원자력 발전

목차

1. 원자력 발전의 필요성

2. 원자력의 기초이론
(1) 원자핵
(2) 동위원소
(3) 방사능
(4) 결합 에너지
(5) 핵반응
(6) 중성자의 감속
(7) 연쇄반응
(8) 핵분열성 물질

3. 원자로의 구성 및 분류
(1) 원자로의 구성
① 연료재
② 감속재
③ 냉각재
④ 반사체
⑤ 제어재
⑥ 차폐재
⑦ 구조재
⑧ 원자로 용기

4. 발전용 원자로
(1) 흑연감속 가스 냉각형 원자로
(2) 경수감속 경수 냉각형 원자로
(3) 중수감속 중수 냉각형 원자로
(4) 고속 증식로

5. 원자의 안정성
(1) 안정성의 개요
(2) 원자로의 보호대책
(3) 폐기물과 폐기물 처리
(4) 원자력 발전의 문제점

6. 앞으로의 원자력 개발 방향

본문내용

긴급냉각계, 보조 냉각계, 환기계등 안전상 불가결한 계통에 전력을 공급토록 하고 있다.
6) 내진설계
원자력 발전소의 부지는 여러 해 동안의 정밀조사(지질구조, 지진의 역사, 바람, 기온, 강우량 등)를 거쳐 견고하게 설계되므로 지진이나 공중에서의 낙하물에 대하여도 충분히 견딜 수 있다.
(3) 원자력 발전에서의 폐기물과 폐기물 처리
1) 방사성 폐기물
방사성 폐기물에는 그 형태, 방사능의 농도, 발생원에 따라서 여러 가지 종류의 것이 있다. 그러나 보다 중요한 것은 관리라든지 최종적인 처분의 난이도로 본 방사능의 농도에 따른 분류이다. 폐기물에 포함되어 있는 방사능의 농도가 상대적으로 높은 것을 '고레벨 폐기물', 상대적으로 낮은 것을 '저레벨 폐기물'이라고 부르고 있다. 농도의 명확한 경계값이 있는 것이 아니고 그 폐기물이 어느 부분에서 발생하였는가 하는 발생원이라든지, 발생된 과정에 따라 적당히 구분하고 있을 따름이다.
방사능 농도
발생원
구체 예
고레벨 폐기물
높다
원자력 발전소
(사용이 끝난 연료)
유리고화체
사용이 끝난 연료
저레벨 폐기물
낮다
원자력 발전소
원자연료 사이클 시설
연구기관, 병원 등
고체 폐기물(종이수건, 장갑, 의류, 비닐시트, 금속류 등)
기체 폐기물, 액체 폐기물
2) 폐기물의 처리, 처분
■ 저레벨 폐기물
원자력 발전소로부터의 고체 폐기물은 통상 발생한 원자력 발전소에서 드럼통으로 밀봉관리하게 된다. 이것을 최종적으로 처분하는 방법으로서는 지중매설, 해양처분 등이 있다. 우리나라에서는 장래 지중매설을 계획하고 있는데, 지중에 매설하게 되더라도 사전에 폐기물의 양을 줄이는 감량화라든지 장기적으로 안정된 형태로 하는 고체화가 선행되어야 할 것이다.
■ 고레벨 폐기물
고레벨 폐기물은 유리 고체화와 직접 처분할 경우의 사용이 끝난 연료를 들 수 있다. 그 특징은 방사능의 레벨이 높다는 것인데, 이 외에도 수명이 긴 방사성 물질이 포함될 수도 있다. 따라서 설령 처분해서 인간의 컨트롤을 벗어난 후에도 몇 천년, 몇 만년에 걸쳐 인간이나 환경에 영향을 미치지 않게끔 처분방법을 신중히 결정해 주어야 한다. 유리는 큰 덩어리가 되면 바위 못지않게 견고해진다. 유리의 이와 같은 특성을 이용해서 고레벨 폐기물을 유리 고화체로 봉쇄함으로써 장기에 걸쳐 안정하게 처분하려는 방안이 제안되고 있다.
(4) 원자력 발전의 문제점
원자력 발전이 전력계통에 차지하는 비율이 계속 늘어남에 따라 점차적으로 변동부하 운전, 저부하 운전, 계획 기동정지 등을 하게 되면서 전력계통의 운용제어에도 직접 참여할 것이 요망될 것이다. 한편 전력계통의 공급 신뢰도와 관련해서 원자력 발전을 계통과 잘 협조시켜 나가야만 할 것이다.
1) 조속기 자유운전 및 자동 주파수 제어운전
현재의 원자력 발전소는 기저부하만의 공급을 분담해서 조속기 제한운전을 채용하고 있으나, 앞으로는 이것을 중간부하 운전으로 이행시켜 나가기 위해서 몇 가지 기술적으로 해결하지 않으면 안 될 문제가 있다.
우선 부하변동을 흡수하기 위해서는 계통용량의 약 50%정도의 발전기가 조속기를 자유로이 운전할 필요가 있다. 수분~수십분 정도의 주기를 갖는 부하변동에 대해서는 AFC(자동 주파수 제어)장치가 유효하며, 일반적으로는 계통용량의 70%정도가 AFC발전기로 되어있다. 앞으로 원자력 발전소가 계통에 차지하는 비율이 늘어났을때 원자력 발전소의 AFC참여가 문제로 될 것이다. AFC발전기로서의 조정가능 범위 및 조정속도는 계산상 또는 실험상으로는 출력변화 속도가 5%/분(PWR) 또는 20~30%/분(BWR)까지 가능하리라 보고 있으며, 허용 변화폭도 15~100%/(PWR) 또는 약 36%(BWR)정도로 추산하고 있으나 아직 이것을 되풀이했을 경우의 실증시험은 하지 못하고 있다.
2) 원자력 발전소의 기동정지
부하가 가벼운 심야에는 저출력 운전을 한다거나 주말에는 정지하고 주초에 기동하도록 하는 운전방식을 원자력 발전소에 채용하기 위해서는 가령
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의 축적억제(정지시) 또는 온도 변화율(저출력■고출력 운전시)등에 대한 대책을 확립할 필요가 있다. 또, 원자로를 정지상태로부터 기동할 경우에는 기동시간이나 기동손실도 문제가 된다. 원자력 발전소에서는 완전 정지상태(cold)로부터의 기동은 750~850분, 가동 대기상태(hot)로부터는 240~300분이 소요된다. 이렇듯 기동정지를 되풀이하는 것은 연료의 안전성에 문제가 있을 것으로 보고 있다.
3) 계통의 최적운용
중간부하 운전이 가능한 원자력 발전소의 수가 늘어나게 되면 개개의 발전소에 대한 평균 부하율을 얼마로 선정하고 또 그것을 어떤 운전계획으로 가동하여야 계통전체로 보았을 때 최적으로 될 것인가 하는 것에 대해서 충분한 검토가 있어야 한다.
4) 소내 단독운전
원자력 발전소가 계통사고 등에 의해서 일시적으로 발전기가 계통으로부터 탈락되더라도 즉시 계통복귀가 가능할 것이 요망되고 있다. 이 경우 특히 문제가 되는 것은 발전기가 계통으로부터 이탈하였을 때 소내부하를 대상으로 해서 단독운전할 수 있는지에 대한 것이다. 이것을 확실히 하기 위해서는 발전소 제어법 등에 대해서 연구를 해 두어야 한다.
5) 기타의 문제점
원자력 발전소의 분산 배치, 도시 근접화가 중요하며 이것은 곧 안전성과 같은 관련을 가지게 될 것이다. 또, 플랜트의 신뢰성은 계통의 신뢰성과도 직접 관련되므로 이것을 향상시키기 위해서는 사고확률의 저감과 고장복구 시간을 단축해야 할 것이다.
6. 앞으로의 원자력 개발 방향
우리 나라의 장래의 에너지 개발방향은 단기적으로는 에너지 소비절약과 이용 합리화, 석유의존도 감축과 대체 에너지 활용 적극화 및 해외 에너지 자원의 개발, 확보 등에 주력해야 할 것이다. 중기적으로는 원자력 이용기술의 개발 및 정착, 자연 및 신재생 에너지 활용 기술개발 등을 통한 에너지의 대외 의존도 최소화를 기하는 기술 의존형 에너지 자립을 지향해 나가야 한다. 또한, 장기적으로는 증식 에너지인 고속 증식로의 실용화, 핵융합 등 신에너지 및 자연 에너지 활용기술 개발 등을 통한 비고갈 에너지의 활용기술 개발 및 점진적 에너지 자립정착을 꾀하여야 할 것이다.

키워드

원자력 발전,   원자로,   원자력 개발,   원자력 기초이론