中小型モジュール炉の検討

lnvestigation of small and modular-sized fast reactor

久保田 健一; 川崎 信史 ; 梅津 陽一郎; 赤津 実*; 笠井 重夫; 此村 守; 一宮 正和

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電力・エネルギの利用形態の多様化、供給地の分散化等の要求に適用しやすい「多目的小型炉」について、過去の小型炉の文献調査を行って高速炉での可能性を検討した。また、モジュール化することで習熟効果の早期達成による経済性向上が期待されることから、基幹電源として廉価な初期投資額に魅力がある「中小型モジュール炉」の可能性を検討した。その結果をまとめると次のようになる。(1)多目的小型炉(a)多目的小型炉の出力規模を10MWe150MWeとすると、大規模なコジェネ、比較的大きな島嶼用電源、中規模都市の電源、淡水化電源(ダム建設の代替え含む)及び中小規模の船舶用動力炉と幅広いニーズ(市場)の可能性がある。(b)多目的小型炉の要件としては受動的機能を備えるとともに燃料交換頻度を極力少なく(長寿命炉心)、保守・交換機会を局限して運転員の負担軽減することが求められる。燃料交換頻度を極力少なくするための長寿命炉心は、FBRの特長が活かせる。この事は、海外市場を視野にすると核不拡散の観点からも重要な要件となる。(c)我が国で検討されているNa冷却の4S炉(50MWe)、鉛-Bi冷却4S型炉(52MWe)及びHeガス冷却PBMR型炉(100MWe)並びに米国で検討されているNERIプロジェクトの鉛-Bi冷却ENHS炉(50MWe)及びANLからの公募概念の鉛-Bi冷却炉(約100MWe)等の高速炉設計について分析し、実用化戦略調査研究での多目的小型炉の設計要求条件を検討した。(2)中小型モジュール炉(a)複数基の原子炉モジュールの総発電量が3200MWeの中小型モジュール炉のプラント建設費が、大型炉ツインプラントの設計目標である建設費20万円/kWe(30003200MWe)と匹敵競合するためには、単基モジュール炉の出力が800MWeでは初号モジュール26万円/kWe、400MWeでは28万円/kWe、200MWeでは29万円/kWe以下を夫々目標とする必要がある。(b)SPRISM(400MWe)と4S型(200MWe)の設計を分析した結果、複数のNSSS構成のモジュール化は、遮蔽、炉容器、熱交換器等の必須機器の増加による物量増加が大きく、物量的に大型炉と競合するには中小型炉の特徴を活かしたさらなる合理化が必要と考えられる。

ln this paper, feasibility of the multipurpose small fast reactor, which could be used for requirements concemed with various utilization of electricity and energy and flexibility of power supply site, is discussed on the basis of examination of literatures of various small reactors. And also, a possibility of economic improvement by learning effect of fabrication cost is discussed for the modular-sized reactor which is expected to be a base load power supply system with lower initial investment. (1) Multipurpose small reactor (a) The small reactor with 10MWe150MWe has a potential as a power source for large co-generation, a large island, a middle city, desalination and marine use. (b) Highly passive mechanism, long fuel exchange interval, and minimized maintenance activities are required for the multipurpose small reactor design. The reactor has a high potential for the long fuel exchange interval, since it is relatively easy for FR to obtain a long life core. (c) Current designs of small FRs in Japan and USA (NERI Project) are reviewed to obtain design requirements for the multipurpose small reactor. (2) Modular-sized reactor (a) ln order that modular-sized reactor could be competitive to 3200MWe twin plant (two large monolithic reactor) with 200k/kWe, the target capital cost of FOAK is estimated to be 260k/kWe for 800MWe modular, 280k/kWe for 400MWe modular and 290k/kWe for 200MWe by taking account of the learning effect. (b)As the result of the review on the current designs of modular-sized FRs in Japan and USA (S-PRISM) from the viewpoint of economic improvement, since it only be necessary to make further effort for the target capital cost of FOAK, since the modular-sized FRs requires a large amount of material for shielding, vessels and heat exchangers essentially.