고리4호기 출력증강 적용현황

제14회 원자력안전기술정보회의

2009.4.6

고리원자력 2발전소KOREA HYDRO &

NUCLEAR POWER CO., LTD

발표자 : 한수원㈜ 조주현

목 차

1. 출력증강 개요

2. 출력증강 기술개발

2

2. 출력증강 기술개발

3. 출력증강 현장적용

4. 출력증강 성능시험

5. 출력증강 추진효과

6. 결론

1. 출력증강 개요1. 출력증강 개요

� 추진추진 배경배경

�� ’77년 첫 적용 후 규제기관에 의해 안전성이 입증된 상용화 기술

� TMI 사고후 원전건설의 중단, 석유 에너지 파동, 대체에너지원

개발 부진 등으로 경제적이고 안정적인 에너지 공급 대안으로 추진

3

개발 부진 등으로 경제적이고 안정적인 에너지 공급 대안으로 추진

�� 용어용어 정의정의

�� 발전소가 보유하고 있는 설비의 여유도를 활용하여 대규모의

설비변경 없이 전기출력을 안전하고 효율적으로 증가시키는 기술

1. 출력증강 개요(계속)1. 출력증강 개요(계속)

초기 보유 설비의설계여유도 활용

설계방법론 개선:

열설계 절차 및 최적

대형냉각재상실사고

설비개선:

터빈,S/G,원전연료

부대 설비류

기존 원전의 1,2차측 출력을 허용된 범위 이내에서 증가

� 출력증강 요소

4

기존 원전의 1,2차측 출력을 허용된 범위 이내에서 증가

� 출력증강 적용

�Q = m ∙ Cp ∙ △T

: Tavg 제어 프로그램 변경

( Th 고정, Tc 감소로 △T 증가)

� Q = m ∙△h

: 증기유량 증가

(△h 증가)

1차측 이용⇒ 원자로냉각재 온도차(△T) 증가

2차측 이용⇒ 주증기 유량 증가

1. 출력증강 개요(계속)1. 출력증강 개요(계속)

� 출력증강 유형

유 형 증가출력 방 법 및 특 성

MUR:

미세출력증강

< 2%

-Measurement Uncertainty Recapture

-열출력측정시 주급수유량측정에 초음파유량계 사용

-인허가 6개월 소요 (근거:10CFR50 App. K)

-Stretch Power Uprate

5

SPU:

소규모

출력증강

< 7%

-Stretch Power Uprate

-기존 설계여유도 및 일부 설계방법론 개선

-고압터빈 및 일부 BOP 설비개선이 수반

-인허가 9개월 소요

EPU:

대규모

출력증강

< 20%

-Extended Power Uprate

-최신 설계방법론 및 대규모 설비개선 필요

-S/G, TBN Retrofit, Gen, Exciter 등 설비개선

-인허가 12개월 소요

1. 출력증강 개요(계속)1. 출력증강 개요(계속)

� 미국 원전 적용현황

유 형 MUR SPU EPU 비고

출력증강 추진 원전 40 64 20 ‘08.9.8현재

인허가 진행중 원전 2 - 4 ‘09.1.12현재

6

추가

신청원전

2009년 6 - 4

’09.3.16현재

2010년 12 1 7

2011년 2 0 8

2012년 - - 1

2013년 - - 1

출처출처:NRC Home page:NRC Home page

1. 출력증강 개요(계속)1. 출력증강 개요(계속)

증가 출력 열출력 (MWth) 전기출력 (MWe)

출력증강 승인 출력 16,919 5,640

인허가 진행 중 출력 1785 595

� 미국 원전 증가출력

7

추가신청출력

2009년 1,684 561

2010년 2,880 960

2011년 3,127 1,042

2012년 522 174

2013년 470 157

출처출처:NRC Home page:NRC Home page

2. 출력증강 기술개발2. 출력증강 기술개발

사업명

총 개발기간

총 사업비

가동원전 출력증강 기술개발

2002. 9. 1 ~ 2007. 6. 30 (58개월)

452억원(설비개선비용 불포함):기금지원율 50%

법적 근거 전기사업법 제47조, 시행령 제23 ~ 26조

� 추진 경위

8

추진경위

2002. 02 : 가동원전 출력증강 기술개발 기획조사 시행

05 : 2002년도 전력산업연구개발사업 신규 선정 공고

09 : 출력증강 기술개발 Ⅰ단계 산업자원부 협약 체결

2003. 06 : 해외사(WH사 등 4개사) 기술지원계약 체결

2004. 02 : 출력증강 Ⅱ단계 산업자원부 협약 체결

2005. 09 : 출력증강 운영변경허가 신청(과학기술부)

2006. 12 : 출력증강 운영변경허가 취득

2008. 12 : 국내 최초 고리4호기 출력증강 적용

2. 출력증강 기술개발(계속)2. 출력증강 기술개발(계속)

KOPECNSSS/BOP

계통설계

KNFC노심설계/안전해석

Alstom/SiemensT/G분야

평가

KHNP

사업주관 및 총괄

KEPRIT/G 및

설정치분석

WH/Bechtel

NSSS/BOP평가

� 추진체계

수행조직

국내 해외

9

9

공동수행+

국내수행/기술자문

+독자수행

공동수행

+

기술자문

+

기술이전

OJP(On-the-Job Participation)

CRT(Class Room Training)

ESS(Engineering Support Service)

TRM(Technical Review Meeting)

설계자료 및 설계코드 도입

출력증강 기술 확보 및 발전소 적용

기술지원

체제

2. 출력증강 기술개발(계속)2. 출력증강 기술개발(계속)

• 총괄 및 사전인허가- 분야별 연계업무 설정

- 설비변경/개선 계약추진

NSSS/BOP/TG 분야예비평가 수행

1 단계

예비평가 단계

인허가기술지원

2 단계

상세평가 단계3 단계

인허가 및 적용 단계

출력증가기술개발요구사항

인허가

신청

� 흐름도

10

- 사전인허가

- 공정관리 및 현장 연계

• 분야별 상세평가

- 계통 및 보조계통

성능분석

-기기건전성 평가

• 인허가보고서 작성

계통 및 기기 여유도 평가

목표출력 결정인허가취득

고리3,4 호기

출력증강 적용

현장 운전자료 검토

해외자료검토

설계/운전변수 예비 결정

설비개선 범위도출에 따른추진방향 결정

2,3단계 업무범위/일정 확정

2. 출력증강 기술개발(계속)2. 출력증강 기술개발(계속)

� 평가방법

� NSSS 분야� 핵증기 공급계통 및 보조계통 성능평가

� 제어 및 보호계통 성능평가

� 노심설계 및 안전해석 평가� 노심설계 및 안전해석 평가

� BOP 분야� 2차 계통 성능평가

� 구조물 및 기기 건전성 평가

� T/G 분야� 터빈 / 발전기의 출력증강 조건 수용성 평가

11

2. 출력증강 기술개발(계속)2. 출력증강 기술개발(계속)

590

588

586

584

588.5

587586 2900

MWth621.0553.0912.0

620.0552.0904.0

620.5556.4964.0

12

584

582

580

578 Uprating

Original

Tavg(oF)

580

(4.5%)

2775

614.4545.6855.0

ThotTcoldSG Pr.

2. 출력증강 기술개발(계속)2. 출력증강 기술개발(계속)

MSIV

MSR

열출력: 4.5%↑(2775 ▷ 2900 MWth)

전기출력: 3.4%↑(999 ▷ 1033 MWe)전기출력: 3.4%↑

(999 ▷ 1033 MWe)

HP LP

13

S/G

HP FW HTR

#6 #5

FWP-3

#4 #3 #2 #1

CDSRCDSR

COP-3LP FW HTR

HDTHDP-2

CW

G

RX

PZR

TBN TBN-3

RCP-3

3. 출력증강 현장적용3. 출력증강 현장적용

개정 항목 수량(개) 비고

FSAR 개정 641

Tech. Spec 개정 72

� 적용 현황

14

Tech. Spec 개정 72

절차서 개정 46

도면 개정 93

설비 개선 7

전산설비 검토 21

시뮬레이터 반영 7발전 운전원교육훈련설비

3. 출력증강 현장적용(계속)3. 출력증강 현장적용(계속)

�HP TBN 개선

15

3. 출력증강 현장적용(계속)3. 출력증강 현장적용(계속)

HP 1단 Diaphragm HP 2,3,4단 Diaphragm

16

3. 출력증강 현장적용(계속)3. 출력증강 현장적용(계속)

� 날개각도 변경 이유� 출력증강 유량조건을 수용

� Diaphragm 개선 내용

17

� Setting angle� 터빈축과 고정익의 상대적인 위치� Aerodynamic 한계범위 이내� 증기를 받아들이는 능력을 조절

3. 출력증강 현장적용(계속)3. 출력증강 현장적용(계속)

주 요 변 수 출력증강 전 출력증강 후 비 고

주급수 펌프 1대 상실 없음 90% 감발 TBN RUN-BACK주급수 유량증가 반영주급수 펌프 2대 상실 50% 감발 45% 감발

� 주요 설정치 변경내용

18

주급수 유량증가 반영주급수 펌프 2대 상실 50% 감발 45% 감발

복수기 덤프 40% 36%주증기 유량 증가

대기 덤프 30% 28%

가압기 수위 58.0% 55.1%Tavg 변화 반영

PRT수위 83/64% 85/69%

OP△T(K1) 1.1379 1.172 출력증강 조건 반영

4. 출력증강 성능시험4. 출력증강 성능시험

� 성능시험 기준

� SRP 14.2(NUREG 0800)� Generic guidelines for extended power uprate testing program

� 성능시험 검토

19

� 성능시험 검토

� 해외발전소� Waterford #3(EPU 7.5%), Byron/Braidwood, VC Summer

� 검토대상 : Full Power Ascension Procedure 등

� 시운전절차서 검토

� 시운전 성능시험 절차서 : FSAR 14장

� 검토대상 : 주급수 펌프 속도제어시험 등 63건

4. 출력증강 성능시험(계속)4. 출력증강 성능시험(계속)

�성능시험 분류

� 설비개선(설계변경) 작업 확인시험

� 주급수펌프 상실에 의한 터빈런백 설정치 변경작업 등7건

� 출력상승 시험

20

� 출력상승 시험

� 출력준위별 데이터 취득 및 확인

� 분야별 성능확인시험

� 원자로 열출력 측정 등 12건

� 터빈성능시험

� 터빈 출력 확인시험 등 2건

4. 출력증강 성능시험(계속)4. 출력증강 성능시험(계속)

21

4. 출력증강 성능시험(계속)4. 출력증강 성능시험(계속)

� 비정상 대응 관리(Contingency Plan)

� 목적발전소 출력상승 혹은 시험 중 비정상 과도상태 발생 시

신속한 대응 및 조치방안 수립

22

� 관리 대상� 해외정보, 설계변경,자체검토에 따라 선정

� 출력증강 비상대응계획서 작성 수립

� 예상 항목

� 제어봉 제어 불안정 및 자동운전 불가능 등 14항목

4. 출력증강 성능시험(계속)4. 출력증강 성능시험(계속)

� 연속운전허용출력(MAR)� 시험 조건

� 원자로 열출력 100%� 증기발생기 취출수 차단� 복수기 진공도 보정

� 시험 확인 : 1,044.7MWe

23

� 시험 확인 : 1,044.7MWe

� 출력증강 전,후 비교(MAR 기준)� 출력증강 전 : 1,009.97MWe� 출력증강 후 : 1,044.7MWe� 증 가 출 력 : 34.73MWe

5. 출력증강 효과5. 출력증강 효과

� 경제적 효과(고리3,4호기 적용 시)

� 가동원전 경제성 향상 및 기저부하 수급여건 개선� 연간 발전량 증가 : 약 5.4억 kWh(이용률 0.91적용)

24

� 지역발전 지원금 증가� 연간 지원금액 : 약 5.4억 원� 발전소 주변지역 지원법 및 지방세법 적용

5. 출력증강 효과(계속)5. 출력증강 효과(계속)

� CO2 발생 저감 효과

� 석 탄 : 약 51만 8천 톤� 석 유 : 약 42만 9천 톤� LNG : 약 23만 3천 톤

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� LNG : 약 23만 3천 톤

[계산식 : 5.4억 kWh × (원자력 CO2배출계수 - 발전원별 CO2배출계수)]

� 발전원별 CO2배출계수 [단위 : g/kWh] � 석 탄 : 968 � 석 유 : 803 � LNG : 440 � 원자력 : 9

5. 출력증강 효과(계속)5. 출력증강 효과(계속)

�� 화석 에너지 수입저감 효과

� 석 탄 : 약 15만 톤� 석 유 : 약 10만 톤� LNG : 약 7만 5천 톤

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� LNG : 약 7만 5천 톤

[계산식 : 34MW/호기 × 2호기 × 화석 연료별 수입량]

� 1MW 당 연간 화석연료 수입량� 석 탄 : 2,200 톤� 석 유 : 1,500 톤� LNG : 1,100

6. 결론6. 결론

저탄소 녹색성장의 중추인 원자력발전은

27

안전하고 효율적인 출력증강 적용으로

국가 경쟁력 제고 및 지역발전 향상에 기여 함

녹색성장은 원자력이 중추입니다 !녹색성장은 원자력이 중추입니다 !

28

감사합니다 !

29

감사합니다 !