본 논문은 제 7차 전력수급기본계획에서 제시한 신규 원자력발전, 석탄 발전, 그리고 LNG 복합 발전의 균등화발전비용과, 고리 1호기(가압형 경수로, PWR) 및 월성 1호기(가압형 중수로, PHWR)의 계속운전 기간별(10년과 20년) 균등화발전비용을 추정하여 비교해서 원전 계속운전의 노형별 및 계속운전 기간별 경제성을 평가하였다. 균등화발전비용을 이용한 원자력 발전의 계속운전 경제성은 노형, 계속운전기간, 할인율, 이용률 등으로부터 영향을 받는다. 분석결과에 따르면 가압형 경수로(고리 1호)는 가압형 중수로(월성 1호)보다 경제성이 높다. 원자력발전의 계속운전과 다른 전원의 경제성 비교 결과를 보면 가압형 경수로(고리 1호)의 경우에 20년 계속운전이 신규 원자력 발전 및 석탄발전보다 경제적이다. 그러나 가압형 중수로(월성 1호)의 경우에 20년 계속운전은 LNG 복합 발전보다 경제적이지만, 신규 원전 및 신규 석탄발전보다 비경제적이다. 원자력발전의 계속운전에서 보면 20년 계속운전이 경제적이며, 특히 가압형 경수로는 다른 전원보다 비용효율적이다. 원자력발전의 계속운전 정책은 모든 원전을 폐로하기 보다는 안전성과 경제성을 동시에 고려하는 선별적 접근 방식이 유효하다.
The Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has developed geological repository systems for the disposal of high-level wastes and spent nuclear fuels (SNFs) in South Korea. The purpose of the most recently developed system, the improved KAERI Reference Disposal System Plus (KRS+), is to dispose of all SNFs in Korea with improved disposal area efficiency. In this paper, a system-level safety assessment model for the KRS+ is presented with long-term assessment results. A system-level model is used to evaluate the overall performance of the disposal system rather than simulating a single component. Because a repository site in Korea has yet to be selected, a conceptual model is used to describe the proposed disposal system. Some uncertain parameters are incorporated into the model for the future site selection process. These parameters include options for a fractured pathway in a geosphere, parameters for radionuclide migration, and repository design dimensions. Two types of SNF, PULS7 from a pressurized water reactor and Canada Deuterium Uranium from a heavy water reactor, were selected as a reference inventory considering the future cumulative stock of SNFs in Korea. The highest peak radiological dose to a representative public was estimated to be 8.19×10-4 mSv·yr-1, primarily from 129I. The proposed KRS+ design is expected to have a high safety margin that is on the order of two times lower than the dose limit criterion of 0.1 mSv·yr-1.
The "3+3 Process" for safety critical software for nuclear power plants' I&C (Instrumentation and Control system) has been developed in this work. The main idea of the "3+3 Process" is both to simplify the software development and safety analysis in three steps to fulfill the requirements of a software safety plan [1]. The "3-Step" software development process consists of formal modeling and simulation, automated code generation and coverage analysis between the model and the generated source codes. The "3-Step" safety analysis consists of HAZOP (hazard and operability analysis), FTA (fault tree analysis), and DV (design validation). Put together, these steps are called the "3+3 Process". This scheme of development and safety analysis minimizes the V&V work while increasing the safety and reliability of the software product. For assessment of this process, validation has been done through prototyping of the SDS (safety shut-down system) #1 for PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor).
The aim of this study was to develop a bundle position-wise linear model (BPLM) to predict Pressure Tube (PT) diametral creep employing the previously measured PT diameters and operating conditions. There are twelve bundles in a fuel channel, and for each bundle a linear model was developed by using the dependent variables, such as the fast neutron fluences and the bundle coolant temperatures. The training data set was selected using the subtractive clustering method. The data of 39 channels that consist of 80 percent of a total of 49 measured channels from Units 2, 3, and 4 of the Wolsung nuclear plant in Korea were used to develop the BPLM. The data from the remaining 10 channels were used to test the developed BPLM. The BPLM was optimized by the maximum likelihood estimation method. The developed BPLM to predict PT diametral creep was verified using the operating data gathered from Units 2, 3, and 4. Two error components for the BPLM, which are the epistemic error and the aleatory error, were generated. The diametral creep prediction and two error components will be used for the generation of the regional overpower trip setpoint at the corresponding effective full power days. The root mean square (RMS) errors were also generated and compared to those from the current prediction method. The RMS errors were found to be less than the previous errors.
In order to enhance the dynamic and interactive simulation capability of a system thermal hydraulic code for nuclear power plant, applicability of flow network models in SINDA/FLUIN $T^{™}$ has been tested by modeling feedwater system and coupling to DSNP which is one of a system thermal hydraulic simulation code for a pressurized heavy water reactor. The feedwater system is selected since it is one of the most important balance of plant systems with a potential to greatly affect the behavior of nuclear steam supply system. The flow network model of this feedwater system consists of condenser, condensate pumps, low and high pressure heaters, deaerator, feedwater pumps, and control valves. This complicated flow network is modeled and coupled to DSNP and it is tested for several normal and abnormal transient conditions such turbine load maneuvering, turbine trip, and loss of class IV power. The results show reasonable behavior of the coupled code and also gives a good dynamic and interactive simulation capabilities for the several mild transient conditions. It has been found that coupling system thermal hydraulic code with a flow network code is a proper way of upgrading simulation capability of DSNP to mature nuclear plant analyzer (NPA).
국내도입이 예상되는 900MWe급 가압경수로형 (PWR) 원자력 발전소와 캐나다형가압중수로형 (PHWR-CANDU) 원자력발전소에 대하여 throwaway 핵연료주기를 가상하여 두 노형의 상대적인 경제성을 비교 검토 하였다. 계산을 목적으로 발전단가를 발전소 투자비, 운전보수비, 운전자본비 및 핵연료비로 구분했으며 건설단가는 보완된 ORCOST 전산코드를 그리고 발전단가는 보완된 POWERCO-50 전산코드를 사용하여 구하였다. 계산에 요구되는 각종의 경제인자에 대하여는 단일의 수치값을 갖는 상수보다는 어떤 범위의 수치대를 이루는 통계적인 변수로 처리하였으며 ORCOST 및 POWERCO-50을 통한 무작위 추출법을 통하여 발전소 건설비 및 발전단가의 화율돗수 분포도를 얻었다. 계산결과 두노형간의 발전단가 분포도는 서로 겹치고 있으며 발전 단가의 기대치는 1986년도 미화로 PHWR의 발전단가가 PWR의 발전단가, 39.41mills/kwh보다 약 0.4mill/kwh만큼 적지만 PHWR의 건설기간이 PWR 보다 1년정도 더 걸리게되는 경우 차이가 없음을 알았다. 따라서 두 노형간의 경제성은 거의 우열을 가릴 수 없으며 한국에서 원자력발전소 노형을 선정할 때 기술전수, 국산화 등 경제외적 인자도 경제적 인자로 수량화하여 검토하는 것이 필요하다고 결론을 내렸다.
Jongyoul Lee;Kwangil Kim;Inyoung Kim;Heejae Ju;Jongtae Jeong;Changsoo Lee;Jung-Woo Kim;Dongkeun Cho
Nuclear Engineering and Technology
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제55권4호
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pp.1540-1554
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2023
To use nuclear energy sustainably, spent nuclear fuel, classified as high-level radioactive waste and inevitably discharged after electricity generation by nuclear power plants, must be managed safely and isolated from the human environment. In Korea, the land area is limited and the amount of high-level radioactive waste, including spent nuclear fuels to be disposed, is relatively large. Thus, it is particularly necessary to maximize disposal efficiency. In this study, a high-efficiency deep geological repository concept was developed to enhance disposal efficiency. To this end, design strategies and requirements for a high-efficiency deep geological repository system were established, and engineered barrier modules with a disposal canister for pressurized water reactor (PWR)-type and pressurized heavy water reactor type Canada deuterium uranium (CANDU) plants were developed. Thermal and structural stability assessments were conducted for the repository system; it was confirmed that the system was suitable for the established strategies and requirements. In addition, the results of the nuclear safety assessment showed that the radiological safety of the new system met the Korean safety standards for disposal of high-level radioactive waste in terms of radiological dose. To evaluate disposal efficiency in terms of the disposal area, the layout of the developed disposal areas was assessed in terms of thermal limits. The estimated disposal areas were 2.51 km2 and 1.82 km2 (existing repository system: 4.57 km2) and the excavated host rock volumes were 2.7 Mm3 and 2.0 Mm3 (existing repository system: 4.5 Mm3) for thermal limits of 100 ℃ and 130 ℃, respectively. These results indicated that the area and the excavated volume of the new repository system were reduced by 40-60% compared to the existing repository system. In addition, methods to further improve the efficiency were derived for the disposal area for deep geological disposal of spent nuclear fuel. The results of this study are expected to be useful in establishing a national high-level radioactive waste management policy, and for the design of a commercial deep geological repository system for spent nuclear fuels.
중수로 일차냉각재계통 액체방출밸브의 개방압력에 대한 안전여유 및 시간지연을 반영하여 열수력코드로 경년열화가 반영된 노심에 대해 민감도를 평가하였다. 과거에는 안전해석을 수행할 때 안전여유와 시간지연을 반영하여 평가하지 않았으나, 월성1호기 안전해석 인허가 심사과정중 반영 평가하였다. 중수로 안전해석에서 압력경계는 일차냉각재계통 액체방출밸브이다. 따라서 액체방출밸브 응동이 안전해석에 직접적인 영향을 주므로 안전여유와 시간지연 부가가 안전해석 결과에 미치는 영향을 파악하고 해석에 반영하기 위해 일차냉각재계통 과압이 걸리는 사고들에 대해 평가하였다.
배관에서의 균열 탐지를 위해서 비틀림 모드 유도초음파 검사법을 적용하였다. 배관에서 비틀림 모드의 생성 및 수신을 위하여 배열형 전자기음향 탐촉자 (EMAT, electromagnetic acoustic transducer)를 설계, 제작하였다. 직경 2.5 인치의 배관에 대해 주파수 2000kHz의 비틀림 모드 유도초음파를 적용하였으며 가진용으로 4개의 배열형 EMAT를 제작하였으며, 별도의 수신용 EMAT를 설계 제작하였다. 실제 중수로 피더관 mock-up에 대해 곡관부에 다양한 깊이의 인공 결함을 가공한 뒤 약 2 hi 거리에서 각각의 탐지능을 실험하였다. 결함 깊이가 관 두께 대비 5% 인 경우에도 결함 신호를 탐지할 수 있었으나 결함의 깊이와 신호 진폭과의 관계성은 나타나지 않았다.
Systems Engineering Approach was applied to the development of operator-support core management system based on the on-site operation experience and document of core management procedures, which is for enhancing operability and safety in PHWR (Pressurized Heavy Water Reactor) operation. The dissertation and definition of the system were given on th basis of investigating and analyzing the core management procedures. Fuel management, detector calibration, safety management, core power distribution monitoring, and integrated data management were defined as main user's requirements. From the requirements, 11 upper functional requirements were extracted by considering the on-site operation experience and investigating documents of core management procedures. Detailed requirements of the system which were produced by analyzing the upper functional requirements were identified by interviewing members who have responsibility of the core management procedures, which were written in SRS (Software Requirement Specification) document by using IEEE 830 template. The system was designed on the basis of the SRS and analysis in terms of nuclear engineering, and then tested by simulation using on-site data as a example. A model of core power monitoring related to the core management was suggested and a standard process for the core management was also suggested. And extraction, analysis, and documentation of the requirements were suggested as a case in terms of systems engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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