원자력 발전소란? - 다이어그램 작업, 작동원리

원자력발전소란?

원자력 발전소(NPP라고도 함)는 열원이 원자로인 화력 발전소입니다. 일반적인 화력 발전소와 마찬가지로 열은 전기를 생산하는 발전기에 연결된 증기 터빈을 구동하는 증기를 생성하는 데 사용됩니다.

원자력 발전소는 전기를 생산하기 위해 핵분열 과정을 사용하는 발전소의 일종입니다. 원자로에서 생성된 열이 물을 증기로 변환하고 터빈과 발전기를 회전시키는 랭킨 사이클과 함께 원자로를 사용하여 이를 수행합니다.

원자력은 전 세계에 총 전력의 약 11%를 제공하며 가장 큰 생산국은 미국과 프랑스입니다. 국제원자력기구(IAEA)는 2018년 기준으로 전 세계 30개국에서 450기의 발전용 원자로가 가동되고 있다고 보고했다.

원자력 발전소는 일반적으로 연료가 생산 비용의 작은 부분이고 쉽게 또는 신속하게 파견될 수 없기 때문에 기저부하 스테이션으로 간주됩니다. 그들의 운영, 유지 보수 및 연료 비용은 스펙트럼의 하단에 있으므로 기저 부하 전원 공급 장치로 적합합니다. 그러나 적절한 장기 방사성폐기물 저장 비용은 불확실하다.

 

 

원자력 발전소 작동원리

원자력 발전소는 물을 가열하여 증기를 생산합니다. 증기는 전기를 생산하는 대형 터빈을 돌리는 데 사용됩니다. 원자력 발전소는 핵분열 과정에서 발생하는 열을 사용하여 물을 가열합니다.

핵분열에서 원자는 분열되어 더 작은 원자를 형성하고 에너지를 방출합니다. 핵분열은 원자력 발전소의 원자로 내부에서 발생합니다. 원자로의 중심에는 우라늄 연료가 들어 있는 노심이 있습니다.

우라늄 연료는 세라믹 펠릿으로 형성됩니다. 각 세라믹 펠릿은 150갤런의 오일과 거의 같은 양의 에너지를 생산합니다. 이 에너지가 풍부한 펠릿은 12피트 금속 연료봉에 종단 간 적층되어 있습니다. 일부는 수백 개의 막대를 포함하는 연료봉 다발을 연료 집합체라고 합니다. 원자로 노심은 많은 연료 집합체를 포함합니다.

원자로 노심에서 핵분열 동안 생성된 열은 물을 증기로 끓여 증기 터빈의 블레이드를 돌리는 데 사용됩니다. 터빈 블레이드가 회전하면서 전기를 생산하는 발전기를 구동합니다.

원자력 발전소는 냉각탑이라는 발전소의 별도 구조에서 증기를 다시 물로 냉각하거나 연못, 강 또는 바다의 물을 사용합니다. 냉각된 물은 증기를 생산하기 위해 재사용됩니다.

 

원자력 발전소의 구성 요소

1. 원자로
원자로는 모든 핵폐기물과 함께 연료와 핵 연쇄 반응을 포함하기 때문에 발전소의 핵심 구성 요소입니다. 보일러가 석탄 발전소의 열원인 것처럼 원자로는 발전소의 열원입니다.

우라늄은 원자로에 사용되는 지배적인 핵연료이며 핵분열 반응은 원자로 내에서 열을 생성합니다. 이 열은 원자로 냉각제로 전달되어 원자력 발전소의 다른 부분에 열을 제공합니다.

발전에 사용하는 것 외에도 연구 및 의료 목적에 따라 플루토늄 제조, 선박, 항공기 및 인공위성의 추진에 사용되는 다른 유형의 원자로가 있습니다. 발전소는 원자로뿐만 아니라 냉각탑, 터빈, 발전기 및 다양한 안전 시스템을 포함합니다. 반응기는 다른 외부 열 엔진과 다른 점입니다.

2. 스팀 생성
증기 생산은 모든 원자력 발전소에서 공통적이지만 이것이 수행되는 방식은 매우 다양합니다.

세계에서 가장 일반적인 발전소는 두 개의 순환 물 루프를 사용하여 증기를 생성하는 가압 경수로를 사용합니다. 첫 번째 루프는 극도로 뜨거운 액체 물을 열교환기로 운반하며 여기서 더 낮은 압력의 물이 순환됩니다. 그런 다음 가열되어 증기로 끓고 터빈 섹션으로 보낼 수 있습니다.

3. 터빈과 발전기
증기가 생성되면 하나 이상의 터빈을 통해 높은 압력과 속도로 이동합니다. 이들은 매우 빠른 속도로 올라가서 증기가 에너지를 잃게 하여 더 차가운 액체 물로 다시 응축됩니다. 터빈의 회전은 전기 그리드로 보내지는 전기를 생산하는 발전기를 회전시키는 데 사용됩니다.

4. 냉각탑
그들은 뜨거운 물(터빈 부분에서)에서 더 차가운 외부 공기로 열을 전달하여 대기 중으로 폐열을 거부합니다. 뜨거운 물은 공기와 접촉하여 냉각되고 약 2%의 작은 부분이 증발하여 위로 올라갑니다.

게다가, 이 plants는 기후 변화에 기여하는 일차 온실 가스인 이산화탄소를 방출하지 않습니다. 냉각탑이 어떻게 작동하는지 보려면 여기를 클릭하십시오.

많은 원자력 발전소는 냉각탑 대신 단순히 폐열을 강, 호수 또는 바다에 버립니다. 석탄 화력 발전소와 같은 다른 많은 발전소에도 냉각탑이나 이러한 큰 수역이 있습니다.

이러한 유사성은 열을 전기로 바꾸는 과정이 원자력 발전소와 석탄 화력 발전소 간에 거의 동일하기 때문에 존재합니다.

5. 가압기
압력을 제어하기 위해 포화 상태에서 액체 및 증기 단계가 균형을 이루는 1차 냉각 회로의 구성요소.

6. 원자로 용기
핵분열 연쇄 원자로가 생산되는 원자력 발전소의 주요 구성 요소인 원자로를 수용하는 강철 용기. 그 핵은 연료 요소로 구성됩니다.

7. 연료
핵분열 반응이 일어나는 물질. 가장 일반적으로 사용되는 물질은 농축 우라늄 산화물입니다. 연쇄 반응을 유지하기 위해 에너지와 중성자의 공급원으로 동시에 사용됩니다. 이것은 약 4미터 높이의 금속 막대에 캡슐화된 원통형 펠릿 형태로 고체 상태로 제공됩니다.

8. 컨트롤 로드
이들은 중성자 흡수제로 작용하는 원자로의 제어 요소입니다. 그것들은 인듐-카드뮴 또는 탄화붕소로 구성되어 중성자 개체수와 원자로 반응성을 항상 제어할 수 있게 하여 작동 중에는 중요하고 정지 중에는 아임계로 만듭니다.

9. 격리 건물
원자로 냉각 시스템과 여러 보조 시스템이 있는 건물. 정상 작동 시 차폐 역할을 하며 오염 물질이 외부로 누출되는 것을 방지합니다. 다른 보호 시스템과 함께 사고 시 핵분열 생성물이 대기로 방출되는 것을 방지하는 기능적 책임이 있습니다.

10. 교류 발전기
터빈의 기계적 회전 에너지를 중출력 및 고강도 에너지로 변환하여 전기를 생산하는 장치.

11. 변압기
교류발전기에서 생산된 전기의 장력을 증가시켜 소비 지점으로 수송하는 동안 손실을 최소화하는 장치.

12. 냉각수
강, 저수지 또는 바다에서 물을 가져와 응축기의 수증기를 액화하는 데 사용합니다. 원점으로 직접 복귀(개방형 사이클)하거나 냉각탑을 통해 재사용(폐쇄형 사이클)할 수 있습니다.

13. 콘덴서
냉각수가 순환하는 일련의 튜브로 구성된 히트 커뮤터. 터빈에서 응축기 내부로 들어가는 수증기는 액화됩니다. 이 변환은 터빈의 성능을 향상시키는 진공을 생성합니다.

 

효율성

원자력 발전소의 효율은 기술적으로 발전소가 대형 열 기관이기 때문에 다른 열 기관과 유사하게 결정됩니다. 화력의 단위당 생산되는 전력량은 발전소에 열효율을 부여하고 열역학 제2법칙으로 인해 이러한 발전소가 얼마나 효율적일 수 있는지에 상한선이 있습니다.

일반적인 원자력 발전소는 화석 연료 발전소에 필적하는 약 33-37%의 효율을 달성합니다. 4세대 원자로와 같은 더 높은 온도와 더 현대적인 설계는 잠재적으로 45% 이상의 효율에 도달할 수 있습니다.

 

원자력 발전소의 장점

원자력 발전소의 장점은 다음과 같습니다.

▷ 다른 plants에 비해 공간이 덜 필요합니다.
▷ 대규모 수요에 적합합니다.
▷ 높은 부하율(80~90%)에서 더 나은 성능을 제공합니다.
▷ 연료 소비가 적고 연료 취급이 없습니다.
▷ 연료의 운송 비용은 매우 저렴합니다.
▷ 작동 안정성이 향상되었습니다.
▷ 악천후의 영향을 받지 않습니다.
▷ 물이 덜 필요합니다.
▷ 더 높은 용량의 플랜트를 설치할 수 있습니다.
▷ 컴팩트하고 유지 보수가 간단합니다.

 

원자력 발전소의 단점

원자력 발전소의 단점은 다음과 같습니다.

▷ 높은 초기 비용.
▷ 방사능 위험의 위험은 항상 지속됩니다.
▷ 다양한 부하 조건에는 적합하지 않습니다.
▷ 핵분열 생성물의 처분은 큰 문제입니다.
▷ 유지 비용은 항상 높습니다.
▷ 숙련된 운영자가 필요합니다.
▷ 근무 조건은 항상 근로자의 건강에 해롭습니다.