첨단 원자로에 대한 통합 및 개별 효과 테스트

Jan 14, 2024

에너지정보청(EIA)의 2017년 국제 에너지 전망에 따르면, 전 세계 에너지 소비는 2020년에서 2040년 사이에 28% 증가할 것으로 예상됩니다(EIA, 2017). 현재 원자력발전소는 전 세계 전력의 11%를 생산하고 있다. 원자력은 세계에서 두 번째로 빠르게 성장하는 에너지원이 될 것이며 2020년부터 2035년까지 연평균 1.5%씩 증가할 것으로 예상됩니다. 미국에서 원자력은 현재 전체 발전량의 약 20%를 차지하고 있으며 그 이상을 차지하고 있습니다. 전국 전체 청정전력의 50%가 넘는다.

원자력은 2050년까지 경제 전반에 걸쳐 순배출 제로를 달성하기 위한 필수 자원으로 확인되었습니다. 세계 원자력의 대부분은 2세대 및 3세대 원자력 발전소에서 생산됩니다. 비록 기존 원자력 발전소의 상당 부분이 2030년대에 폐기될 것이지만, 전 세계적으로 탄소 없는 전력에 대한 수요가 증가함에 따라 원자력 에너지 개발이 촉진될 것입니다. 미래원전의 안전성, 신뢰성, 지속가능성, 경제적 경쟁력, 확산저항성을 달성하기 위해서는 원자력발전의 기술향상이 요구된다. 첨단 원자로는 전 세계 전력망의 탈탄소화로 인해 발생하는 수많은 문제를 해결하는 안전하고 신뢰할 수 있는 무탄소 전력을 제공함으로써 원자력 산업을 변화시킬 수 있는 잠재력을 제공합니다. 미국은 지난 10년 동안 첨단 원자로의 신기술 개발에 상당한 노력을 투자해 왔습니다.

첨단 원자로를 개발하려면 정상, 일시적, 비정상 및 사고 조건에서 새로운 현상을 나타내는 통합적이고 복잡한 시스템에 대한 이해가 필요합니다(Zweibaum et al., 2015). 첨단 원자로의 현상학적 분석과 열수력 거동은 설계 및 안전성 평가의 기초를 형성합니다(Mascari et al., 2015).

의미 있는 본격적인 실험을 수행하는 것은 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리며 사용 가능한 시간과 예산 내에서 불가능할 수도 있습니다. 적절한 스케일링을 고려한 개별 효과 테스트(SET) 및 통합 효과 테스트(IET)와 같은 축소된 실험 테스트는 가능한 프로토타입 열수력 거동을 특성화하기 위한 실험 데이터베이스를 개발하는 데 가능합니다. 그런 다음 시스템 수준의 열수력 코드를 데이터베이스에 대해 검증하고 원자로 시스템 설계 및 안전 분석에 사용할 수 있습니다.

한편으로, SET는 원형 또는 시뮬레이션 조건에서 단일 국부 현상 또는 결합 현상을 특성화하기 위한 물리적 모델 및/또는 경험적 상관 관계를 개발하고 검증하기 위한 실험 데이터를 제공하기 위해 수행됩니다. 이러한 모델과 상관 관계 각각은 항상 프로토타입으로 확장되지 않을 수 있으므로 작은 범위의 조건 내에서 적용 가능성이 제한된 많은 물리적 모델과 경험적 상관 관계가 다양한 유형의 시뮬레이션을 통해 열수력 반응을 식별하는 데 사용되는 시스템 코드로 구현됩니다. 관심 원자로의 사고 및 비정상적인 과도 현상.

SET 시설은 일반적으로 스케일링 왜곡을 최소화하기 위해 고도로 계측됩니다. 반면, IET는 전체 시스템의 동작, 현상 및 프로세스, 둘 이상의 구성 요소의 상호 작용, 전체 시스템 설계 대상 기능의 전형적인 국지적 현상을 조사하기 위해 수행됩니다(USNRC, 1998). . IET 시설은 기준 원자로의 가정된 사고 및/또는 비정상적인 과도 현상을 통해 나타날 수 있는 전체 동적 및 유사 열수력 반응을 제공할 수 있습니다.

IET 실험에서 얻은 데이터는 기준 원자로의 전체 규모 조건에 직접 적용하기보다는 시스템 코드 검증 및 사고 현상 이해에 사용됩니다. IET 시설의 계측 및 센서 수는 SET 시설의 수보다 적습니다. IET의 경우 스케일링 왜곡은 불가피하며 안전 분석에서 불확실성의 원인이 될 수 있습니다. 따라서 시간적 제어가 불가능하므로 스케일링 왜곡, 특히 시간 스케일링 왜곡을 최소화하거나 제거하는 것이 중요합니다(Bestion, 2017).