Heo, Jin Young;Park, Jung Hwan;Chae, Yong Jae;Oh, Seung Hwan;Lee, So Young;Lee, Ju Yeon;Gnanapragasam, Nirmal;Lee, Jeong Ik
Nuclear Engineering and Technology
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제53권8호
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pp.2427-2444
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2021
The lack of plant-side energy storage analysis to support nuclear power plants (NPP), has setup this research endeavor to understand the characteristics and role of specific storage technologies and the integration to an NPP. The paper provides a qualitative review of a wide range of configurations for integrating the energy storage system (ESS) to an operating NPP with pressurized water reactor (PWR). The role of ESS technologies most suitable for large-scale storage are evaluated, including thermal energy storage, compressed gas energy storage, and liquid air energy storage. The methods of integration to the NPP steam cycle are introduced and categorized as electrical, mechanical, and thermal, with a review on developments in the integration of ESS with an operating PWR. By adopting simplified off-design modeling for the steam turbines and heat exchangers, the results show the performance of the PWR steam cycle changes with respect to steam bypass rate for thermal and mechanical storage integration options. Analysis of the integrated system characteristics of proposed concepts for three different ESS suggests that certain storage technologies could support steady operation of an NPP. After having reviewed what have been accomplished through the years, the research team presents a list of possible future works.
Robertas Poskas;Kestutis Rackaitis;Povilas Poskas;Hussam Jouhara
Nuclear Engineering and Technology
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제55권7호
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pp.2604-2612
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2023
Spent nuclear fuel and long-lived radioactive waste must be carefully handled before disposing them off to a geological repository. After the pre-storage period in water pools, spent nuclear fuel is stored in casks, which are widely used for interim storage. Interim storage in casks is very important part in the whole cycle of nuclear energy generation. This paper presents the results of the numerical study that was performed to evaluate the thermal behavior of a metal-concrete CONSTOR RBMK-1500 cask loaded with spent nuclear fuel and placed in an open type interim storage facility which is under fire conditions (steady-state, fire, post-fire). The modelling was performed using the ANSYS Fluent code. Also, a local sensitivity analysis of thermal parameters on temperature variation was performed. The analysis demonstrated that the maximum increase in the fuel load temperatures is about 10 ℃ and 8 ℃ for 30 min 800 ℃ and 60 min 600 ℃ fires respectively. Therefore, during the fire and the post-fire periods, the fuel load temperatures did not exceed the 300 ℃ limiting temperature set for an RBMK SNF cladding for long-term storage. This ensures that fire accident does not cause overheating of fuel rods in a cask.
McMahon, K.;Swift, P.;Nutt, M.;Birkholzer, J.;Boyle, W.;Gunter, T.;Larson, N.;MacKinnon, R.;Sorenson, K.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology
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제1권1호
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pp.29-35
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2013
The United States Department of Energy (US DOE) is conducting research and development (R&D) activities under the Used Fuel Disposition Campaign (UFDC) to support storage, transportation, and disposal of used nuclear fuel (UNF) and wastes generated by existing and future nuclear fuel cycles. R&D activities are ongoing at nine national laboratories, and are divided into storage, transportation and disposal. Storage R&D focuses on closing technical gaps related to extended storage of UNF. Transportation R&D focuses on ensuring transportability of UNF following extended storage, and addressing data gaps regarding nuclear fuel integrity, retrievability, and demonstration of subcriticality. Disposal R&D focuses on identifying geologic disposal options and addressing technical challenges for generic disposal concepts in mined repositories in salt, clay/shale, and granitic rocks, and deep borehole disposal. UFDC R&D goals include increasing confidence in the robustness of generic disposal concepts, reducing generic sources of uncertainty that may impact the viability of disposal concepts, and developing science and engineering tools to support the selection, characterization, and licensing of a repository. The US DOE has also initiated activities in the Nuclear Fuel Storage and Transportation (NFST) Planning Project to facilitate the development of an interim storage facility and to support transportation infrastructure in the near term.
This paper presents the neutron dose rate analysis of the new CONSTOR® RBMK-1500/M2 storage cask intended for the spent nuclear fuel storage at Ignalina Nuclear Power Plant in Lithuania. These casks are designed to be stored in a new "closed" type interim storage facility, with the capacity to store up to 202 CONSTOR® RBMK-1500/M2 casks. In 2016 y, the "hot trials" of this new facility were conducted and 10 CONSTOR® RBMK-1500/M2 casks loaded with the spent nuclear fuel were transported to the dedicated storage places in this facility. During "hot trials", the dose rate measurements of the CONSTOR® RBMK-1500/M2 casks were performed as the dose rate is one of the critical parameter to control and it must be below design (and safety) criteria. Therefore, having the actual data of the spent nuclear fuel characteristics, the neutron dose rate modeling of the CONSTOR® RBMK-1500/M2 cask loaded with this particular fuel was also performed. Neutron dose rate modeling was performed using MCNP 5 computer code with very detailed geometrical representation of the cask and the fuel. The obtained modeling results were compared with the measurement results and it was revealed, that modeling results are generally in good agreement with the measurements.
Spent nuclear fuel generated at nuclear power plants must be safely stored during interim storage periods. A dry storage cask to safely store the spent nuclear fuel should be able to adequately emit the decay heat from the spent nuclear fuel. Therefore, heat removal tests using a half scale dry storage cask have been performed to estimate the heat transfer characteristics of a dry storage cask under normal, off-normal, and accident conditions. In the normal condition, the heat transfer rate to an ambient atmosphere by convective air through a passive heat removal system reached 83%. Accordingly, the passive heat removal system is designed well and works adequately. In the off-normal condition, the influence of a half blockage in the inlet on the temperature appears minimal. In the accident condition, the temperature rose for 12 hours after the accident, but the temperature rise steadied after 36 hours.
In Korea, although the concept of dry storage system for PWR spent fuels first emerged in the early 1990s, wet storage inside nuclear reactor buildings remains the dominant storage paradigm. Furthermore, as the amount of discharged fuel from nuclear power plants increases, nuclear power plants are confronted with the problem of meeting storage capacity demand. Various measures have been taken to resolve this problem. Dry storage systems along with transportation of spent fuel either on-site or off-site are regarded as the most feasible measure. In order to develop dry storage and transportation system safety analyses, development of design techniques, full scale performance tests, and research on key material degradation should be conducted. This paper deals with two topics, structural analysis methodology to assess cumulative damage to transportation packages and the effects of an aircraft engine crash on a dual purpose cask. These newly emerging issues are selected from among the many technical issues related to the development of transportation and storage systems of spent fuels. In the design process, appropriate analytical methods, procedures, and tools are used in conjunction with a suitably selected test procedure and assumptions such as jet engine simulation for postulated design events and a beyond design basis accident.
Nuclear fuel, including its fresh state, must be handled safely due to its critical and hazardous nature. Under normal transport conditions, several interactions take place among different components, such as transport cask used for loading the nuclear fuel and tie-down structure to attach with the vehicle. To ensure structural integrity of the nuclear fuel, vibrations and impacts transmitted from the vehicle must be sufficiently reduced. Therefore, in this study, we conducted two transportation tests from Daejeon to Kijang in Korea to verify the vehicle-induced vibrational characteristics of the KJRR-F fresh nuclear fuel when transported under normal transport conditions. The speed and location of the vehicle were obtained via GPS, and the accelerations between the vehicle and the KJRR-F fresh nuclear fuel were measured. Additionally, using the acceleration results, a structural analysis was conducted to confirm the structural integrity of the nuclear fuel under the most severe conditions during normal transport.
Spent nuclear fuel, which can degrade during long-term storage, must be transported intact in normal transport conditions. In this regard, many studies, including those involving Multi-Modal Transportation Test (MMTT) campaigns, have been conducted. In order to transport the spent fuel safely, a tie-down structure for supporting and transporting a cask containing the spent fuel is essential. To ensure its structural integrity, a method for finding an optimum conceptual design for the tie-down structure is presented. An optimized transportation test model of a tie-down structure for the KORAD-21 metal cask is derived based on the proposed optimization approach, and the transportation test model is manufactured by redesigning the optimized model to enable its producibility. The topology optimization approach presented in this paper can be used to obtain optimum conceptual designs of tie-down structures developed in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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