 섹션(3D)을 형성하도록 터널을 계속 굴착하며, 상기 제 4 섹션(3D)은 집수조의 제 2 영역(22) 아래에 기설정된 깊이에 위치된 제 2 지하영역(3A2)에 도달하고, 상기 제 2 지하영역(3A2)은 터널(3)에 의해 형성된 루프의 제 2 단부(32)를 구성하는 2개의 단계들을 포함하며,
상기 제 1 지하영역(3A1)을 집수조의 상기 제 1 영역(21)에 연결하는 전반적으로 수직한 제 1 통로(7)가 굴착되고, 상기 제 2 지하영역(3A2)을 집수조의 상기 제 2 영역(22)에 연결하는 전반적으로 수직한 제 2 통로(7)가 굴착되는 취수 설비를 만드는 방법으로서,
게이트 밸브는 루프의 일부에서 물의 흐름의 방향을 제어하기 위해서 적어도 하나의 취수부에 인접하여 구비되는 취수 설비를 만드는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 굴착단계는 TBM이 상기 제 2 지하영역(3A2)으로부터 TMB이 터널로부터 출현하는 지면 종료영역(36)까지 상방으로 경사진 부분을 구비하는 터널의 제 5 섹션(3E)을 굴착하는 제 3 단계를 포함하는 취수 설비를 만드는 방법.