KR20230166450A - 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법에 있어서, 상기 소형모듈형 원자로는 복수 개로 마련되어 있으며, 상기 각 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감시하는 감시단계; 상기 피로상태가 일정 수준 이상으로 판단된 문제발생 소형모듈형 원자로가 발생하면, 상기 문제발생 소형모듈형 원자로의 운전상태를 고려하여 상기 문제발생 소형모듈형 원자로가 운전 가능한지를 분석하는 분석단계; 상기 문제발생 소형모듈형 원자로가 운전 불가한 것으로 판단되면, 나머지 소형모듈형 원자로의 누적피로상태를 진단하는 진단단계; 및 상기 진단단계에서 도출된 상기 누적피로상태에 기초하여 상기 나머지 소형모듈형 원자로의 출력을 조절하는 탄력운전단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법에 관한 것이다.
최근 국내 및 해외를 막론하고 소형모듈형 원자로(SMR) 기술개발이 매우 활발하게 이루어지고 있으며, 이미 일부 원전 선진국에서는 건설단계에 접어든 경우도 있다.
소형모듈형 원자로는 대부분 수 개의 호기에서 많게는 10개 호기가 넘는 다수의 원자로(Reactor, Rx)가 동시에 모듈형태로 설치된다.
이러한 배치는 전력의 수급상황에 보다 탄력적으로 유연하게 대처할 수 있는 장점을 갖고 있다.
그러나 현재의 SMR은 각 단위 원자로에서 발생하는 피로를 적절히 감시하거나 각 단위 원자로의 피로상태를 탄력운전에 반영하지 못하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법에 있어서, 상기 소형모듈형 원자로는 복수 개로 마련되어 있으며, 상기 각 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감시하는 감시단계; 상기 피로상태가 일정 수준 이상으로 판단된 문제발생 소형모듈형 원자로가 발생하면, 상기 문제발생 소형모듈형 원자로의 운전상태를 고려하여 상기 문제발생 소형모듈형 원자로가 운전 가능한지를 분석하는 분석단계; 상기 문제발생 소형모듈형 원자로가 운전 불가한 것으로 판단되면, 나머지 소형모듈형 원자로의 누적피로상태를 진단하는 진단단계; 및 상기 진단단계에서 도출된 상기 누적피로상태에 기초하여 상기 나머지 소형모듈형 원자로의 출력을 조절하는 탄력운전단계;를 포함하는 원자력 발전소의 운전방법에 의해 달성된다.
상기 감시단계에서는, 상기 소형모듈형 원자로의 응력 및 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 피로상태를 감시한다.
상기 운전상태는, 상기 문제발생 소형모듈형 원자로의 온도설정 횟수, 압력설정 횟수, 온도이력, 압력이력, 운전이력, 출력상태 및 필요출력상태 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 누적피로상태의 진단은, 상기 나머지 소형모듈형 원자로의 각각의 온도설정 횟수 및 압력설정 횟수 중 적어도 하나를 기초로 수행된다.
상기 탄력운전단계에서는, 누적피로계수가 더 낮은 소형모듈형 원자로의 출력값을 높여 상기 나머지 소형모듈형 원자로에 상기 누적피로상태가 균일하게 부하되도록 한다.
본 발명에 따르면, 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법을 나타낸 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 탄력운전을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 탄력운전을 도시한 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하여 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법을 설명한다.
본 발명에서 “원자력 발전소”는 복수의 소형모듈형 원자로로 이루어져 있다. 각 소형모듈형 원자로는 “단위 원자로”라고 부를 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법을 나타낸 순서도이다.
본 실시예에 따른 운전방법은 감시단계(S10), 분석단계(S20), 진단단계(S30) 및 탄력운전단계(S40)를 포함한다.
감시단계(S10)에서는 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감시한다.
피로상태 감시는 각 소형모듈형 원자로와 연결된 피로감시시스템(fatigue monitoring system, FMS)에 의해 수행된다.
피로감시시스템은 각 단위 원자로에 대해 응력 및/또는 주파수를 측정하여 피로감시를 수행한다. 피로감시는 일정 시간 간격을 두고 수행되거나 상시로 수행될 수 있다.
측정된 응력 혹은 주파수 값이 소정의 설정값을 벗어날 경우, 피로상태가 일정수준 이상이라 판단한다.
여기서 응력은 응력변화의 횟수일 수 있으며, 응력변화 횟수의 설정값 또는 주파수에 대한 설정값은 각 소형모듈형 원자로의 운전조건이나 기기 특성에 따라 다르게 설정될 수 있다.
다른 실시예에서는 응력과 주파수가 모두 소정의 설정값을 벗어날 경우에만 피로상태가 일정 수준 이상이라고 판단할 수 있다.
분석단계(S20)에서는 피로상태가 일정 수준 이상으로 판단된 문제발생 소형모듈형 원자로의 운전상태를 분석한다.
운전상태는 문제발생 소형모듈형 원자로의 온도설정 횟수, 압력설정 횟수, 온도이력, 압력이력, 운전이력, 출력상태 및 필요출력상태 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정된 것은 아니다.
분석단계(S20)에서는 원자력 발전소의 운전 경험이 반영된 인공지능을 사용할 수 있으며, 문제발생 소형모듈형 원자로의 운전 가능 여부를 판단한다.
운전 경험이란 이전의 원자력 발전소에서 취득된 피로균열 발생시의 피로정도를 의미한다.
피로정도는 주파수 혹은 응력으로 측정할 수 있으며, 온도와 압력의 변화 횟수(cycle 수)로 판단할 수도 있다.
소형모듈형 원자로의 온도와 압력의 변화 횟수(cycle 수)가 일정기간 동안 초기 설계조건에서 제시된 운전에 따른 변화 횟수보다 더 과도할 경우 피로정도가 높다고 판단할 수 있다.
그러나 운전 경험이 이에 한정된 것은 아니며, 피로에 영향을 주는 주변 환경인자를 더 포함할 수도 있다. 주변 환경인자의 경우 피로도에 미치는 영향에 따라 반영되는 가중치가 달라진다.
운전 가능 여부는 운전 시 요구되는 출력을 유지 및 조절할 수 있는 상태를 의미한다.
출력 유지 및 조절 가능 여부를 판단하는 기준은 각 단위 원자로에 할당된 출력 요구치가 각 단위 원자로의 구조 및 피로 건전성을 해하지 않는 수준으로, 설계 시 주어진 누적피로계수의 허용기준과 상시 비교 감시함으로써 판단할 수 있다.
이하에서는 진단단계(S30) 및 탄력운전단계(S40)에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소형모듈형 원자로의 탄력운전을 도시한 것이다.
진단단계(S30)에서는 운전 불가로 판단된 문제발생 소형모듈형 원자로가 발생하면, 나머지 소형모듈형 원자로의 누적피로상태를 진단한다.
나머지 소형모듈형 원자로의 누적피로상태는 각 소형모듈형 원자로의 온도설정 횟수 및/또는 압력설정 횟수를 기초로 판단할 수 있다.
또는 누적피로상태는 누적피로계수(cumulative fatigue usage factor, CUF) 값으로 판단할 수 있다. 누적피로계수란 구조물의 설계시 허용된 피로수명 대비 현재 누적된 피로수명을 나타내는 계수로 1보다 낮은 상태로 유지되어야 한다.
탄력운전단계(S40)는 진단단계(S30)에서 도출된 상기 누적피로상태에 따라 각 소형모듈형 원자로의 출력을 조절한다.
여기서 누적피로상태는 누적피로계수일 수 있다.
누적피로계수가 높은 단위 원자로는 출력값을 낮추거나 정지시키며, 누적피로계수가 낮은 단위 원자로는 출력값을 높이거나 유지시켜 각 소형모듈형 원자로가 균일하게 누적피로상태를 갖도록 하여 피로수명 또한 균일하게 유지한다.
예를 들어, 4개의 단위 원자로로 구성되는 소형모듈형 원자력 발전소는 전체 요구 발전량에 대해 각 단위 원자로의 피로수명을 계산하여 누적피로계수가 상대적으로 낮은 단위 원자로에 높은 출력을 내도록 조정한다.
따라서 소형모듈형 원자로의 피로 특성에 최적화된 운전전략을 수립하여 전체 소형모듈형 원자로의 피로수명을 향상시킨다.
본 발명은 피로감시시스템의 운전경험 이력 분석 기능을 추가하여 미리 고장을 예측한다.
탄력운전에 용이한 소형모듈형 원자로의 장점을 극대화할 수 있도록 각 단위 원자로에 산재해 있는 다수의 피로 취약부가 고른 누적피로계수를 유지하도록 하여 각 단위 원자로의 피로수명을 균일하게 유지한다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (5)
- 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감안한 원자력 발전소의 운전방법에 있어서,
상기 소형모듈형 원자로는 복수 개로 마련되어 있으며,
상기 각 소형모듈형 원자로의 피로상태를 감시하는 감시단계;
상기 피로상태가 일정 수준 이상으로 판단된 문제발생 소형모듈형 원자로가 발생하면, 상기 문제발생 소형모듈형 원자로의 운전상태를 고려하여 상기 문제발생 소형모듈형 원자로가 운전 가능한지를 분석하는 분석단계;
상기 문제발생 소형모듈형 원자로가 운전 불가한 것으로 판단되면, 나머지 소형모듈형 원자로의 누적피로상태를 진단하는 진단단계; 및
상기 진단단계에서 도출된 상기 누적피로상태에 기초하여 상기 나머지 소형모듈형 원자로의 출력을 조절하는 탄력운전단계;를 포함하는 원자력 발전소의 운전방법. - 제1항에 있어서,
상기 감시단계에서는,
상기 소형모듈형 원자로의 응력 및 주파수 중 적어도 하나를 측정하여 피로상태를 감시하는 원자력 발전소의 운전방법. - 제1항에 있어서,
상기 운전상태는,
상기 문제발생 소형모듈형 원자로의 온도설정 횟수, 압력설정 횟수, 온도이력, 압력이력, 운전이력, 출력상태 및 필요출력상태 중 적어도 하나를 포함하는 원자력 발전소의 운전방법. - 제1항에 있어서,
상기 누적피로상태의 진단은,
상기 나머지 소형모듈형 원자로의 각각의 온도설정 횟수 및 압력설정 횟수 중 적어도 하나를 기초로 수행되는 원자력 발전소의 운전방법. - 제1항에 있어서,
상기 탄력운전단계에서는,
누적피로계수가 더 낮은 소형모듈형 원자로의 출력값을 높여 상기 나머지 소형모듈형 원자로에 상기 누적피로상태가 균일하게 부하되도록 하는 원자력 발전소의 운전방법.
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