동일본 대지진에 의한 후쿠시마 원전 및 인근 지진해일 · 동일본 대지진에 의한 후쿠시마 원전 및 인근 원전의 지진∙지진해일 영향 2012

동일본 대지진에 의한 후쿠시마 원전 및 인근 원전의 지진∙지진해일

영향

2012. 4.3 ~ 4.4

제16회 원자력안전기술정보회의

현 창 헌 [email protected] 건설원자력규제단 구조부지평가실 Korea Institute of Nuclear Safety(KINS)

Slide - 2/43- 후쿠시마 세션 제2분과 : 지진 및 지진해일 대응 전략

목 차

서 언

동일본 대지진의 특성

후쿠시마 원전 및 인근 원전의 지진영향

후쿠시마 원전 및 인근 원전의 지진해일 영향

결 언

참고자료


주안점

• 동일본 대지진 및 당시 원전 현황 정리

• 지진동 영향 분석 : 후쿠시마 제1,2원전, 히가시도리 원전,

온나가와 원전, 토가이 제2원전

• 지진해일에 의한 일본 동부지방 원전의 침수 현황 정리

불분명한 정보 고찰

• 동일본 대지진때 후쿠시마 제1원전에서 1.0g 이상의 지진

동이 관측되었다?

• 동일본 대지진때 후쿠시마 제1원전의 안전관련 설비가 지

진해일이 도달하기 전에 지진에 의해 직접 손상을 입었다?

서 언


서 언

< 일본 원전 현황 >


지진정보

• 지진이름 : 동북지방 태평양 연안 지진(일본)

• 발생시각 : 2011. 3. 11 14:46

• 지진규모 : 모멘트규모(Mw) 9.0 추정

• 진앙 : 산리쿠 해안에서 약 130km; 진원 깊이 : 24km

• 진원길이 약 400km 이상, 진원 폭 약 200km (HERP)

• 지진발생 메커니즘 : 역단층 (서북서-동남동 방향 압축력)

지진해일과 후쿠시마 원전

• 후쿠시마 원전 도달 : 지진발생(14:46) 41분 후 15:27경

• 후쿠시마 원전 제1원전 지진해일 도달 : 15:27 ~ 15:35경

• 후쿠시마 제1원전 모든 교류전원 상실 : 15:37 ~ 15:41경


* HERB : (지진조사연구추진본부)


< 일본 열도 주변의 판구조 >



< 동일본 대지진의 진원 지역과 파괴의 연동 >



< 원전 부근 지역 관측 가속도파형 >


< 진도 분포 >


< 이와테현 남부 앞바다에서관측된 지진해일 파형>



< 일본 동부 해안에서 관측된 지진해일 높이 >

(계측장비 문제로 실제 최대 높이 관측 불가)



< 진앙지 및 부근 원전과의 거리 >

후쿠시마 원전 및 인근 원전의 지진 영향


원전정지 현황

• 지진에 의한 자동정지(11기 원자로 정지)


원전 호기 정지여부 정지 시각

히가시도리 1 O/H(정지중)

온나가와 1,2,3 자동정지

후쿠시마 I 1 2 3

자동정지

14:46 14:47 14:47

4,5,6 O/H(정지중) -

후쿠시마 II 1~4 자동정지 14:48

토카이 II 1 자동정지 14:48


후쿠시마 제1원전

• 총 53개소중 29개소에서 기록

̵ 7개소의 가속도시간이력 : 130~150초에서 중단 (소프트웨어 결함)





< 최대가속도 비교 (관측값, DBGM에 대한 값) >

대부분 : 관측값 < DBGM에 대한 값 2,3,5호기 동서방향 : 관측값 > DBGM에 대한 값 (최대 1.26배)


기준지진동(DBGM, Design Basis Ground Motion), Ss • 2006년 개정된 내진설계심사지침*에서 규정한 최대설계지진

• 내진안전성 재평가(seismic back-check)를 위해 사용

• 아래 지진을 포락하도록 결정

̵ 과거 지진 / 부지 주변 활단층

̵ 내륙지각 내 지진

̵ 지각판 간 지진

̵ 해양지각판 내 지진

̵ 진원을 특정하지 않고 책정하는 지진(diffuse seismicity)

* 発電用原子炉施設に関する耐震設計審査指針, 原子力安全委員会(日本), 2006.9





< 응답스펙트럼 비교 > (관측기록, DBGM에 대한 결과)

< 가속도 시간이력 > (2호기 RB 기초슬래브)

- 0.2초 ~ 0.3초 (3.3cps ~ 5cps)

- 0.08초 이하 (12.5cps 이상)



• 총 43개소 모두 기록

̵ 11개소의 가속도시간이력 : 130~150초에서 중단 (소프트웨어 결함)



모든 관측값 < DBGM에 대한 값




< 응답스펙트럼 비교(3호기 RB 기초) > (관측기록, DBGM에 대한 결과)

< 가속도 시간이력 > (3호기 RB 기초슬래브)


온나가와(女川) 원전



대부분 : 관측값 < DBGM에 대한 값 1호기(EW, NS), 2,3호기(NS) : 관측값 > DBGM에 대한 값 (최대 1.12배)


온나가와(女川) 원전


< 응답스펙트럼 비교 (기반암 상부; 관측기록 대 DBGM에 대한 결과) >

- 0.2초 ~ 1.0초 (1cps ~ 5cps)


토카이(東海) 원전



모든 관측값 < DBGM에 대한 값

히가시도리 (東通) 원전 : 원자로건물 기초(?) 최대가속도 0.017g


후쿠시마 제1원전 지진영향 분석 결과

• 지진동 : 최대가속도 최대 1.26배 초과; 응답스펙트럼 초과

(3.3~5cps, 12.5cps 이상)

• 지진발생시 발전소 상황 [JANTI, 2011.10]

̵ 지진해일 도달 이전까지, EDG로 전원 공급 → 해수공급계통, 비상복

수기, 노심격리냉각계통 등 작동 → 비상노심냉각계통 등의 공학적

안전시설의 기능 건전

̵ 보충수계통, 디젤구동소화펌프 등은 지진 후에 운전 가능 확인

̵ 지진해일 도달 이전까지, 1~3호기 원자로압력용기의 압력은 각 기기

의 동작에 맞추어 변동

̵ 원자로냉각재압력경계의 배관이 파단되었을 경우에 예상되는 급격한

압력 저하나 압력저하 경향의 지속현상은 나타나지 않음




• 지진발생시 발전소 상황 [JANTI, 2011.10] (계속)

̵ 원자로격납용기 내의 온도

공기조화장치의 정지에 의해 온도가 상승한 것으로는 보이나,

모두 온도 상승폭이 크지 않고 온도 상승이 포화되는 경향이 있으

므로 배관 파단에 수반된 온도 상승은 아닌 것으로 판단

따라서 지진해일 도달 전에 이미 지진에 의해 배관이 파단되었을

지 모른다는 문제 제기가 일부 있으나, 원자로냉각재압력경계의

배관은 건전했던 것으로 판단

̵ 1~4호기의 원자로건물 및 안전관련 기기·배관계통에 대해 관측 기록

에 근거한 지진응답해석 실시 → 지진발생 직후 안전기능 유지 결론




• 지진발생시 발전소 상황 [JANTI, 2011.10] (계속)

̵ 외부 전원 : 1~6호기의 모든 외부 전원 상실

지진에 의해 1,2호기 개폐소의 차단기 등이 손상; 동북전력 토미

오카 변전소와 접속된 동경전력 원자력 라인의 케이블도 손상

3,4호기에서는, 3호선 및 4호선 설비가 손상되고

5,6호기에서는, 개폐소에 접속하는 송전철탑 1개 전도

̵ 전도 철탑 원인 분석

철탑의 고유주기(0.3~1초)와 지진동의 가속도 응답스펙트럼(최대

응답가속도 2000gal) 비교 및 전도 상황 조사

철탑은 지진동에 의해 전도된 것이 아니라 토사의 붕괴에 의한 것

으로 평가




< 후쿠시마 제1원전 외부전원 손상 >



< 후쿠시마 제1원전 송전 철탑 전도 및 토사 붕괴 (법면) >


후쿠시마 제2원전 지진영향

• 외부전원 (4라인) : 1개 라인만 정상(1라인 정비중, 1라인 지진으

로 정지, 1라인 지진발생 1시간후 정지)

(지진해일로 1,2,4호기 RHR 등 손상)

온나가와 원전 지진영향

• 외부 전원 : 5라인중 4라인 상실

• 1호기 : 내부전원 상실, EDG 가동

• 2,3호기 : 외부전원 가용

토카이 원전 지진영향

• 외부전원 (3라인) 모두 상실

(EDG (3개) : 1개 지진해일로 정지, 2개 정상 작동)

히가시도리(東通) 원전 지진영향 : 외부전원 상실, EDG 작동




< 후쿠시마 제2원전 외부전원 손상 >


지진해일과 후쿠시마 원전

• 후쿠시마 제1원전

̵ 제1파 도달 : 지진발생 약 41분 후(15:27경) (14m 이상)

̵ 제2파 도달 : 지진발생 약 49분 후(15:35경)

̵ 1~5호기 EDG 정지 (모든 교류전원 상실) : 15:37 ~ 15:41

̵ 6호기 EDG (여기만 3개) 2개 정지 : 15:40

1개(공냉식) 작동 → 5,6호기에 전원 공급 (5,6호기 수동 연결)

• 후쿠시마 제2원전

̵ 제1파 도달 : 지진발생 약 37분 후(15:23 경) (14m 이상)

̵ 제2파 도달 : 지진발생 약 49분 후(15:35경)

̵ 1,2호기 EDG 정지



원전별 지진해일 높이 및 EDG 표고



후쿠시마 제1원전 (1)




• 지진해일로 1,2,4호기 RHR 등 손상



후쿠시마 제2원전 (3) – 1호기 열교환기실 및 열교환기 손상



후쿠시마 제2원전 (4) – 1호기 RB 및 EDG 손상



온나가와 원전 (1) – 관측 해일 파형 및 관측 현황



온나가와 원전 (2) – 2호기 보조기기냉각계통 열교환기실 침수



온나가와 원전 (3) - 2호기 보조기기냉각계통 열교환기실 침수

• 순환수펌프 자동정지용 수위계(Tide gauge) 개구부를 통해 침수

(2.5m 정도) – 사후 보강(개구부를 막는 판 설치)



후쿠시마 원전에서 관측된 최대지진동은 1.0g 이하로 판단됨

지진해일이 도달하기 이전에 지진에 의해 안전관련 시설이 손상

을 입은 것으로 보이지는 않음

• 후쿠시마 제1원전 원자로건물 기초슬래브에서 기록된 지진동과 재

산정한 설계기준지진동(DBGM) 비교

• 관측 기록에 기초한 지진응답해석(RB, 안전관련 기기∙배관)

• 지진발생 직후 발전소 시설 상황 등 기초

• 2007년 카시와자키-카리와 원전 사례 참고

지진해일에 의한 침수

• 후쿠시마 제1원전, 후쿠시마 제2원전(1,2,4호기 RHR 등 침수)

• 온나가와 원전 : 2호기 보조기기냉각계통 열교환기실 침수

̵ 작은 개구부를 통해서도 침수 가능

결 언


KINS, 후쿠시마 사고 관련 참고자료, 2011.5.20.

김병수, “후쿠시마 제1원전 사고 관련 상황 종합”, KINS, 2011.6. 9.

NERP, Government of Japan, “Report of Japanese Government to the IAEA Ministerial

Conference on Nuclear Safety - The Accident at TEPCO’s Fukushima Nuclear Power Stations,”

2011.6

Genki Yagawa, “The Current Status of Fukushima Dai-ichi Nuclear Accidents,” (KINS 강연 자료),

2011.4.29

日本原子力技術協会 (JANTI), “東北地方太平洋沖地震への原子力発電所の対応”, 2011.3.13

Government of Japan, “Convention on Nuclear Safety National Report of Japan for the Fifth

Review Meeting,” 2010.9

原子力安全委員会(日本), “発電用原子炉施設に関する耐震設計審査指針,” 2006.9

日本原子力学会, “原子力発電所の地震を起因とした確率論的安全評価実施基準, 日本原子力学

会標準, 2007,” AESJ–SCP006：2007, 2007.9

日本電気協会, 原子力規格委員会, “原子力発電所耐震設計技術指針,” JEAG4601- 2008, 2008.

NISA, "Current Status and Progress of Nuclear Safety Regulation in Japan," The 3rd Northeast

Asian Top Regulators Meeting on Nuclear Safety, Beijing, China, 2010.11.25

JANTI 福島第一原子力発電所事故調査検討会, “東京電力 (株)福島第一原子力発電所の事故の検

討と対策の提言,” 2011.10

참 고 자 료

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