KR102576189B1 - 소형 원자로 시스템 - Google Patents

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Abstract

소형 원자로 시스템은 서로 이격된 복수의 소형 원자로들, 상기 복수의 소형 원자로들과 연결되며 상기 복수의 소형 원자로들로부터 발생된 증기를 저장하는 증기 저장부, 상기 증기 저장부와 연결되며 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 전기를 생산하는 제1 터빈, 상기 제1 터빈과 이격되어 상기 증기 저장부와 연결되며 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 전기를 생산하는 제2 터빈, 및 상기 제2 터빈과 이격되어 상기 증기 저장부와 연결되며, 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 수소를 생산하는 수소 생산부를 포함한다.

Description

소형 원자로 시스템{SMALL MODULAR REACTOR SYSTEM}
본 기재는 소형 원자로 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 소형 원자로(small modular reactor, SMR)의 경우 종래의 대형 원자력 발전소 대비 적은 발전량을 가지고 있으나, 복수의 소형 원자로들을 서로 연결할 경우 종래의 대형 원자력 발전소와 실질적으로 동일한 발전량을 가질 수 있다.
종래의 대형 원자력 발전소에서 터빈은 비안전급 기기이므로 다중성 개념이 적용되지 않아, 한 대의 터빈으로 전기를 생산하였다.
이와 유사하게, 복수의 소형 원자로들로부터 발생되는 증기를 한 대의 터빈을 이용해 발전할 경우, 의도치 않은 사고 또는 정비 등으로 터빈이 정지하면 터빈 점검 및 수리를 위해 복수의 소형 원자로들을 모두 정지시켜야 하는 문제가 있다.
일 실시예는, 터빈이 의도치 않은 사고 또는 정비로 인해 정지되더라도, 복수의 소형 원자로들을 상시로 운전시킬 수 있는 소형 원자로 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 복수의 소형 원자로들 중 일부가 정비로 인해 정지되더라도, 나머지 복수의 소형 원자로들을 운전시켜 전기 생산 및 수소 생산을 수행하는 소형 원자로 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 전기 생산에 잉여되는 증기를 수소 생산에 이용할 수 있는 소형 원자로 시스템을 제공하고자 한다.
일 측면은 서로 이격된 복수의 소형 원자로들, 상기 복수의 소형 원자로들과 연결되며, 상기 복수의 소형 원자로들로부터 발생된 증기를 저장하는 증기 저장부, 상기 증기 저장부와 연결되며, 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 전기를 생산하는 제1 터빈, 상기 제1 터빈과 이격되어 상기 증기 저장부와 연결되며, 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 전기를 생산하는 제2 터빈, 및 상기 제2 터빈과 이격되어 상기 증기 저장부와 연결되며, 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 수소를 생산하는 수소 생산부를 포함하는 소형 원자로 시스템을 제공한다.
상기 증기 저장부는, 상기 복수의 소형 원자로들 각각의 정비 유무에 따른 제1 입력 조건에 따라 상기 증기 저장부로부터 상기 제1 터빈, 상기 제2 터빈, 상기 수소 생산부 각각으로 공급되는 증기의 양을 제1 테이블로 분석하는 증기 사용 분석부, 및 상기 증기 사용 분석부와 연결되며, 상기 제1 테이블에 따라 상기 증기 저장부로부터 상기 제1 터빈, 상기 제2 터빈, 상기 수소 생산부 각각으로 공급되는 증기의 양을 조절하는 증기 사용 제어부를 포함할 수 있다.
상기 증기 사용 분석부는 상기 제1 터빈 및 상기 제2 터빈 각각의 정비 유무에 따른 제2 입력 조건에 따라 상기 증기 저장부로부터 상기 제1 터빈, 상기 제2 터빈, 상기 수소 생산부 각각으로 공급되는 증기의 양을 제2 테이블로 분석하며, 상기 증기 사용 제어부는 상기 제2 테이블에 따라 상기 증기 저장부로부터 상기 제1 터빈, 상기 제2 터빈, 상기 수소 생산부 각각으로 공급되는 증기의 양을 조절할 수 있다.
상기 복수의 소형 원자로들 각각은 노심 및 상기 증기를 발생하는 증기 발생기를 포함할 수 있다.
상기 복수의 소형 원자로들은 6개이며, 상기 증기 저장부는 상기 6개의 소형 원자로들에 둘러싸여 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 터빈이 의도치 않은 사고 또는 정비로 인해 정지되더라도, 복수의 소형 원자로들을 상시로 운전시킬 수 있는 소형 원자로 시스템이 제공된다.
또한, 복수의 소형 원자로들 중 일부가 정비로 인해 정지되더라도, 나머지 복수의 소형 원자로들을 운전시켜 전기 생산 및 수소 생산을 수행하는 소형 원자로 시스템이 제공된다.
또한, 전기 생산에 잉여되는 증기를 수소 생산에 이용할 수 있는 소형 원자로 시스템이 제공된다.
도 1은 일 실시예에 따른 소형 원자로 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 증기 저장부의 증기 사용 분석부가 제1 입력 조건에 따라 분석한 제1 테이블을 나타낸 표이다.
도 3은 도 1에 도시된 증기 저장부의 증기 사용 분석부가 제2 입력 조건에 따라 분석한 제2 테이블을 나타낸 표이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 일 실시예에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 일 실시예에 따른 소형 원자로 시스템을 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 소형 원자로 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 소형 원자로 시스템은 복수의 소형 원자로(100)들로부터 발생된 증기를 증기 저장부(200)로 저장하며, 복수의 소형 원자로(100)들 각각의 정비 유무와 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400)의 고장 또는 정비 유무에 따라 증기 사용을 분석하여 전기 및 수소 중 적어도 하나를 생산한다.
일 실시예에 따른 소형 원자로 시스템은 복수의 소형 원자로(100)들, 증기 저장부(200), 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500)를 포함한다.
복수의 소형 원자로(100)들은 서로 이격되어 배치된다. 복수의 소형 원자로(100)들은 증기 저장부(200)를 둘러싸도록 위치할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 복수의 소형 원자로(100)들은 증기를 생산하며, 복수의 소형 원자로(100)들로부터 생산된 증기는 증기 저장부(200)로 저장된다. 복수의 소형 원자로(100)들 모두를 합한 증기 배출량은 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 모두를 합한 최대 출력 요구 증기량과 동일하거나 초과할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 일례로, 복수의 소형 원자로(100)들이 6개의 소형 원자로(100)들일 경우, 6개의 소형 원자로(100)들 각각의 증기 배출량이 X(톤/시간)이면, 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 각각의 100% 출력에 요구되는 효율적인 증기량은 3X(톤/시간)일 수 있다. 복수의 소형 원자로(100)들은 6개이며, 증기 저장부(200)는 6개의 소형 원자로(100)들에 둘러싸여 배치될 수 있다. 한편, 복수의 소형 원자로(100)들은 5개 이하 또는 7개 이상일 수 있다.
복수의 소형 원자로(100)들 각각은 공지된 다양한 소형 모듈 원자로(small modular reactor, SMR)의 형태를 가질 수 있다.
일례로, 복수의 소형 원자로(100)들 각각은 노심 및 증기를 발생하는 증기 발생기를 포함하는 일체형 원자로를 포함할 수 있다. 복수의 소형 원자로(100)들 각각에 포함된 일체형 원자로는 노심, 노심과 이웃하는 증기 발생기, 노심 및 증기 발생기를 수납하는 원자로 용기를 포함할 수 있으며, 복수의 소형 원자로(100)들 각각은 일체형 원자로의 운전을 위한 공지의 배관들 및 공지의 시스템들을 더 포함할 수 있다.
증기 저장부(200)는 복수의 소형 원자로(100)들과 연결되며, 복수의 소형 원자로(100)들로부터 발생된 증기를 저장한다. 증기 저장부(200)는 복수의 소형 원자로(100)들에 둘러싸여 배치되나, 이에 한정되지는 않는다. 복수의 소형 원자로(100)들로부터 발생된 증기는 증기 저장부(200)로 이동된다. 증기 저장부(200)는 복수의 소형 원자로(100)들의 열교환기인 증기 발생기로부터 발생되는 고온 및 고압의 증기를 하나의 공간으로 저장하는 복수의 배관들을 포함할 수 있다. 증기 저장부(200)는 증기 사용 분석부(210) 및 증기 사용 제어부(220)를 포함한다.
증기 사용 분석부(210)는 복수의 소형 원자로(100)들 각각의 정비 유무에 따른 입력 조건과 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 각각의 정비 유무에 따른 입력 조건에 따라 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500) 각각으로 공급되는 증기의 양을 테이블(table)로 분석한다. 증기 사용 분석부(210)는 복수의 소형 원자로(100)들, 제1 터빈(300), 제2 터빈(400) 각각의 정비 유무를 판단하는 공지의 판단 수단과 연결된 공지된 다양한 분석 수단을 포함할 수 있다.
증기 사용 제어부(220)는 증기 사용 분석부(210)와 연결되며, 증기 사용 분석부(210)가 분석한 테이블에 따라 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500)로 공급되는 증기의 양을 조절한다. 증기 사용 제어부(220)는 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500)로 공급되는 증기의 양을 조절하는 공지의 제어 수단을 포함할 수 있다.
증기 사용 분석부(210) 및 증기 사용 제어부(220)의 일례에 대해서는 후술한다.
제1 터빈(300)은 증기 저장부(200)와 연결된다. 제1 터빈(300)은 증기 저장부(200)로부터 이동된 증기를 이용해 전기를 생산한다. 제1 터빈(300)은 증기를 이용해 전기를 생산할 수 있는 공지의 발전 수단을 포함할 수 있다. 제1 터빈(300)은 증기 저장부(200)와 연결된 배관 및 배관을 통한 증기 흐름을 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다.
제2 터빈(400)은 제1 터빈(300)과 이격되어 증기 저장부(200)와 연결된다. 제2 터빈(400)은 증기 저장부(200)로부터 이동된 증기를 이용해 전기를 생산한다. 제2 터빈(400)은 증기를 이용해 전기를 생산할 수 있는 공지의 발전 수단을 포함할 수 있다. 제2 터빈(400)은 증기 저장부(200)와 연결된 배관 및 배관을 통한 증기 흐름을 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다.
수소 생산부(500)는 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400)과 이격되어 증기 저장부(200)와 연결된다. 수소 생산부(500)는 증기 저장부(200)로부터 이동된 증기를 이용해 수소를 생산한다. 수소 생산부(500)는 증기를 전기 분해하여 증기로부터 수소를 생산할 수 있으며, 수소 생산부(500)에서 생산된 수소는 수소 저장소 또는 연료 전지 등의 수소 저장 수단에 저장될 수 있다. 수소 생산부(500)는 공지의 다양한 전기 분해를 이용한 수소 생산 시스템을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 수소 생산부(500)는 제1 터빈(300) 또는 제2 터빈(400)과 연결될 수 있으며, 제1 터빈(300) 또는 제2 터빈(400)에서 생산한 전기를 이용한 전기 분해를 통해 증기로부터 수소를 생산할 수 있다. 수소 생산부(500)는 증기 저장부(200)와 연결된 배관 및 배관을 통한 증기 흐름을 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다.
이하, 증기 저장부(200)에 포함된 증기 사용 분석부(210) 및 증기 사용 제어부(220)의 일례에 대해서 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 증기 저장부의 증기 사용 분석부가 제1 입력 조건에 따라 분석한 제1 테이블을 나타낸 표이다.
도 2 및 도 1을 참조하면, 증기 사용 분석부(210)는 복수의 소형 원자로(100)들 각각의 정비 유무에 따른 제1 입력 조건에 따라 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500) 각각으로 공급되는 증기의 양을 제1 테이블로 분석한다.
복수의 소형 원자로(100)들의 정비가 필요한 경우, 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400)의 사용 여부는 전기를 생산하는 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400)의 효율에 따라 결정된다. 복수의 소형 원자로(100)들 중 대부분이 정지 상태인 경우, 나머지 운전 상태인 일부의 소형 원자로(100)들로부터 발생하는 증기량이 적기 때문에 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400)을 운전하는 것이 비효율적 일수 있다. 이 경우, 증기 사용 분석부(210)에서 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400)의 운전보다는 수소 생산부(500)의 운전을 추천하고, 증기 사용 제어부(220)에 의해 증기 저장부(200)의 모든 증기가 수소 생산부(500)로 이동되어 수소 생산에 사용될 수 있다.
증기 사용 분석부(210)는 제1 입력 조건으로서 6개의 소형 원자로(SMR1 내지 SMR6)들 각각에서 발생 가능한 증기량을 X(톤/시간)로 가정하고, 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 각각의 100% 출력에 요구되는 효율적인 증기량을 3X(톤/시간)로 가정한다.
증기 사용 분석부(210)는 6개의 소형 원자로(SMR1 내지 SMR6)들 각각의 정비 유무(정지/작동)에 따라 6개의 소형 원자로(SMR1 내지 SMR6)들로부터 증기 저장부(200)로 저장되는 총 증기량인 제1 입력 조건에 따라 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500) 각각으로 공급되는 증기의 양을 제1 테이블로 분석한다.
증기 사용 제어부(220)는 제1 테이블에 따라 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500) 각각으로 공급되는 증기의 양을 조절한다.
한편, 증기 사용 분석부(210)가 분석하는 제1 테이블은 터빈 정비가 동시에 고려될 수 있으므로 더 많고 복잡한 경우의 수를 고려하여 분석될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 증기 저장부의 증기 사용 분석부가 제2 입력 조건에 따라 분석한 제2 테이블을 나타낸 표이다.
도 3 및 도 1을 참조하면, 증기 사용 분석부(210)는 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 각각의 정비 유무에 따른 제2 입력 조건에 따라 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500) 각각으로 공급되는 증기의 양을 제2 테이블로 분석한다.
원전 가동률을 높이기 위해서는 터빈의 가동 중 정비(On-Line Maintenance, OLM)가 필요하기 때문에, 일 실시예는 비안전급 기기인 터빈에 다중성을 고려하는 것이다.
증기 사용 분석부(210)는 제2 입력 조건으로서 6개의 소형 원자로(100)들에서 발생 가능한 총 증기량을 6X(톤/시간)로 가정하고, 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 각각의 100% 출력에 요구되는 터빈 요구 증기량을 3X 내지 6X(톤/시간)로 선택적으로 가정한다.
증기 사용 분석부(210)는 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 각각의 정비 유무에 따라 6개의 소형 원자로(100)들로부터 증기 저장부(200)로 저장되는 총 증기량인 6X와 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 각각의 터빈 요구 증기량인 3X 내지 6X인 제2 입력 조건에 따라 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500) 각각으로 공급되는 증기의 양을 제2 테이블로 분석한다.
증기 사용 제어부(220)는 제2 테이블에 따라 증기 저장부(200)로부터 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500) 각각으로 공급되는 증기의 양을 조절한다.
한편, 증기 사용 분석부(210)가 분석하는 제2 테이블은 복수의 소형 원자로(100)들의 정비가 동시에 고려될 수 있으므로 더 많고 복잡한 경우의 수를 고려하여 분석될 수 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 소형 원자로 시스템은, 복수의 소형 원자로(100)들로부터 발생된 증기를 저장하는 증기 저장부(200)와 연결된 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500)와 증기 사용 분석부(210) 및 증기 사용 제어부(220)를 포함함으로써, 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 중 중 어느 하나가 의도치 않은 사고 또는 정비로 인해 정지되더라도, 제1 터빈(300) 및 제2 터빈(400) 중 나머지 하나와 수소 생산부(500)를 이용해 복수의 소형 원자로(100)들을 상시로 운전시켜 전기 및 수소를 생산할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 소형 원자로 시스템은, 복수의 소형 원자로(100)들로부터 발생된 증기를 저장하는 증기 저장부(200)와 연결된 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500)와 증기 사용 분석부(210) 및 증기 사용 제어부(220)를 포함함으로써, 복수의 소형 원자로(100)들 중 일부가 정비로 인해 정지되더라도, 나머지 소형 원자로(100)들을 운전시켜 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 및 수소 생산부(500)를 이용해 전기 및 수소를 선택적으로 생산할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 소형 원자로 시스템은, 복수의 소형 원자로(100)들, 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500)와 연결된 증기 저장부(200)가 복수의 소형 원자로(100)들, 제1 터빈(300), 제2 터빈(400) 각각의 정비 유무에 따라 증기 사용을 분석하는 증기 사용 분석부(210) 및 증기 사용을 제어하는 증기 사용 제어부(220)를 포함함으로써, 전기 생산에 잉여되거나 효율이 부족한 증기를 수소 생산에 이용할 수 있다.
즉, 터빈이 의도치 않은 사고 또는 정비로 인해 정지되더라도 복수의 소형 원자로들을 상시로 운전시킬 수 있으며, 복수의 소형 원자로들 중 일부가 정비로 인해 정지되더라도 나머지 복수의 소형 원자로들을 운전시켜 전기 생산 및 수소 생산을 수행하는 동시에, 전기 생산에 잉여되거나 효율이 부족한 증기를 수소 생산에 이용할 수 있는 소형 원자로 시스템이 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
소형 원자로(100), 증기 저장부(200), 제1 터빈(300), 제2 터빈(400), 수소 생산부(500)

Claims (5)

  1. 서로 이격된 복수의 소형 원자로들;
    상기 복수의 소형 원자로들과 연결되며, 상기 복수의 소형 원자로들로부터 발생된 증기를 저장하는 증기 저장부;
    상기 증기 저장부와 연결되며, 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 전기를 생산하는 제1 터빈;
    상기 제1 터빈과 이격되어 상기 증기 저장부와 연결되며, 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 전기를 생산하는 제2 터빈; 및
    상기 제2 터빈과 이격되어 상기 증기 저장부와 연결되며, 상기 증기 저장부로부터 이동된 상기 증기를 이용해 수소를 생산하는 수소 생산부
    를 포함하며,
    상기 증기 저장부는,
    상기 복수의 소형 원자로들 각각의 정비 유무에 따른 제1 입력 조건에 따라 상기 증기 저장부로부터 상기 제1 터빈, 상기 제2 터빈, 상기 수소 생산부 각각으로 공급되는 증기의 양을 제1 테이블로 분석하는 증기 사용 분석부; 및
    상기 증기 사용 분석부와 연결되며, 상기 제1 테이블에 따라 상기 증기 저장부로부터 상기 제1 터빈, 상기 제2 터빈, 상기 수소 생산부 각각으로 공급되는 증기의 양을 조절하는 증기 사용 제어부
    를 포함하는 소형 원자로 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 증기 사용 분석부는 상기 제1 터빈 및 상기 제2 터빈 각각의 정비 유무에 따른 제2 입력 조건에 따라 상기 증기 저장부로부터 상기 제1 터빈, 상기 제2 터빈, 상기 수소 생산부 각각으로 공급되는 증기의 양을 제2 테이블로 분석하며,
    상기 증기 사용 제어부는 상기 제2 테이블에 따라 상기 증기 저장부로부터 상기 제1 터빈, 상기 제2 터빈, 상기 수소 생산부 각각으로 공급되는 증기의 양을 조절하는 소형 원자로 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 복수의 소형 원자로들 각각은 노심 및 상기 증기를 발생하는 증기 발생기를 포함하는 일체형 원자로를 포함하는 소형 원자로 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 복수의 소형 원자로들은 6개이며,
    상기 증기 저장부는 상기 6개의 소형 원자로들에 둘러싸여 배치되는 소형 원자로 시스템.
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