[신재생에너지개론] 원자력발전

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[신재생에너지개론] 원자력발전에 대한 보고서 자료입니다.

목차

▣ 원자력발전

1) 개요

2) 원자력발전의 특징

3) 원자력발전소의 구성
　◆ 원자로의 구성
　　① 핵연료(nuclear fuel)
　　② 감속재(moderator)
　　③ 냉각재(coolant)
　　④ 제어봉(control rod)
　　⑤ 반사체(reflector)
　　⑥ 차폐재
　◆ 원자로 냉각계와 증기 발생기
　◆ 워자로 보조계
　◆ 격납용기
　◆ 터빈 및 복수설비
　◆ 연료 및 폐기물 취급설비
　　① 농축 우라늄
　　② 폐기물 취급

4) 발전용 원자로
　◆ 가압수형 원자로(PWR)
　◆ 비등수형 원자로(BWR)
　◆ 중수로(CANDU)
　◆ 고속 증식로(FBR)
　　◈ 현재까지 활용되고 있는 발전용 원자로
　　◈ 국내 원자력 발전소의 연도별 운전현황
　　◈ 국내 원자력 발전소의 호기별 운영실적
　　◈ 세계 원자력 발전 설비현황

본문내용

t]의 연소에너지에 상당한다.
2) 원자력발전의 특징
원자력발전과 화력발전은 열에너지로 증기를 발생시켜 터빈발전기의 구동에 의해 전력을 얻는 것은 같지만 열에너지의 발생과정은 전혀 다르다.
화력발전에서와 같이 연소에 의한 화학에너지는 원자나 분자간의 결합에너지가 방출되어 물질핵자들의 배열만 변화시킬 뿐 그 원자핵 자체는 아무런 변화가 없다. 그러나 원자력발전은 원자의 핵반응에 의한 우라늄 235를 2~5[%] 포함하고 있는 농축한 것을 사용한다. 하나의 중성자가 우라늄 235에 충돌하면 원자핵이 두 개로 쪼개짐과 동시에 평균 2.5개의 중성자가 나온다. 이와 같이 원자력발전은 핵분열을 이용하므로 다음의 몇 가지 특징이 있다.
① 는 석탄보다 약 300만 배의 에너지가 얻어지므로 발전소 출력에 대한 소비연료량이 작다.
② 증식로에서는 은 로 또 는 등으로 연료를 소비하는 동시에 새로운 연료를 생성시킨다.
③ 원자로의 폭주(run away)로 인해 출력이 과대해지면 노의 파손뿐만 아니라 주위에 심한 위해를 초래하므로 원자로 및 냉각계의 수용에 충분한 고려가 있어야 한다.
④ 운전중인 원자로는 물론 사용된 연료나 냉각재 등에도 방사능(radioactivity)을 띠게 되므로 방사능 오염이 없도록 차폐, 밀봉, 원격조정 및 방사능 감시체제를 엄격히 확립해 두어야 한다.
⑤ 사용한 연료의 방사능을 감소시키거나 재처리하는 시설이 필요하다.
⑥ 핵물질 유출사고는 그 파급효과가 크므로 건설 당시의 철저한 입지조건 조사 및 시스템 운전제어 등에 고도의 기술이 요구된다.
3) 원자력발전소의 구성
발전소를 구성하는 기기는 크게 나누어 증기를 발생시키는 원자로 계통의 기기와 이 증기에 의해 터빈, 발전기를 회전시켜 전력을 발생시키는 기기로 구분한다. 후자의 기기에 대해서는 종래의 화력 발전소에 사용되는 것과 본질적으로 차이는 없다.
◆ 원자로의 구성
핵분열의 연쇄반응을 이용해서 그 에너지를 제어된 상태에서 얻어낼 수 있게 한 장치를 원자로라고 한다. 노에서 발생한 에너지를 외부에 열의 형태로 끄집어내고 이 열에너지로 증기를 발생하여 터빈을 구동해서 이것에 직결된 발전기로 전력을 얻는 플랜트가 곧 원자력 발전소인 것이다.
원자로에는 여러 가지 형식이 있으나 여기서는 가장 기본적인 형식인 열중성자를 사용한 노에 대해서 설명하고, 이어서 발전용 원자로에 대해 설명한다.
열중성자로는 연료로서 천연 우라늄( 약 99.3[%], 약 0.7[%])과 저농축 우라늄( 2~3[%])을 사용해서 핵분열을 일으키고 있다.
그림 3.96의 (b)는 열중성자로의 개념도이다. 이 그림에서도 알 수 있듯이 원자로는 핵연료, 감속재, 냉각재, 반사체, 제어봉, 차폐재로 구성되고 있다.
① 핵연료(nuclear fuel)
원자로에서 직접 핵분열을 일으키고 있는 부분을 노심(reactor core)이라고 하는데, 이 속에 임계량 이상의 핵연료를 넣어서 연소, 즉 핵분열을 일으키도록 하고 있다. 핵연료로서는 천연 우라늄과 의 함유율을 수[%]~90[%]까지 되도록 천연 우라늄을 농축한 농축 우라늄(enriched uranium)이 있다. 그런데 천연 우라늄 중에는 실제로 핵분열을 일으킬 수 있는 는 0.7[%]밖에 함유되어 있지 않고 나머지 99.3[%]는 이 차지하고 있다.
이 은 직접 핵분열을 일으키지 못하지만 이것이 중성자를 흡수하면 플루토늄 로 바뀌고, 이 가 핵분열을 일으키게 되어 핵연료로서 사용된다. 이와 같이 그 자체는 핵연료가 아니지만 그 어떤 형태로 변환하면 핵연료로 될 수 있는 것을 연료생산 물질(fertile material)이라고 한다. 일반적으로 핵연료로서는 천연 우라늄을 농축시켜서 의 함유율을 높여 준 농축 우라늄을 많이 사용하고 있다.
한편 우라늄 등의 핵연료는 워자로에 사용되는 냉각재인 물, 액체금속, 가스 등에 의해서 부식되기 쉬우므로 그것을 보호하기 위해서 다른 재료로 피복하고 있다.
이것을 연료봉이라고 하며 동력용 원자로에서는 이것을 수십 개 묶어서 연료 집합체로서 사용한다. 원자로 내에서 이러한 연료를 설치하고 있는 부분이 바로 노심인 것이다.
② 감속재(moderator)
핵분열로 발생되는 중성자는 고에너지이다. 이러한 고에너지의 중성자(즉, 고속중성자)는 그 속도가 너무 고속이어서 새로이 다음 핵분열을 일으키게 하는 데에는 부적당하다.
따라서 원자로 내에서 핵분열을 일으키기 쉽게끔 어느 정도 이 중성자의 속도를 떨어뜨려 줄 필요가 있다.
감속재는 이처럼 핵분열로 발생한 고속 중성자의 에너지(=속도)를 낮추어서 열중성자로 바꾸는 작용을 하는 것이다. 중성자의 감속에는 중성자의 원자핵에 의한 산란으로 중성자가 에너지를 잃게 되는 것을 이용한다. 따라서 감속재로는 감속효과가 크고 중성자 흡수가 적은 물질이 적당한데 일반적으로는 경수, 중수, 흑연, 산화 베릴륨 등이 사용되고 있다.
이 때 연료와 감속재가 균일하게 혼합되어 있는 노를 균질로라 하고 연료와 감속재가 따로 따로 일정한 규칙에 따라 배치된 노를 불균질로라고 하는데 현재 사용되고 있는 동력로의 대부분은 비균질의 열중성자로이다(고속중성자로에서는 원칙적으로 감속재는 사용하지 않는다).
③ 냉각재(coolant)
냉각재는 원자로 내에서 발생한 열에너지를 외부로 배출시키기 위한 열매체이다. 냉각재는 노심을 통과해서 열에너지를 배출시킴과 동시에 노 내의 온도를 적당한 값으로 유지할 필요가 있기 때문에 그 구비 조건으로서는 열전달 특성이 좋고 중성자 흡수가 적으며 열용량이 큰 것이 요구된다.
보통 냉각재로서 사용되고 있는 것은 물(경수 및 중수), 액체 금속(Na, Nak, Bi 등), 가스(He, 등) 및 용해염 등이다.
④ 제어봉(control rod)
원자로를 연속적으로 안전하게 운전하기 위해서는 핵분열의 연쇄반응으로 발생하는 중성자 수를 적당히 조절할 필요가 있다.
제어봉은 원자로 내의 중성자를 흡수해서 열중성자가 연료에 흡수되는 비율을 제어하기 위한 것이다. 즉, 이것은 노 내에서의 핵분열 연쇄반응을 제어하고 또한 중성자의 배율을 변화시키는 작용을 하는 것으로서 통상 이것은 막대기 모양으로 가공해서 노심에 삽입하고 필요에 따라 놓고

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신재생에너지,   에너지,   원자력발전,   원자력,   원자력발전소,   발전용 원자로