KR20180105139A - 오프그리드 전력원을 구비한 멀티-모듈형 발전소 - Google Patents

오프그리드 전력원을 구비한 멀티-모듈형 발전소 Download PDF

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KR20180105139A
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Abstract

멀티-모듈형 발전소는 발전소 출력을 생성하도록 구성된 다수의 부지 내(on-site) 원자력 모듈들을 포함할 수 있으며, 상기 원자력 모듈들 중 하나 이상은 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 구성된 서비스 모듈 유닛들로 지정될 수 있다. 나머지 원자력 모듈들은 상기 발전소 출력의 제2 부분을 생성하도록 구성될 수 있다. 다수의 발전소 시스템들은 상기 발전소의 소내 부하와 연관된 전기를 사용하여 동작하도록 구성될 수 있으며, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 소내 부하보다 크거나 같다. 또한, 스위치야드는 분산형 전기 그리드에 상기 발전소를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성될 수 있으며, 그리고 상기 스위치야드는 상기 발전소 출력의 상기 제2 부분을 상기 분산형 전기 그리드에 인가하도록 구성될 수 있다. 상기 스위치야드는 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력 손실 동안 상기 발전소 시스템들에 상기 발전소 출력의 제1 부분의 적어도 일부를 인가하도록 더 구성될 수 있다.

Description

오프그리드 전력원을 구비한 멀티-모듈형 발전소
[정부 관심에 관한 기재]
본 발명은 DOE(Department of Energy)에 의하여 부여된 협력 합의 제DE-NE0000633호에 따른 정부 지원 하에 이루어진 것이다. 정부는 본 발명에 대해 소정의 권리를 갖는다.
[우선권 주장]
본 출원은 'Highly Reliable Nuclear Power for Mission-Critical Applications'라는 명칭으로 2015년 12월 17일자로 출원된 미국 가출원 제62/268,992호에 의한 우선권 및 'Multi-Modular Power Plant'라는 명칭으로 2016년 3월 23일자로 출원된 미국 가출원 제62/312,094호에 의한 우선권의 수혜를 주장하는, 2016년 12월 2일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/367,405호에 의한 우선권의 수혜를 주장하며, 이 문헌의 내용은 참조로서 본원에 포함된다.
[기술 분야]
본 출원은 일반적으로 발전소와 관련된 전력의 발생, 소비, 출력 및 신뢰성을 제어하기 위한 시스템, 기기, 구조 및 방법들에 관한 것이다.
특정 유형의 설비들에 대한 에너지 수요는 필요에 따라 필요한 양의 에너지가 사용될 수 있도록 높은 수준의 신뢰성을 갖는 연속적이거나 거의 연속적인, 중단 없는 에너지 공급을 필요로 할 수 있다. 일부 유형의 설비들은 석탄 또는 천연 가스 화력 발전소와 같은 1차 에너지원을 디젤 발생기 및/또는 배터리와 같은 예비 에너지원과 함께 제공함으로써 에너지 신뢰성 요구사항을 충족시킬 수 있다. 그러나, 석탄 및 천연 가스 배출의 환경 영향에 대한 관심이 급격히 증가하고 있어, 향후 전력 생산에 대한 사용을 현저히 감소시키거나 배제할 수 있다. 또한, 예비 에너지원은 한정된 기간 동안 작동하도록 제한된 에너지 공급을 가질 수 있으며, 그리고/또는 제한된 서비스에만 충분한 전력을 제공할 수 있다. 상대적으로 짧은 기간을 초과하는 부지 밖(off-site) 전력 손실은 설비가 연속적인 작동을 위해 의존하는 에너지 공급을 중단시킬 수 있다.
알려진 원자력 발전소는 또한 부지 밖의 전력 손실 시 전력을 제공하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 예비 에너지원으로 설계될 수 있다. 또한, 많은 원자력 발전소는 중력, 자연 순환 및 기타 물리학 법칙과 같은 수동적 기술을 사용하여 원자로가 셧다운되고 냉각될 수 있도록, 전력 손실시 안전하지 않은 트립을 수행하도록 설계되고 있다. 그럼에도 불구하고, 원자로의 안전하지 않은 트립은 원자로가 셧다운되는 동안 예상대로 수행하기 위해 상당수의 원자로 및/또는 발전소 안전 기능을 필요로 할 수 있다. 확률이 낮을지라도, 원자로 설계는 하나 이상의 안전 기능이 예상대로 수행되지 않을 수 있는 다양한 시나리오를 고려해야할 필요가 있으며, 이로 인해 잠재적으로 원자로 설계의 비용과 복잡성이 증가할 수 있다.
본 출원은 이러한 문제들 그리고 다른 문제들을 해결한다.
멀티-모듈형 발전소는 발전소 출력을 생성하는 다수의 부지 내(on-site) 원자력 모듈들을 포함하는 것으로 개시되어 있다. 상기 원자력 모듈들 중 하나 이상은 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하는 서비스 모듈 유닛들 또는 서비스 유닛들로 지정될 수 있으며, 그리고 나머지 원자력 모듈들은 상기 발전소 출력의 제2 부분을 생성할 수 있다. 다수의 발전소 시스템들은 상기 발전소의 소내 부하(house load)와 연관된 전기를 사용하여 동작할 수 있으며, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 소내 부하보다 크거나 같을 수 있다. 스위치야드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하는 분산형 전기 그리드에 상기 발전소를 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 스위치야드는 상기 발전소 출력의 상기 제2 부분을 상기 분산형 전기 그리드에 인가할 수 있으며, 그리고 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력 손실 동안 상기 발전소 출력의 제1 부분의 적어도 일부를 상기 발전소 시스템들에 라우팅할 수 있다.
발전소 출력을 생성하는 다수의 부지 내 원자력 모듈들을 포함하는 멀티-모듈형 발전소를 작동하는 방법이 본원에 개시된다. 상기 방법은 서비스 모듈 유닛들 또는 서비스 유닛들로 지정되는 상기 원자력 모듈들 중 하나 이상의 원자력 모듈들에 의해 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 나머지 원자력 모듈들은 비-서비스 모듈 유닛들이거나 비-서비스 유닛들일 수 있다. 상기 비-서비스 모듈 유닛들에 의해 상기 발전소 출력의 제2 부분이 생성될 수 있다. 상기 발전소의 소내 부하와 연관된 다수의 비-긴급 발전소 시스템들에 전기가 제공될 수 있으며, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 소내 부하보다 크거나 같을 수 있다. 상기 발전소는 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결될 수 있으며, 그리고 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성될 수 있다. 상기 발전소 출력의 제2 부분에 대응하는 전기량은 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드에 연결되는 제1 작동 모드에서 상기 분산형 전기 그리드에 라우팅될 수 있다. 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 제2 작동 모드에서, 상기 발전소 출력의 제2 부분은 상기 분산형 전기 그리드로부터 우회(diverting)될 수 있다. 추가적으로, 상기 방법은 상기 제2 작동 모드에서 상기 발전소 출력의 제1 부분의 적어도 일부에 대응하는 전기량을 상기 발전소 시스템들에 라우팅하는 단계를 포함할 수 있다.
멀티-모듈형 발전소로서, 서비스 모듈 유닛들로 지정된 다수의 부지내 원자력 모듈들 중 하나 이상의 원자력 모듈들에 의해 제공되는 발전소 출력의 제1 부분으로부터 전기를 생성하기 위한 수단을 포함하는 멀티-모듈형 발전소가 본원에 개시된다. 상기 다수의 원자력 모듈들 중 나머지 원자력 모듈들은 비-서비스 모듈 유닛들일 수 있으며, 그리고 상기 발전소 출력의 제1 부분은 다수의 비-긴급 발전소 시스템들과 연관된 소내 부하보다 크거나 같을 수 있다. 상기 발전소는 상기 비-서비스 모듈 유닛들에 의해 제공되는 상기 발전소 출력의 제2 부분으로부터 전기를 생성하기 위한 수단 그리고 상기 발전소를 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결하기 위한 수단을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성될 수 있다.
상기 발전소는 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드에 연결되는 동안, 상기 발전소 출력의 제2 부분에 대응하는 전기량을 상기 분산형 전기 그리드에 제공하기 위한 수단, 그리고 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리될 때 상기 발전소 출력의 제2 부분을 상기 분산형 전기 그리드로부터 우회(diverting)하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 추가적으로, 상기 발전소는 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 상기 발전소 출력의 제1 부분의 적어도 일부에 대응하는 전기량을 상기 발전소 시스템들에 라우팅하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상기 멀티-모듈형 발전소는 상기 발전소를 전용 전기 그리드에 연결하기 위한 수단 및 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 상기 발전소 시스템들 및 상기 전용 서비스 부하 모두에 상기 발전소 출력의 제1 부분을 분배하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 전용 전기 그리드는 전용 서비스 부하에 전기를 제공하도록 구성될 수 있으며, 그리고 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같을 수 있다.
멀티-모듈형 발전소로서, 발전소 출력을 생성하는 다수의 부지 내 원자력 모듈들 및 상기 발전소의 소내 부하와 연관된 전기를 이용하여 동작하는 다수의 발전소 시스템들을 포함하는 멀티-모듈형 발전소가 본원에 개시된다. 상기 발전소와 연관된 스위치야드는 상기 발전소를 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 상기 스위치야드는 상기 발전소를 전용 전기 그리드에 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 전용 전기 그리드는 상기 발전소 출력으로부터 생성된 전기를 전용 서비스 부하에 제공할 수 있으며, 상기 발전소 출력은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같을 수 있다. 상기 발전소 출력의 적어도 일부는 상기 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 분배될 수 있다.
멀티-모듈형 발전소를 작동시키는 방법이 본원에 개시된다. 상기 발전소는 다수의 부지 내 원자력 모듈들을 포함할 수 있으며, 그리고 상기 방법은 상기 부지 내 원자력 모듈들 중 하나 이상에 의해 발전소 출력을 생성하는 단계, 그리고 상기 발전소의 소내 부하와 연관된 다수의 비-긴급 발전소 시스템들에 전기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 발전소는 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결될 수 있으며, 그리고 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 상기 발전소는 전용 전기 그리드에 전기적으로 연결될 수 있으며, 그리고 상기 전용 전기 그리드는 상기 발전소 출력으로부터 생성된 전기를 전용 서비스 부하에 제공하도록 구성될 수 있다. 상기 발전소 출력은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같을 수 있다. 상기 방법은 상기 분산형 전기 그리드와 연관된 하나 이상의 그리드 불규칙성들을 식별하는 단계, 그리고 상기 하나 이상의 그리드 불규칙성들을 식별하는 것에 응답하여 상기 비-긴급 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 상기 발전소 출력의 적어도 일부를 분배하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다수의 부지 내 원자력 모듈들 중 하나 이상에 의해 제공되는 발전소 출력으로부터 전기를 생성하기 위한 수단을 포함하는 멀티-모듈형 발전소가 본원에 개시되며, 여기서, 상기 전기의 적어도 일부는 상기 발전소의 소내 부하와 연관된 다수의 발전소 시스템들에게 제공된다. 추가적으로, 상기 발전소는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하는 분산형 전기 그리드에 상기 발전소를 전기적으로 연결하기 위한 수단, 그리고 상기 발전소를 전용 전기 그리드에 전기적으로 연결하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 상기 전용 전기 그리드는 상기 발전소 출력으로부터 생성된 전기를 전용 서비스 부하에 제공하도록 구성될 수 있으며, 상기 발전소 출력은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같을 수 있다. 일부 예들에서, 상기 발전소는 상기 비-긴급 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에게 상기 발전소 출력의 적어도 일부를 분배하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
도 1은 예시적 전력 모듈의 개략도를 도시한다.
도 2는 다수의 전력 모듈들을 포함하는 예시적 발전소를 도시한 평면도이다.
도 3은 다수의 소비자들에게 전력을 제공하도록 구성된 예시적 전기 분배 시스템을 도시한다.
도 4는 예시적 전기 분배 시스템을 도시한다.
도 5는 다른 예시적 전기 분배 시스템을 도시한다.
도 6은 예시적 전력 분배 시스템에 대한 개략도를 도시한다.
도 7은 예시적 전력 분배 시스템에 대한 스위치야드 구성(switchyard configuration)을 도시한다.
도 8은 전력 분배 시스템을 위한 예시적 구성을 도시한다.
도 9는 전력 분배 시스템에 대한 예시적인 제어 시퀀스를 도시한다.
도 10은 분산형 전기 그리드로부터의 전력 중단을 경험한 전력 분배 시스템을 동작시키기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
도 11은 하나 이상의 전용 서비스 부하들에 전력을 제공하도록 구성된 전력 분배 시스템을 동작시키기 위한 예시적인 프로세스를 도시한다.
본 명세서에 개시 및/또는 언급된 다양한 예들은 "Fault-Tolerant Power-Distribution Modules for a Power Plant"라는 명칭으로 2016년 4월 21일자로 출원된 미국 출원 제15/135,324호에서 찾을 수 있는 하나 이상의 특징들과 관련하여 또는 그것들과 함께 동작될 수 있으며, 이 문헌의 내용은 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
본원에 설명된 예들 중 일부는 다음의 용어들 중 하나 이상을 참조할 수 있다 :
분산형 전기 그리드(distributed electrical grid) 또는 매크로 그리드는 다수의 분산된 전기 소비자들에게 서비스하도록 구성될 수 있는 전기 그리드에 전기적으로 연결된 다수의 연결된 전력 발생원을 지칭할 수 있다.
드룹 모드(droop mode)는 발전기가 자신과 병렬로 연결된 다른 발전기들의 주파수를 따르는, 발전기의 전압 조절 형태를 지칭할 수 있다.
등시성 모드(isochronous mode)는 발전기 자체가 자신과 병렬로 연결된 다른 발전기들의 주파수를 제어하는, 발전기의 전압 조절 형태를 지칭할 수 있다.
부하 분산 그리드는 다른 연결된 전력 발생원들을 갖지 않고 발전소에 의해 생성된 전기에 대한 비-플랜트(non-plant) 전기 부하로의 유로(flowpath)로만 작용하는 분배 시스템을 지칭할 수 있다.
전용 전기 그리드 또는 마이크로그리드는 기존의 분산형 전기 그리드에 일반적으로 연결되어 동기식으로 작동하지만, 물리적 및/또는 경제적 조건에 따라 자율적으로 연결을 끊고 기능을 수행할 수 있는 전기 공급원들 및 부하들의 국부화된 그룹(localized grouping)을 지칭할 수 있다.
소내 부하(house load)는 상업용으로 에너지를 생산하는데 필요한 발전 설비의 내부 부하를 지칭할 수 있다.
기준미달전압(degraded voltage)은 소내 부하들이 그것들의 의도된 기능을 안정적으로 수행할 수 없는 지점을 나타내는, 분산형 전기 그리드로부터의 전송 그리드 전압 수준을 나타낼 수 있다.
발전소 정전사고(station blackout)는 원자력 발전소의 필수적인 및 비-필수적인 스위치기어 버스들로의 교류(AC) 전력의 완전한 손실을 지칭할 수 있다(즉, 터빈 트립과 동시에 부지 밖(off-site) 전력 시스템의 손실 및 부지 내(on-site) 긴급 AC 전력 시스템의 비가용성).
블랙 스타트(black start)는 분산형 전기 그리드로부터의 역-공급(back-feed) 없이 셧다운 구성으로부터 전력 생산 모드를 달성하는 발전 설비의 능력을 지칭할 수 있다.
아일랜드 모드(island mode)는 분산형 전기 그리드로의 연결과 관계없는 발전 설비의 동작을 설명하는데 사용될 수 있는 용어이다.
도 1은 예시적 전력 모듈(100)의 개략도를 도시한다. 전력 모듈(100)은 일체형 원자로 압력 용기(reactor pressure vessel; RPV)(104) 및 격납 용기(106)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, RPV(104)는 높이가 대략 17.7 m(58 ft)이고 직경이 3.0 m (10 ft)일 수 있다. RPV(104)는 다수의 연료 어셈블리들 및 제어봉들(130)을 갖는 원자로 코어(102)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 원자로 코어(102)는 대략 37 개의 연료 어셈블리들과 16 개의 제어봉 클러스터들을 포함할 수 있다. 원자로 코어(102) 위에는 중앙 고온 상승관(riser tube)(138), 상기 상승관(138)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 한 쌍의 나선형 코일 증기 발생기들 또는 열 교환기들(120), 그리고 내부 가압기(108)가 있다.
도 1은 또한 1차 냉각제(148)에 대한 예시적인 유동 경로를 도시한다. 1차 냉각제(148)는 반응기 코어(102)를 통해 위쪽으로 순환할 수 있고, 그리고 가열된 1차 냉각제(148)는 상승관(130)을 통해 위로 운송될 수 있다. 그 다음, 1차 냉각제(148)의 유동 경로는 반응기 용기(104)의 본체를 가압기(108)로부터 분리시키는 가압 플레이트에서 아래쪽으로 방향 전환될 수 있다. 1차 냉각제(148)는 열 교환기들(120)의 셸 측(shell side) 위에서 유동할 수 있으며, 여기서 1차 냉각제는 열 교환기들(120) 내부에 포함된 2차 냉각제로의 열전도에 의해 냉각된다. 그 다음, 1차 냉각제(148)는 그 방향이 RPV(104)의 하부 헤드에서 뒤바뀔 때까지 하향 유동을 계속할 수 있으며, 상기 RPV(104)의 하부 헤드에서 1차 냉각제(148)는 다시 반응기 코어(102) 내로 위쪽으로 방향 전환될 수 있다. 1차 냉각제(148)의 순환은 열 교환기들(120)의 환형을 빠져나가는 더 높은 밀도의 (냉각된) 냉각제 및 반응기 코어(102)를 빠져나가는 더 낮은 밀도의 (가열된) 냉각제의 자연 부력에 의해 전체적으로 유지될 수 있다.
2차 냉각수 측에서, 급수는 증기 발생기 튜브로 펌핑될 수 있으며, 증기 발생기 튜브에서, 급수가 가열되어 과열된 증기를 발생한다. 증기는 전용 터빈-발전기 시스템으로 순환될 수 있다. 터빈을 빠져 나가는 저압 증기는 응축되어 급수 시스템으로 재순환될 수 있다. 전체 핵 증기 공급 시스템은 일부 실시예들에서 높이가 약 23 미터이고 직경이 약 5 미터일 수 있는 격납 용기(106)와 같은 강철 용기에 둘러싸일 수 있다.
일부 예들에서, PGM 어셈블리(100)는 하나 이상의 분열 반응기들을 포함하는 모듈형 원자로 어셈블리를 포함할 수 있다. PGM 어셈블리(100)는 PGM 베이(144)에 하우징될 수 있다. PGM 베이(144)는 PGM 어셈블리(100)의 냉각을 가능하게 하는 열적 특성을 포함하는 물 또는 다른 물질의 냉각 풀(146)을 포함할 수 있다. PGM 어셈블리(100)의 적어도 일부는 냉각 풀(146)에 잠길 수 있다. 이에 따라, PGM 어셈블리(100)의 적어도 일부는 냉각 풀(146)의 수선(water line)(147)의 상부 아래에 있을 수 있다.
추가적으로, PGM 어셈블리(100)는 PGM 코어(102)를 포함할 수 있다. PGM 코어(102)는 열을 제어 가능하게 생성하는데 사용되는 임의의 기기, 어셈블리, 장치, 또는 구성을 포함할 수 있다. 이에 따라, PGM 어셈블리(100)는 열 생성 어셈블리를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, PGM 코어(102)는 핵분열 반응기 코어 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 원자로 코어를 포함할 수 있다. PGM 코어(102)는 PGM 냉각제(148)에 담길 수 있다. 적어도 일 실시예에서, PGM 냉각제(148)는 PGM 코어(102)로부터 멀어지는 (PGM 코어(102)에 의해 생성된) 열의 유동을 가능하게 하는 물 또는 임의의 다른 재료를 포함한다.
일부 예들에서, PGM 어셈블리(100)는 PGM 냉각제(148)의 흐름을 적어도 부분적으로 제한하거나, 나르거나(channeling), 또는 안내하는 코어 슈라우드(shroud)(134)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, PGM 코어(102)는 코어 슈라우드(134)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. PGM 코어(102), 코어 슈라우드(134) 및 PGM 냉각제(148)는 압력 용기(104) 내에 하우징된다.
다양한 예들에서, PGM 코어(102)는 PGM 냉각제(148)로 전달되는 열을 생성하도록 구성될 수 있다. 흐름 화살표로 나타낸 바와 같이, 압력 용기(104) 내의 PGM 냉각제(148)를 가열하면 PGM 냉각제(148)의 일반적으로 수직인 원형 대류가 발생할 수 있다. 코어 슈라우드(148)는 PGM 냉각제(148)의 상기 일반적으로 수직인 원형 대류를 적어도 부분적으로 제한하거나, 나르거나(channeling), 또는 안내하도록 구성될 수 있다. 가압기(108)는 PGM 냉각제(148)의 적어도 가열 및/또는 대류에 기인한 압력 용기(104) 내의 내부 압력을 규제하도록 구성될 수 있다.
PGM 코어(102)는 코어 슈라우드(134)의 하부 플리넘(plenum)(136)에 있는 PGM 냉각제(148)의 일부를 가열하도록 구성될 수 있다. 가열된 PGM 냉각제(148)는 슈라우드 라이저(shroud riser)(138)로부터 위쪽으로 그리고 바깥쪽으로 유동한다. PGM 냉각제(148)가 위로 유동함에 따라, 가열된 PGM 냉각제(148)는 다수의 증기 발생기들(122)에 열을 제공한다. 적어도 이러한 열 교환으로 인해, 가열된 PGM 냉각제(148)가 슈라우드 라이저(138) 밖으로 유동함에 따라, PGM 냉각제(148)가 냉각된다. 도 1의 흐름 화살표에 의해 도시된 바와 같이, 슈라우드 라이저(138)의 외부에서 일단 PGM 냉각제(148)는 코어 슈라우드(134) 및 압력 용기(104) 사이에서 일반적으로 하향 유동한다. 대류는 냉각된 PGM 냉각제(148)를 하부 플리넘(136) 근처에서 다시 코어 슈라우드(134)로 끌어당긴다. PGM 코어(102)는 PGM 냉각제(148)를 다시 가열하도록 구성될 수 있으며, 이로써 대류는 PGM 코어(102)를 계속 순환시키고 냉각시킨다.
압력 용기(102)는 격납 용기(106) 내에 하우징될 수 있다. 격납 용기(106)는 PGM 냉각제(148) 뿐만 아니라 PGM 코어(102)에 포함된 임의의 물질을 포함하여, 압력 용기(104)로부터의 물질의 방출을 금지하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 상기 PGM 어셈블리(100)는 압력 용기(104) 내의 압력을 배출하기 위해 그리고/또는 압력 용기(104)로부터 과도한 열을 소산시키기 위해 다수의 PGM 유출 밸브들(vent valve)(110) 및/또는 다수의 PGM 재순환 밸브들(118)을 포함할 수 있다.
급수는 증기 발생기들(122) 및 전기 발생기들을 포함하는 회로에서 유동할 수 있다. 증기 발생기들(122) 내에서, 급수가 가열되어 증기를 발생시킬 수 있다. 생성된 증기는 증기 헤더들(126)로부터 흘러나와, 상기 전달된 열을 PGM 어셈블리(100)로부터 멀리 운반한다. 다수의 증기 격리 밸브들(114)은 증기 흐름을 PGM 어셈블리(100)로부터 멀어지게 조절하도록 구성될 수 있다. 증기는 전력 또는 다른 형태의 사용 가능한 동력을 생성하기 위해, 도 2의 증기 버스(160)와 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 증기 버스를 통해 도 2의 터빈 발전기(176) 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 발전기들에게 보내질 수 있다.
증기 내의 에너지가 전력을 발생시킨 후에, 냉각된 급수의 PGM 어셈블리(100)로의 복귀는 다수의 급수 격리 밸브들(112)을 통해 조절될 수 있다. 냉각된 급수는 급수 헤더들(124)을 통해 증기 발생기들(122)로 되돌아가서 회로를 완성할 수 있다.
적어도 일부 예들에서, PGM 어셈블리(100)가 셧다운된 후에도, PGM 코어(102)는 계속 열을 발생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, PGM 코어(102)가 원자로 코어를 포함하는 예들에서, 원자로 코어는 원자로 코어 내의 사용필연료(spent fuel)와 연관된 붕괴(decay) 기간 동안 열을 계속 생성할 수 있다. PGM 어셈블리(100)의 셧다운 후에 생성된 열은 붕괴열일 수 있다. 이에 따라, PGM 어셈블리(100)의 PGM 코어(102) 및 다른 컴포넌트들이 적어도 붕괴열로 인해 과열되지 않는 것을 보장하기 위해, PGM 코어(102)에 의해 생성된 전력은 소산(dissipating)될 수 있다.
일부 예들에서 붕괴열을 소산시키기 위해, PGM 어셈블리(100)는 붕괴열 제거 시스템(decay heat removal system; DHRS)을 포함한다. DHRS는 급수/증기의 흐름을 증기 버스로부터 멀어지는 방향으로 바꾸기 위한 다수의 DHRS 밸브들(116)뿐만 아니라 PGM 베이(144)의 냉각 수조(146)에 잠긴 다수의 DHRS 열 교환기들(120)을 포함할 수 있다.
PGM 어셈블리(100)의 셧다운 동안, 또는 증기 및/또는 가열된 급수를 전기 발생기들에 공급하지 않는 것이 바람직한 또 다른 이벤트 동안, 다수의 증기 격리 밸브들(114)은 증기 및/또는 가열된 급수가 전기 발생기들로 흐르지 않도록 폐쇄될 수 있다. 오히려, 증기 및/또는 가열된 급수는 다수의 DHRS 열 교환기들(120)을 통해 흐르며, 그리고 냉각된다. DHRS 열 교환기들(120)은 과열을 냉각 수조(146)로 내보낸다. 붕괴열 교환기들(120)을 통과하는 급수의 원형 유동은 다수의 DHRS 밸브들(116)에 의해 조절될 수 있다.
PGM 코어(102)의 전력 생성 속도는 하나 이상의 제어봉들(130)의 위치에 의해 조절될 수 있다. 상기 하나 이상의 제어봉들(130)의 위치 결정은 제어봉 구동부들(132)에 의해 구동될 수 있다.
PGM 어셈블리(100)는 도 1에 개략적으로 도시된 다수의 진단 센서들(140)을 포함할 수 있다. 진단 센서들(140)은 PGM 모듈(100)의 다양한 컴포넌트들을 모니터링하기 위해 센서 데이터를 감지하고 그리고/또는 생성하도록 구성될 수 있다. 진단 센서들(140)은 온도 센서들, 압력 센서들, 밸브 구성 센서들, 제어봉 위치 센서들, 방사능 센서들, 유체 및 가스 흐름 센서들, PGM 어셈블리(100)의 파라미터들을 모니터링하는 다른 센서들, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 다양한 유형의 센서들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 진단 센서들(140)은 센서 데이터 버스(142)에 센서 출력 신호들을 제공하도록 구성될 수 있다. 센서 출력 데이터는 진단 센서 데이터 또는 단순히 센서 데이터일 수 있다. 진단 센서들(140)은 안전 센서들 또는 안전 관련 센서들뿐만 아니라 자산 보호 관련 센서들을 포함할 수 있다.
도 2는 다수의 전력 모듈들(164)을 포함하는 예시적 발전소(150)의 상면도를 도시한다. 각각의 전력 모듈(164)은 터빈 발전기들(176)과 같은 하나 이상의 터빈들 또는 발전기 시스템들에 연결될 수 있다. 터빈 발전기(176)는 전력 모듈(164)로부터의 열 출력을 전기로 변환하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 반응기 모듈들과 동일한 개수의 터빈 발전기들은 반응기 모듈들(164)을 하우징하는 반응기 빌딩 또는 하우징(152)에 인접하여 배치된 하나 이상의 발전기 빌딩들 또는 하우징들(154)에 위치할 수 있다. 반응기 하우징(152)은 항공기-내성 원자로 빌딩(aircraft-resistant reactor building)을 포함할 수 있다.
다수의 전력 모듈들(164)은 반응기 하우징(152) 내에 포함된, 도 1의 냉각 수조(146)와 같은 단일의 대형 수조에 배치될 수 있다. 반응기 수조는 모든 전력 모듈들(164)에 대한 수동 격납 냉각 및 붕괴열 제거를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 수조는 30일 이상 동안 반응기 코어들에 의해 생성된 전체 붕괴열을 흡수할 수 있는 용량을 가진 히트 싱크를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 전력 모듈들(164)의 공기 냉각은 또한 물의 수조와 함께 또는 그에 추가하여 반응기 코어들을 냉각시키는데 사용될 수 있다.
전력 모듈들(164)은 수위 아래에 위치할 수 있다. 수위 아래 수조는 비인가된 인력에 의한 원자로 연료의 접근에 대하여 추가적인 금지를 제공함으로써 향상된 물리적 보안을 제공할 수 있다. 격납 건물 외부에서 방사선 차폐를 제공하는 것 이외에, 상기 풀은 또한 반응기 하우징(152)으로부터의 핵분열 생성물 방출을 감소, 지연 및/또는 억제하는 것을 도울 수 있다.
모듈형 발전소(150) 및 그 내부에 하우징된 반응기 모듈들(164)은 다수의 피처들에 의해 대부분의 종래의 원자로 설계와 구별될 수 있다. 예를 들어, 격납을 포함한 핵증기공급계통(Nuclear steam supply system)은 현장 밖에서 완전히 사전 조립되어, 철도, 트럭 또는 바지선에 의해 현장으로 운송될 수 있다. 이는 병렬 제조 고려 사항으로 인해 건설 시간을 줄이고, 부지 내 건설 활동량의 감소로 인해 전체적인 일정 불확실성을 감소시킨다.
추가적으로, 자연 순환 동작과 일체형 설계로 인해 일차 계통의 펌프, 파이프 및 밸브가 제거되므로, 그러한 컴포넌트들과 관련된 유지 보수 및 잠재적 고장이 제거되는 동시에 소내 부하(house load)도 감소된다. 반응기 모듈들(164)은 운전자의 액션 없이, AC 또는 DC 전력 없이, 그리고 무한한 시간 동안 추가의 물을 사용하지 않고, 안전하게 셧-다운되며 자가-냉각하도록 구성될 수 있다.
전력 변환 시스템을 포함하여 각 전력 모듈이 다른 모듈들과 독립적으로 작동하도록 구성될 수 있기 때문에, 각 모듈은 다른 모듈들이 계속 작동되는 동안 셧-다운되도록 구성될 수 있다. 이 특징은 지속적인 플랜트 출력을 가능하게 하고, 출력 전력의 전반적인 신뢰성을 크게 향상시킨다.
모듈형 발전소(150)는 전력 생성 모듈(PGM) 어셈블리 어레이(156)를 포함한다. PGM 어셈블리 어레이(156)는 PGM 어셈블리(164) 같은 하나 이상의 PGM 어셈블리들을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 일부 예들에서, PGM 어셈블리 어레이(156)에 포함된 PGM 어셈블리들 중 적어도 하나는 도 1의 PGM 어셈블리(100)와 유사한 특징들을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 일례에서, PGM 어셈블리 어레이(156)는 12 개의 PGM 어셈블리들을 포함한다. 그러나, 다른 예들에서, PGM 어셈블리 어레이(156) 내에 포함된 PGM 어셈블리들의 수는 12 개보다 많거나 적은 PGM 어셈블리들을 포함할 수 있다. PGM 하우징(152)은 PGM 어셈블리 어레이(156)의 적어도 일부를 하우징할 수 있다.
일부 예들에서, 하나 이상의 발전기 하우징들(154)은 발전기 어레이(158)를 수용하도록 구성될 수 있다. 발전기 어레이(158)는 PGM 어셈블리 어레이(156)에 의해 생성된 증기로부터 전력 또는 몇몇 다른 형태의 사용 가능한 동력을 생성하는 하나 이상의 기기들을 포함한다. 이에 따라, 발전기 어레이(158)는 터빈 발전기(176)와 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 하나 이상의 전기 발전기들을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 일 실시예에서, 발전기 어레이(158)는 12 개의 전기 발전기들을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 발전기 어레이(158)에 포함된 발전기들의 수는 12 개 보다 많거나 적은 전기 발전기들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, PGM 어셈블리 어레이(156)에 포함된 각 PGM 어셈블리 및 발전기 어레이(158)에 포함된 각 발전기 간의 일대일 대응이 존재할 수 있다.
증기 버스(160)는 PGM 어셈블리 어레이(156)에 의해 생성된 증기를 발전기 어레이(158)에 라우팅할 수 있다. 증기 버스(160)는 상기 PGM 어셈블리 어레이(156)에 포함된 PGM 어셈블리들과 상기 발전기 어레이(158)에 포함된 발전기들 간의 일대일 대응을 제공할 수 있다. 예를 들어, 증기 버스(160)는 특정 PGM 어셈블리에 의해 생성된 증기를 오직 특정 발전기에만 제공하도록 구성될 수 있다. 증기 버스(160)는 다른 PGM 어셈블리들로부터 생성된 증기가 특정 발전기에 제공되는 것을 금지하도록 추가적으로 구성될 수 있다.
각 발전기 어레이(158)의 각각의 발전기들에 의해 생성된 전력의 일부는 원격 소비자들에게 전송될 수 있다. 예를 들어, 생성된 전력의 일부는 스위치야드에 제공될 수 있고 원격 소비자들에게 전송되도록 전력망에 공급될 수 있다. 이러한 원격으로 전송되는 전력은 가정, 사업체 등에 전력을 제공할 수 있다.
그러나, 생성된 전력의 적어도 다른 부분은 발전소(150) 내에서 국부적으로 이용되어 발전소(150)를 적어도 부분적으로 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 생성된 전력의 일부는 발전소(150) 내의 다양한 전기 부하들에 분배될 수 있다. 국부적으로 분산된 전력은 발전소(150)의 제어실(170)에 전력을 제공하는 것과 같이(그러나 이에 한정되지는 않음) 발전소(150)의 작동에 이용될 수 있다.
스위치야드 및 전력 그리드의 전송 전압을 정합(matching)시키기 위해, 원격으로 전송될 각 발전기에 의해 생성된 전력의 일부는 전력 신호를 통해 하나 이상의 원격 전압 전송 변압기들(180)로 라우팅될 수 있다. 전력의 전송은 더 높은 전압에서 보다 효율적일 수 있기 때문에, 일부 예들에서, 하나 이상의 원격 전송 변압기들(180)은 승압 변압기들을 포함할 수 있다.
도 2는 원격 전송 변압기들(180)로 라우팅된 각 발전기로부터의 원격으로 전송된 전력 부분을 도시한다. 전압이 전송 전압으로 변환된 후, 원격으로 송신될 전력은 원격 전송 버스(162)를 통해 스위치 야드로 라우팅된다. 원격 전송 변압기들(180)이 발전소(150)의 최종 사용자들에게 전력을 제공하도록 구성될 수 있는 예들에 대해, 원격 전송 변압기들(180)에 포함된 변압기들은 메인 전력 변압기들(main power transformer; MPT)일 수 있다.
발전소(150) 내에서 적절한 전압들에서 국부 전력을 제공하기 위해, 국부적으로 분배될 각 발전기에 의해 생성된 전력의 일부분은 전력 신호를 통해 하나 이상의 로컬 분배 전압 변압기들(182)로 라우팅될 수 있다. 발전소(150) 내의 다양한 부하들이 발전기들에 의해 출력되는 전압보다 적은 전압을 사용하도록 구성될 수 있기 때문에, 하나 이상의 국부적인 분배 변압기들(182)은 강압 변압기들을 포함할 수 있다. 국부적 분배 변압기들(182)에 포함된 변압기들은 유닛 보조 변압기(unit auxiliary transformer; UAT)들을 포함할 수 있다.
도 2는 발전기들로부터 국부적인 분배 변압기들(182)로 라우팅된, 각각의 발전기들로부터의 전력 신호의 국부적으로 분포된 부분을 도시한다. 전력 신호의 전압이 하나 이상의 국부 분배 전압들로 변환된 후, 국부적으로 분배될 전력 신호는 국부 분배 버스(184)를 통해 하나 이상의 전력 분배 모듈들(PDM)(186)로 라우팅될 수 있다. PDM들(186)은 발전소(150) 내의 다양한 부하들에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. PDM들(186)은 내결함성(fault-tolerant) PDM들일 수 있다.
특정 유형의 에너지 소비자 또는 시설은 높은 수준의 확실성으로 일년 내내 24시간 연속으로 전력을 요구할 수 있다. 예를 들면, 군사 또는 방위 시설, 연구 시설, 컴퓨터 센터, 산업 플랜트, 그리고 심지어는 원격 위치로 인해 주요 전력 그리드 또는 매크로 그리드에 액세스할 수 없는 고립된 지역 사회도 포함될 수 있다. 일부 소비자를 위한 전기 또는 열이 중단되면 상당한 재정적 손실이 발생하거나, 보안 손실을 초래하거나, 또는 기타 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있다. 디젤 발전기 및/또는 배터리와 같은 알려진 예비 에너지원의 용량이 제한되어 있어, 이러한 솔루션들이 높은 수준의 전력 신뢰성을 요구하는 소비자들에게 적합하지 않을 수 있다.
원자력 발전소는 상대적으로 높은 용량 계수로 풍부한 에너지를 제공하지만, 그럼에도 불구하고, 원자로는 주기적으로(예를 들어, 몇 년에 한번) 연료 보급 또는 유지 보수를 위해 셧-다운될 수 있다. 이로 인해 최소한 원자력 발전소가 오프라인으로 전환되는 시기 동안에는 전력망에서 높은 전력 신뢰도를 달성하기가 어려울 수 있다. 대규모 원자력 발전소의 부지 선정 및 제조와 관련된 상대적으로 큰 자본 비용으로 인해, 단일 현장에 여러 발전소를 설치하는 것은 경제적 관점으로 볼 때 실질적으로 비실용적일 수 있다. 그러나, 상대적으로 작은 모듈형 원자로를 수용할 수 있도록 설계된 발전소는 핵증기공급계통과 전체 플랜트 설계와 관련된 몇 가지 특징들로 인해 지속적이고 높은 신뢰성의 전력을 제공하는데 적합할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같은 모듈형 발전소(150)는 시간 경과에 따라 변할 수 있는 전력 요건들에 따라, 또는 잠재적인 부지 밖의 전력 손실을 효과적으로 처리하기 위해, 개수를 늘리거나 줄일 수 있는 그리고/또는 재구성될 수 있는 다수의 전력 모듈들을 포함할 수 있다. 전력 모듈들(164)은 단순하고 매우 견고한 설계를 산출하는 일체형 가압 경수로(pressured water reactor) 구성을 포함할 수 있다. 이러한 전력 모듈들(164)은 연료 보급 및 유지 보수를 위해 반응기 하우징(152) 내에서 이동될 수 있을 뿐만 아니라 충분히 작아서, 하나 이상의 사전 조립된 반응기 모듈들이 레일, 선박 또는 심지어는 땅에 의해 비교적 먼 거리를 통해 이송될 수 있게 한다.
발전소가 12 개의 전력 모듈을 포함하고 각각의 전력 모듈이 50 메가와트(MWe)의 총 전력을 생성하도록 구성될 때, 발전소는 약 600 MWe의 피크 발전 용량을 가질 수 있다. 추가적으로, 모듈형 발전소(150)는 하나 이상의 개별 모듈들이 연료 보급 또는 유지 보수를 위해 오프라인으로 될 수 있는 경우에도, 연속적으로 다양한 레벨의 동력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 반응기 모듈들은 전력을 복원할 준비가 되었을 때 발전소의 블랙-스타트를 돕기 위해 50 MWe 증분으로 상기 분배된 전력망의 수요를 매칭하기 위해 한 번에 하나씩 서비스하도록 되돌아갈 수 있다.
본 명세서에 개시된 추가 도면을 참조하여 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 모듈형 발전소(150) 내의 하나 이상의 모듈들은 부지 밖 전력 손실의 경우 부지에서 또는 국부적으로 생성된 "소내 부하(house load)"를 제공하도록 구성될 수 있다. 소내 부하는 하나 이상의 모듈들의 작동뿐만 아니라, 다른 부지 내 시스템들 또는 작동들을 유지하는데 사용될 수 있다.
모듈형 발전소(150)는 복수 배열 일체구조형 원자로들(redundant array of integral reactors; RAIR)로서 구성될 수 있다. 신뢰성이 높은 데이터 저장 장치를 제공하기 위해 복수 배열 독립 디스크(redundant array of independent disks; RAID)를 사용하는 시스템과 유사하게, RAIR은 매우 안정적인 전력원을 제공하도록 구성될 수 있다. RAID 데이터 저장의 경우, 동일한 데이터가 여러 위치에 동시에 기록될 수 있으므로, 안정성을 위해 저장 용량을 교환할 수 있다. 이 데이터를 여러 디스크에 배치하면, 원하는 때에 정보를 검색할 수 있다는 시스템 자체의 신뢰성이 있다. 개별 디스크는 "핫 스왑(hot swap)"될 수 있다. 즉, 데이터 손실 없이 스토리지 시스템이 작동하는 동안 디스크가 교체될 수 있다.
유사하게, 모듈형 발전소(150)에서, 하나 이상의 원자로 모듈들은 핫-스왑될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 원자로 모듈들은 다른 모듈들이 전력을 계속 생산하는 동안 연료 보급 또는 유지 보수를 위해 작업으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 모듈형 발전소(150)로부터의 전력 출력은 발전소의 수명 기간 동안, 하나 이상의 원자로 모듈들이 오프라인될 때 감소된 총 전력 레벨에도 불구하고, 다양한 신뢰 수준에서 제공될 수 있다.
RAIR으로부터의 일정 레벨의 출력을 보장하기 위해, 모듈 발전소(150)에서 지속적으로 출력될 수 있는 신뢰성이 높은 전력 레벨을 예측하기 위해 여러 플랜트 "혼란(upset)"을 고려한 플랜트 가용성 분석이 수행될 수 있다. 전력 출력 레벨을 결정하기 위해, 50,000 번의 60년 발전소 수명이 시뮬레이션되었다. 플랜트는 분석에 포함된 다양한 플랜트 혼란들과 함께 매일(즉, 1일의 시간 간격으로) 시뮬레이션되었다. 시뮬레이션된 혼란들은 다음 고려사항 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다 :
연료 보급 중단(refueling outage). 각 모듈은 24개월마다 연료를 공급받을 수 있으며, 이 때, 모듈은 연료 보급 및 검사 활동을 수행하기 위해 명목상 10일 동안 오프라인 상태가 된다. 12 개의 모듈 발전소를 포함하는 일부 예들에서, 모듈은 2 개월마다 한 번 연료 보급 작업을 위해 일시적으로 오프라인 상태가 될 수 있다.
단기적인 정전(short term outage). 단기적 정전은 예기치 않은 원자로 트립에 의해 개시될 수 있지만 서비스를 받기 위해 모듈을 열 필요는 없다. 단기적 정전 중에 모듈은 원자로 베이에 남아있을 수 있으며, 여러 모듈들은 동시에 수리될 수 있다. 이러한 유형의 정전에는 2차 시스템 장애가 포함될 수 있다.
장기간 정전(long term outage). 모듈 내부의 컴포넌트들의 고장에 의해 장기간의 정전이 발생될 수 있으며, 이 경우, 수리를 수행하기 위해 모듈이 개방된다.
두 개의 모듈 정전(two module outage). 예를 들어 AC 버스의 손실로 인해 2 개의 모듈들에 대해 동시에 단기간 정전이 발생할 수 있다. 이러한 경우, 두 모듈들은 오프라인으로 전환되며 그리고 서비스하도록 동시에 복귀될 수 있다.
복수개의 모듈 정전(plural module outage). 많은 시스템들이 전력 모듈들 사이에서 독립적일 수 있지만, 급수 시스템 콘덴서들에 냉각을 제공하는 순환수 시스템과 같은 일부 시스템들은 모든 전력 모듈들은 아니더라도 일부에 공통적일 수 있다. 예를 들어 12 개 중 절반 또는 6 개의 모듈들은 오프라인으로 전환될 수 있으며 그리고 동시에 수리된 다음, 시차를 두고 재시작될 수 있다.
전체 모듈 정전. 전체 모듈 정전은 오프사이트 전력 손실 이외의 모든 모듈, 예를 들어 12개 모듈들에 공통적인 장비의 고장으로 인해 발생할 수 있으며, 이는 개별적으로 서로 상이하게 처리될 수 있다. 전체 모듈 가동 중단의 경우, 모든 전력 모듈들은 오프라인으로 전환되고 그리고 동시에 수리된 다음, 시차를 두고 재시작될 수 있다.
오프사이트 전력 손실. 오프사이트 전력 손실은 전체 공장에 동시에 영향을 줄 수 있다. 모듈들은 현재 상태에서 일시 중단되어, 부지 밖 전력 손실(loss-of-offsite-power; LOOP) 상태가 될 수 있다. 일부 예들에서, LOOP 동안 오직 연료 보급만 트리거링될 수 있다. 전원이 복원되면, 전력 모듈들은 한 번에 한 모듈씩 시차를 둔 방식으로 온라인 상태로 전환될 수 있다. LOOP 복구 후에, 모듈들은 그것들의 이전 상태로 되돌아갈 수 있다. LOOP 동안 연료 보급이 트리거링되고 LOOP 개시 전에 모듈이 다운 상태에 있다면, 모듈은 다운 상태로 복구될 수 있으며, 다운 상태로부터의 복구 후에 연료 보급 상태가 될 수 있다. 그렇지 않다면, 모듈은 바로 연료 보급 상태가 될 수 있다.
RAIR 성능의 맥락에서 제공되는 예시적인 값들, 속도들 및 확률들 중 일부는 전력 모듈의 출력이 100 % (예를 들어, 50 MWe 또는 최대 전력) 또는 0이라고 가정하여 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 값들, 속도들 및 확률들이 획득될 수 있으며, 이 경우, 하나 이상의 전력 모듈들은 예를 들어 하나 이상의 다른 전력 모듈들이 오프라인으로 된 경우에 따라, 중간 전력 레벨에서 최대 전력 레벨까지 변할 수 있는 출력을 갖는다.
일부 예들에서, 임의의 특정 전력 모듈은 다음을 포함하는 5 개 이상의 상태와 연관될 수 있다 : 동작(operating), 연료 보급(refueling), 다운 및 폐쇄(closed), 다운 및 개방(open), 또는 오프사이트 전력 손실(LOOP)로 인한 다운. 전력 모듈이 작동하지 않는 폐쇄 상태에서, 전력 모듈을 개방하지 않고도 수리 작업이 수행될 수 있다. 개방 상태에서, 전력 모듈을 개방한 후 수리 작업이 수행될 수 있다.
연료 보급 후에, 전력 모듈은 최대 전력으로 복귀될 수 있다. 동작에서 폐쇄, 개방 또는 LOOP로의 나머지 전이 레이트(transition rate)는 표 1에 표시된 것과 같은 수정된 개시 이벤트 빈도를 사용하여 확률적 위험성 평가 분석에서 결정될 수 있다. 표 1에 도시된 오차 계수(error factor)는 대수 정규 분포에서 불확실성의 척도를 제공하는 것으로 이해될 수 있으며, 그리고 분포의 95 백분위 수 값과 분포의 중간 값의 비율로 취해진다.
개시 이벤트 빈도
Initiator Description Frequency(mcyr-1 )
Error Factor
CVCS LOCA Inside Containment - Charging Line 2.60E-04 5.57
CVCS LOCA Outside Containment - Charging Line 3.00E-04 6.86
CVCS LOCA Outside Containment - Letdown Line 2.56E-04 13.18
Spurious Opening of an ECCS Valve 1.00E-05 3.11
DC 전력 손실 8.86E-05 33.44
오프사이트 전력 손실 3.2E-02 3.46
증기 발생기 튜브 고장 1.30E-03 3.40
LOCA Inside Containment 1.62E-03 1.78
Secondary Side Line Break 1.10E-02 3.62
Loss of Power Conversion System (PCS) 1.81E-01 1.10
Transient with PCS Available 1.16 1.04
모듈이 작동 상태에서 폐쇄 상태로 전환하는 빈도를 결정하기 위해, 3 개의 개시 이벤트 빈도를 함께 합산하거나 다른 방법으로 고려할 수 있다 : DC 전력 손실, 전력 변환 시스템 손실, 그리고 일시적 전력 변환 시스템 사용 가능. 이러한 개시 이벤트들은 수리를 위해 모듈이 개방될 것을 요구하지 않을 수 있다. 예를 들어, DC 배터리들 및 버스들은 모듈 외부뿐만 아니라 급수 및 응축 시스템과 같은 2차 시스템에도 위치될 수 있다. 작동 상태에서 폐쇄 상태로 전환하는 빈도는 로그 정규 분포를 사용하여 추정될 수 있다. 일부 예들에서, 표 1의 나머지 개시 이벤트들은 모듈이 작동 상태에서 개방 상태로 전환하는 빈도에 기여하는 것으로 이해될 수 있다.
전력 모듈이 연료 보급, 폐쇄, 개방 또는 LOOP 상태 중 하나에 있다면, 전력 모듈은 다른 상태로 전환하기 전에 일정 기간 동안 그 상태를 유지할 수 있다. 연료 보급, 폐쇄 또는 개방 상태의 경우, 전력 모듈은 모듈 복구 후 최대 전력으로 되돌아갈 수 있다. LOOP 상태에서, 전력 모듈은 반드시 작동 상태일 필요는 없는 이전 상태로 되돌아갈 수 있다. 예를 들어, LOOP가 개시될 때 복구 시간이 10일 남아있는 상태에서 전력 모듈이 개방 상태에 있다면, 해당 전력 모듈은 분산형 전기 그리드로 전력이 공급된 후 10일 간의 복구가 남아있는 상태에서 개방 상태로 되돌아갈 수 있다.
전력 모듈이 폐쇄 상태 또는 개방 상태로부터 전환하는데 걸리는 일(day) 수는 원자로 유형 및 원자로와 관련된 시스템의 수에 따라 달라질 수 있다. 일부 예들에서, 1 내지 25일 범위의 값들은 폐쇄 상태 이벤트의 지속 기간 동안 가정될 수 있고, 그리고 26일 내지 약 1년은 개방 상태 이벤트에 대해 가정될 수 있다. 유사하게, 전력 모듈이 LOOP 상태 또는 다른 상태로부터 전환하는 복구 시간은 원자로에 대해 축적된 경험적 또는 통계학적 데이터에 기초하여 가정될 수 있다.
도 3은 다수의 소비자들에게 전력을 제공하도록 구성된 예시적 전기 분배 시스템(300)을 도시한다. 일부 예들에서, 전기 분배 시스템(300)은 다수의 분산된 소비자들에게 서비스할 수 있는 유틸리티 회사에 의해 운영되는 전력 그리드 유형과 같은 분산형 전기 그리드(375) 또는 매크로 그리드를 포함할 수 있다. 다수의 소비자들은 제1 소비자(310) 및 제2 소비자(320)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 제1 소비자(310)는 조명, 난방 시스템, 에어컨, 전자 기기들, 상업 장비, 전기에 의해 구동되는 다른 유형의 기기들 또는 이들의 임의의 조합에 전력을 공급하기 위해 분산형 전기 그리드(375)에 전기적으로 연결될 수 있는 거주 고객 또는 상업 고객을 포함할 수 있다. 제1 소비자(310)는 다수의 소비자에게 전력을 공급하도록 구성된 분산형 전송 라인(315)에 의해 분산형 전기 그리드(375)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 분산형 전송 라인(315)은 하나 이상의 주거 지역에 걸쳐 위치한 전신주들에 부착된 전력선들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 분산형 전송 라인(315)의 적어도 일부는 지하에 위치하는 매설 케이블들을 포함할 수 있다.
국부적 또는 그리드-전체(grid-wide) 전력 손실의 경우, 일부 또는 모든 소비자들은 일시적으로 전력을 잃을 수 있다. 제1 소비자(310)와 같은 많은 소비자들에 있어서, 전력 손실은 불편할 수 있지만, 상당한 경제적 손실을 초래하지 않을 수 있거나, 특히 전력 손실이 단지 수 시간 동안만 발생하는 경우에는 다른 심각한 파급 효과는 없을 것이다. 또한, 제1 소비자(310)는 일반적으로 전력 손실이 존재하는 기간 동안 연소 전기 발전기의 사용에 의해 국부적 전기 요구의 일부 또는 전부를 충족시킬 수 있다.
일부 예들에서, 제2 소비자(320)는 전용 서비스 부하를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 소비자(320)는 군사 또는 방위 설비, 연구 시설, 컴퓨터 또는 데이터 센터, 산업 플랜트, 금융 또는 소매 시스템, 보안 시스템, 통신 시스템, 항공 교통 제어 시스템, 다른 유형의 전용 서비스 부하, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 제2 소비자(320)는 전용 전송 라인(325)에 의해 분산형 전기 그리드(375)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 오직 한 명의 소비자만이 임의의 하나의 전용 전송 라인에 의해 분산형 전기 그리드(375)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 소비자(320)에 대한 일시적인 전력 손실은 상당한 경제적 손실, 평판의 위험(reputational harm), 보안 및 안전 문제, 그리고/또는 데이터 손실과 연관될 수 있다. 일부 예들에서, 전력 손실은 제2 소비자(320)와 관련된 설비에서, 또는 중요한 서비스를 제공함에 있어서 제2 소비자(320)의 계속적인 작동에 의존할 수 있는 다른 위치들 및/또는 원격 시스템에 관한 넓은 의미에서 특정 보안 또는 안전 위험을 야기할 수 있다.
분산형 전력 그리드(375)는, 절전 시기(brown-out) 동안과 같이, 그리드 전력의 부분 손실이 발생하는 경우, 분산형 전송 라인(315)과 비교하여, 전용 전송 라인(325)에 전력을 제공하는 것을 우선하도록 구성될 수 있다. 다수의 소비자들의 모든 전력 요구를 충족시키기에 불충분한 전력이 있는 경우에, 분산형 전력 그리드(375)는 다수의 소비자들 또는 소비자 그룹이 본질적으로 전력 손실을 교대로 경험하는 롤링 블랙-아웃(rolling black-out)을 개시하도록 구성될 수 있다. 분산형 전기 그리드(375)는 제2 소비자(320)가 전력 손실을 경험하지 않을 수 있도록, 절전 또는 롤링 블랙-아웃 하에서 전용 전송 라인(325)에 전력을 제공하는 것을 우선하도록 구성될 수 있다.
발전소(350)와 관련된 스위치야드(340)는 하나 이상의 스위치야드 연결부들 및 다수의 메인 전력 변압기들(MPT)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 이중 버스 구성을 통해 MPT들을 분산형 전기 그리드(375)에 연결하기 위해 차단기 및 반 스위치야드 방식(half switchyard scheme)이 이용될 수 있다. 예를 들어, 이중 버스 구성은 발전소(350)를 분산형 전기 그리드(375)에 전기적으로 연결할 수 있는 제1 버스(341) 및 제2 버스(342) 같은 하나 이상의 전송 라인들 및/또는 버스들을 포함할 수 있다. 이중 버스 구성은 버스들 중 하나가 고장났을 때 버스들(341, 342) 중 적어도 하나가 발전소(350)로부터 분산형 전기 그리드(375)로 전기를 전달하는데 이용 가능하다는 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
분산형 전기 그리드(375)는 하나 이상의 추가 발전소, 풍력 터빈, 태양 전지판, 수력 발전 댐, 다른 에너지원 또는 이들의 임의의 조합과 전기적으로 연결될 수 있다. 발전소(350)가 오프라인상태가 되거나 또는 전력을 생성하지 않는 경우에, 다수의 소비자들에 의한 사용을 위해 분산형 전기 그리드(375)에 전력의 적어도 일부 기저선을 제공하기 위해 다른 에너지원이 의존될 수 있다.
일부 예들에서, 제1 버스(341) 및 제2 버스(342) 중 하나 또는 둘 모두는 분산형 전기 그리드(375)로부터 발전소(350)에 전기를 전송하도록 추가로 구성될 수 있다. 발전소(350)가 전력을 생성하지 않을 때, 분산형 전기 그리드(375)로부터의 전기는 발전소(350)에 위치한 조명 시스템에 전력을 제공하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라 다른 로컬 서비스 부하에 전력을 제공할 수 있다.
본원에 제공된 예들 중 일부는 제1 소비자 또는 제2 소비자를 설명하지만; 그러나 이러한 용어들은 간략한 설명에 의해서만 제공되며, 달리 명시되지 않는 한, 반드시 단일 소비자를 제안하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, 제1 고객은 제1 소비자 그룹을 포함할 수 있고, 제2 고객은 제2 소비자 그룹을 포함할 수 있다.
도 4는 예시적 전기 분배 시스템(400)을 도시한다. 발전소(450)는 제1 전송 라인(441)에 의해 그리고/또는 제1 버스에 의해 분산형 전기 그리드(375)에 전기적으로 연결되는 것 이외에, 전용 전기 그리드(445) 또는 마이크로-그리드와 연관된 제2 전송 라인(442)에 의해 그리고/또는 제2 버스에 의해 전용 서비스 부하(420)에 전기적으로 연결될 수 있다.
무정전 전력원(uninterrupted source of power)을 필요로 하는 특정 유형의 설비는 다중 전력원들의 공급을 통해 에너지 신뢰성 요구사항을 충족시킬 수 있다. 예를 들어, 설비는 추가 석탄 또는 천연 가스 발화 발전소 근처에 위치하거나, 또는 주 전력원이 고장난 경우 온라인으로 전환될 수 있는 디젤 발전기 및 배터리와 같은 하나 이상의 예비 전력원을 이용할 수 있다. 그러나, 특히 석탄 및 천연 가스 배출의 환경 영향에 관한 우려가 급증하고 있으며, 이는 "미션 중요 설비(mission critical facility)"에 대한 여분의 전력원으로의 사용을 포함하여, 미래의 전력 생산에 대한 사용을 현저히 감소시키거나 배제할 수 있다. 일부 예들에서, 미션 중요 설비는 지속적으로 전달되거나 99.99 % 신뢰도 표준으로 제공되는 기준 수준의 전력을 요구할 수 있다. 전력 소비자들은 99.99 % 신뢰도로 제공되는 기본 전기량에 대해 프리미엄(premium)을 기꺼이 지불할 수 있다.
발전소(450)와 관련된 스위치야드(440)는 분산형 전기 그리드(375)와 비교하여 전용 전기 그리드(445)에 전력을 제공하는 것을 우선하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 발전소(450)는 전용 전기 그리드(445)와 연관된 제2 전송 라인(442)을 통해 스위치야드(440)에 전기적으로 연결될 수 있는, 전용 서비스 부하(420)의 전력 요건을 충족시키기에 충분한 기준선 또는 최소 레벨의 전기를 연속적이고 신뢰성있게 제공하도록 구성될 수 있다. 전용 서비스 부하(420)에 의해 요구되는 기준 레벨을 초과하는 발전소(450)에 의해 생성되는 임의의 추가 전력은 부지 내(on-site) 소내 부하를 위해 사용될 수 있으며, 전기로 저장될 수 있으며, 해수를 담수화하기 위해 사용될 수 있으며, 하나 이상의 다른 소비자들에게 제공될 수 있으며, 분산형 전기 그리드(375)를 통해 전송될 수 있으며, 다른 애플리케이션 또는 이들의 임의의 조합을 위해 사용될 수 있다.
일부 예들에서, 전용 전력선(325)과 같은 분산형 전력 그리드(375)에 대한 옵션의 전기 접속이 전용 서비스 부하(420)에 제공될 수 있다. 전용 전력선(325)은 발전소(450)가 오프라인 상태로 되는 경우에, 예를 들어 전용 서비스 부하(420)가 제2 전송 라인(442)을 통해 전력 손실을 경험하는 경우에, 전용 서비스 부하(420)에 여분의 전력원을 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예들에서, 전용 전력선(325)은 전용 서비스 부하(420)에 의해 이용되어 불필요한 서비스들에 대한 전력을 제공하거나 저비용 에너지원으로서 전력을 제공할 수 있다. 또 다른 예에서, 전용 전력선(325)은 전용 서비스 부하(420)에 주요 전력원을 제공하도록 구성될 수 있으며, 그리고 전용 전력 그리드(445)는 분산형 전기 그리드(375)가 블랙-아웃, 인터럽트(interruption), 또는 다른 전력 손실을 경험하는 경우에 전용 서비스 부하(420)에 여분의 전력원을 제공하도록 구성될 수 있다.
LOOP의 경우, 분산형 전기 그리드(375)와 연관된 성능 저하된 송전망 이벤트의 경우, 또는 발전소(450)의 인가를 받은 사람/운영자의 재량에 따라, 분산형 전기 그리드(375)로의 제1 전송 라인(441)은 개방될 수 있으며, 이로써, 발전소(450)에 의해 생성된 전기는 제1 전송 라인(441)을 통해 전송되지 않을 수 있다. 전용 전기 그리드(445)를 통해 전용 서비스 부하(420)에 전력을 제공하는 것 이외에, 발전소(450)의 나머지 발전 용량의 적어도 일부는 분산형 전기 그리드(375)로/로부터의 중단된 서비스에도 불구하고 발전소(450)와 관련된 소내 부하를 계속 작동시키기에 충분한 전력을 유지하기 위해 사용될 수 있다.
도 2의 전력 모듈들(164)과 같은 다수의 전력 모듈들을 포함하는 발전소는 멀티-모듈 발전소의 발전 용량과 같거나 그보다 클 수 있는 발전 용량을 갖는 본질적으로 하나의 대형 원자로로 구성된 종래의 원자력 발전소와 함께 배치될 수 있다. 멀티-모듈 발전소는 대형 원자로와 관련된 모든 안전 시스템에 대해 높은 신뢰성의 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 전용 서비스 부하(420)는 비교적 큰(예를 들어, 약 1000 MWe 이상) 원자로와 관련된 종래의 발전소를 포함할 수 있다.
도 2의 전력 모듈들(164)과 같은 작동중인 또는 온라인 전력 모듈들의 수는 발전소(450)와 관련된 소내 부하들 및 전용 서비스 부하(420)의 결합된 요구에 따라 증가되거나 감소될 수 있다. 일부 예들에서, 전용 서비스 부하(420)에 중단없는 전력을 제공하기 위해 LOOP 이벤트 후 추가 전력 모듈들이 온라인으로 전환될 수 있다.
발전소(450)에서 온라인으로 유지되는 전력 모듈들의 수는 전용 서비스 부하(420)의 부하 요구에 의존할 수 있다. 예시로서, 발전소(450)가 복수의 전력 모듈들을 포함하고, 각 전력 모듈이 약 50 MWe를 생성하도록 동작할 수 있다고 가정한다. 또한, 전용 서비스 부하(420)가 50 MWe의 서비스 부하와 관련되고, 발전소(450)와 관련된 30 MWe의 비교적 일정한 소내 부하가 존재하며, 이로써 전용 서비스 부하(420) 및 발전소(450) 모두의 부하들을 만족시키기 위해서 최소 80 MWe가 필요할 수 있다고 가정한다. 일부 예들에서, 발전소(450)와 관련된 30 MWe의 소내 부하는 제1 전력 모듈, 또는 서비스 모듈 유닛(SMU)에 의해 제공될 수 있으며, 이는 전용 서비스 부하(420)에 인가될 수 있는 SMU로부터의 약 20 MWe를 남기며, 이 때, 전용 서비스 부하(420)에 의해 요구되는 나머지 30 MWe의 잔량은 제2 전력 모듈에 의해 제공된다. 서비스 모듈 유닛들은 또한 본원에 설명된 하나 이상의 예들에서 서비스 유닛들로 다양하게 지칭될 수 있다.
제2 모듈이 최대 전력보다 적게, 예를 들어 50 MWe 미만을 출력하도록 요구될 수 있는 예들에서, 터빈 바이패스는 전기를 발생시키는데 사용되지 않는 제2 모듈에 의해 생성되는 임의의 추가 전력을 소산(dissipating)하는데 사용될 수 있다. 전용 서비스 부하(420) 및 발전소(450)의 전력 요구가 만족되거나 안정화되면, 제2 전력 모듈에 의해 생성된 전력은 터빈 바이패스를 통해 콘덴서로 전환되는 증기의 양을 제한하도록 감소될 수 있다. 일부 예들에서, 제2 전력 모듈은 SM을 따르기 위해 드룹 모드(Droop mode)를 유지할 수 있다.
LOOP가 발생하면, 발전소(450)의 소내 부하들 및 전용 서비스 부하(420)의 요건들을 만족시키는 전력을 생성하는 전력 모듈들은 동작 상태를 유지할 수 있다. 다른 한편으로, 추가 전력 모듈들은 분산형 전기 그리드(375)가 서비스하기 위해 복귀할 때까지 터빈 발전기들을 우회하여 콘덴서들로 직접 증기를 덤프하도록 구성될 수 있다. SMU는 소내 부하들에 전력을 계속 공급할 수 있으며, 나머지 전력 모듈들은 비상용(critical)으로 남으며 그리고 LOOP의 지속 기간 동안 터빈 발전기 바이패스에 배치된다. 분산형 전기 그리드(375)가 서비스로 복귀되는 LOOP 이벤트 이후에, 전력 모듈들은 냉각 운전 정지(cold shutdown)에 배치된 다음, 시차를 둔 재시작으로 온라인 상태로 되돌아갈 수 있다.
다음 3가지 경우 또는 시나리오는 도 4에 도시된 예시적인 전력 분배 시스템(400)과 관련하여 설명된다.
경우 1. 발전소(450)와 관련된 전력 모듈들은 모두 LOOP 이벤트 동안 냉각 운전 정지 상태에 놓일 수 있다. 발전소(450)는 분산형 전기 그리드(375)에 연결될 수 있지만, 전용 전기 그리드(445)에는 연결되지 않을 수 있다. 일부 예들에서, 분배된 전기 그리드(375)와 관련된 하나 이상의 전송 라인들은 폐쇄되어, 발전소(450)가 분산형 전기 그리드(375)로부터 전기를 수신할 수 있게 하는 반면, 발전소(450) 및 전용 서비스 부하(420)가 서로 전기적으로 격리되도록 전용 전기 그리드(445)와 관련된 하나 이상의 전송 라인들은 개방될 수 있다.
경우 2. SM과 같은 하나의 전력 모듈은 발전소(450)와 관련된 소내 부하들에 전력을 공급하도록 구성될 수 있는 반면, 나머지 전력 모듈들은 비상용(critical)이며, 그리고 LOOP 이벤트 동안 터빈 바이패스에 배치된다. 발전소(450)는 분산형 전기 그리드(375)에 연결되지 않으면서 전용 전기 그리드(445)에 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 전용 전기 그리드(445)와 관련된 하나 이상의 전송 라인들은 닫히는 반면, 분산형 전기 그리드(375)와 관련된 하나 이상의 전송 라인들은 개방된다.
경우 3. 발전소(450)는 분산형 전기 그리드(375) 및 전용 전기 그리드(445) 모두에 연결될 수 있다. LOOP 이벤트 동안, 발전소(450)와 연관된 하나 이상의 전력 모듈들은 전용 전기 그리드(445)에 전기를 계속 공급하도록 구성될 수 있으며, 나머지 전력 모듈들은 비상용(critical)이며 그리고 터빈 바이패스에 배치된다.
공유 보조 시스템에 정전이 발생하면, 다중 전력 모듈 정전이 발생할 수 있다. 예를 들어, 공유된 보조 시스템을 사용할 수 없기 때문에, 둘 이상의 전력 모듈들은 작동에서 동시에 제거될 수 있다. 전력 모듈들은, LOOP 복구와 유사하게, 각 전력 모듈 사이에서 2일 오프셋과 같이 시차를 두고 다시 시작하도록 구성될 수 있다. 다중 전력 모듈들의 수리 작업, 유지 보수, 또는 연료 보급을 수행하는 능력은, 예를 들어 크레인 및 수리 도구의 수에 따라, 발전소의 레이아웃에 의존할 수 있다.
경우 1에 대해, LOOP 이벤트는 영향을 받는 각 추가 전력 모듈을 위해 여분의 2일을 가지면서, 1~3일 동안 서비스에서 제1 전력 모듈을 제거하는 것으로 가정될 수 있다. 경우 2에 대해, LOOP 이벤트는 1~3일 동안 서비스로부터 모든 전력 모듈들을 제거하는 것으로 가정될 수 있으며, 그 후에, 모든 전력 모듈들은 즉시 서비스로 복귀될 수 있다. 경우 1 및 경우 2 중 하나 또는 둘 모두를 포함하는 일부 예들에서, 전력 모듈들은 LOOP 이벤트 동안 전력을 공급할 수 없을 수도 있다.
전용 서비스 부하에 대해 99.99 % 가용성으로 보장될 수 있는 전력 수준을 결정하기 위해, 경우 3의 전력 모듈들은 LOOP 중에 사용할 수 있는 것으로 간주될 수 있다. 이는 전력 모듈들이 터빈 바이패스에 있을 수 있을지라도, 필요한 경우 마이크로그리드의 전용 서비스 부하에 전력을 공급할 수 있기 때문이다.
도 2에 도시된 발전소(150)와 같은 발전소는 세 가지 경우들 각각에 대해 50,000 번의 수명에 대해 시뮬레이션되었다. 두 가지 유형의 결과가 계산되었다 : 각 발전소 전력 수준에서 전기 출력의 가용성 및 발전소 용량 계수. 용량 계수는 60년 동안 발전소에 의해 출력될 수 있는 최대 가능한 전력에 대한 발전소에 의해 출력된 총 전력의 비율로 결정되었다. 경우 1에 대한 예시적 발전소 용량 계수의 최대 우도 추정치(maximum likelihood estimate; MLE)는 96.57 %로 결정되었으며, 표준 편차가 0.30 %였다. 대응하는 5 및 95 백분위 수는 각각 96.01 % 및 96.97 %였다. 경우 2의 발전소 용량 계수의 MLE는 96.67 %로 결정되었으며, 표준 편차가 0.27%였다. 대응하는 5 및 95 백분위 수는 각각 96.17 % 및 97.02 %였다. 경우 3의 발전소 용량 계수의 MLE는 96.68 %로 결정되었으며, 표준 편차가 0.27 %였다. 대응하는 5 및 95 백분위 수는 각각 96.18 % 및 97.03 % 였다.
일부 예들에서, LOOP에 응답하여 전력 모듈들이 냉각 운전 정지에 배치되기보다는 터빈 바이패스에 배치될 때 용량 계수가 약 0.1 % 더 커질 수 있다. 용량 계수의 차이는 공장 운영 60 년 동안 발생하는 LOOP의 수가 적기 때문이다. 경우 2와 경우 3의 예상 용량 계수는 경우 1 보다 높을 수 있지만, 각 경우에 대한 MLE는 다른 것들의 하나의 표준 편차 이내이므로, MLE들은 동등한 것으로 간주될 수 있다.
12개의 전력 모듈들을 포함하는 예시적 발전소의 결과는 표 2에 나와 있으며, 표 2는 3 가지 경우들 각각에 대해 동시에 작동하는 전력 모듈들의 수에 대한 MLE를 열거한다. 경우 1에 대한 12 개 모듈들 모두의 67.22 % 가용성의 결과는 용량 계수 67.22 %와 대응하지 않을 수 있다. 이는 발전소가 시간의 67.22 %에서 100 % 출력으로 작동할 수 있는 반면, 발전소는 또한 시간의 26.98%에서 92 % 출력으로 작동할 수 있고, 시간의 4.64 %에서 86 % 출력으로 작동할 수 있기 때문에, 전체 용량 계수가 67.22 % 가용성 결과보다 높아지기 때문이다.
표 2에 도시된 바와 같이, 발전소는 12 개의 전력 모듈들 모두가 작동하는 동안 대부분의 시간을 소비할 수 있으며, 작동중인 전력 모듈의 수가 감소함에 따라 더 적은 수의 작동 전력 모듈들로 소비되는 시간이 현저히 감소한다. 세 가지 경우 모두에서, 작동 전력 모듈들의 수는 시간의 0.19 % 이하인 8 개의 전력 모듈들 아래로 떨어질 것으로 예상될 수 있다. 일부 예들에서, 작동 중인 7 개 이하의 전력 모듈들로 소비된 시간은 거의 전적으로 LOOP 이벤트의 가능성 때문일 수 있다.
전력을 생성하는 지정된 수의 전력 모듈들을 사용하여 발전소가 작동하는 시간의 백분율
모듈 수 Case 1 MLE Case 2 MLE Case 3 MLE
12 67.22 67.35 67.36
11 26.98 27.01 27.01
10 4.64 4.63 4.63
9 0.69 0.68 0.68
8 0.19 0.17 0.17
7 0.09 0.07 0.07
6 0.05 0.03 0.03
5 0.03 0.01 0.01
4 0.02 0.01 0.01
3 0.02 0.01 0.01
2 0.02 0.01 0.01
1 0.02 0.01 0.01
0 0.03 0.02 0.01
경우 2 및 경우 3에서와 같이 LOOP 이벤트의 결과가 감소될 때, 작동 중인 7 개 이하의 전력 모듈들로 소비된 시간은 공유 시스템들 중 하나에서 장애가 발생할 확률의 요소가 될 수 있다. 연료 보급, 폐쇄 또는 개방 정전(open outages)으로 인해 5 개의 전력 모듈들이 작동하지 못하게 되는 경우는 발전소의 전체 60 년 수명 기간에 걸쳐 며칠 정도 발생할 것으로 예상된다.
적어도 지시된 전력 레벨이 이용 가능할 확률에 대한 MLE는 경우 1에 대한 표 3에서 제시되며, 여기서 전력 모듈들은 LOOP 이벤트에 응답하여 냉각 운전 정지에 배치될 수 있으며, 발전소는 분산형 전기 그리드 또는 매크로 그리드에 연결될 수 있다. 적어도 450 MWe가 생성될 확률은 적어도 9 개의 모듈들이 동작할 때 약 99 %일 수 있다. 한편, 99.9 % 수준에서 전력을 얻을 확률은 200MWe로 떨어질 수 있다.
경우 1에서 적어도 지시된 전력이 사용 가능할 확률
Power MLE Std Dev 5% 95%
600 67.22 1.21 65.10 69.05
550 94.19 1.09 92.19 95.70
500 98.83 0.66 97.53 99.58
450 99.52 0.42 98.68 99.94
400 99.72 0.28 99.17 99.98
350 99.80 0.20 99.43 99.99
300 99.85 0.16 99.57 100.00
250 99.88 0.13 99.65 100.00
200 99.90 0.10 99.72 100.00
150 99.93 0.08 99.79 100.00
100 99.95 0.05 99.85 100.00
50 99.97 0.03 99.92 100.00
0 100.00 0.00 100.00 100.00
LOOP 이벤트에 응답하여 냉각 운전 정지에 전력 모듈들을 배치함으로써, 일부 예들에서 99.97 %의 확률이 달성될 수 있다. LOOP 이벤트들은 전체 플랜트 작동 시간의 거의 0.2 %를 차지할 수 있으므로, 이 확률을 개선하는데 있어 제한 요소(limiting factor)일 수 있다. 전력 모듈들이 냉각 운전 정지가 아닌 경우 2의 터빈 바이패스로 진입하도록 허용하면 전력 신뢰성에 대한 상대적으로 마이너한 변경을 야기할 수 있다.
LOOP 이벤트의 결과를 낮춤(lowering)으로써, 발전소로부터의 발전 가능성 또는 신뢰도가 표 4에 도시된 바와 같이 증가될 수 있다. 경우 2의 경우, 500 MWe에서 99.0 %의 신뢰도가 달성될 수 있고, 350 MWe에서 99.9 %의 신뢰도가 달성될 수 있고, 그리고 100 MWe에서 99.98 %의 신뢰도가 달성될 수 있다. 일부 예들에서, 전력을 발생시키는 특정 수의 모듈들로 발전소가 작동하는 시간은 경우 1과 경우 2 사이에서 현저하게 다를 수 없다.
경우 2에서 적어도 지시된 전력이 사용 가능할 확률
Power MLE Std Dev 5% 95%
600 67.35 1.21 65.22 69.17
550 94.37 1.07 92.40 95.83
500 99.00 0.62 97.78 99.64
450 99.68 0.36 98.91 99.97
400 99.85 0.20 99.46 100.00
350 99.92 0.11 99.77 100.00
300 99.95 0.06 99.85 100.00
250 99.96 0.04 99.89 100.00
200 99.97 0.04 99.90 100.00
150 99.97 0.03 99.92 100.00
100 99.98 0.02 99.94 100.00
50 99.98 0.02 99.95 100.00
0 100.00 0.00 100.00 100.00
매크로 그리드를 사용할 수 없을 때 전용 서비스 부하에 전력을 공급하기 위해 마이크로 그리드 연결을 사용할 수 있는 경우, 표 5에 표시된 바와 같이 99.99 %의 전력 출력 신뢰성이 달성될 것이다. 경우 3의 경우, 500 MWe에서 99.0 %의 신뢰도가 달성될 수 있고, 350 MWe에서 99.9 %의 신뢰도가 달성될 수 있고, 그리고 100 MWe에서 99.99 %의 신뢰도가 달성될 수 있다.
경우 3에서 적어도 지시된 전력이 사용 가능할 확률
Power MLE Std Dev 5% 95%
600 67.36 1.21 65.23 69.19
550 94.37 1.07 92.39 95.84
500 99.01 0.62 97.76 99.65
450 99.68 0.36 98.91 99.98
400 99.86 0.20 99.46 100.00
350 99.93 0.11 99.79 100.00
300 99.96 0.06 99.87 100.00
250 99.97 0.04 99.90 100.00
200 99.98 0.03 99.92 100.00
150 99.98 0.02 99.95 100.00
100 99.99 0.01 99.96 100.00
50 99.99 0.01 99.98 100.00
0 100.00 0.00 100.00 100.00
분석된 세 가지 경우들 모두에 대한 전력 신뢰도의 비교가 표 6에 제공된다.
분석된 세 가지 경우들의 전력 신뢰도 비교
Figure pct00001
일부 예들에서, 본원에 사용된 전용 전기 그리드 및/또는 마이크로 그리드라는 용어는 스위치야드(440)와 같은 로컬 스위치야드 그리고 발전소(450)와 관련된 하나 이상의 버스들 및/또는 연결들을 포함하거나 지칭할 수 있다. 예를 들어, 발전소(450)(또는 스위치야드(440))가 분산형 전기 그리드(375)에 능동적으로 연결되지 않으면서, 소내 부하들이 발전소(450)의 하나 또는 모듈들에 의해 충분한 전력을 제공받을 수 있도록, 마이크로 그리드는 발전소(450)가 아일랜드 모드에서 작동할 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 발전소(450)에 의해 생성된 전기는 소내 부하들에 전력을 제공하기 위해 아일랜드 모드 동안 스위치야드(440)에 의해 발전소(450)로 다시 라우팅될 수 있다.
추가적으로, 전용 전기 그리드 또는 마이크로 그리드는 발전소(450) 및/또는 스위치야드(440)를 전용 서비스 부하(420) 같은 하나 이상의 전용 서비스 부하들에 전기적으로 연결하도록 구성된 하나 이상의 버스들, 연결들, 그리고/또는 제2 전송 라인(442) 같은 전송 라인들을 포함할 수 있다. 전용 서비스 부하는 발전소(450) 근처 또는 근방에 위치할 수 있지만, 다른 예들에서, 전용 서비스 부하는 본질적으로 발전소(450)로부터 임의의 거리만큼 떨어져서 위치할 수 있다. 따라서, 전용 전기 그리드 또는 마이크로 그리드라는 용어는 반드시 발전소(450)와 전용 서비스 부하 사이의 크기, 근접성 또는 거리를 나타낼 필요는 없다. 일부 예들에서, 마이크로 그리드는 발전소(450)가 "아일랜드 모드"에서 작동하면서 전용 전력 그리드(445)를 통해 전용 서비스 부하(420)에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 발전소(450)는 임의의 전용 서비스 부하 없이 아일랜드 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 마이크로 그리드 레벨에서 작동하는 발전소는 본질적으로 분산형 전기 그리드(375) 같은 매크로 그리드로부터 분리되거나 그리고/또는 발전소에 의해 독점적으로 공급되는 전기로 작동하는 것으로 이해될 수 있다. 발전소(450)는 분산형 전기 그리드(375)에 어떠한 활성 연결도 없이 무한 기간 동안 소내 부하들 및 전용 서비스 부하 중 하나 또는 모두에 전력을 공급하기에 충분한 전기를 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서, 마이크로 그리드로 작동하도록 구성된 발전소는 바람직한 전력원으로서 매크로 그리드에 의존하는 종래 원자로들과 대조적으로, 자신의 바람직한 전력원을 제공하는 것으로 이해될 수 있다.
발전소(450)가 분산형 전기 그리드(375)에 연결될 수 있는 예시적 구성에서, 전용 전기 그리드(445)에 연결되는 것 이외에, 발전소(450)는 발전소(450)의 초과 전력 능력으로부터 생성된 임의의 전기를 분산형 전기 그리드(375)에 배치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기본 전력량은 소내 부하들 그리고 지속적이고 중단되지 않는 전력원을 필요로 하는 하나 이상의 전용 서비스 부하들을 위해 예약되거나 활용될 수 있으며, 그리고 기준 양(baseline amount)을 초과하는 전력은 분산형 전기 그리드(375)로 보내질 수 있다. 이러한 초과 전력은 동작 중인 전력 모듈들의 수에 따라 변동될 수 있으며, 그리고 일부 예들에서, 하나 이상의 서비스 모듈 유닛들 이외의 모든 전력 모듈들을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 발전소(450)에 의해 생성되는 초과 전력은 담수화(desalination), 석탄 건조(coal drying), 전력 저장, 다른 대체 작동들, 또는 이들의 임의의 조합과 관련된 작동들을 위해 전기를 제공하는데 사용될 수 있다. 이러한 대체 작업들은 시스템들이 지속적이고 중단 없는 전력을 반드시 필요로 하지 않는다는 점에서 비-비상용으로 간주될 수 있다. 오히려, 서비스의 경제적인 결과나 중단 없이 담수화, 건조 및 저장 작업들이 간헐적으로 중단되고 다시 시작될 수 있다. 비-비상용 시스템들(non-critical systems)은 매크로 그리드에 전기적으로 연결되거나 연결되지 않을 수 있다.
분산형 전기 그리드(375)에 대한 전기적 연결이 끊어진 경우, 발전소(450)는 전력 목적지들의 손실을 설명하기 위한 특정 개선 조치를 취하도록 구성될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 일부 전력은 분산형 전기 그리드(375)의 손실의 경우 담수화, 석탄 건조 및/또는 전력 저장과 같은 하나 이상의 대체 작업들로 전환될 수 있다. 다른 예들에서, 하나 이상의 전력 모듈들은 터빈 바이패스에 배치되어, 발전소(450)에 의해 생성되는 초과 전력을 효과적으로 방산할 수 있다.
일부 예들에서, 발전소(450)는 일부 또는 모든 전력 모듈들의 출력 용량을 감소시킴으로써 분산형 전기 그리드(375)의 손실에 응답할 수 있다. 다수의 전력 모듈들과 연관된 전체 출력 용량은 소내 부하들 및/또는 전용 서비스 부하들의 전력 요구량과 동일한 기준 전력 레벨로 감소될 수 있다. 추가적으로, 전체 출력 용량은 터빈 바이 패스, 부분적으로 제어봉 삽입, 하나 이상의 전력 모듈들을 오프라인으로 하기, 하나 이상의 전력 모듈들 셧다운, 기타 교정 작업들(remedial operation), 또는 이들의 임의의 조합을 통해 감소될 수 있다.
분산형 전기 그리드(375)의 손실에 응답하여, 발전소(450)는 하나 이상의 서비스 모듈 유닛들을 최대 작동 용량으로 유지하도록 구성될 수 있고, 그리고 나머지 비-서비스 모듈 유닛들의 출력 용량은 감소될 수 있다. 하나 이상의 전력 모듈이 서비스 모듈로 식별될 때, 조정자(governor)는 등시성 모드(isochronous mode)(예를 들어, 등시성 부하 공유(isochronous load sharing))로 작동할 수 있는 서비스 모듈 유닛들 간의 부하 공유 및 전압 조절의 통신 및 조정을 지원하도록 구성될 수 있다. 비-서비스 모듈 유닛들은 일정 기간 동안 감소된 출력 용량으로 유지될 수 있어, 분산형 전기 그리드(375)로의 연결이 복구될 때 신속하게 최대 출력 용량으로 되돌아올 수 있다.
따라서, 발전소(450)는 단일 원자로를 갖는 종래의 발전소에 의해 복제될 수 없는 높은 수준의 신뢰도를 가지면서, 연속적이고 본질적으로 중단되지 않는 레벨의 기준 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 기준 전력은 발전소(450)의 최대 출력 용량의 일부(예를 들어, 50 % 미만)일 수 있다. 발전소(450)는 무기한의 기간 동안 감소된 기준 전력 레벨에서 계속 작동하도록 구성될 수 있다. 한편, 단일 반응기를 포함하는 종래의 발전소는 연장된 기간 동안 감소된 출력 용량으로 작동시키는데 특히 적합하지 않을 수 있는데, 이는 공급수 진동들(feedwater oscillations) 그리고/또는 종래의 발전소들의 반응기 트립으로 이어질 수 있는 다른 유형의 이벤트들을 초래할 수 있기 때문이다.
일부 예들에서, 발전소(450)와 연관된 전력 모듈들의 일부 또는 전부는 연료의 수명을 연장시키기 위해, 감소된 출력 용량으로(예를 들어, 디레이팅된 코어로) 작동하도록 구성될 수 있으며, 발전소(450)의 기준 출력 용량을 유지하기 위해 각 전력 모듈의 전력 레벨을 개별적으로 변화시키는 유연성을 제공한다. 예를 들어, 50 % 출력 용량에서 작동하는 12 개의 전력 모듈들은 300 MWe를 생성하도록 구성될 수 있다. 전력 모듈들의 절반을 오프라인으로 전환할 수 있는 경우, 나머지 6 개의 모듈들의 전력 출력은 300 MWe의 전체 발전소 기본 전력을 유지하기 위해, 전력 모듈 당 최대 출력 용량인 50 MWe까지 신속하게 증가될 수 있다.
도 5는 다른 예시적 전기 분배 시스템(500)을 도시한다. 전기 분배 시스템(500)의 전용 전기 그리드에 전기적으로 연결되는 대신에, 발전소(550)는 이중 버스 구성을 포함하여 전용 전기 그리드(545) 또는 마이크로 그리드에 의해 로컬 전용 서비스 부하(520)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 이중 버스 구성은 제1 버스를 포함할 수 있는 제1 전송 라인(541) 및 제2 버스를 포함할 수 있는 제2 전송 라인(542)을 포함할 수 있다. 이중 버스 구성은, 전용 전기 그리드(545)와 관련된 다른 전송 라인 및/또는 버스가 고장을 일으키는 경우에, 상기 전송 라인들(541, 542) 중 적어도 하나가 발전소(450)로부터 전용 서비스 부하(520)로 전기를 전송하는데 이용 가능하다는 신뢰서을 증가시킬 수 있다.
발전소(550)와 관련된 스위치야드(540)는 제1 전송 라인(541) 및/또는 제2 전송 라인(542)을 통해 전용 서비스 부하(520)에 전력을 제공하는 것을 우선하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 발전소(550)는 전용 서비스 부하(520)의 전력 요건을 충족시키기에 충분한 하나 또는 두 개 모두의 전송 라인들(541, 542)을 통한 기준 또는 최소 레벨의 전기를 연속적이고 신뢰성있게 제공하도록 구성될 수 있다. 전용 서비스 부하(520)에 의해 요구되는 기준 레벨을 초과하는 발전소(550)에 의해 생성되는 임의의 추가 전력은 부지 내 소내 부하(on-site house load)들을 위해 사용되거나, 전기로 저장되거나, 해수를 담수화하기 위해 사용되거나, 하나 이상의 다른 소비자들에게 제공되거나, 다른 응용을 위해 사용되거나, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
일부 예들에서, 전용 전력 라인(325)과 같은 옵션의 접속부는 전용 서비스 부하(520)를 분산형 전기 그리드(375)에 연결하도록 구성될 수 있다. 전용 전력 라인(325)은 발전소(550)가 오프라인 상태로 되는 경우, 예를 들어 전용 서비스 부하(520)가 전용 전기 그리드(545)를 통한 전력 손실을 경험하는 경우, 전용 서비스 부하(520)에 여분의 전력원을 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 예들에서, 전용 전력 라인(325)은 제2 고객(325)에 의해 이용되어, 불필요한 서비스들을 위한 전력을 제공하거나 또는 저비용 에너지원으로서 전력을 제공할 수 있다. 또 다른 예들에서, 전용 전력 라인(325)은 전용 서비스 부하(520)에 주 전력원을 제공하도록 구성될 수 있고, 그리고 제1 전송 라인(541) 및 제2 전송 라인(542) 중 하나 또는 둘 모두는 분산형 전기 그리드(375)가 블랙-아웃 또는 다른 전력 손실을 겪는 경우 전용 서비스 부하(520)에 여분의 전력원을 제공하도록 구성될 수 있다.
제1 전송 라인(541) 및 제2 전송 라인(542) 중 하나 또는 둘 모두를 통해 전용 서비스 부하(520)에 전력을 제공하는 것 이외에, 발전소(550)의 나머지 전력 생성 용량의 적어도 일부는 발전소(550)와 관련된 소내 부하들을 연속적으로 작동시키기에 충분한 전력을 유지하도록 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 발전소(550)는 이용 가능한 전송 그리드 연결이 존재하지 않거나 분산형 전기 그리드와의 연결이 바람직하지 않은 위치에 배치될 수 있다. 따라서, 발전소(550)는, 발전소(550)의 구조가 완성되고 제1 전력 모듈이 초기에 온라인으로 될 때, 하나 이상의 전력 모듈들의 연속 작업을 통해서든지 또는 디젤 발전기 또는 배터리와 같은 보조 전력원의 사용에 의해서든지, 현장에서 생성 또는 저장되는 전력에 대해 실질적으로 자립적일 수 있다.
일부 구성들에서, 예시적 발전소(550) 및/또는 스위치야드(540)는 도 4의 예시적 발전소(450) 및/또는 스위치야드(440)와 유사하게 작동하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 발전소(550)와 관련된 제1 전력 모듈 또는 SMU는 전용 서비스 부하(520) 및 발전소(550)와 관련된 소내 부하들 중 하나 또는 둘 모두에 전력 출력을 제공하기 위해 SMU에 대해 병렬로(예를 들어, 드룹 모드로) 구동하는 다른 모듈들과 함께, (예를 들어, 등시성 모드 동안) 발전소의 전압 및 주파수를 국부적으로 유지하는 주 전력원으로서 구성될 수 있다.
일부 예들에서, LOOP에 대한 상이한 플랜트 반응은 단일 플랜트 용량 계수에 대해 상대적으로 미미한 효과를 갖는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, LOOP 이벤트에 대한 발전소의 응답과 함께 매크로 그리드 또는 마이크로 그리드에 연결되도록 발전소를 구성하는 방식은 전력 출력 신뢰성에 상당한 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, LOOP에 대한 응답으로 하나 이상의 전력 모듈들을 냉각 운전 정지에 배치함으로써, 전체 플랜트 출력 200 MWe이 99.9%의 신뢰성으로 제공될 수 있다. 반대로, 모듈들을 터빈 바이패스에 배치함으로써, 총 발전소 출력 350 MWe 또는 용량의 약 75 % 증가를 제공하는 것에 대해 99.9 %의 신뢰성이 획득될 수 있다. 또한, 발전소가 전용 서비스 부하에 대해 마이크로 그리드 연결을 갖는다면, 100 MWe와 같은 일부 기본 전력 수준에서 99.99 %의 높은 수준의 신뢰성이 보장될 수 있다.
일부 예들에서, 예시적인 발전소와 관련된 용량 계수는 분산형 전기 그리드에 대한 발전소 연결 유형에 관계없이 그리고 LOOP 이벤트에 대한 발전소 응답에 관계없이 본질적으로 일정하게(예를 들어, 약 96.6 %) 유지될 수 있다. 단일의 대형 반응기를 포함하고 보장되는 기준 수준의 전력이 실제로 존재하지 않을 수 있는 종래 발전소들과는 대조적으로, 본 명세서에 개시된 하나 이상의 예시적 멀티-모듈 발전소들은 전체 플랜트 용량의 약 50 %를 99.9 % 신뢰도로 제공할 수 있으며, 그리고 전체 플랜트 용량의 약 17 %를 99.99 % 신뢰도로 제공할 수 있다.
본원에 설명된 분석 중 일부는 MATLAB을 활용했으며, 계획된 이벤트 및 계획되지 않은 이벤트로 인한 모듈 정전의 빈도 및 지속 기간에 대한 확률 분포를 포함하였다. 분석은 또한 냉각 가동 중단보다는 터빈 바이패스를 구현하고 오프사이트 전력 손실의 경우 소내 부하들을 공급하기 위해 하나 이상의 모듈들을 사용하는 영향을 평가하였다. 12-모듈 RAIR 발전소에 대한 신뢰성 결과가 제시되었지만, 오프사이트 전력 손실이 발생하는 동안 터빈 바이패스가 있거나 없는 경우 모두, 다른 구성 및 개수의 모듈들은 유사한 방식으로 분석될 수 있다. 분석 결과는, 특히 멀티-모듈 발전소에서 터빈 바이패스가 활성화된 경우, 그리고 발전소가 전용 서비스 부하에 직접 연결되어 구성된 경우, 상대적으로 높은 출력 레벨에서 매우 높은 수준의 신뢰성이 달성될 수 있음을 나타낸다.
도 6은 발전소의 작동을 위해 국부적으로 생성된 전력을 분배하도록 구성된 예시적 전력 분배 시스템(600)의 개략도를 도시한다. 일부 예들에서, 내결함성(fault-tolerant) 전력 분배 시스템의 제2 부분은 12 개의 모듈형 발전기들을 포함하는 발전소의 작동을 위해 유사하게 구성될 수 있다.
전력 분배 시스템(600)은 도 2의 발전소(150)의 상부 6 개의 PM 어셈블리들 및 상부 6 개의 발전기들로 지향될 수 있다. 이 시스템은 예비 전력 전송 경로들, PDM 주전원 변압기(main power transformer; MPT)들, 그리고 단위 보조 변압기(unit auxiliary transformer; UAT)들을 갖춘 내결함성 시스템을 포함할 수 있다.
전력 분배 시스템(600)은 6 개의 발전기들을 포함할 수 있다 : GEN_1, GEN_2, GEN_3, GEN_4, GEN_5, 및 GEN_6. 6 개의 발전기들 각각은 4 개의 프론트-엔드 스위치 기어 모듈들(switchgear module; SGM) 중 적어도 2 개에 선택적으로 연결될 수 있다 : SGM_0_1, SGM_0_2, SGM_0_3, 및 SGM_4. 별도의 주 전원 변압기(MPT)가 4 개의 프론트-엔드 스위치 기어 모듈들 중 하나에 선택적으로 연결되어 스위치야드에 전력을 과다하게 제공할 수 있다. 부분(400)은 또한 4 개의 프론트-엔드 모듈들 각각에 대응하는 백엔드 스위치 기어 모듈을 포함할 수 있다 : SGM_1_1, SGM_1_2, SGM_1_3, 및 SGM_1_4. 각각의 프론트-엔드 스위치기어 모듈은 케이블 버스 모듈들 및 대응하는 유닛 보조 변압기를 통해 대응하는 백엔드 스위치기어 모듈에 결합될 수 있다 : UAT_1, UAT_2, UAT_3, 및 UAT_4. 도 6에 도시된 바와 같이, 전압 조정 변압기(210)는 UAT들 중 하나 이상과 조합하여 사용될 수 있다.
전력 분배 시스템(600)은 6 개의 발전기들 각각에 대한 전력 분배 모듈을 포함할 수 있다. 상기 6 개의 전력 분배 모듈들 각각은 적어도 2 개의 여분의 전력 분배 모듈 공급부들을 포함할 수 있다. 각 전력 분배 모듈 공급부들(PDM_1_0 및 PDM_1_1)은 GEN_1에 대응하는 전력 분배 모듈에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 각 전력 분배 모듈 공급부들(PDM_2_0 및 PDM_2_1)은 GEN_2에 대응하는 전력 분배 모듈에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 각 전력 분배 모듈 공급부들(PDM_3_0 및 PDM_3_1)은 GEN_3에 대응하는 전력 분배 모듈에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 각 전력 분배 모듈 공급부들(PDM_4_0 및 PDM_4_1)은 GEN_4에 대응하는 전력 분배 모듈에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 각 전력 분배 모듈 공급부들(PDM_5_0 및 PDM_5_1)은 GEN_5에 대응하는 전력 분배 모듈에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 각 전력 분배 모듈 공급부들(PDM_6_0 및 PDM_6_1)은 GEN_6에 대응하는 전력 분배 모듈에 전력을 제공하도록 구성될 수 있다.
이러한 중복 전력 분배 모듈 공급부들의 일부 또는 전부는 4 개의 백엔드 스위치 기어 모듈들 중 하나의 출력에 연결될 수 있다 : SGM_1_1, SGM_1_2, SGM_1_3, 및 SGM_1_4. 시스템은 각각의 발전기에 대해 여분의 전력 전송 경로, 전력 분배 모듈 공급부들, 주전원 변압기들(MPT) 및 유닛 보조 변압기들(UAT)을 갖춘 내결함성 시스템을 포함할 수 있다.
시스템은 하나 이상의 백업 발전기들(GEN_B)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, GEN_B의 전압 출력은 약 13.8 kVAC일 수 있다. GEN_B는 하나 이상의 스위치들을 통해 공급부(612)에 연결될 수 있다. GEN_B는 또한 하나 이상의 스위치들을 통해 프론트-엔드 스위치기어 모듈들(SGM_0_1, SGM_0_2, SGM_0_3, SGM_0_4, SGM_0_5, 및 SGM_0_6) 중 하나 이상에 연결될 수 있다. GEN_B는 PGM 어셈블리들 및/또는 대응하는 발전기들 중 하나 이상이 전력 발생에 이용가능하지 않은 경우에 발전소에 전력을 제공하도록 사용될 수 있다. GEN_B에 대응하는 제1 공급부(212)는 SGM_0_1 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 프론트-엔드 모듈들 중 적어도 하나에 선택적으로 연결될 수 있다. GEN_B에 대응하는 제2 공급부(212)는 SGM_1_1 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, 백-엔드 모듈들 중 하나에 선택적으로 연결될 수 있다.
일부 예들에서, 하나 이상의 다른 백업 발전기들은 GEN_B에 의해 생성된 AC 신호들보다 낮은 전압으로 하나 이상의 PDMS에 AC 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, GEN_B는 13.8 kV AC 신호를 생성할 수 있는 반면, PDM들에 전력을 제공하는 하나 이상의 발전기들은 480 V AXC 신호를 생성할 수 있다.
시스템은 백엔드 스위치기어 모듈들 중 하나 이상에 연결된 추가 전력 분배 모듈 공급부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 분배 모듈 공급부들(602, 604, 606 및 608)은 전력 분배 시스템(600)에 포함된 6 개의 발전기들 각각에 공통인 부하들에 전력을 분배하는 다른 전력 분배 모듈들에 전력을 제공할 수 있다. 전력 분배 모듈 공급부들(602, 604, 606 및 608)에 의해 전력을 제공받는 전력 분배 모듈들은 공용-플랜트 PDM들일 수 있다. 이에 따라, 공급부들(602, 604, 606 및 608)은 공용-플랜트 공급부들(common-plant feeds)일 수 있다. 전력-분배 모듈 공급부들(602, 604, 606 및 608)은 발전소에 포함된 다양한 공통 펌프들 및 모터들용 전력-분배 모듈들에 전력을 공급할 수 있다.
다양한 전력-분배 모듈들 각각은 전력을 실시간으로 분배할 수 있다. 뿐만 아니라, 전력 분배 모듈들 중 하나 이상은 추후 사용을 위해 전력을 저장하는 하나 이상의 배터리들을 충전하기 위한 하나 이상의 충전 모듈들을 포함할 수 있다. GEN_B에 대응하는 공급부(612)는 프론트-엔드 스위치 기어 모듈들 중 하나 이상에 연결될 수 있다. 공급부(614)는 백엔드 스위치 기어 모듈 중 하나 이상에 연결될 수 있다.
아일랜드 모드(ISLAND MODE)
미국 원자력 규제 위원회(Nuclear Regulatory Commission; NRC)는 미국연방규정의 Title 10, Section 50.34 (10 CRF 50.34) 조항에 따라 제안된 원자력 발전소 시설에 대해 충족되어야하는 주요 설계 기준을 마련하였다. 10 CRF 50.34의 Criterion 17에 따르면, "부지 내 전력 시스템 및 부지 밖 전력 시스템은 안전에 중요한 구조, 시스템 및 구성요소의 기능을 허용하기 위해 제공되어야 한다. 각 시스템에 대한 안전 기능은 (다른 시스템이 기능하지 않는다고 가정할 때) 다음을 보장하기 위해 충분한 용량과 성능을 제공해야 한다 : (1) 예상되는 일상 운전 사건(anticipated operational occurrence)의 결과로서 원자로 냉각제 압력 경계의 규정된 허용 가능한 연료 설계 한계 및 설계 조건이 초과되지 않는 것, 그리고 (2) 가상 사고(postulated accidents)의 경우, 코어가 냉각되고 격납 무결성(containment integrity) 및 다른 중요한 기능들이 유지되는 것".
Criterion 17은 "배터리를 포함한 부지 내 전력 공급 그리고 부지 내 전기 분배 시스템은 단일 고장을 가정하여 안전한 기능을 수행하기 위해 충분한 독립성, 대리 기능성(redundancy), 시험 가능성(testability)을 가져야한다"고 설명한다.
추가로, 10 CRF 50.34의 Criterion 17은 "송전망에서 부지 내 전기 분배 시스템으로의 전력은 운영 및 가정 사고 및 환경 조건 하에서 동시 고장 가능성을 실용적인 정도까지 최소화하기 위해 설계되고 배치된 2 개의 물리적으로 독립적인 회로들(반드시 별도의 송전선 용지 상에 있을 필요가 없음)에 의해 공급되어야 한다. 두 회로들에 공통적인 스위치야드가 허용된다. 이들 각 회로는, 원자로 냉각제 압력 경계의 규정된 허용 가능 연료 설계 한계들 및 설계 조건들이 초과되지 않는 것을 보장하기 위해, 모든 부지 내 교류 전원 공급 장치와 다른 부지 밖 전력 회로의 손실 후 충분한 시간 내에 사용할 수 있도록 설계되어야 한다. 이 회로 중 하나는 냉각제 손실 사고 이후 몇 초 이내에 사용할 수 있도록 설계되어 코어 냉각, 격납 무결성 및 다른 중요한 안전 기능이 유지되도록 한다."를 요구한다.
분산형 전기 그리드 또는 매크로 그리드는 다수의 분산된 소비자들에게 서비스하기 위해 다수의 전력 생성원들에 연결될 수 있는 전기 전송 및 분배 시스템을 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 원자력 산업에서, 매크로-그리드는 안전 기능을 달성하는데 필요한 전력을 제공하기 위해 매크로 그리드를 주로 사용할 수 있도록, 기존 발전소 구성의 "선호 전력원"으로 설명될 수 있다. Criterion 17은 종래 발전소가 바람직한 전력원 개념을 구현하는 주요 수단이다. 즉, Criterion 17과 관련된 NRC 요구사항은 안전 기능을 달성하는데 필요한 전력을 사용할 수 있음을 보증하기 위한 백스톱(backstop)이였다.
LOOP는 종래 발전소의 중요한 이벤트로 간주될 수 있다. 그것이 선호되는 전원 공급 장 치의 손실을 나타내기 때문이다. 즉, 안전 기능을 달성하기 위해 일반적으로 필요한 전원 공급 장치는 매크로 그리드에서 사용할 수 없다. 메인 발전기가 발전소를 위한 부지 내 AC 전력원으로 구성될 수 있지만, 그럼에도 불구하고, 메인 발전기는 부하의 상당 부분의 손실로 인해 트립할 수 있다.
메인 발전기가 고장나는 경우, 발전소가 신뢰할 수 있는 안전 기능을 달성하기 위한 다음 부지 내 AC 전력원은 비상 디젤 발전기(emergency diesel generator; EDG)일 수 있다. 종래의 발전소에서 EDG가 고장나면, 발전소 정전 사고가 발생할 수 있다. LOOP, 메인 발전기의 손실, 그리고 EDG들의 고장의 조합이 후쿠시마에서 발생하였다. 종래의 발전소는 EDG가 고장났을 때 몇 시간 동안 안전 기능의 작동을 유지하거나 안전 기능의 손실을 보상할 수만 있다. 예를 들어, EDG가 고장난 후에도 발전소가 제어된 방식으로 계속 작동할 수 있는 능력은 단지 4 ~ 8시간의 작동만을 제공할 수 있는 스테이션 배터리(station battery)의 저장된 에너지로 제한될 수 있다.
보조 AC 전력원(Auxiliary AC Power Source; AAPS)은 모든 전력 모듈들 및 임의의 부지 밖 전력원으로부터의 전력 손실 같은 정상적인 AC 전력원의 손실시 영구적인 비-안전 부하들에 예비 전력을 공급하도록 구성될 수 있는 연소 터빈 발전기, 수력 발전소, 또는 다른 보조 전력원을 포함할 수 있다.
AAPS는 두 가지 주요 기능들을 수행하도록 구성될 수 있다. AAPS의 제1 주요 기능은 붕괴 열 제거가 개시된 트립 상황에서 붕괴열이 응축액 및 급수를 통해 정상적인 히트 싱크로 그리고 냉각탑에 대한 냉각수 시스템으로 이동될 수 있게 하는 모드로 전환하기 위해 AC 전력원을 제공하는 것을 포함한다. AAPS의 제2 주요 기능은 블랙 스타트 기능을 가능하게 하는 부지 내 AC 소스를 제공하는 것을 포함할 수 있다.
발전소(150)(도 2)와 같은 다수의 상대적으로 작은 전력 모듈들을 포함하는 발전소에서, AAPS는 전력 모듈(100)(도 1)과 같은 단일 전력 모듈을 블랙 스타트하도록 구성될 수 있다. 약 50 MWe의 전력 출력과 관련된 전력 모듈을 구동하기에 필요한 전기량은 1000 MWe 이상과 연관될 수 있는 종래의 반응기를 가동시키는 것과 연관되는 것보다 훨씬 적을 수 있다. 제1 전력 모듈이 구동되면, 제1 전력 모듈에 의해 생성되는 전력은 발전소(150)와 관련된 추가 전력 모듈들을 블랙 스타트시키기 위해 그리고/또는 소내 부하들에 전력을 공급하는데 사용될 수 있다. 이에 따라, 발전소(150)와 연관된 AAPS는 종래의 발전소가 블랙 스타트를 제공하는데 필요한 것보다 크기가 상당히 작아질 수 있다.
일부 예들에서, AAPS는 일부 유형의 전력 시스템들에 피크 부하(peaking load)들을 제공하는데 사용되는 것과 유사한 연소 터빈 발전기를 포함할 수 있다. 종래의 발전소에서, 연소 터빈 발전기는 에어컨의 사용 증가로 인한 여름과 같이 전기 수요의 피크 기간 동안 운전 예비(spinning reserve)로 배치될 수 있다.
발전소(150)와 같은 발전소에 대해, 종래 크기의 발전소보다 훨씬 더 효율적으로 부하 추종(load follow)하도록 구성될 수 있는 다수의 전력 모듈들(160)을 가짐으로써, 연소 터빈 발전기는 피크 부하에 대해 요구되지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 발전소(150)에 대해, 피크 부하를 위해 통상적으로 사용되는 것과 유사한 크기의 연소 터빈 발전기가 대신 발전소를 블랙 스타트시키기 위해 사용될 수 있다. 그러나 발전소(150)용 연소 터빈 발전기는 블랙 스타트를 위한 전력을 제공하기 위해 운전 예비로 배치될 필요가 없다.
위에서 논의한 바와 같이, 아일랜드 모드는 하나 이상의 전력 모듈들로부터 현장에서 생성된 전기를 사용하는, 분산형 전기 그리드 또는 매크로 그리드에 대한 어떠한 연결과도 독립적인 발전 설비의 작동을 설명하는데 사용될 수 있는 용어이다. 종래의 원자력 발전소는 10 CFR 50.34의 Criterion 17에 따라, 안전 기능을 달성하기 위해 바람직한 전원 공급 장치로서 매크로 그리드에 의존하기 때문에 아일랜드 모드에서 동작하도록 구성되는 것이 실질적으로 금지되었다.
AAPS는 피킹 유닛(peaking unit)으로서 업계에서 사용되는 것과 유사하게, 급격한 부하 변화를 흡수하기 위해 아일랜드 모드(island mode; IM) 전환 및/또는 전용 서비스 모드(dedicated service mode; DSM) 동작 중에 안정화 소스로 사용될 수 있다. 따라서, 분산형 전기 그리드에서의 불규칙성이 검출되면, AAPS는 LOOP 이벤트에 대한 헷지(hedge)로서 대기 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, AAPS는 운전 예비 유닛(spinning reserve unit)으로 사용될 수 있다.
아일랜드 모드로 작동하도록 발전소를 구성하는 것은 원자력 발전소에 의해 생성된 전력 손실, 매크로-그리드 송전망으로부터의 전력 손실, 또는 부지 내 전력 공급 장치들로부터의 전력 손실의 결과로 또는 그와 동시에 나머지 공급원들 중 임의의 것으로부터의 전력 손실 가능성을 최소화할 수 있다.
도 1의 반응기 모듈(100)과 같은 하나 이상의 반응기 모듈들을 포함하는 발전소에서, 발전소는 중력 또는 자연 순환과 같은 자연 법칙에만 의존하는 시스템과 같이 수동적 수단을 통해 안전 기능을 달성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 2의 발전소(150)와 같은 발전소에 대해, 전력은 안전 기능을 달성하기 위해 필수적이거나 심지어 의존되는 것으로 간주되지 않을 수 있어서, 매크로 그리드는 단순히 부하인 것으로 간주될 수도 있다. 아일랜드 모드로 작동하도록 구성될 수 있는 발전소는 LOOP 이벤트를 실질적으로 제거하거나 또는 적어도 재-특성화하여, LOOP가 부하 손실 이벤트로 더 정확하게 기술될 수 있게 한다.
또한, 반응기 모듈(100) 및 도 2에 도시된 발전소(150)는 종래의 의미에서 바람직한 전력원을 필요로하지 않을 수 있다. 그 용어가 본질적으로 발전소(150) 같은 멀티-모듈형 발전소에 대해 어떠한 중요한 의미를 가지지 않을 수 있기 때문이다. 다수의 반응기 모듈들 및 연관 시스템들을 포함하는 발전소의 경우, 모든 메인 발전기들의 손실로 인해 모든 AC 전력이 손실될 것이다. 그럼에도 불구하고, 모든 AC 전력이 손실되는 경우, 발전소(150) 같은 발전소는 무한 기간 동안 AC 전력에 의존하지 않고 모든 안전 기능을 자동으로 계속 작동시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 모든 AC 전력의 손실은 원자로 긴급정지, DHR 및/또는 격납용기 격리(containment isolation)의 사전(pre-emptive) 비-안전 작동을 개시할 수 있다.
매크로-그리드 연결에 대한 의존도를 제거하면 발전소를, 분산형 전기 그리드 또는 매크로 그리드를 사용할 수 없는 장소 또는 그리드 신뢰도가 종래 발전소의 부지 및 작동을 위해 통상적으로 요구는 것보다 적은 장소에 배치될 수 있게 한다. 매크로 그리드로의 연결은 발전소로부터 그리드 기반 고객들(예를 들어, 상용 부하 또는 전용 부하)에게 전력을 전달하거나 제공하기 위한 옵션의 경로를 제공할 수 있는 반면, 매크로 그리드로의 연결은 안전 기능을 작동하거나 또는 규제 요구 사항을 준수할 필요가 없을 수 있다. 매크로 그리드로의 연결에 대한 의존성을 효과적으로 제거함으로써, 발전소는 종래의 발전소에 대해 실용적이지 않거나 허용될 수 없는 다수의 구성으로 위치되고 작동될 수 있다.
예시로서, 매크로 그리드에 대한 연결 손실 및/또는 전용 전기 그리드 또는 마이크로 그리에 대한 연결 손실에 응답하기 위한 세 가지 예시적 발전소 구성 및 작동 모드가 아래에서 설명된다. 세 가지 발전소 구성 및 작동 모드는 하나 이상의 분산형 전기 그리드 연결들의 손실 가능성을 다루는 다양한 플랜트 작동 구성들을 제공할 때 서로 다른 설계, 작동 및 규제상의 영향을 미칠 수 있다. 세 가지 예시적 작동 모드들 전부 또는 일부는 발전소를 아일랜드 모드로 작동하도록 구성하는 것으로 이해될 수 있다.
제1 발전소 작동 모드에서, 하나 이상의 분산형 전기 그리드 연결들의 손실 시, 발전소는 백업 디젤 발생기들(backup diesel generator; BDS) 및 보조 AC 전력원(AAPS)을 시동하고 로드하는 것 외에 모든 동작 전력 모듈들을 SCRAM하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 발전소는 AAPS에 의해 생성된 전력을 사용하여 하나 이상의 전력 모듈들을 블랙 스타트하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 전력 모듈들은 서비스 모듈 유닛들(service module unit; SMU)로 지칭될 수 있다. SMU는 그리드 연결들 중 하나 이상이 복원될 때까지 아일랜드 모드로 작동될 수 있다.
제2 발전소 동작 모드에서, 하나 이상의 분산형 전기 그리드 연결부의 손실 시, 발전소는 하나 이상의 그리드 연결부들이 복원될 때까지 중단되지 않는 전력 생성을 위해 아일랜드 모드로 작동 상태를 유지할 수 있는, SM을 제외한 모든 작동 전력 모듈들을 SCRAM하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 발전소는 부하 추종을 제공하기 위해 AAPS를 동시에 시동하고 사용하도록 구성될 수 있다.
제3 발전소 동작 모드에서, 하나 이상의 분산형 전기 그리드 연결부의 손실 시, 발전소는 스팀 바이패스(steam bypass)를 사용하여 하나 이상의 비-서비스 전력 모듈들을 전기 시스템으로부터 분리하거나, 비-서비스 전력 모듈들을 고온 대기 상태로 유지시키거나, 또는 전력 변환 시스템을 사용하여 비-서비스 전력 모듈들의 제어된 셧다운을 수행하도록 구성될 수 있다. SMU는 하나 이상의 그리드 연결부들이 복원될 때까지 아일랜드 모드에서 중단되지 않는 전력 생성을 위해 작동 상태를 유지할 수 있다. 추가적으로, 발전소는 부하 추종을 제공하기 위해 AAPS를 동시에 시동하고 사용하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 전력 모듈이 온라인 상태이고 전력을 생성하는 경우, 온라인 전력 모듈들과 연관된 작동 메인 터빈 발전기(들)는 분산형 전기 그리드로부터의 전력 가용성에 관계없이 (예를 들어, 소내 부하들에 전력을 제공하기 위해) 발전소에 전력을 계속 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 전체 발전소의 소내 부하들은 전력 모듈들 중 하나의 출력보다 작을 수 있다. 부지 밖 전력에 대한 연결이 손실된 경우, 하나 이상의 전력 모듈들 또는 서비스 모듈 유닛들은 모든 소내 부하들에 전력을 공급하기에 충분한 중단되지 않는 전력을 제공하는데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 서비스 모듈 유닛들 이외에 작동 전력 모듈들과 관련된 전력 레벨은 콘덴서의 부하를 줄이기 위해 감소될 수 있으며, 동시에 전력 모듈들이 서비스로 복귀할 준비하도록 유지한다.
전술된 바와 같이, 전력 모듈들 중 하나 이상은 서비스 모듈 유닛(SMU)으로 지정될 수 있다. SMU는 코어 수명 시간, 관련 지원 시스템의 상태, 계획된 유지 보수, 연료 보급 후 실행 시간량, 다른 전력 모듈 상태 또는 이들의 조합 같은, 안정성 및 가용성에 영향을 미치는 조건에 따라 선택될 수 있다. SMU 지정은 다양한 미리 결정된 시간 간격 또는 예정되지 않은 이벤트에서 전력 모듈에서 전력 모듈로 변경될 수 있다. 예를 들어, SMU 지정은 가장 최근에 연료를 보급 받았고 100일의 작동 시간을 달성한 전력 모듈에 적용될 수 있다. SMU 지정은 전압 조정기 내의 로직 선택을 통해 이루어질 수 있다.
발전소가 매크로-그리드와 독립적으로 작동할 때, 발전소는 AAPS, 백업 디젤 발전기, 배터리 또는 다른 보조 전력원의 도움 없이 아일랜드 모드로 작동하도록 구성되어, 발전소와 연관된 소내 부하에 전력을 제공할 수 있다.
부지 밖 전송 그리드 또는 매크로-그리드에 대한 연결이 끊어지는 LOOP 이벤트 동안, SMU와 연관된 하나 이상의 발전기들은 매크로 그리드와 병렬로 실행되는 것에서 독립형 모드나 아일랜드 모드로 실행되는 것으로 전환할 수 있다. 이 전환은 주파수 및 전압이 발전기에 의해 제어되는 방식을 변경하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 발전기는 드룹 모드에서 등시성 모드로 전환할 수 있다. 아일랜드 모드에서, SMU는 발전소의 전압 및 주파수 레벨을 제어하도록 구성될 수 있다.
SMU 이외의 전력 모듈들과 연관된 발전기들은 전기 시스템과 분리될 수 있으며, 그리고 AAPS의 시동 과정이 동시에 개시될 수 있다. 일단 AAPS가 다시 이용가능해지면, SMU 발생기와 병렬화될 수 있다. 일부 예들에서, AAPS는, SMU에 의해 생성된 전력이 안정화되어 기본 부하를 제공할 수 있도록, 플랜트 부하를 추적(following)하는데 주로 책임이 있을 수 있다.
분산형 전기 그리드 연결의 중단이 일시적이며 단기간에 복원이 예상된다면, 비-SMU 전력 모듈들은 연결이 복구되면 전기 생산으로의 신속한 복귀를 지원하기 위해 바이패스 증기시 높은 전력으로 유지될 수 있다. 한편, 그리드에 대한 단기간 연결이 어려울 것으로 예상된다면, 비-SMU 전력 모듈들의 전력 출력은 관련 콘덴서들의 부하를 줄이고 연료를 절약하기 위해 감소될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 비-SMU 전력 모듈들은 비상용(critical)으로 유지되어 긴 원자로 시동을 요구하지 않고 서비스로 돌아갈 준비가 될 수 있다. 정전이 장기적인 상황인 것으로 판단되면, 비-SMU 전력 모듈들의 전부 또는 거의 전부가 셧다운될 수 있다.
분산형 전기 그리드 연결이 다시 이용 가능해지면, SMU는 분산형 전기 그리드와 동기화될 수 있고, 그리고 관련 발전기들의 제어가 병렬로 되돌아갈 수 있다. 추가로, AAPS는 셧다운될 수 있고, 그리고 남아있는 비-SMU 전력 모듈들은 전력 모듈들을 분산형 전기 그리드에 동기화하고 필요에 따라 전력을 복구함으로써 전체 활성 서비스(full active service)로 되돌아갈 수 있다.
일부 예들에서, 발전소는 의도적으로 또는 우선적으로(preemptively) 매크로 그리드로부터 분리되도록 구성될 수 있다. 매크로-그리드는 전력 서지(power surge), 저하된 전압, 전압 스파이크, 주파수 변동, 다른 유형의 그리드 불규칙, 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 다양한 전류 및/또는 전압 불규칙성을 겪을 수 있다. 일부 전력 시스템들에서, 하나 이상의 기기들은 그리드 불규칙성의 영향을 완화시키기 위해 전력 분배 시스템(400) 내의 일부 다른 위치에, 또는 스위치 야드에 배치될 수 있다. 발전소의 컴포넌트들 및 시스템들을 보호하기 위해 전압 스파이크의 발생시 회로 차단기가 트리거될 수 있다. 일부 예들에서, 차단기들은 스위치야드(440)와 관련된 제1 전송(441)과 같은 하나 이상의 버스들에 위치할 수 있다.
그러나, 그러한 그리드 불규칙성을 수용하거나 보상하기보다는, 일부 예들에서, 발전소는 이러한 불규칙성이 검출되거나 예측될 때마다 매크로 그리드로부터 단순히 분리되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 그리드 불규칙성이, 손상되거나 다른 방식으로 영향을 받을 수 있는 임의의 컴포넌트 또는 시스템에 도달하기 전에, 매크로 그리드로부터 발전소를 분리하도록 구성될 발전소의 스위치야드에 하나 이상의 모니터링 기기들이 제공될 수 있다. 아일랜드 모드로 작동하도록 구성된 발전소는 매크로 그리드에서 분리되더라도 계속 작동할 수 있다. 발전소가 매크로그리드에 의해 제공되는 전기에 의존하지 않기 때문이다.
일부 예들에서, 발전소와 매크로 그리드 간의 연결은 오직 발전소에 의해 생성된 전기만이 매크로 그리드로의 아웃 바운드 방향으로 연결을 통과하는 것이 허용되도록 구성될 수 있다. 매크로 그리드에서 이미 수송되고 있는 전기는, 임의의 수반되는 그리드 불규칙성과 함께, 발전소로 이전되는 것이 배제될 수 있다. 일방향(one-way) 전기 연결은 발전소를 그리드 불규칙성 그리고/또는 연결의 매크로-그리드 측면에서 발생할 수 있는 임의의 다른 문제들로부터 실질적으로 격리시키도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 연결은 매크로 그리드로부터의 전기가 원자로 시동시와 같이 한정된 기간 동안 발전소에 의해 선택적으로 사용될 수 있도록 구성될 수 있다.
이에 따라, LOOP 이벤트가 자동 원자로 트립을 초래하여, 원자로가 재가동될 수 있을 때까지 부지 내에서 전력을 생산하기 위한 종래의 발전소에 의한 능력의 완전한 손실을 더 초래할 수 있는 종래의 발전소에 비해, 아일랜드 모드에서 작동하도록 구성된 발전소는 특정 이점을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 분산형 전기 그리드 연결과 독립적으로(예를 들어, 아일랜드 모드) 작동하도록 구성된 발전소는 전력 모듈들이 작동하지 않을 때 사이트 부하들에 전력을 공급할 수 있는 부지 내 AC 전기 발생원을 가질 수 있다. 예를 들어, AC 전력원은 전력 모듈을 블랙 스타트시키는 것과 관련된 부하들에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 부지 내 AC 전력 발생원으로 작동하도록 구성된 AAPS는 임의의 부지 밖 전력원으로부터의 지원 없이 단일 전력 모듈을 블랙 스타트시키도록 크기가 조정될 수 있다.
아일랜드 모드로 동작하거나 발전소를 블랙스타트시키는 능력은 그렇지 않으면 발전소의 안전 시스템들과 관련될 수 있는 임의의 작업들과 독립적으로 또는 별개로 존재하는 것으로 이해될 수 있다. 동작의 아일랜드 모드 및/또는 블랙 스타트 모드가 그리드 신뢰성 문제로부터 절연을 제공하고 그리고/또는 부하 애플리케이션들에 서비스를 제공하는 발전소의 능력을 향상시키는 것으로 이해될 수 있지만, 이러한 작동 모드는 발전소의 수동 안전 시스템에 전력을 공급하는데 의존할 필요가 없다. 그러나, 상업적 및 운영상의 이점을 제공하는 것 이외에, 동작의 아일랜드 모드 및/또는 블랙 스타트 모드들은 추가적인 발전소 작동 특징들을 제공하는 것으로 이해될 수 있다.
"Requirements for Monitoring the Effectiveness of Maintenance at Nuclear Power Plants"란 제목의 10 CRF 50.65는 주로 산업에서 발생하는 유지 보수 기반 원자로 트립들 및 안전 시스템 작동의 결과로 발생하였다. 이러한 발생은 발전 시스템에 과도기(transient)를 도입하여 NRC에 의해 안전 시스템에 대한 불필요한 도전으로 간주되었다. 일부 발전소들에서, 비-안전 관련 반응기 트립은 30 가지 이상의 안전 관련 기능에 도전할 수 있다. 그러나, 발전소에 대한 이러한 문제는 전기 부하들을 위치시키기 위해(siting), 중단없는 AC 전력을 유지함으로써 완화될 수 있다.
일부 예들에서, 도 2에 도시된 반응기 모듈들(164) 중 임의의 하나는 발전소에 대한 모든 AC 전력의 손실을 배제하고 또한 관련 전력 시스템의 비-의도적인 작동을 배제하는데 필요한 모든 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 현장에 다수의 AC 전력원들을 제공함으로써, 반응기 모듈들(164) 중 임의의 하나는 설계 기반 이벤트를 초과하여 발전소로 AC 전력을 복원하는데 사용될 수 있으며, 이는 불필요한 안전 시스템 작동을 감소시킴으로써 추가적인 방어층을 제공할 수 있다.
도 7은 예시적 전력 분배 시스템(700)에 대한 스위치야드 구성을 도시한다. 일부 예들에서, 스위치야드 구성은 4-베이 차단기(four-bay breaker) 및 1/2 스위치야드 방식(half switchyard scheme)을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 제1 베이(705)는 제1 차단기(710), 제2 차단기(720) 및 제3 차단기(730)와 같은 다수의 차단기들과 관련될 수 있다. 다수의 차단기들은 제1 MPT(main power transform)(740) 및 제2 MPT(750) 같은 하나 이상의 MPT에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 베이(705)는 이중 버스 구성을 통해 제1 MPT(740) 및 제2 MPT(750) 중 하나 또는 둘 모두를 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결하는데 이용될 수 있다. 이중 버스 구성은 제1 버스(L1) 및 제2 버스(L2)를 포함하는 것으로 도시된다. 이것은 전력 산업에서 고도로 사용되는 안정적인 구성이다. 전력 분배 시스템(700)은 다수의 MPT들로부터 분산형 전력 그리드에 대한 복수의 접속들을 제공할 수 있다. 일부 예들에서, 접속들의 수는 MPT들의 수와 동일할 수 있다. 추가적으로, 전력 분배 시스템(700)은 발전소 출력을 분산형 전기 그리드 또는 전용 서비스 부하 고객에게 전달하기 위해 스위치야드에 대한 하나 이상의 오프사이트 연결들을 포함할 수 있다.
다수의 전력 모듈들을 포함하는 발전소에서, 하나 이상의 추가 베이들은 제1 베이(705)와 유사하게 구성될 수 있다. 전력 분배 시스템(700)의 예시적인 스위치야드 구성은 4 개의 베이들을 도시하고, 각각의 베이는 총 12 개의 원자로 모듈들 및 8 개의 MPT들에 대해 2 개의 MPT들과 작동 가능하게 결합된 3 개의 전력 모듈들과 연관될 수 있다.
도 8은 전력 분배 시스템(800)에 대한 예시적 구성을 도시한다. 예시적 전력 분배 시스템(800)은 6 개의 전력 모듈들로 동작하도록 구성되는 것으로 이해될 수 있다. 12 개의 전력 모듈들과 같이 다수의 전력 모듈들을 포함하는 발전소들에서, 전력 분배 시스템(800)은 6 개의 더 많은 전력 모듈들에 대해 실질적으로 동일한 다중 모듈 구성을 포함하는 것으로 더 이해될 수 있다. 다중 모듈 구성들 간의 교차 접속은 AAPS(830)로부터 어느 한쪽을 공급하기 위해, 연결 버스(840) 같은 하나 이상의 버스들에 의해 제공될 수 있다.
전력 분배 시스템(800)은 제1 스위치기어 구성(880)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제1 스위치기어 구성(880)은 약 13.8 킬로볼트(kv)에서 고전압 버스(885)와 함께 동작하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 메인 터빈(850)은 관련된 MPT(820) 및 UAT(810) 모두에 전력을 제공하도록 구성될 수 있는 13.8 kv 버스(885)와 관련될 수 있다.
제2 스위치기어 구성(890)은 제2 메인 터빈(852), 제2 MPT(822) 및 제2 UAT(812)와 연관될 수 있다. 12 개의 전력 모듈들을 포함하는 일부 예시적 전력 분배 시스템들에서, 8 개 이상의 버스들, 8 개 이상의 MPT들 및 8 개 이상의 UAT들이 존재할 수 있다.
UAT(810)는 소내 부하들에 대해 4.16 kv 까지 발전기 단자 전압을 낮추도록 구성될 수 있다. 추가적으로, MPT(820)는 송신을 위해 로컬 그리드 전압까지 발전기 단자 전압을 올리도록(step up) 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 그리드 전압은 약 345 kv인 것으로 가정될 수 있다. 도 7과 관련하여 설명된 바와 같은 예시적 차단기 및 1/2 스위치야드 구성과 결합하여, 전력 분배 시스템(800)은 상당한 유연성을 제공하고 모든 AC 전력의 손실 확률을 최소화하도록 구성될 수 있다.
전력 분배 시스템(800)은 하나 이상의 전력 모듈들의 선택적 플랜트 유지 보수를 허용하도록 구성될 수 있는 한편, 나머지 전력 모듈들 및 관련 시스템들은 계속하여 작동하여 전기를 생산한다. 따라서, 유지 보수 활동 중 매크로 그리드로부터 전기를 수신하거나 또는 전기를 구매할 필요가 없을 수 있다. 또한, 전체 발전소를 오프라인 상태로 만들지 않고도 발전기, 변환기 또는 다른 유형의 컴포넌트들 및 시스템들에 유지 관리가 수행될 수 있다.
다수의 MPT들로부터의 전력 출력은 선택적으로 인가되거나 그리고/또는 결합되어 다양한 부하들에 전력을 공급할 수 있다. 일부 예들에서, 발전소의 시스템들 또는 컴포넌트들 중 하나 이상은 둘 이상의 전력 모듈 사이에서 공유될 수 있다.
도 9는 전력 분배 시스템(900)에 대한 예시적 제어 시퀀스를 도시한다. 일부 예들에서, 전력 분배 시스템(900)은 도 3 내지 도 5에 도시된 구성들 중 하나 이상과 같은 유연한 스위치야드 구성을 사용하여 로컬 부지 내(on-site) 전력 분배를 위해 구성될 수 있다. 아일랜드 모드 동작으로 전이하기 위한 초기 기준은 저하된 전압(905)의 검출 또는 분산형 전기 그리드의 손실을 포함할 수 있다.
저하된 전압(905)을 감지하면, 저전압 감지 회로는 제1 버스(941) 및 제2 버스(942)에 분산형 전기 그리드를 연결하는 차단기들을 개방하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 회로는 모듈 제어 시스템(module control system; MCS)(975)에 신호(916)를 전송하도록 구성되어, 서비스 모듈 유닛(950)을 드룹 제어에서 등시성 제어(920)로 스위칭할 수 있으며, 그리고 부분 터빈 바이패스(925)를 개시하도록 구성되어 소내 부하들을 공급할 수 있다. MCS(975)는 하나 이상의 제어 기기들을 포함할 수 있으며, 일부 예들에서, 개별 MCS는 각 SMU와 연관될 수 있으며, 그리고 PCS(910)로부터 모듈-특정 신호들(915)을 수신하도록 구성될 수 있다.
MCS(975)는 또한 발전소 소내 부하를 매칭하기 위해 반응기를 램핑(ramping)하도록 구성될 수 있으며, 그리고 AAPS(930)를 즉시 구동하기 위해 전력 변환 시스템(power conversion system; PCS)(910)에 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. PCS(910)는 드룹 모드에서 서비스 모듈 유닛(950)과 연관된 13.8 kv 버스(940)에 AAPS(930)를 자동 병렬화할 수 있다. AAPS(930)는 서비스 모듈 유닛(950)의 안정적인 전력 제어를 가능하게 하도록 서비스 모듈 유닛(950)을 부하 추종하도록 설정될 수 있다.
PCS(910)는 터빈 바이 패스를 개시하고 그리고/또는 비-SMU 유닛들(960)의 발전기 회로 차단기(generator circuit breaker; GCB)(970)를 개방하기 위해 다수의 비-SMU 유닛들(960)과 연관된 MCS에 신호(915)를 전송하도록 구성될 수 있다. 이 시점에서, 발전소는 본질적으로 분산형 전기 그리드로부터 분리될 수 있고, 모든 플랜트 부하들은 서비스 모듈 유닛(950) 및/또는 AAPS(910)에 의해 공급받을 수 있다. 또한, 다수의 비-SMU 유닛들(960)은 하나 이상의 13.8 kv 버스들(980)로부터 분리되어 터빈 바이패스 상에 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 타이머는 자동 반응기 모듈 셧다운을 개시하기 전에 터빈 바이패스에 대한 시간을 제한하기 위해 사용될 수 있다. 전력 분배 시스템(900)은 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이, MPT들 및 관련 UAT들에 대한 스위치야드 연결들을 통해 중단 없이 부지 내 AC 부하들로의 전력을 유지하도록 구성될 수 있다.
다음의 예시적 제어 시퀀스들은 도 4에 도시된 전력 분배 시스템(400)과 유사한 전력 분배 시스템 구성으로 동작하는 것으로 이해될 수 있다. 일부 예들에서, 전용 또는 중요한(vital) 부하(DSL)는 제2 버스(942)를 통해 스위치야드에 연결될 수 있다. 추가적으로, 제1 버스(941)는 분산형 전기 그리드에 전력을 계속 공급하는 것으로 이해될 수 있다.
전용 부하 + 소내 부하가 서비스 모듈 유닛(950)과 같은 하나의 전력 모듈의 공칭 정격 이내에 있을 수 있는 예들에서, 제어 시퀀스는, 제2 버스(942)가 폐쇄된 상태로 유지되어 서비스 모듈 유닛(950)이 모든 소내 부하들뿐만 아니라 전용 부하에 전력을 제공할 수 있게 하는 점을 제외하고는 전술한 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 추가적으로, AAPS는 발전소 내의 그리고/또는 전용 부하에서의 급격한 부하 변화를 흡수하는데 사용될 수 있다.
전용 부하 + 소내 부하가 하나의 전력 모듈의 공칭 정격을 초과할 수 있는 예들에서, 제2 발전기는 관련 13.8 kv 버스에 연결된 채로 유지될 수 있고, 그것의 GCB(970)는 MCS(975) 내 금지 스위치를 통해 트리핑(tripping)이 금지될 수 있다. 금지 기능은 제1 버스(941) 상의 LOOP 감지 회로들에 의해 야기된 MCS(975)로부터 아일랜드 모드 신호를 정지시키도록 구성될 수 있다. 그렇지 않으면, GCB와 연관된 다른 모든 보호 피처들이 손상되지 않을 수 있다. 추가적으로, 터빈 바이패스는 부하에 발전기 출력을 매칭하는데 사용될 수 있으며, 그리고 MCS(975)는 터빈 바이패스 흐름을 제한하기 위해 반응기 전력을 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, AAPS(910)는 발전소 그리고/또는 전용 부하 내의 급격한 부하 변화를 흡수하는데 사용될 수 있다.
다음의 예시적인 제어 시퀀스는 도 5에 도시된 전력 분배 시스템(500)과 유사한 전력 분배 시스템 구성으로 동작하는 것으로 이해될 수 있다. 일부 예들에서, 전력 분배 시스템(500)과 연관된 제어 시퀀스는 분산형 전기 그리드에 대한 연결 없이 전력 분배 시스템(400)(도 4)과 유사하게 동작하는 것으로 이해될 수 있다.
표준 분배 구성 및 모니터링은 발전 자산뿐만 아니라 로컬 분배 시스템의 보호를 확립하기 위해 사용될 수 있다. 이중 버스 구성은 신뢰성을 높이기 위해 마이크로-그리드 서브-스테이션에 대체 공급을 제공하도록 구현될 수 있다. 제1 버스(941) 및 제2 버스(942)는 전용 서비스 부하에 대한 이중 공급(dual feed)을 나타낼 수 있다. 한 라인(또는 다른 라인)에서 고장(fault)이 발생한 경우, 그 고장이 발생한 라인은 개방되도록 설정될 수 있으며, 그리고 고장이 다른 라인으로 전파되지 않은 한 전력이 유지될 수 있다. 두 라인들 모두 고장난다면, 발전소는 발전소의 소내 부하들만이 유지될 수 있는, 기본 아일랜드 동작 모드로 전환될 수 있다.
도 10은 분산형 전기 그리드 또는 매크로 그리드로부터의 전력의 중단을 경험한 전력 분배 시스템을 동작시키기 위한 예시적인 프로세스(1000)를 도시한다. 동작 1010에서, 발전소 출력의 제1 부분은 서비스 모듈 유닛으로 지정된 하나 이상의 원자력 모듈들에 의해 생성될 수 있다. 나머지 원자력 모듈들은 비-서비스 모듈 유닛들로 간주될 수 있다.
원자력 모듈들은 미리 결정된 시간 간격에 따라 서비스 모듈 유닛으로 상호 교환 가능하게 지정될 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 원자력 모듈들은 어느 원자력 모듈이 가장 최근에 연료를 보급 받았고 임계 가동 일수를 달성하였는지에 따라 서비스 모듈 유닛들로 지정될 수 있다.
동작 1020에서, 발전소 출력의 제2 부분은 비-서비스 모듈 유닛들에 의해 생성될 수 있다.
일부 예들에서, 초기 전력 출력은 발전소 출력의 제1 부분 및 제2 부분을 생성하기 전에 부지 내(on-site) 비-원자력 전원으로부터 발생될 수 있다. 발전소가 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 손실 또는 중단을 경험하거나 또는 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 초기 전력 출력이 생성될 수 있다. 추가적으로, 초기 전력 출력은 제1 원자력 모듈을 시동하기 위해 적용될 수 있고, 그리고 후속 전력 출력은 제1 원자력 모듈로부터 생성될 수 있다. 상기 후속 전력 출력은 발전소가 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 제2 원자력 모듈을 시동하기 위해 적용될 수 있다. 일부 예들에서, 추가 원자력 모듈들은 발전소가 최대 전력으로 작동할 때까지 순차적으로 시동될 수 있다.
동작 1030에서, 전기는 발전소의 소내 부하와 관련된 다수의 비-긴급 발전소 시스템들에 제공될 수 있다. 발전소 출력의 제1 부분은 소내 부하보다 크거나 같을 수 있다.
동작 1040에서, 발전소는 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결될 수 있다. 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성될 수 있다.
동작 1050에서, 발전소 출력의 제2 부분에 대응하는 전기량은 발전소가 분산형 전기 그리드에 연결되는 제1 작동 모드에서 분산형 전기 그리드에 출력될 수 있다.
동작 1060에서, 발전소 출력의 제2 부분은 발전소가 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 제2 작동 모드에서 분산형 전기 그리드로부터 우회(diverting)될 수 있다.
일부 예들에서, 발전소는 전력 출력 전용 모드(power output-only mode)와 같은 제2 작동 모드에서 분산형 전기 그리드로부터 전기를 수신하는 것이 제한 그리고/또는 금지될 수 있다. 발전소 출력의 제2 부분에 대응하는 전기량은 발전소가 제2 작동 모드로 작동하는 동안 분산형 전기 그리드에 출력될 수 있다.
추가적으로, 나머지 원자력 모듈들은 발전소가 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리될 때 터빈 바이패스에 배치될 수 있다. 터빈 바이패스는 서비스 모듈들이 발전소 출력의 제1 부분을 계속 생성하여 소내 부하를 서비스하는 동안 발전소 출력의 제2 부분을 소산(dissipating)하도록 구성될 수 있다.
동작 1070에서, 발전소 출력의 제1 부분의 적어도 일부에 대응하는 전기량은 제2 작동 모드에서 발전소 시스템으로 전달될 수 있다.
동작 1080에서, 발전소는 전용 전기 그리드에 전기적으로 연결될 수 있다. 전용 전기 그리드는 전용 서비스 부하에 전기를 제공하도록 구성될 수 있으며, 발전소 출력의 제1 부분은 전용 서비스 부하와 소내 부하의 결합된 부하와 같거나 클 수 있다.
동작 1090에서, 발전소가 제2 작동 모드에서 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 발전소 출력의 제1 부분은 발전소 시스템 및 전용 서비스 부하 모두에 분배될 수 있다.
도 11은 하나 이상의 전용 서비스 부하들에 전력을 제공하도록 구성된 전력 분배 시스템을 동작시키기 위한 예시적인 프로세스(1100)를 도시한다. 동작 1110에서, 발전소 출력은 하나 이상의 부지 내(on-site) 원자력 모듈들에 의해 생성될 수 있다.
동작 1120에서, 전기는 발전소의 소내 부하와 연관된 다수의 비-긴급 발전소 시스템들에 제공될 수 있다.
동작 1130에서, 발전소는 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결될 수 있다. 분산형 저기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성될 수 있다.
동작 1140에서, 발전소는 전용 전기 그리드에 전기적으로 연결될 수 있다. 전용 전기 그리드는 발전소 출력으로부터 생성된 전기를 전용 서비스 부하에 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 발전소 출력은 전용 서비스 부하와 소내 부하의 결합된 부하와 같거나 클 수 있다.
동작 1150에서, 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 중단(interruption)과 관련된 하나 이상의 그리드 불규칙성(irregularity)들이 식별될 수 있다.
동작 1160에서, 발전소 출력의 적어도 일부는 전력의 중단을 식별하는 것에 응답하여 비-긴급 발전소 시스템 및 전용 전기 그리드 모두에 분배될 수 있다.
일부 예들에서, 부지 내(on-site) 원자력 모듈들 중 하나 이상은 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 선택될 수 있고, 그리고 발전소 출력의 제1 부분은 전용 서비스 부하와 소내 부하의 결합된 부하와 같거나 클 수 있다. 하나 이상의 원자력 모듈들은 어느 원자력 모듈이 가장 최근에 연료를 보급 받았고 임계 가동 일수를 달성하였는지에 따라 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 선택될 수 있다.
발전소 출력의 제1 부분은 분산형 전기 그리드로부터의 전력 차단 동안 비-긴급 발전소 시스템들 및 전용 전기 그리드 모두에 분배될 수 있다. 추가적으로, 나머지 원자력 모듈들은 발전소 출력의 제2 부분을 생성하도록 구성될 수 있다.
동작 1170에서, 나머지 원자력 모듈들은 발전소 출력의 제2 부분을 소산시키기 위해 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 차단 동안 터빈 바이패스에 배치될 수 있다. 나머지 원자력 모듈들은 발전소 출력의 제1 부분이 비-긴급 발전소 시스템들 및 전용 전기 그리드 모두에 분배되는 동안 터빈 바이패스에 배치될 수 있다.
동작 1180에서, 분산형 전기 그리드로부터의 전력 중단이 종료될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 그리드 불규칙성을 식별한 이후로 미리 결정된 시간 기간이 경과할 수 있으며, 이는 분산형 전기 그리드가 안정화되었음을 나타낼 수 있다.
동작 1190에서, 터빈 바이패스에 배치되었던 나머지 전력 모듈들 중 하나 이상은 온라인으로 복귀될 수 있고, 그리고 나머지 전력 모듈들에 의해 생성된 발전소 출력의 제2 부분의 적어도 일부는 분산형 전기 그리드에 제공될 수 있다.
추가의 예시적 시스템들, 장치들 및 방법들
예 1. 멀티-모듈형 발전소로서, 발전소 출력을 생성하도록 구성된 다수의 부지 내(on-site) 원자력 모듈들; 상기 발전소의 소내 부하와 연관된 전기를 사용하여 동작하도록 구성된 다수의 발전소 시스템들; 및 분산형 전기 그리드에 상기 발전소를 전기적으로 연결하도록 구성된 스위치야드를 포함하며, 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성되며, 상기 스위치야드는 전용 전기 그리드에 상기 발전소를 전기적으로 연결하도록 구성되며, 상기 전용 전기 그리드는 상기 발전소 출력으로부터 생성된 전기를 전용 서비스 부하에 제공하도록 구성되며, 그리고 상기 발전소 출력은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같고, 상기 스위치야드는 상기 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 상기 발전소 출력의 적어도 일부를 분산(distributing)하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
예 2. 예 1의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 전용 서비스 부하는 발전소로부터 부지 밖에 위치한 하나 이상의 소비자들을 포함하며, 상기 발전소는 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 중단(interruption) 동안 상기 전용 전기 그리드를 통해 상기 소비자들에게 실질적으로 연속적인 전력을 제공하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
예 3. 예 1의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 소내 부하와 연관된 전기를 사용하여 동작하도록 구성된 다수의 발전소 시스템들은 비-긴급 시스템들을 포함하며, 상기 발전소는 어떠한 전기도 없이 동작하도록 구성된 다수의 수동 긴급 시스템(passive emergency system)들을 더 포함하는, 멀티-모듈형 발전소.
예 4. 예 1의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 부지 내 원자력 모듈들 중 하나 이상은 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 구성되며, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같고, 상기 스위치야드는 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력 중단을 경험할 때 상기 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 상기 발전소 출력의 제1 부분을 인가하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
예 5. 예 4의 멀티-모듈형 발전소로서, 나머지 부지 내 원자력 모듈들은 상기 발전소 출력의 제2 부분을 생성하도록 구성되며, 상기 스위치야드는 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로에 전기적으로 연결되는 동안 상기 발전소 출력의 상기 제2 부분을 상기 분산형 전기 그리드에 인가하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
예 6. 예 4의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 발전소는 적어도 99.9 %의 신뢰도로 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
예 7. 예 4의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하는 상기 하나 이상의 원자력 모듈들은 원자력 모듈이 전력을 생성할 수 없는 경우 다수의 부지 내 원자력 모듈들 중에서 상호 교환 가능하게 선택되는, 멀티-모듈형 발전소.
예 8. 예 4의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 하나 이상의 원자력 모듈들은 상기 부지 내 원자력 모듈들 중 가장 최근에 연료를 공급받고 임계 작동 일수를 달성한 것에 따라 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 선택되는, 멀티-모듈형 발전소.
예 9. 예 1의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 분리되고 모든 부지 내 원자력 모듈들이 셧다운될 때 하나의 서비스 모듈을 시동하기 위해 충분한 전력을 제공하도록 구성된 부지 내 비-원자력 전원을 더 포함하며, 상기 하나의 서비스 모듈은 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 분리되는 동안 제2 원자력 모듈을 시동하기에 충분한 전력을 제공하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
예 10. 예 1의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 스위치야드는 상기 발전소 출력을 상기 전용 서비스 부하에 전달하는 대체 전기 경로를 제공하는 이중-버스 구성을 포함하는, 멀티-모듈형 발전소.
예 11. 다수의 부지 내 원자력 모듈들을 포함하는 멀티-모듈형 발전소를 작동하는 방법으로서, 상기 방법은 : 상기 부지 내 원자력 모듈들 중 하나 이상의 원자력 모듈들에 의해 발전소 출력을 생성하는 단계; 상기 발전소의 소내 부하와 연관된 다수의 비-긴급 발전소 시스템들에 전기를 제공하는 단계; 상기 발전소를 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결하는 단계로서, 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성되는, 단계; 상기 발전소를 전용 전기 그리드에 전기적으로 연결하는 단계로서, 상기 전용 전기 그리드는 상기 발전소 출력으로부터 생성된 전기를 전용 서비스 부하에 제공하도록 구성되며, 그리고 상기 발전소 출력은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같은, 단계; 상기 분산형 전기 그리드와 연관된 하나 이상의 그리드 불규칙성들을 식별하는 단계; 및 상기 하나 이상의 그리드 불규칙성들을 식별하는 것에 응답하여 상기 비-긴급 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 상기 발전소 출력의 적어도 일부를 분배하는 단계를 포함하는, 방법.
예 12. 예 11의 방법으로서, 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하기 위해 상기 부지 내 원자력 모듈들 중 하나 이상을 선택하는 단계로서, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같고, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력 중단 동안 상기 비-긴급 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 분배되는, 단계를 더 포함하는, 방법.
예 13. 예 12의 방법으로서, 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 중단 동안 상기 나머지 원자력 모듈들을 터빈 바이패스에 배치하는 단계로서, 상기 나머지 원자력 모듈들은 상기 발전소 출력의 제2 부분을 생성하도록 구성되는, 단계; 및 상기 발전소 출력의 제1 부분이 상기 비-긴급 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 분배되는 동안 상기 발전소 출력의 제2 부분을 소산시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
예 14. 예 13의 방법으로서, 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 중단이 종료되었다고 결정하는 단계; 상기 나머지 전력 모듈들 중 하나 이상을 온라인으로 되돌리는 단계; 및 상기 분산형 전기 그리드에 상기 발전소 출력의 제2 부분의 적어도 일부를 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
예 15. 예 12의 방법으로서, 상기 하나 이상의 원자력 모듈들은 어느 원자력 모듈이 가장 최근에 연료를 보급 받았고 임계 가동 일수를 달성하였는지에 따라 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 선택되는, 방법.
예 16. 멀티-모듈형 발전소로서, 다수의 부지내 원자력 모듈들 중 하나 이상의 원자력 모듈들에 의해 제공되는 발전소 출력으로부터 전기를 생성하기 위한 수단으로서, 상기 전기의 적어도 일부분은 발전소의 소내 부하와 연관된 다수의 발전소 시스템들에 제공되는, 수단; 상기 발전소를 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결하기 위한 수단으로서, 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성되는, 수단; 상기 발전소를 전용 전기 그리드에 연결하기 위한 수단으로서, 상기 전용 전기 그리드는 상기 발전소 출력으로부터 생성된 전기를 전용 서비스 부하에 제공하도록 구성되며, 그리고 상기 발전소 출력은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같은, 수단; 및 상기 비-긴급 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 상기 발전소 출력의 적어도 일부분을 분배하기 위한 수단을 포함하는, 멀티-모듈형 발전소.
예 17. 예 16의 발전소로서, 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하기 위해 상기 부지 내 원자력 모듈들 중 하나 이상을 선택하기 위한 수단을 더 포함하며, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같으며, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 중단 동안 상기 비-긴급 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에게 분배되는, 발전소.
예 18. 예 17의 발전소로서, 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 중단 동안 상기 원자력 모듈들 중 나머지를 터빈 바이패스에 배치시키기 위한 수단을 더 포함하며, 상기 나머지 원자력 모듈들은 상기 발전소 출력의 제2 부분을 생성하도록 구성되며, 그리고 상기 발전소 출력의 제2 부분은 상기 발전소 출력의 제1 부분이 상기 비-긴급 발전소 시스템들 및 상기 전용 전기 그리드 모두에 분배되는 동안 상기 터빈 바이패스를 통해 소산되는, 발전소.
예 19. 예 18의 발전소로서, 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 중단이 종료되었다고 결정하기 위한 수단을 더 포함하며, 상기 나머지 전력 모듈들 중 하나 이상은 상기 전력의 중단이 종료되었다고 판단하는 것에 응답하여 온라인으로 되돌아가며, 그리고 상기 발전소 출력의 제2 부분의 적어도 일부는 상기 하나 이상의 나머지 발전소들이 온라인으로 되돌아가진 후 상기 분산형 전기 그리드에 제공되는, 발전소.
예 20. 예 17의 멀티-모듈형 발전소로서, 상기 하나 이상의 원자력 모듈들은 어느 원자력 모듈이 가장 최근에 연료를 보급 받았고 임계 가동 일수를 달성하였는지에 따라 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 선택되는, 발전소.
본원에 제공된 다수의 예들은 주로 가압수 반응기 및/또는 경수로를 기술하였지만, 당업자는 적어도 일부 예들이 다른 유형의 전력 시스템들에 적용될 수 있음을 명백하게 알 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 예들 및 그들의 변형들은 비등수형 원자로, 나트륨 액체 금속 반응기(sodium liquid metal reactor), 기체 냉각 원자로, 페블베드원자로(pebble-bed reactor) 및/또는 다른 유형의 반응기 디자인들로 작동 가능하게 만들어질 수 있다. 또한, 본원에 설명된 모든 비율들 및 값들은 예로서만 제공된다. 다른 비율들 및 값들은 핵 원자로 시스템의 전체 규모 또는 축적 모형(scaled model)의 구축과 같은 실험을 통해 결정될 수 있다.
여기에 다양한 예시들을 설명하고 도시하였지만, 다른 예시들이 배열 및 세부 사항에서 변경 될 수 있다는 것은 명백하게 알 수 있다. 우리는 여기에 청구된 주제의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정들 및 변형들을 청구한다.

Claims (20)

  1. 멀티-모듈형 발전소로서,
    발전소 출력을 생성하도록 구성된 다수의 부지 내(on-site) 원자력 모듈들로서, 상기 원자력 모듈들 중 하나 이상은 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하도록 구성된 서비스 모듈 유닛들로 지정되며, 그리고 나머지 원자력 모듈들은 상기 발전소 출력의 제2 부분을 생성하도록 구성되는, 다수의 부지 내 원자력 모듈들;
    상기 발전소의 소내 부하(house load)와 연관된 전기를 사용하여 동작하도록 구성된 다수의 발전소 시스템들로서, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 소내 부하보다 크거나 같은, 다수의 발전소 시스템들; 및
    분산형 전기 그리드에 상기 발전소를 전기적으로 연결하도록 구성된 스위치야드를 포함하며,
    상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성되며, 상기 스위치야드는 상기 발전소 출력의 상기 제2 부분을 상기 분산형 전기 그리드에 인가하도록 구성되며, 그리고 상기 스위치야드는 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력 손실 동안 상기 발전소 시스템들에 상기 발전소 출력의 제1 부분의 적어도 일부를 인가하도록 더 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 소내 부하와 연관된 전기를 사용하여 동작하도록 구성된 다수의 발전소 시스템들은 비-긴급 시스템들을 포함하며,
    상기 발전소는 어떠한 전기도 없이 동작하도록 구성된 다수의 수동 긴급 시스템(passive emergency system)들을 더 포함하는, 멀티-모듈형 발전소.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치야드는 전용 전기 그리드에 상기 발전소를 전기적으로 연결하도록 더 구성되며,
    상기 전용 전기 그리드는 전용 서비스 부하에 전기를 제공하도록 구성되며,
    상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같고,
    상기 스위치야드는 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리될 때 상기 발전소 시스템들 및 상기 전용 서비스 부하 모두에 상기 발전소 출력의 제1 부분을 분배(distributing)하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전용 서비스 부하는 발전소로부터 부지 밖에 위치한 하나 이상의 소비자들을 포함하며,
    상기 발전소는 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 손실 동안 상기 소비자들에게 실질적으로 중단되지 않는 전력을 제공하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치야드는 상기 발전소가 전력 출력 전용 모드에서 작동하는 동안 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기를 수신하는 것을 제한하도록 구성되며,
    상기 스위치야드는 상기 발전소가 상기 전력 출력 전용 모드에서 작동하는 동안 상기 발전소 출력의 제2 부분을 상기 분산형 전기 그리드에 출력하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 발전소에 응답하여, 상기 나머지 원자력 모듈들은, 상기 서비스 모듈들이 상기 소내 부하에게 서비스하기 위해 상기 발전소 출력의 제1 부분을 계속해서 생성하는 동안, 상기 발전소 출력의 제2 부분을 소산시키기 위해 터빈 바이패스에 배치되는, 멀티-모듈형 발전소.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 서비스 모듈들의 지정은 미리 결정된 시간 간격에 따라 상기 원자력 모듈들에 상호 교환 가능하게 적용되는, 멀티-모듈형 발전소.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 서비스 모듈들의 지정은, 가장 최근에 연료를 보급 받았고 임계 가동 일수를 달성한 하나 이상의 원자력 모듈들에 적용되는, 멀티-모듈형 발전소.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되고 모든 원자력 모듈들이 셧다운될 때 하나의 서비스 모듈을 시동하기 위해 충분한 전력을 제공하도록 구성된 부지 내 비-원자력 전원을 더 포함하며,
    상기 하나의 서비스 모듈은 제2 원자력 모듈을 시동하기에 충분한 전력을 제공하도록 구성되는, 멀티-모듈형 발전소.
  10. 청구항 9에 있어서,
    모든 원자력 모듈들은 발전소가 최대 전력으로 작동할 때까지 순차적으로 시동되는, 멀티-모듈형 발전소.
  11. 발전소 출력을 생성하도록 구성된 다수의 부지 내 원자력 모듈들을 포함하는 멀티-모듈형 발전소를 작동하는 방법으로서,
    상기 방법은 :
    서비스 모듈 유닛들로 지정되는 상기 원자력 모듈들 중 하나 이상의 원자력 모듈들에 의해 상기 발전소 출력의 제1 부분을 생성하는 단계로서, 나머지 원자력 모듈들은 비-서비스 모듈 유닛들인, 단계;
    상기 비-서비스 모듈 유닛들에 의해 상기 발전소 출력의 제2 부분을 생성하는 단계;
    상기 발전소의 소내 부하와 연관된 다수의 비-긴급 발전소 시스템들에 전기를 제공하는 단계로서, 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 소내 부하보다 크거나 같은, 단계;
    상기 발전소를 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결하는 단계로서, 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성되는, 단계;
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드에 연결되는 제1 작동 모드에서 상기 분산형 전기 그리드에 상기 발전소 출력의 제2 부분에 대응하는 전기량을 출력하는 단계;
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력의 중단을 경험하는 제2 작동 모드에서 상기 발전소 출력의 제2 부분을 상기 분산형 전기 그리드로부터 우회시키는(diverting) 단계; 및
    상기 제2 작동 모드에서 상기 발전소 출력의 제1 부분의 적어도 일부에 대응하는 전기량을 상기 발전소 시스템들에 라우팅하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 발전소를 전용 전기 그리드에 전기적으로 연결하는 단계로서, 상기 전용 전기 그리드는 전용 서비스 부하에 전기를 제공하도록 구성되며, 그리고 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같은, 단계; 및
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력 중단을 경험하는 동안 상기 발전소 시스템들 및 상기 전용 서비스 부하 모두에 상기 발전소 출력의 상기 제1 부분을 분배하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기를 수신하는 것을 제한하는 단계; 및
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기를 수신하는 것이 제한되는 동안, 상기 발전소 출력의 제2 부분에 대응하는 전기량을 상기 분산형 전기 그리드에 출력하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리될 때 상기 나머지 원자력 모듈들을 터빈 바이패스에 배치하는 단계; 및
    상기 서비스 모듈 유닛들이 상기 소내 부하에게 서비스하기 위해 상기 발전소 출력의 제1 부분을 계속 생성하는 동안 상기 발전소 출력의 상기 제2 부분을 소산하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    미리 결정된 시간 간격에 따라 상기 원자력 모듈들을 서비스 모듈 유닛들로 상호 교환 가능하게 지정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 하나 이상의 원자력 모듈들은 어느 원자력 모듈이 가장 최근에 연료를 보급 받고 임계 가동 일수를 달성하였는지에 따라 서비스 모듈 유닛들로 지정되는, 방법.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 발전소 출력의 제1 부분 및 제2 부분을 생성하기 전에 부지 내 비-원자력 전원으로부터 초기 전력 출력을 생성하는 단계로서, 상기 초기 전력 출력은 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 생성되는, 단계;
    제1 원자력 모듈을 시동하기 위해 상기 초기 전력 출력을 인가하는 단계;
    상기 제1 원자력 모듈로부터 후속 전력 출력을 생성하는 단계; 및
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 제2 원자력 모듈을 시동하기 위해 상기 후속 전력 출력을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 발전소가 최대 전력으로 작동할 때까지 추가 원자력 모듈들을 순차적으로 시동하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 멀티-모듈형 발전소로서,
    서비스 모듈 유닛들로 지정된 다수의 부지내 원자력 모듈들 중 하나 이상의 원자력 모듈들에 의해 제공되는 발전소 출력의 제1 부분으로부터 전기를 생성하기 위한 수단으로서, 상기 다수의 원자력 모듈들 중 나머지 원자력 모듈들은 비-서비스 모듈 유닛들이며, 그리고 상기 발전소 출력의 제1 부분은 다수의 비-긴급 발전소 시스템들과 연관된 소내 부하보다 크거나 같은, 수단;
    상기 비-서비스 모듈 유닛들에 의해 제공되는 상기 발전소 출력의 제2 부분으로부터 전기를 생성하기 위한 수단;
    상기 발전소를 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결하기 위한 수단으로서, 상기 분산형 전기 그리드는 지리적으로 분산된 다수의 소비자들에게 서비스하도록 구성되며, 그리고 상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드에 전기적으로 연결되는 동안, 상기 발전소 출력의 제2 부분에 대응하는 전기량은 상기 분산형 전기 그리드에 제공되는, 수단;
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터의 전력 중단을 경험할 때 상기 발전소 출력의 제2 부분을 상기 분산형 전기 그리드로부터 우회(diverting)하기 위한 수단; 및
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 상기 발전소 출력의 제1 부분의 적어도 일부에 대응하는 전기량을 상기 발전소 시스템들에 라우팅하기 위한 수단을 포함하는, 멀티-모듈형 발전소.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 발전소를 전용 전기 그리드에 연결하기 위한 수단으로서, 상기 전용 전기 그리드는 전용 서비스 부하에 전기를 제공하도록 구성되며, 그리고 상기 발전소 출력의 제1 부분은 상기 전용 서비스 부하 및 상기 소내 부하의 결합된 부하보다 크거나 같은, 수단; 및
    상기 발전소가 상기 분산형 전기 그리드로부터 전기적으로 분리되는 동안 상기 발전소 시스템들 및 상기 전용 서비스 부하 모두에 상기 발전소 출력의 제1 부분을 분배하기 위한 수단을 더 포함하는, 멀티-모듈형 발전소.






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