3세대 원자로
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1. 개요
3세대 원자로는 2세대 원자로의 안전성을 개선한 설계로, 1990년대부터 개발이 시작되었다. 안전, 비용, 시공 가능성을 해결하는 것을 목표로 하며, 수동 안전 기능을 통합하여 비정상적인 사건 발생 시에도 안전하게 작동하도록 설계되었다. 최초의 3세대 원자로는 일본에서 건설되었으며, 2017년 러시아에서 최초로 상업 운전을 시작했다. 3세대 원자로는 AP1000, EPR, VVER-1200 등 다양한 모델이 있으며, 현재 여러 국가에서 건설 중이다. 3세대 원자로의 안전성에 대한 비판과 긍정적인 평가가 공존하며, 일부 설계는 비용 절감과 안전성에 대한 우려를 제기받기도 한다.
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3세대 원자로 | |
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3세대 원자로 | |
개요 | |
개발 목표 | 안전성 향상 경제성 향상 핵확산 저항성 강화 |
특징 | 노심 용융 사고 방지 기능 강화 피동적 안전 장치 도입 운전 및 유지 보수 비용 절감 핵연료 이용률 향상 |
기술적 특징 | |
안전성 | 사고 발생 가능성 감소 사고 영향 최소화 비상 노심 냉각 장치 (ECCS) 성능 향상 격납 건물 설계 강화 |
경제성 | 건설 비용 절감 운전 및 유지 보수 비용 절감 핵연료 이용률 향상 발전소 수명 연장 |
핵확산 저항성 | 사용후 핵연료 관리 강화 핵물질 불법 전용 방지 국제 핵확산 금지 체제 준수 |
주요 3세대 원자로 모델 | |
가압 경수로 (PWR) | 개량형 가압 경수로 (APWR) 유럽형 가압 경수로 (EPR) 웨스팅하우스 AP1000 한국형 APR-1400 중국의 Hualong One (화룽 1호) |
비등수형 원자로 (BWR) | 개량형 비등수형 원자로 (ABWR) |
가압 중수로 (PHWR) | 캐나다형 개량 CANDU 원자로 (ACR) |
3세대 원자로의 장단점 | |
장점 | 안전성 향상으로 인한 사고 위험 감소 경제성 향상으로 인한 발전 단가 절감 핵확산 저항성 강화로 인한 핵 안보 강화 |
단점 | 초기 건설 비용 증가 새로운 기술 적용에 따른 기술적 위험 기존 원전과의 호환성 문제 |
추가 정보 | |
관련 기술 | 피동적 안전 장치 사고 저항성 핵연료 (ATF) 디지털 계측 제어 시스템 원격 감시 및 진단 기술 |
같이 보기 | |
관련 항목 | 원자력 원자력 발전소 차세대 원자로 |
2. 발전
3세대 원자로는 현재 가동 중인 원자로의 대다수를 차지하는 2세대 원자로의 후속 모델이며, 소위 진보된 경수로(LWR)이다. 3세대+ 원자로는 "진화형 설계"로 분류된다.[1]
3세대 원자로는 2세대 원자로(40년 설계 수명)보다 긴 작동 수명(60년 설계 수명)을 갖도록 설계되었다.[2][3] 노심 손상 빈도는 2세대 원자로보다 낮게 설계되었다. 유럽형 가압 경수로(EPR)는 1억 원자로-년당 60건, 경제성 단순화 비등수형 원자로(ESBWR)는 3건으로, 2세대 원자로(1억 원자로-년당 1,000건)에 비해 현저히 낮다.[4] 3세대 EPR 원자로는 우라늄을 더 효율적으로 사용하도록 설계되어, 발전량 단위당 약 17% 적은 우라늄을 사용한다.[5]
3세대+ 원자로는 3세대 원자로 설계보다 안전성을 개선했으며, 1990년대부터 미국, 일본, 서유럽의 경수로 운영 경험을 바탕으로 개발되었다. 원자력 산업은 3세대+ 설계가 안전, 비용, 시공 가능성이라는 세 가지 주요 문제를 해결해야 한다고 제안하면서 원자력 부흥을 홍보했지만, 이러한 추정치는 지나치게 낙관적인 것으로 드러났다.
3세대+ 시스템은 일부 설계에 수동 안전 기능을 통합하여 비정상적인 사건의 영향을 완화한다.
3세대+ 원자로는 후쿠시마에서 발생한 종류의 재앙을 피하기 위해 추가적인 안전 기능을 통합한다. 수동 냉각이라고도 알려진 3세대+ 설계의 수동 안전은 비상사태 발생 시 발전소를 안전하게 폐쇄하기 위해 지속적인 운영자의 조치나 전자적 피드백이 필요하지 않다. 많은 3세대+ 원자로는 코어 캐처를 가지고 있다. 예를 들어, 로사톰은 VVER 원자로에 200톤의 코어 캐처를 설치했다.[7][8]
2. 1. 최초의 원자로
최초의 3세대 원자로는 진보형 비등수형 원자로 형태로 일본에서 건설되었다. 2016년 8월 5일, 러시아의 노보보로네시 원자력 발전소 II에서 3세대 이상 VVER-1200/392M 원자로가 최초로 가동(최초 계통 연결)되었다.[10][11]
3. 비판 및 반응
우려하는 과학자 연합의 선임 과학자 에드윈 라이먼은 AP1000과 경제성 단순화 비등수형 원자로(ESBWR) 두 3세대 원자로의 특정 비용 절감 설계 선택에 대해 이의를 제기했다.[14] 미국 원자력 규제 위원회(NRC)의 선임 구조 기술자인 존 마, 반핵 컨설턴트 아놀드 건더슨은 AP1000의 강철 격납 용기와 콘크리트 방호 건물의 약점을 지적하며, 항공기 충돌 시 충분한 안전 여유를 갖추지 못했다고 우려했다.[14][15] 그러나 다른 기술자들은 격납 건물이 안전 여유와 안전율 면에서 충분하다고 반박한다.[15][16]
우려하는 과학자 연합은 2008년에 EPR이 미국에서 고려 중인 유일한 신형 원자로 설계로서, "오늘날의 원자로보다 공격에 대해 훨씬 더 안전하고 보안이 강화될 가능성이 있다"고 언급했다.[17]
프랑스 플라망빌 원자력 발전소의 신규 원자로 건설 과정에서 정밀 부품 제조 문제, 비용 초과, 부품 파손, 미세한 강철 공차 문제 등이 발생하며 안전 운전 유지에 대한 우려가 제기되었다.[18]
4. 3세대 원자로 목록
3세대 원자로는 대부분 냉각수로 물을 사용하는 이전의 비등수형, 가압수형 원자로의 개량형이 많으며, 여러 회사에서 다양한 원자로를 설계하고 있다. 원자로의 대형화 및 효율화를 통해 3세대 원자로는 대부분 출력이 강화되었으며, 2세대 원자로 2기 정도의 발전 능력을 가진 것도 존재한다.
최초의 3세대 원자로는 일본에서 건설되었고, 유럽에서도 건설이 인가되었다. 3세대+ 원자로인 웨스팅하우스(도시바 산하)의 AP1000 원자로는 중국 저장성 싼먼 현에서 2013년부터 운전이 계획되었으며[40], 미국에서는 4기의 건설 계획이 인가될 전망이다.[41]
원자로 이름 | 개발사 및 형식 | 비고 |
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개량형 비등수형 경수로 (ABWR) | 제너럴 일렉트릭(GE) 설계. 1996년에 일본에서 처음 도입. |
개량형 가압수형 경수로 (APWR) | 미쓰비시 중공업 개발. 가압수형 경수로의 개량형. |
CANDU6 성능 향상형 (EC6) | 캐나다 원자력 공사 개발. CANDU 원자로의 후기 계통. |
VVER-1000/392 | VVER의 AES91에서 AES92까지 이루어진 다양한 개량형. |
AP600영어 | 1998년에 웨스팅하우스사 NRC 최종 설계 인가. 가압수형 경수로. EIA는 "웨스팅하우스사는 더 크지만 잠재적으로 약간 경제적인(단위 발전량당 비용으로) AP1000을 내세우면서 AP600을 판매하지 않았다"고 밝힘.[42] 현재까지 채택되지 않음. |
Hualong One/HPR-1000 | 중국 2대 원자로 메이커인 중국광동핵전집단공사(중광핵집단, CGNPC)와 중국핵공업집단공사(중핵집단, SNPTC) 공동 개발. |
System80+ (System80의 개량형) | 컴버션 엔지니어링(Combustion Engineering) 사 설계. 한국에서 개발된 3세대+인 APR-1400의 기술적 기초.[42] 현재까지 채택되지 않음. |
Advanced heavy water reactor영어 (AHWR) | 인도・Bhabha Atomic Research Centre영어(BARC) 개발 중. 토륨 연료를 사용하는 차세대형 원자로. |