원자력발전소의 산업계와 규제기관에서는 원자력발전소의 성능(performance)수준 향상과 대 국민 알권리 충족, 규제업무 효율화를 위하여 정량적인 성능지표를 개발하여 사용해왔다. 국내의 원자력 규제 기관인 한국원자력안전기술원은 WANO (world association of nuclear operators)와 미국 핵규제위원회(NRC)의 발전소 종합성능평가 (reactor oversight process)에서 사용하는 성능지표를 토대로 국내 원자력발전소 성능지표를 개발하여 사용 중이다 ( 1 ). 개발된 국내 원자력발전소의 성능지표는 초기사건, 안전계통 신뢰도, 방사선 안전 등 11개 지표로 이루어졌다. 각 지표별 등급을 4개(녹색, 하늘색, 노랑색, 주황색)로 나누어 알기 쉽게 표시하였다.(중략)
화재가 지속되기 위해서는 화재 3요소 또는 4요소가 충족되어야 하지만 역으로 한 개 이상의 화재 요소를 제어하거나 통제할 경우 화재를 진압할 수 있다. 원자력발전소에서는 화재방호계획에 의해 방화지역마다 화재 요인인 점화원, 가연성물질, 산소 등 지연성가스를 분석하고 연속적인 연소반응을 억제할 수 있도록 화재위험 요인을 관리하고 있다. 최근에는 정량화된 화재위험 분석도구인 화재모델을 활용한 성능기반 화재방호 기술이 원자력발전소의 화재리스크 관리를 위해 도입되고 있다. 성능기반 화재위험 분석 방법은 일반 산업계에서도 사용되고 있으나 원자력발전소의 경우 화재로 유발될 수 있는 원자로 손상 가능성을 수치화하고 통제하기 위하여 위험도정보 활용기술과 성능기반 기술을 통합하여 사용하고 있다. 본 논문에서는 원자력발전소의 화재요인 관리 방법을 위험도정보 활용기술과 성능기반 화재방호 기술에 의거하여 분석하는 방법을 제시하였다. 이 분석의 목적은 원자력발전소의 화재위험 관리 방법을 산업계의 화재방호 전문가들이 공유하고 산업계의 특화된 방법과 원자력발전소의 전문화된 분석기술을 실용화하여 화재리스크를 효과적으로 관리할 수 있는 방법을 마련하기 위한 것이다.
본 연구에서는 나선형과 판형의 핀을 가진 원자력 발전소용 직교류 핀-관 열교환기의 열량을 ARI Standard-410에 따라 실험적으로 측정하여 풍속과 냉수속에 따른 열저항 및 압력 손실을 도출하는 것을 목적으로 하였으며, 이러한 시도를 통해서 실제 열교환기의 성능 평가시 필요한 기술적 자료를 축적하고자 하였다. 실험에서는 나선형 6fin/in, 8fin/1n, 10fin/in 열교환기와 판형 8fin/in 열교환기를 사용하였으며, 풍속을 0.486m/s와 2.214m/s로, 수속을 1m/s~4m/s로 하여 실험을 행하였다. 실험 결과를 통하여, 원자력 발전소의 격납 용기내의 공기조화를 위하여 사용되어 지는 열교환기의 성능 평가 방법 및 실증 능력을 확보하였으며, 풍속 증가에 따라 총괄 열전달 계수는 전체적으로 비례 증가하는 경향을 보였다. 판형이 나선형 보다 열전달 계수가 작게 나타났으며, 나선형 열교환기의 경우 fin수에 따른 변화는 크지 않았으나, 열전달 면적을 고려한 경우에는 나선형 10fin/in 열교환기가 가장 뛰어난 열교환 성능을 발휘함을 알 수 있었다. 또한, 공기측의 압력 손실은 전체적으로 전연 풍속 증가에 따라서 속도 제곱에 비례하여 증가하는 경향을 보였다.
이 논문은 원자력발전소의 안전성 규제를 위한 성능 기준을 설정하는데 야기되는 몇가지 문제점을 다룬다. 저층 성능 기준을 설정하는 것이 고충 성능 기준을 설정하는 것보다 훨씬 더 어려운 과제이기 때문에, 저층 성능 기준은 보다 쉽게 결정될 수 있는 고충 성능기준으로부터 그와 부합되게 유도되어야 한다. 본 논문은 또한, 평균치-평균치 mapping에 의거한 신뢰도 할당 방법론을 상태변수가 불확실한 stochastic 다목적 최적화 문제로 적용 확장함으로써 성능 기준의 불확실성을 규명하는 몇 가지 방법을 제안한다.
원자력발전소에서는 심각한 사고로 인한 고온상태에서 원자로내부의 물질이 산화반응하여 대량의 수소가 발생한다. 이 때 수소가 폭발하면, 원자력발전소의 건전성에 중대위험이 발생한다. 실제로 미국원자력발전소인 쓰리마일원전(TMI-2) 사고 이후 지금까지 중대사고시 수소거동에 대하여 여러 연구기관에서 많은 연구가 수행되었으나 아직도 많은 기술적 불확실성이 존재한다.(중략)
오늘날 각국의 전력산업계에서는 발전단가를 경제적으로 유리하도록 낮추고 전력수요에 탄력적으로 대처하며 기존 발전설비를 효율적으로 활용하기 위하여 발전설비의 성능개선 및 발전소 운전 수명 연장 계획을 추진하고 있다. 최신 기술에 의한 제어게통 성능 개선은 이러한 목적을 제한된 예산과 짧은 기간내에 효과적으로 수행할 수 있는 사업으로 고려되고 있다. 근본적으로 고장-내력 기능을 가지고 있는 마이크로프로세서를 이용한 분산 디지탈 제어기술은 대용량의 공정계통을 실시각 성능분석과 예측제어를 가능케 할 뿐만 아니라 다중 제어계통으로 계통의 신뢰도 및 이용율을 높이고 발전소 운전 및 제어를 용이하게 계층적으로 구성시킬 수 있는 최신 제어 기술이다. 이로써, 사례에 밝혀진 바와 같은 제어 설계 개선 및 설비 대체로 발전소 운영의 경제성, 안전성, 신뢰성 및 편이성의 개선 효과를 달성시키고 있음을 알았다. 특히, 선진국의 원자력 발전소의 제어계통 성능개선 사례는 경제성은 물론 안전성 확보에도 큰 기여를 하고 있음이 밝혀졌다. 우리나라도 전력 수요에 경제적으로 대처하고 보다 양질의 전기를 생산하며 기존설비를 효과적으로 이용하기 위하여 현재 추진중에 있는 화력발전소 제어계통 성능 개선을 단계적으로 추진하고 있는 것은 고무적인 계획임에 틀림이 없다 하겠다. 또한, 원자력 발전소의 경우에도 안정성을 제고시키고, 발전소의 이용율을 증대시키기 위하여 추진중인 신기술을 적용한 성능 개선 사업의 단계적 추진은 당연한 추세라 할 수 있다.
본 논문에서는 원자력발전소의 화재 안전성평가에서 제기되는 화재모델링 불확실성 분석 방법을 검토하고 논의하였다. 원자력발전소의 성능기반 화재 안전성평가에 대해서는 NUREG-1934를, 확률론적 화재 안전성 평가에 대해서는 NUREG/CR-6850를 중심으로 화재 모델링 불확실성 분석 방법을 소개하고 몬테칼로 시뮬레이션을 이용한 불확실성 분석 방법에 대해 논의하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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