APR+ 후쿠시마 후속조치 이행방안 · APR+ For the Future To the World 3 사고 개요 ‟11.3.11, 일본 도호쿠 지방 부근 해저에서 규모 9.0 지진 및 14m 이상의

2012. 04. 04

이 상 섭

APR+ 후쿠시마 후속조치 이행방안

목 차

APR+ For the Future To the World 1

최종 목표

『한국형 고유 수출 노형 설계개발 및 표준설계인가(Standard Design Approval) 획득』

단계별 목표

성능 목표

성능목표 : 전기출력 1,500MWe급

안전성/경제성 목표 : 해외 경쟁노형 대비 우월한 수준 유지

안전성(노심손상빈도) : 10-6/RY 이하 (내부사건)

경제성 : 석탄화력 1,000MWe급 대비 20% 이상 경제성 우위 확보

건설공기 : 36개월(F/C~F/L, N-th호기)

1단계 (‘07.08~‘10.07)-완료 2단계 (‘10.08~‘12.12) 3단계 (‘13.01~‘15.12)

- APR+ 기술개발 방향수립

- 공통핵심기술 기본설계개발

- APR+ 기본설계개발

- 공통핵심기술 상세설계개발

- APR+ 상세설계개발

- APR+ 표준설계인가(SDA) 획득

- APR+ 인허가 심사 결과 반영 - APR+ 설계 고유화 (설계코드 등 Nu-Tech 2012 사업결과 반영) - 건설 사업을 위한 설계 최적화

1. 개발 목표

E:/미래에너지(30초).mpg

2 APR+ For the Future To the World

분 야 변 수 APR1400 APR+ 비 고

출력 순전기 출력, MWe 1,400급 1,500급

+ 7.7 % NSSS 열출력, MWt 4,000 4,308

노심 핵연료 종류 PLUS7 HIPER 신연료

핵연료 집합체수 241 개 257 개 + 16 개

NSSS

저온관/고온관 온도, oF 555 / 615 557 / 619 ΔT=62oF

원자로 내경, m 4.7 5.0 연료수 증가

RCS 유량, Mlb/hr 166.6 171.9 + 3.2%

가압기 용량, ft3 2,400 2,850 과도상태 감소

SG SG 열전달 면적, ft2 163,670 168,810 + 3.1%

EDG EDG 용량(kWe) / 대수 8,000(신고리3,4) / 2대 6,000 / 4대 안전성 증가

2. APR+ 주요 설계 변수



사고 개요

APR+ For the Future To the World

‟11.3.11, 일본 도호쿠 지방 부근 해저에서 규모 9.0 지진 및 14m 이상의 쓰나미 발생

진앙지 인접 지역의 후쿠시마 원전(제1발전소)에소 소내외 전원상실사고 발생

전원상실 이후 격납건물 폭발 및 노심용융 등 원전사고 발생(7등급)

주요 사건 경위

(1호기) 운젂중 ⇒ 지짂발생 ⇒ 원자로 자동정지 ⇒ EDG 가동 ⇒ 쓰나미로 인해 EDG 불능

⇒ 냉각수 유입중단 ⇒ 원자로심 과열 및 손상(수소발생) ⇒ 격납용기 내 증기배출

⇒ 격납건물 수소 연소 및 폭발 ⇒ 격납건물 파손 ⇒ 방사성물질 대기방출

(2, 3호기) 1호기와 유사

(4호기) 계획예방정비 ⇒ 지짂발생 ⇒ 젂원상실 ⇒ SFP 냉각 실패(노심 핵연료 포함)

⇒ 냉각수 고갈 ⇒ 사용후핵연료 손상(수소발생) ⇒ 수소 연소 및 폭발 ⇒ 화재발생



4 APR+ For the Future To the World APR+ For the Future To the World

[일본 원전 현황]

사고 개요(계속)




유럽 규제기관협의회(ENSREG)

안전성 종합평가(Stress Test) 기준 개발하여 EU 및 일본원전 평가

사업자평가 보고서(„11.10) 토대로 국가별보고서 작성(‟11.12)

평가 항목

• 초기사건 분석 (지짂/침수)

• 안젂기능 상실에 따른 영향평가 (젂원상실 및 최종열제거원 상실)

• 중대사고 관리 (연료손상 시점, 원자로건물/연료저장조 냉각 등)

주요 후속조치(프랑스 ASN)

• “Hard core” 재질 및 조직 개발 ⇒ 극한상황에서의 기본안젂기능 확보

• 비상대응조직(FARN) 운영

• 사용후핵연료 저장조 설계 강화 ⇒ 핵연료 노출 가능성 저감

• 표면층 및 지하수의 추가적 보호기능 ⇒ 중대사고시 외부홖경 보호

U.S. NRC

후쿠시마 사고 이후 Task force 팀 출범(„11.4.1)

규제 개선사항과 위원회 정책방향에 대핚 권고 등을 보고서로 작성

규제체계, 지진/홍수 설계기준, 비상대응 절차서 등 총 12개 권고

• 단기 TF 홗동을 바탕으로 향후 장기 TF를 구성하여 홗동 예정

1. 해외원전 안전점검




KINS 전문가 및 산학연 전문가로 구성된 안전점검단 : “국내원전 안전점검” 시행

“지짂 및 해일에 의한 구조물/기기의 안젂성” 등 6개 분야 50건의 개선사항 도출

후쿠시마 원전사고 대비설계 APR+ 반영안 도출 : 총 28건

국내원젂 안젂점검 개선사항 반영 : 20건

- 건설∙운영 단계 및 특정 호기∙노형 반영 항목 30건 제외(스위치야드 설비 관리 주체 개선 등)

자체 추가 개선사항 : 8건(미국 NRC 제안사항 등 해외동향 검토결과)

구분 설계개선 분야 도출 항목수

안전점검 항목

검토

(50개 항목)

지진 및 해일에 의한 구조물/기기의 안전성 7

침수 발생시 전력/냉각/화재방호 계통의 건전성 7

중대사고 대응 3

비상대응 및 비상진료 체계 3

자체 추가 도출 (NRC 제안사항 검토 등) 8

계 28

2. 국내원전 안전점검




구분 항목 설계현황 설계반영안 반영계획

[1] 지진 자동정지

설비 설치

- 설계기준지진 0.3g로 내진설계

※ 운전기준지진(설계기준지진 1/2) 이상 지진

발생시 운전원 수동 정지 가능(가동원전)

- 자동지진정지계통 표준설계 반영 표준설계

[2] 안전정지유지계통

내진 성능 개선

- 설계기준지진 0.3g로 내진설계 추진중

- 원자로냉각재압력경계 및

안전정지유지계통 : 내진범주 I급

- 해당사항 없음 기반영

[3] 원전부지 최대 지진에

대한 조사∙연구

- 설계기준지진 0.3g로 내진설계 추진중 - 본사 별도 용역 수행중 (상세설계)

[4] 주제어실 지진발생

경보창 등의 내진성능

개선

- 지진감시계통 : 내진범주 I급

- 주제어실 MMIS 설비에 대하여 0.3g 기준

내진 설계


[5] 방수문 및 방수형

배수펌프 설치

-침수방호설비 관련 신고리 3,4호기 기준

특이사항 없음

- 보조건물 100 ft 출입구 방수문 설계

: 7개/보조건물

- EDG건물 출입구 방수문 설계 : 2개/EDG 건물

※ 방수형 배수펌프 설치는 상세설계시 검토

표준설계

[6] 원전부지 설계기준

해수위 조사∙연구

- 건물별 바닥표고는 설계기준표고 기준 1ft

이상 여유도를 가지고 있음.

- 본사 별도 용역 수행중 (상세설계)

[7] 냉각해수 취수능력 강

화 및 해일 대비 시설

개선

- 온배수영향을 최소화하기 위하여 수심

15m 기준 수중 취배수설계를 적용중임.

(1차측 기기 냉각해수 및 순환수 계통)


3. APR+ 설계개선 사항 - 지진 및 해일에 의한 구조물/기기의 안전성




구분 항목 설계현황 설계개선안 반영계획

[8] 이동형 발전차량 및

축전지 등 확보

-8~72 hr 방전특성을 갖는 안전급

축전지 사용

-이동형 발전 차량 및 축전지 등 접속을 위한

전기 Cable Connector 설계 반영 표준설계

[9] 대체 비상디젤

발전기 설계기준

개선

- EDG (수랭식)와 냉각방식을 달리한 공랭식

디젤엔진방식 발전기 1대 설치

- 대체교류전원을 가스터빈방식으로 변경

(다양성 강화)

- 가스터빈발전기 100% X 1대 설치

표준설계

[10] 사용후연료

저장조 냉각기능

상실시 대책 확보

- 냉각계통 설계기준 강화

(정지후 100시간 경과 인출분 → 80시간)

- 붕산저장탱크 공급관에 외부 흡입/주입

분기관 신설 및 외부 소방 펌프차 연결

표준설계

[11] 최종 열제거설비

침수방지 및 복구 대책

마련

-1차측기기냉각해수계통 취수부에 대해

부지고 4.5m 기준침수방지설계

(일반출입문/기기반입구/펌프출입구 등)

- Division간 별도건물 설치 및 격벽설치

- ESW 펌프룸 방수문 설치 및 상부 HVAC

관통부 높이 상향 배치

(가동원전 용역결과에 따라 세부추진)

(상세설계)

[12] 옥외 설치 탱크 파손

대비책 마련

- 복수저장탱크 등 11개 탱크 내진등급

III 등급 설계

(연료유 저장탱크 방벽설치)

- 붕산저장탱크 내진등급 I등급 (방벽설치)

- 본사 별도 용역 수행중 (상세설계)

[13] 주증기안전밸브실 및

비상급수펌프실

침수 방지

대책 마련

- 주증기밸브실은 내진범주 I급으로 설계

- 안전성관련 펌프실 격리설계 및

바닥 배수계통 제공

- 보조건물 100 ft 출입구 방수문 설계 표준설계

[14] 화재방호 설비 및 자체

소방대 대응능력 개선

- 예비 소화수 공급설비를 구축, 원자로건물

및 보조건물에 위치하는 소화전에 소화수

공급이 가능


3. APR+ 설계개선 사항 - 침수 발생시 전력/냉각/화재방호 계통의 건전성





[15] 피동형수소제거

설비 설치

- 원자로건물 내부에 PAR 및 Igniter 설치

: PAR 30개, Ignitor 10개 설치

- 수소제어설비 최적화 평가 수행중


[16] 격납건물 배기 또는

감압설비 설치

- 중대사고 대비 원자로건물비상살수보조

계통(ECSBS) 추가 구비

-TMI-2 후속조치로 원자로건물 설계시 직경

3 ft 전용관통부 설치

- 원자로건물 관통부 설치 및 Filtered Vent

Sys Provision 반영

표준설계

[17] 원자로 비상 냉각수

외부주입 유로 설치

- 1차측 비상냉각수 주입 : F&B 기능 주입

- 2차측 비상냉각수 주입 : PAFS 주입

- 1차측 : SIS 2/4 Train내 외부 분지관 설치

- 2차측 : Downcomer 노즐 연결부 외부

분지관 설치

표준설계

3. APR+ 설계개선 사항 - 중대사고 대응





[18] 장기전원상실시 필수

정보의 확보방안 강구

- 8~72hr 방전특성을 갖는 안전급

축전지 사용

-이동형 발전 차량 및 축전지 등 접속을 위한

전기 Cable Connector 설계 반영

표준설계

[19] 비상대응시설 개선 - 비상기술지원실(TSC) 및 비상운영지원실

(OSC) 에 비상전원이 설치됨

(비상디젤발전기 Backup 전원, 220V AC)


[20] 비상경보시설의

성능강화

- 발전소 내부 경보시설에 비상전원이

설치됨


3. APR+ 설계개선 사항 - 비상대응 및 비상진료 체계





[21] 주제어실

해일 대비 설계

-Nuclear Island 지상층 1F 지하화

(지하 3층 구조)

- MCR : 지상 1층 배치

- 주제어실 위치를 Level 100 ft → 119 ft로

상향조정(2층구조로 환원)

(제어반 및 패널룸 침수 방지)

기반영

[22] 보조급수계통

사용시간 연장

-피동보조급수탱크 저장용량 : 55만 gal

- 작동 보장시간 : 8시간

- 피동보조급수탱크(PCCT) 외부 충수설비

보강

기반영

[23] 피동보조급수계통

사용 불가

대비 설계

-보조급수계통을 피동보조급수계통으로

대체

(자연순환에 의한 보조급수 공급)

- 외부설비를 이용한 SG 직접 냉각수 공급

방안 검토중

- 주급수 Downcommer 또는 Wet-layup

배관 활용

표준설계

[24] 장기 SBO 사고

대비

-안전급(125V DC) 배터리 용량 : 2~8 hr

- PAFS 전용 배터리 추가

- 안전급 배터리 용량 증대 :72 hr

(RCGVS 부하 포함)

- PAFS 구동밸브 전용 배터리 설치 : 72 hr

표준설계

[25] 중대사고 대처 설비

강화

-IRWST 를 수원으로 정지냉각펌프 및

붕산수보충펌프 활용 Cavity 충수

-외부 설비를 활용하여 원자로 Cavity에

냉각수 공급 기능 보완 설계

- 충수유로내 외부충수 분지관 설치 및 고압

소방차 활용 충수

표준설계

3. APR+ 설계개선 사항 - 자체 추가 도출(1)





[26] Hybrid SIT 설계 적용 -일차측 과압시 POSRV 를 통한 감압 후

안전주입계통을 통한 냉각수 주입(F&B)

- 가압기 상부 와 SIT 간 공통배관 설치

(Hybrid SIT 설계)

- 압력평형 밸브 별도 Battery 설치

(검토중)

[27] SFP 에 안전등급

계측기 적용

-SFP 수위 및 방사선 준위 측정

: 안전등급 계측기

-SFP 온도 측정 : 비 안전등급 계측

-SFP의 모든 주요변수(수위, 온도, 방사선 준위)

감시에 안전등급 계측기 적용

(상세설계)

[28]

SFP 비상전원 확보

관련 기술지침서

개정

- 사용후연료저장조 냉각펌프의 전원이

이중화되어 있지 않음

- 480V Swing pannel을 추가하여 1 Train의

비상전원 확보

표준설계

영향 검토

3. APR+ 설계개선 사항 - 자체 추가 도출(2)




APR+는 설계단계부터 후쿠시마 원전사고와 같은 최악의 사고도 원천적으로

예방할 수 있도록 개발 중임.

일본 원전 사고 이후 국내외 안전점검 결과를 반영하여 5개 분야 설계개선

사항 28건을 도출하여 APR+ 표준설계에 적용함.

[도출 설계개선 사항 : 28건]

1. 지진 및 해일에 의한 구조물/기기의 안전성 강화 : 7건

2. 침수 발생시 전력/냉각/화재방호 계통의 건전성 강화 : 7건

3. 중대사고 대응 강화 : 3건

4. 비상대응 및 비상진료 체계 강화 : 3건

5. 자체 설계개선 : 8건


붙임 : APR+ 설계개선 사항

APR+ For the Future To the World

■ 보조건물 및 EDG 건물 방수설비

보조건물 100 ft 및 EDG 건물 방수문 설계 : 7개/보조건물, 2개/EDG 건물

방수형 배수펌프 설비 검토중(상세설계시)

비상탈출구

비상탈출구

비상탈출구

Truck Bay

터빈건물 통로

복합건물 통로 복합건물 통로

Removable Pre-Cast

Conc. Panel

Removable Pre-Cast

Conc. Panel

[5] 배수펌프 설치

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[8] 이동형 발전차 외부전원 연계설계

■ 4.16kV급 트레일러 탑재형 이동용 발전설비 확보

전원공급 개념도

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1-823-E-SW01A/B/C/D

GTG

[9] 가스터빈 구동방식 대체교류전원 도입검토

■ 대체 비상디젤발전기 구동방식 변경 검토

호 기 기 존 변 경

APR+ 디젤 X 1대 가스터빈 X 1대

- 건설원전의 경우 디젤발전기가 용량별 기자재 구매가 용이하고 기동성, 출력특성 및 운전 편의성에서 가스터빈보다 유리하여 신고리 3,4호기의 AAC 구동기 형식을 디젤엔진으로 추진함.

- APR+ 설계변경 + 전원의 다양성확보 측면에서 가스터빈 도입 + AAC 용량도 공통모드고장(CMF)을 고려하여 다수호기 공급 + 자연재해(지진, 쓰나미 등)를 고려한 AAC 건물 설계방안 검토

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BAST 공급관(Yard 지역)에서 흡입/주입 분기관 신설 및 소방펌프차 연결 (BAST 가용시)

ECSBS 용도의 외부수원 연결관에서 소방차펌프차 연결 및 상기 BAST 주입관 이용

■ 외부수원 주입방안

BAST

흡입연결관 TEE 신설

주입연결관 TEE 신설

기존의 FC 보충수 공급관 이용(보조건물내)

[10] 사용후핵연료저장조 냉각수 보충설비 개선

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[11] ESW 취수구구조물 외부침수 대처방안

■ ESW Intake Structure 외부침수 대처방안 (신고리3,4호기 기준)

EL. 98‟-8”

외부 피난도어 2개소

공조 Opng. 4개소 (주)

Roof EL. 109‟-0”

Removal Opng. 4개소 (Wash Pump)

Removal Opng. 4개소 (ESW Pump)

Division간 별도건물 및 Train간 격벽설치로 내부침수로 인한 인접 트레인 침수방지

출입문 방압방수문 설치, 펌프 Opening 침수방호 설계, 상부 Opening은 최대 침수수위 (상세설계) 보다 높게 상향 조정

(주) 부지고 +4.5m 가정시 침수

기타 Opng. 4개소

Removal Slab

각 4개소(주)

기타 Opening

Wash Pump Opng. 4개소

ESW Pump Opng. 4개소

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[17] RCS 외부 붕산수 직접주입 설계 방안

SIS 2/4 train 내 외부 분지관 설치

고압소방차(10기압 이상) 활용 저압 주입

접근 용이성을 고려, (가) 위치 선정 (SI-641/621 및 SI-631/611)

■ 외부수원 주입방안

Hybrid SIT

고압안전주입 개념 설계

PZR-SIT 공유밸브 설치 및 피동주입 가능

SBO 사고 대처 설비

참고사항 Back

■ 주제어실 배치 현황

[21] 주제어실 해일 대비 설계

<변경전 위치> <변경후 위치>

위치 장점 단점

지상 1층

-항공기충돌 가능성 낮음

-항공기 충돌시 진동의 영향 작음

-전 건물에서 접근성 유리

-건설공기 단축 가능

-쓰나미 등 대형 해일에 취약

-방수문 등을 설치하여 해결가능

-공학적으로 문제 없으나, 침수에 대한 우려가 상존함

-테러에 대한 동선이 짧아 불리함

지상2층 -쓰나미 등 내/외부 침수 우려를

근본적으로 제거

-지상1층보다 항공기충돌 가능성 및

충돌시 진동측면에서 불리

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[22] 보조급수계통 사용시간 연장

■ 피동보조급수탱크 외부 주입설비 설계

8시간 이후 저장수 보충 요구 유량

228 gpm

소방차 요구 수두

~ 125 ft = 3.8 atm

일반소방차(5톤, A-2) 사양

13.5 atm @ 370 gpm

약 2억원 소요

결론

Raw Water System 및 일반

소방차로 외부 충수 가능하도록 설계에 기반영

별도 추가 조치사항 없음

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고압 살수차

[23] 2차측 비상냉각수 외부주입 방안

■ 설계방안

MFIV 후단 연결 고압살수차 이용(300 gpm/1700 psig)

별도 2차측 수위제어 설비

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■ APR+ 안전급 축전지 개선방안

구 분

용 량 방전시간

비 고

계열 A/B 계열 C/D 계열 A/B 계열 C/D

안전급 125 Vdc

2,800 AH 4,200 AH 2 Hr 8 Hr 기존

2,260 AH 3,900 AH 72 Hr 72 Hr 변경

변경된(RCGVS 밸브 부하) 축전지 용량이 기존 축전지 용량 대비 감소한 주요이유는 국내 제품 대비 적용한 해외 축전지가 우수한 방전특성을 갖고 있기 때문인 것으로 검토됨

국내 제작사(세방전지)는 72시간동안 축전지 백업에 대한 제작실적 및 계획이 없으므로 추후 해외 제작사(Enersys) 자료 입수 후 기술적 상세검토가 요구됨

[24] RCGVS 배기밸브 축전지 용량 확장

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[25] 원자로 외벽냉각 기능 보완

■ 원자로외벽냉각(ERVC) 외부 충수 설계 개선 방안

IVR-ERVC의 전원이 가용하지 않을 경우, PCCT의 냉각수를 이용하여 Cavity 충수

기존 cavity충수배관 사이에 4" 배관을 적용, 충수여유시간 내에 Cavity 충수, 이후 8시간 이상 냉각수 공급 가능

충수배관에 설치된 4개의 밸브(MOV)에는 PAFS의 비상전원을 공급

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