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PWR

가압경수로(Pressurized Water Reactor: PWR)

상세정보

가압경수로(Pressurized Water Reactor: PWR)는 초기에 Westinghouse Bettis Atomic Power Laboratory에서 군사적인 목적으로 개발하였으나, 이후 상업적인 목적으로 Westinghouse Nuclear Power Division에서 개발하였다. Westinghouse 뿐만 아니라 Asea Brown Boveri - Combustion Engineering (ABB-CE), Framatome, Kraftwerk Union, Siemens, Mitsubishi에서는 아래 그림과 같은 U-튜브형 증기발생기를 채택한 PWR을 주로 설계.공급해왔으며, Babcock & Wilcox (B&W)에서는 수직 관통형(Vertical Once-through) 증기발생기를 채택한 PWR을 설계.공급해왔다. PWR에서 핵연료 재장전은 발전소 정지기간 중에 수행된다.

Containment Structure(Control Rods, Reactor Vessel, Control Rods, Steam, Steam Line, Turbine, Generator, Condensor Coling)

http://www.nucleartourist.com/images/pwr-cycle.gif

PWR 구조도 이미지입니다. 이미지 시계방향 기준으로 (1)원자로 압력용기 (2)핵연료 집합체 (3)제어봉 (4)제어봉 구동장치 (5)가압기 (6)증기발생기 (7)원자로 냉각제펌프 (8)증기 (9)급수 (10)고압 터빈 (11)저압터빈 (12)발전기 (13)여자기 (14)복수기 (15)순환수(해수 등) (16)급수 펌프 (17)급수 예열기 (18)격납건물 (19)순환수 펌프 순서로 이루어져있습니다.

http://www.npp.hu/mukodes/tipusok/602npp.jpg

  • (1) 원자로 압력용기
  • (2) 핵연료 집합체
  • (3) 제어봉
  • (4) 제어봉 구동장치
  • (5) 가압기
  • (6) 증기발생기
  • (7) 원자로 냉각제펌프
  • (8) 증기
  • (9) 급수
  • (10) 고압 터빈
  • (11) 저압 터빈
  • (12) 발전기
  • (13) 여자기
  • (14) 복수기
  • (15) 순환수(해수 등)
  • (16) 급수 펌프
  • (17) 급수 예열기
  • (18) 격납건물
  • (19) 순환수 펌프

PWR은 경수(Light Water, H2O)를 감속재 및 냉각재로 사용하기 때문에 경수형 원자로(Light Water Reactor: LWR)로 분류된다. 일반적으로, PWR은 그림에서와 같이 3개의 독립적인 냉각계통으로 구성되어 있으며, 각각의 냉각계통은 서로 완전히 분리되어 있다. 따라서, 각 냉각계통을 순환하는 물은 서로 섞일 수 없으며, 1차계통(원자로냉각재계통)의 냉각재(물)에 존재할 수 있는 방사성 물질이 2차계통의 터빈이나 복수기로 이동되지 않는다. 또한, 방사성 물질이 포함되어 있을 가능성이 높은 1차계통의 냉각재가 누출되는 경우에도 환경으로 방사성 물질이 유출되지 않도록 1차계통을 격납건물 내에 위치시켜 환경으로의 유출을 차단한다.

원자로냉각재계통에서 순환되는 냉각재는 고온에서 운전되더라도 비등이 발생하지 않도록 매우 높은 압력으로 유지되어야 하며, 일정한 압력을 유지할 수 있도록 가압기가 설치되어 있다. 가압기에는 상부의 증기와 하부의 냉각재(물)가 함께 존재하여 압력변화에 적절히 대처할 수 있도록 설계되어 있다. 만일, 원자로냉각재계통의 압력이 감소하면 가압기내 전열기가 냉각재(물)를 가열하여 증기의 양을 증가시키므로 가압기 및 1차계통의 압력이 상승하게 된다. 반면, 원자로냉각재계통의 압력이 상승하는 경우에는 가압기 상부의 분무기에서 상대적으로 낮은 온도의 냉각재를 살수하여 증기를 응축시키므로 압력이 감소하게 된다.

냉각재는 증기발생기 전열관(U-튜브, 1차측)을 통과하면서 증기발생기 2차측의 급수(물)에 열을 전달하고 원자로냉각재펌프를 통해 다시 원자로 압력용기로 공급된다. 한편, 증기발생기 2차측에서는 급수(물)가 증기로 변환되는데 이는 2차계통의 압력이 1차계통의 압력보다 낮기 때문이다. 증기발생기에서 생성된 증기는 고압 및 저압 터빈을 돌려 전기를 생산하고, 진공상태의 복수기에서 물로 변환되어 급수 펌프를 통해 다시 증기발생기로 공급된다. 또한, 복수기는 바다, 호수, 강 또는 냉각탑으로부터 순환수 펌프를 통해 공급되는 냉각수에 의해 냉각된다.

PWR에서 사용하는 핵연료는 일반적으로 약 3 ~ 5%로 농축된 UO2를 사용하며, 때때로 MOX(우라늄 및 플루토늄 산화혼합물)을 사용하기도 한다. 현재 운전 중인 PWR의 1차계통 압력은 약 150 기압으로 원자로심에서 직접 비등을 허용하지 않는다. 전 세계적으로 운전중인 PWR에서 생산하는 전기출력은 모든 원자력발전소의 약 64%에 해당된다.