개량형 가스 냉각 원자로

Advanced Gas-cooled Reactor
토르네스의 AGR 발전소

AGR(Advanced Gas-cooled Reactor)은 영국에서 설계되고 운영되는 원자로의 한 종류이다.이것들은 영국의 2세대 가스 냉각 원자로로 흑연을 중성자 감속재로, 이산화탄소를 냉각수로 사용한다.그들은 1980년대 이후 영국 원자력 발전 함대의 중추 역할을 해왔다.

AGR은 영국의 1세대 원자로 설계인 마그녹스 원자로에서 개발됐다.첫 번째 마그녹스 설계는 [1]플루토늄 생산에 최적화되었고, 이러한 이유로 그것은 발전하기에 가장 경제적이지 않은 특징을 가지고 있었다.그 중 일차적인 것은 천연 우라늄에서 가동해야 하는 요건이었는데, 이 경우 낮은 중성자 단면을 가진 냉각수와 이 경우 이산화탄소, 그리고 효율적인 중성자 감속제인 흑연 등이 필요했다.또한 Magnox 설계는 다른 전력 생산 설계에 비해 상대적으로 낮은 가스 온도를 실행하므로 증기 조건이 덜 효율적이었습니다.

AGR 설계는 Magnox의 흑연 감속재와 이산화탄소 냉각수를 유지했지만 증기 조건을 개선하기 위해 냉각 가스 작동 온도를 높였습니다.이것들은 석탄 화력발전소와 동일하게 만들어져서 터빈과 발전기기의 동일한 설계를 사용할 수 있게 되었다.초기 설계 단계에서 연료 피복재를 베릴륨에서 스테인리스강으로 전환할 필요가 있는 것으로 확인되었습니다.그러나 강철은 중성자 단면이 높기 때문에 이를 보상하기 위해 농축 우라늄 연료를 사용해야 했다.이러한 변경으로 인해 연료 톤당 18,000t MW-days의 연소가 증가하여 더 자주 주유해야 했습니다.

시제품 AGR은 1962년 [2]윈드스케일에서 작동하기 시작했지만, 최초의 상용 AGR은 1976년에야 온라인에 등장했다.1976년부터 1988년까지 6개 현장에 총 14기의 AGR 원자로가 건설되었다.이 모든 것은 하나의 건물에 두 개의 원자로로 구성되며, 각 원자로는 660e MW 터빈 교류 발전기 세트를 구동하는 1,500t MW의 설계 열 출력을 가진다.다양한 AGR 스테이션은 555 MWe ~ 670 MWe 범위의 출력을 생산하지만, 일부 스테이션은 운영상의 [3]제약으로 인해 설계 출력보다 낮은 출력으로 작동합니다.

AGR 설계

고도 가스 냉각 원자로의 개략도.열교환기는 철근콘크리트 복합압력용기와 방사선 차폐체 내에 포함되어 있음에 유의한다.
  1. 충전관
  2. 제어봉
  3. 흑연 감속재
  4. 연료 어셈블리
  5. 콘크리트 압력용기 및 방사선 차폐
  6. 가스 순환기
  7. 물.
  8. 물 순환기
  9. 열 교환기.
  10. 스팀
다른 기술과 비교한 AGR 원자로 크기

AGR은 보일러 정지 밸브의 최종 증기 조건이 기존 석탄 화력발전소와 동일하도록 설계되었으며, 따라서 동일한 터보 발전 플랜트 설계를 사용할 수 있습니다.원자로 노심에서 나오는 열냉각수의 평균 온도는 648°C(1,198°F)로 설계되었다.이러한 고온을 얻으면서도 유용한 흑연 코어 수명(그래파이트가 고온에서 CO와2 반응)을 보장하기 위해 278°C의 낮은 보일러 출구 온도에서 냉각수의 재진입 흐름을 사용하여 흑연을 냉각함으로써 흑연 코어 온도가 Magnox 스테이션에서 볼 수 있는 온도와 크게 다르지 않도록 보장합니다.과열기 출구 온도 및 압력은 2,485psi(170bar) 및 543°C로 설계되었습니다.

연료는 스테인리스강 튜브에서 2.5-3.5%까지 농축된 이산화 우라늄 펠릿입니다.AGR의 원래 설계 개념은 베릴륨 기반 피복을 사용하는 것이었다.메짐성 [4]파괴로 인해 부적합한 것으로 판명된 경우, 스테인리스강 피복재의 중성자 포획 손실을 높이기 위해 연료의 농축 수준을 높였다.이로 인해 AGR에 의해 생산되는 전력 비용이 크게 증가했습니다.이산화탄소 냉각수는 640°C(1,184°F)의 압력과 약 40bar(580psi)의 압력에 도달하여 코어를 순환한 후, 코어 외부에 있는 보일러(증기 발생기) 어셈블리를 통과하지만 여전히 철근 콘크리트 압력 용기 안에 있습니다.제어봉은 흑연 감속재를 관통하고 2차 시스템은 냉각수에 질소를 주입하여 열중성자를 흡수하여 제어봉이 노심 안으로 들어가지 못할 경우 핵분열 과정을 정지시킨다.원자로에 붕소 비즈를 주입하여 작동하는 제3 정지 시스템은 제어봉을 충분히 낮추어 원자로를 감압해야 할 경우에 포함된다.이것은 질소 압력을 [5][6]유지할 수 없다는 것을 의미합니다.

AGR은 약 41%의 높은 열효율(전기발생/열발생비)을 갖도록 설계되었으며, 이는 일반적인 열효율이 34%[7]인 현대식 가압수형 원자로(PWR)보다 우수하다.이는 PWR의 경우 약 325°C(617°F)에 비해 실질적으로 가스 냉각 시 약 640°C(1,184°F)의 냉각수 출구 온도가 높기 때문입니다.단, 동일한 출력의 경우 원자로 노심이 커야 하며, 유형 2 연료의 경우 t당 27,000 MW(th)일, 배출 시 견고한 연료의 경우 t당 최대 34,000 MW(th)일의 연료 연소율이 pWR의 t당 40,000 MW(th)일보다 낮기 때문에 열효율을 상쇄할 [8]수 있다.

마그녹스, CANDU 및 RBMK 원자로와 마찬가지로, 경수로와는 달리, AGR은 먼저 정지하지 않고 재급유되도록 설계되어 있다(온라인 재급유 참조).이 부하 재급유는 다른 원자로 유형보다 AGR을 선택하기 위한 경제적 사례의 중요한 부분이었고, 1965년 중앙전기발전위원회(CEGB)와 정부는 AGR이 최고의 석탄 화력발전소보다 더 저렴한 전기를 생산할 것이라고 주장할 수 있었다.그러나 연료집합체 진동 문제는 최대출력으로 재급유하는 동안 발생했기 때문에 1988년 최대출력의 재급유가 1990년대 중반까지 중단되었고, 이후 시험으로 연료봉이 원자로 노심에 고착되었다.현재 AGR에서 부분 부하 또는 셧다운 시에만 주유합니다.

사전응력 콘크리트 압력용기에는 원자로 노심과 보일러가 들어 있다.용기로의 침투 횟수를 최소화하기 위해 (따라서 가능한 누출 장소의 수를 줄이기 위해) 보일러는 보일러 튜브 내에서 모든 비등 및 과열 작업을 수행하는 단일 설계입니다.따라서 증발기 내 염분 축적과 그에 따른 부식 문제를 최소화하기 위해 초순수 사용이 필요합니다.

AGR은 미국의 경수로 설계에 대한 영국의 우수한 대안으로 의도되었다.이는 운영상(경제적이지는 않더라도) 성공적인 Magnox 설계의 개발로 추진되었으며, 헬륨 냉각 초고온 원자로, 증기 발생 중수 원자로 및 고속 증식기 원자로와 미국의 경수 가압 및 끓인 등 영국의 수많은 대안 중에서 선택되었습니다.g 원자로(PWR 및 BWR) 및 캐나다 CANDU 설계.CEGB는 경쟁 설계에 대한 상세한 경제 평가를 실시했고, AGR이 둥게네스 B에 제안한 것은 경쟁 설계와 최고의 석탄 화력발전소보다 저렴한 가장 저렴한 전기를 생산할 것이라고 결론지었다.

역사

대부분의 AGR과는 다른 외관을 가진 둥지니스 B AGR 발전소, 그 결과 여러 빌드 회사가 사용되었습니다.

AGR 디자인에 [9]큰 희망이 있었습니다.Dungeness B, Hinkley Point B, Hunterston B, Hartlepool, Heysham 등 5개의 쌍둥이 원자로 발전소의 야심찬 건설 프로그램이 신속하게 실시되어 수출 주문이 기대되었다.정치적인 이유로 CEGB는 '1세대' 주문을 3개의 다른 '설계 및 제작' 컨소시엄과 다양한 주요 하청업체 사이에 분산시키라는 지시를 받았다.그 결과, 처음 세 개의 CEGB 발전소는 동일한 설계 개념과 동일한 연료 핀 설계를 공유하면서도 세부 설계에서는 완전히 달랐다.그 결과 3개의 컨소시엄은 동일한 제한된 수의 전문 인력을 두고 경쟁해야 했고, 각 설계에 고유한 안전 케이스(그리고 매우 복잡한)가 필요했으며, 프로그램 3개(나중에 4개)의 서로 다른 AGR 원자로 설계의 수명을 지원해야 했다.또한 AGR 관측소는 복잡하고 현장에서 건설하기가 어려운 것으로 입증되었다.그 당시 악명높은 노사관계가 문제를 가중시켰다.주역인 둥게네스 B는 1965년에 완공 예정일을 1970년으로 하여 발주되었다.원자로 설계의 거의 모든 면에서 문제가 있은 후, 그것은 마침내 13년 [9]늦은 1983년에 전기를 생산하기 시작했다.힝클리 포인트와 헌터스턴의 다음 원자로 설계는 1, 2년 후에 발주되었으며, 둥게네스 설계보다 훨씬 우수하다는 것이 입증되었으며, 둥게네스보다 실제로 더 앞서 의뢰되었다.Heysham 1과 Hartlepool에서 구축된 다음 AGR 설계는 발전소 설치 공간과 보조 시스템의 수를 줄임으로써 전반적인 설계 비용을 절감하고자 했다.그러나 이것은 건설의 어려움으로 이어졌다.Torness와 Heysham 2의 최종 2개의 AGR은 훨씬 더 큰 내진 내구성을 가진 수정되고 '디버깅된' 힉클리 설계로 돌아왔으며,[10] 비행대에서 가장 성공적인 수행자로 입증되었다.데이비드 헨더슨 전 재무부 경제보좌관은 AGR 프로그램을 콩코드와 [11]함께 영국 정부가 후원하는 프로젝트 오류 중 가장 비용이 많이 드는 것 중 하나라고 설명했다.

1980년대에 정부가 발전 산업을 민영화하기 시작했을 때, 잠재적 투자자들에 대한 비용 분석은 수년 동안 실제 운영 비용이 모호했다는 것을 밝혀냈다.폐로 비용은 특히 상당히 과소평가되었다.이러한 불확실성으로 인해 당시 [9]민영화에서 원자력이 누락되었다.

Sellafield(Windscale)의 소규모 프로토타입 AGR은 2010년 현재 해체되었으며, 코어 및 압력 용기는 해체되어 건물 "골프공"만 보입니다.이 프로젝트는 원자로를 안전하게 해체하기 위해 무엇이 필요한지에 대한 연구이기도 했다.

2016년 10월, 원자로 흑연 노심의 안정성에 대한 우려 때문에 헌터스턴 B와 힝클리 지점 B에 초관절 제어봉을 설치할 것이라고 발표되었다.2018년 초 예정된 정지 기간 동안 헌터스턴 B 원자로 3에서 모델링된 것보다 약간 높은 새로운 키웨이 근원 균열 비율이 관찰되었으며, EDF는 추가 조사, 분석 및 [12]모델링을 위해 정지를 연장할 것이라고 2018년 5월에 발표했다.

둥게네스 B의 ONR에 의해 지시된 2018년 검사에서 내진 구속장치, 배관 및 저장용기는 "허용 불가능한 상태로 부식"되었으며, 이는 원자로가 가동 중일 때의 상태였을 것이다.ONR은 이를 국제 원자력 사건 [13]척도의 레벨 2 사고로 분류했다.

현재의 AGR 원자로

2022년 1월 현재 [14]영국에는 각각 2개의 운영 AGR을 가진 5개의 원자력 발전소가 있으며, 모두 EDF Energy가 소유하고 운영하고 있다.

AGR 파워
역.		 그물
MWe		 건설
시작된		 연결된
격자 모양으로 하다		 상업의
작동		 어카운팅
폐점일
하틀풀 1210 1968 1983 1989 2024
하이샴 1호 1150 1970
하이스햄 2 1250 1980 1988 2028
찢김 1250 1980 1988 2028

2005년 British Energy는 Dungeness B의 수명을 10년 연장한다고 [15]발표했으며, 2007년에는 Hinkley Point B와 Hunterston B의 수명을 [16]2016년까지 5년 연장한다고 발표했다.다른 AGR의 수명 연장은 예정된 폐쇄일 최소 3년 전에 고려될 것이다.

2006년부터 Hinkley Point B와 Hunterston B는 보일러 [16]온도에서 작동해야 하는 보일러 관련 문제로 인해 정상 MWe 출력의 약 70%로 제한되었습니다.2013년에 이 두 발전소의 전력은 일부 발전소 변경 [17]후 정상 출력의 약 80%로 증가했다.

2006년 AGRs는 영국 에너지가 원자로 노심의 흑연 벽돌 균열의 정도를 알지 못한다고 주장하는 가디언에 의해 2000년 정보자유법에 따라 문서를 입수했을 때 이 사실을 알렸다.또한 브리티시에너지는 왜 균열이 발생했는지 알지 못했으며 원자로를 먼저 정지하지 않고서는 노심을 감시할 수 없었다고 주장했다.브리티시에너지는 나중에 흑연 벽돌의 균열이 광범위한 중성자 폭격의 알려진 증상이며 모니터링 문제에 대한 해결책을 찾고 있다는 것을 확인하는 성명을 발표했다.또한, 그들은 원자로가 "법정 정지"[18]의 일환으로 3년마다 검사되었다고 진술했다.

헤이섬에 있는 4개의 AGR이 있는 2개의 발전소는

2010년 12월 17일, EDF Energy는 [19]2019년까지의 발전을 위해 Heysham 1과 Hartlepool의 수명을 5년 연장한다고 발표했다.

2012년 2월 EDF는 최근 수명이 연장된 Heysham 1과 Hartlepool을 포함한 모든 AGR에서 평균 7년 수명 연장을 예상한다고 발표했다.이러한 수명 연장은 자세한 검토 및 승인을 받아야 하며 위의 [20][21]표에 포함되지 않습니다.

2012년 12월 4일 EDF는 힝클리 포인트 B와 헌터스턴 B가 2016년부터 [22]2023년까지 7년 연장을 받았다고 발표했다.

2013년 11월 5일, EDF는 하틀풀에게 2019년에서 [23]2024년까지 5년 연장이 주어졌다고 발표했다.

2013년에 Heysham 원자로 A1의 8개의 팟 보일러 중 하나에서 정기 점검을 통해 결함이 발견되었습니다.원자로는 이 포드 보일러가 비활성화된 상태에서 낮은 출력 수준에서 가동을 재개하였으며, 2014년 6월 보다 상세한 검사에서 보일러 척추에 균열이 확인되었습니다.예방책으로 Heysham A2와 자매 Hartlepool역도 8주간의 [24][25]점검을 위해 폐쇄되었다.

2014년 10월 Hunterston B 원자로에서 흑연 감속재 벽돌의 새로운 균열이 발견되었다.이 키웨이 뿌리 균열은 이전에 이론화되었지만 관찰되지는 않았습니다.이러한 균열의 존재는 원자로의 안전에 즉시 영향을 미치지는 않지만 균열의 수가 임계값을 초과하면 균열을 [26][27]복구할 수 없기 때문에 원자로가 해체된다.

2015년 1월 Dungeness B는 제어실 컴퓨터 시스템 업그레이드와 홍수 방어를 통해 10년의 수명을 연장받았고 회계 마감일은 2028년으로 [28]정해졌다.

2016년 2월, EDF는 영국에 있는 원자력 발전소 8기 중 4기의 수명을 연장했다.하이샴 1호와 하틀풀호는 2024년까지 수명이 5년 연장됐고, 하이샴 2호와 토르네스는 [29]폐쇄일이 2030년으로 7년 늦춰졌다.

2021년 6월 7일, EDF는 2018년 9월 이후 장기간에 걸친 정지 상태에 있던 둥게네스 B가 즉시 [30]연료 방출 단계로 진입할 것이라고 발표했다.

2021년 12월 15일 EDF는 하이샴 2와 토르네스가 2028년 [31]3월에 문을 닫을 것이라고 발표했다.

2022년 1월 7일 헌터스턴 B 원자로 4가 마지막으로 정지되어 거의 47년 만에 생산이 종료되었다.3호기는 2021년 [32]11월에 연료 제거 단계로 이행했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Gilbert, Richard J.; Kahn, Edward P. (18 January 2007). International Comparisons of Electricity Regulation. Cambridge University Press. p. 47. ISBN 9780521030779. Retrieved 6 October 2017.
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외부 링크