Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
近澤 佳隆; 梅津 陽一郎; 西口 洋平; 此村 守
JNC TN9400 2002-068, 77 Pages, 2002/12
実用化戦略調査研究の候補概念としてナトリウム冷却大型炉および中型炉が検討されている。ナトリウム冷却中型炉では、スケールデメリットを補う方策として習熟効果および設備共用化による建設コスト削減を狙った設計が実施されている。 しかし、設備共用化によって物量が削減される一方、設備共用化の方策によっては安全性、モジュール間の運用の複雑化、定検期間の増加および計画外停止時の影響等が懸念される。 本研究ではナトリウム冷却中型モジュール炉を対象に、設備共用化方策が安全性およびプラント運用へ及ぼす影響を評価した。 まず、設備共用化方策を整理し、経済効果が大きくかつ、共用化により安全性、プラント運用に影響があると思われる以下の4件を抽出した。 (1)中央制御室共用化 (2)非常用電源設備の大幅削減 (3)大容量タービンの採用 (4)補機冷却系設備のモジュール間での共用化 上記4件の設備共用化方策を対象として、安全性、運転性、定検工程、計画外停止を考慮した設備利用率への影響について検討した結果、共用化方策が成立する見通しを得た。
近澤 佳隆; 堀 徹; 此村 守; 塩谷 洋樹; 小野 清
JNC TN9400 2002-055, 438 Pages, 2002/10
JNC-TN9400-2002-055.pdf:25.85MB
高速炉実用化戦略調査研究(フェーズII)では、分散電源や電源以外の多目的利用を幅広く想定して、経済性、安全性、長寿命炉心などの要求条件を満足する小型炉概念を提示する計画である。平成13年度には、有望なナトリウム冷却小型炉および多目的利用小型炉概念を絞り込むために、以下の小型炉概念を検討した。このうちナトリウム冷却小型炉では、原子炉容器のコンパクト化などによる経済性向上の追及を目標とした。(ナトリウム冷却小型炉)・出力規模: 150MWe,・燃料種類: 金属燃料,・炉心寿命: 10年,・原子炉型式: タンク型炉およびループ型炉、・冷却方式:強制循環方式、(多目的利用冷却小型炉)・用途および方法:水素分離膜を用いた水蒸気改質法による水素製造 ナトリウム冷却小型炉の検討では、経済性、安全性などの要求条件に基づき、炉心およびプラント概念を構築した。このうち、タンク型炉では、環状昼間熱交換器および電磁ポンプ合体機器や、 UIS引抜き方式の採用などにより、原子炉容器をコンパクト化(
4m X h20.8m)し、初号機の建設単価は34万円/kWhと、発電単価5.5円/kWhに相当する目標値(35万円/kWh)を達成した。 また、タンク型炉、ループ型炉のいずれも、反射体制御方式や、PRACS
2系統+RVACS1系統(いずれも自然循環方式) の組み合わせによる崩壊熱除去系を採用した。多目的利用小型炉の検討では、 2次ナトリウムを介して、蒸気精製および水蒸気改質反応熱を補償する原子力水素プラントの系統構成や、水素分離膜などを使用した水蒸気改質器の概念検討を行い、17円/Nm3の水素製造単価(高純度水素)を達成できる見通しを提示した。
近澤 佳隆; 堀 徹; 此村 守
JNC TN9400 2002-052, 242 Pages, 2002/10
JNC-TN9400-2002-052.pdf:7.03MB
高速炉実用化戦略調査研究(フェーズII)では、分散電源や電源以外の多目的利用を幅広く想定して、経済性、安全性、長寿命炉心などの要求条件を満足する小型炉概念を提示する計画である。平成13年度には、以下に示す平成12年度と同一の出力50MWeおよび自然循環方式の方式で、 有望な鉛ビスマス冷却小型炉概念を絞り込むためのサーベイ検討を行った。・出力規模:50MWe,・冷却方式:自然循環方式,・原子炉形式:タンク型炉(2次系削除), ・冷却方式:自然循環方式,・燃料交換方式:集合体交換方式,・炉心寿命:30年 経済性、安全性などの要求条件に基づき、炉心およびプラント概念を構築した。このうち、プラント概念の検討では、集合体交換方式の採用による原子炉構造の簡素化や、ヒートマスバランス見直しなどを行った。平成12年度概念として比較して、炉心仕様の変更などにより、原子炉容器径は若干増加するが(3.7mXh21.5m
3.85mXh21m)、炉心槽引き抜き要求がないなど原子炉構造の簡素化に伴い、原子炉系物量を324tonから259tonに低減した。原子炉容器内に設置するヘリカルコイル型蒸気発生器は、ヒートマスバランスの見直しなどを取り込み、原子炉容器のコンパクト化が可能な電熱管仕様を選定した。また、崩壊熱除去系は、RVACSのみで事象IVに相当する除熱要求を満足できる見通しを有するため、PRACS1系統+RVACS1系統(いずれも自然循環方式)を採用した。経済性評価では、原子炉容器を簡素化したが、低出力および原子炉機器の物量が大きいことなどの理由により、 初号機の建設単価は80万円/kWeと、発電単価5.5円/kWhに相当する目標値(35万円/kWe)を大幅に上回る結果となった。 出力増加や、BOP共有化および習熟効果に期待した複数基建設の対応により達成の見通しありと判断した。
13年度の研究成果のまとめ)堀 徹; 川崎 信史; 笠井 重夫; 此村 守
JNC TY9400 2002-018, 527 Pages, 2002/09
JNC-TY9400-2002-018.pdf:30.48MB
高速炉実用化戦略調査研究では、経済性および安全性の向上をねらって、伝熱管破損時のナトリウム-水反応事故の排除、または、ナトリウム-水反応影響緩和のポテンシャルを有する二次系簡素化概念の構築や、安全性を中心とする技術課題の成立性見通し評価を行った。平成12年度には、鉛ビスマス熱媒体プール型およびチューブ型SG、固体熱媒体型SGなど合計 8種類の二次系簡素化概念を対象として。経済性、安全性、構造健全性などの比較評価を行った。その結果、二次系を有する概念よりもコストが低く、隔壁を利用した伝熱管の空間分離によりナトリウム-水反応事故排除のポテンシャルを有する鉛ビスマス熱媒体プール・伝熱管分離設置型SGと鉛ビスマス熱媒体チューブ・三重管SGの 2概念に絞込みを行った。平成13年度には、上記のうち、鉛ビスマス熱媒体チューブ・三重管SGについて、主要な技術課題である「安全要求対応などを満足する鉛ビスマス入り三重管仕様」、「伝熱管破損時の安全シナリオ」、「鉛ビスマスリーク対応」に係る検討を行い、SG概念の構築などを行った。特に、チューブ型伝熱管の貫通破断に対して、内外管破損の非同時性の主張に有効な設計対応を取り込むことを目指したが、鉛ビスマスの流体練成によって内外管は一体となって振動するため、伝熱管仕様を工夫しても内外管の発生応力比を拡大できず、従来型二重管SGと比較して、内外管の破損時間差を大幅に増大することが困難な見通しを明らかにした。以上より、伝熱管仕様の見直しを行っても、二次系を有する概念に対するコストは冷却系廻りで約81%、 プラント全体で約97%と、 コスト低減の可能性は有するが、最大の課題である貫通破断を排除できないため、平成14年度以降の検討は実施しないと判断した。
藤井 正; 堀 徹; 此村 守; 堺 公明; 小川 伸太; 大木 義久; 大久保 良幸
JNC TN9400 2002-049, 78 Pages, 2002/09
JNC-TN9400-2002-049.pdf:3.72MB
実用化戦略調査研究において概念設計を進めているナトリウム冷却大型炉では、燃料取扱設備の簡素化を図る候補概念として、水プール直接貯蔵方式を検討している。 本概念では、取扱う集合体の崩壊熱量が比較的高い条件(実証炉の炉外貯蔵方式の約4.5倍である18KW)となるため、通常時でのプール浸漬過程や、プール移送中の事故を想定した上部からの注水過程における冷却特性に関する知見が不足している。このため、高発熱燃料の冷却特性を把握することが、プラント概念の成立性を左右する熱流動課題の一つとして指摘されていた。今回、単ピン体系での試験装置を用いて、燃料ピンの熱的条件、集合体出口形状、浸漬速度等をパラメータとした試験を実施し、冷却特性に関して、実機設計に反映できる以下のような基礎的データを取得した。・通常浸漬時の沸騰挙動の可視化やヒータピンの温度変化等により、通常浸漬時の冷却形態を同定した。・ヒータ初期温度と出口部閉塞率が、発熱部全体の冷却終了時間に対する支配因子となる。・試験中のヒータ温度上昇の最大値は、通常浸積時で約4K、注水時に約6Kと小さく、有意な温度上昇を伴うことなく冷却できる。・通常浸漬時には、出口部閉塞率を大きくした条件でも、試験体上部圧力が下部圧力を上回ることはなく、発熱部への水位上昇は阻害されない。
森部 剛志; 三枝 利家; 木曽 芳広; 此村 守
JNC TY9400 2002-008, 150 Pages, 2002/06
JNC-TY9400-2002-008.pdf:7.26MB
FBRサイクルの実用化戦略調査研究では、多様な冷却材(ナトリウム、重金属、ガス、水等)、燃料形態(MOX、金属、窒化物等)及び出力規模等からなる技術選択肢を摘出・整理し、軽水炉に比肩する経済性を有する実用化時代の高速増殖炉プラント概念を検討している。平成13年度ガス炉の概念に関する研究においては、フェーズIの最終年度として、 1)ピン型燃料炭酸ガス炉、2)ピン型燃料ヘリウムガス炉(ガスタービン発電)、3)被覆粒子燃料ヘリウムガス炉、の各ガス炉プラント概念の課題について検討を行い、 3概念の中から有望な候補概念を選定した。本報告書は、各ガス炉プラント概念の平成13年度検討結果及び有望な候補概念の選定についてまとめたものである。検討の結果は以下の通りである。1)炭酸ガス炉、ヘリウムガス炉共に一部を除き開発目標を達成可能な見通しである。建設単価は同程度であるが、所内負荷率、熱効率の点からはヘリウムガス冷却方式の方が有利と考えられる。さらに、ヘリウムガス炉には高温熱利用という特徴を活用できる利点がある。2)ヘリウムガス炉の燃料形態として被覆粒子型とピン型の検討を行ってきたが、被覆粒子型の方が安全性と炉心性能の観点で有利と考えられる。以上より、開発課題の技術的成立性の見通しについては炭酸ガス炉がヘリウムガス炉より高いが、経済性の観点から達成可能なレベルがナトリウム炉を上回ることは困難であることも合わせて、「被覆粒子燃料ヘリウムガス炉」をガス炉の有望な候補概念として選定した。
島川 佳郎; 新部 信昭; 堀 徹; 藤井 正; 木曽原 直之; 内田 昌人; 近澤 佳隆
JNC TY9400 2002-007, 62 Pages, 2002/05
JNC-TY9400-2002-007.pdf:3.62MB
実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、 経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却大型炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。本研究のフェーズIIでは、アドバンスト・ループ型炉をベースとしたNa冷却大型炉の予備的な概念設計を進め、実用炉としての魅力と優位性を持ったプラント概念に仕上げ、フェーズII終了時の候補概念の絞込みに供する計画である。本資料は、フェーズII初年度に当たる平成13年度に実施したNa冷却大型炉設計研究の成果をまとめたものである。平成13年度の設計研究では、アドバンスト・ループ型炉をベースにNa冷却大型炉のプラント概念を構築し、主要設備の基本仕様を設定した。また、安全性、構造健全性及び熱流動に関する成立性評価を行って概念成立性を検討するとともに、運転・保守補修性の検討、経済性評価等を実施した。 本研究の結果、経済性目標(建設コスト20万円/KWe以下、等) を満足し、概念成立性に関する基本的に見通しを有するNa冷却大型炉のプラント概念が構築された。今後は、要素試験の成果等を適宜反映しつつ予備的概念設計を進め、プラント基本概念を明確化するとともに、概念成立性の見通し、経済性目標達成見通しを確たるものとして行く計画である。
島川 佳郎; 新部 信昭; 堀 徹; 藤井 正; 木曽原 直之; 内田 昌人; 近澤 佳隆
JNC TY9400 2002-006, 94 Pages, 2002/05
JNC-TY9400-2002-006.pdf:4.66MB
実用化戦略調査研究フェーズIにおいて、 経済性目標を初めとする設計要求を満足する可能性のある有望なNa冷却中型モジュール炉概念として、アドバンスト・ループ型炉が抽出された。本研究のフェーズIIでは、アドバンスト・ループ型炉をベースとしたNa冷却中型モジュール炉概念の予備的な概念設計を進め、実用炉としての魅力と優位性を持ったプラント概念に仕上げ、フェーズII終了時の候補概念の絞込みに供する計画である。本資料は、フェーズII初年度に当たる平成13年度に実施したNa冷却中型モジュール炉設計研究の成果をまとめたものである。フェーズI で構築したNa冷却中型モジュール炉概念は、その建設コストがNa冷却大型炉に比べて約10% 高かったことから、平成13年度の設計研究では、アドバンスト・ループ型炉をベースに新たな合理化アイデアを盛り込み、経済的に大型炉に匹敵し得ると考えられる中型モジュール炉概念を再構築した。また、再構築した概念について主要設備の基本仕様を設定し、安全性、構造健全性及び熱流動に関する成立性評価を行って概念成立性を検討するとともに、運転・保守補修性の検討、経済性評価等を実施した。本研究の結果、経済性目標(建設コスト 20万円/KWe以下、等) を満足し、概念成立性に関する基本的に見通しを有するNa冷却中型モジュール炉のプラント概念が構築された。今後は、要素試験の成果等を適宜反映しつつ予備的概念設計を進め、プラント基本概念を明確化するとともに、概念成立性の見通し、経済性目標達成見通しを確たるものとして行く計画である。
木曽原 直之; 惣万 芳人; 大平 博昭; 笠井 重夫; 此村 守
JNC TN9400 2002-029, 92 Pages, 2002/05
JNC-TN9400-2002-029.pdf:2.38MB
実用化戦略調査研究Na冷却炉(アドバンストリレープ型炉)で採用したIHX/ポンプ合体機器は中心軸にポンプ、その周囲にIHX伝熱管が配置された構造となっている。このため、伝熱管はポンプ回転によって常時振動しているが、合体機器の成立性を評価する上で最も重要とされるのは、伝熱管支持板との接触摩耗(フレッティング摩耗)によって生じる伝熱管の減肉量を把握し、プラント寿命中の健全性を確保しておくことである。本報告書は、FINAS等の計算コードを用いた解析的手法により伝熱管の摩耗量を定量的に評価した結果について述べたものである。解析ではまず合体機器のポンプ軸,隔壁,シュラウド,伝熱管,管板などの振動伝達モデルにより各部の振動振幅や周波数を把握した。次に、これに基づいて伝熱管とバッフル板の接触モデルにより摺動振幅及び接触荷重を算出し、これと伝熱管材料の摩耗定数からプラント寿命中の摩耗量を予測した。特に、ポンプ回転による励振力の大きさ,振動伝達経路,伝熱管と支持板の接触状態などは伝熱管摩耗量への影響が大きく、パラメータ解析を行い保守的な条件での評価を行った。この結果、今回のサーベイ範囲においては伝熱管摩耗量はその許容値よりも十分に小さく伝熱管のプラント寿命中の健全性への見通しを得ることができた。そして、振動試験による振動伝達メカニズムの解明や、3次元モデルによる梁モデルの妥当性の確認など、今後さらに解析モデルの精度向上や詳細な評価を行う予定である。
木曽原 直之; 井川 健一*
JNC TN9400 2002-019, 81 Pages, 2002/05
JNC-TN9400-2002-019.pdf:2.21MB
実用化戦略調査研究Na冷却FBR(アドバンスト・ループ型炉)において冷却系をコンパクト化するために、中間熱交換器(IHX)と1次系機械式Naポンプを合体し、一つの機器とする方策を採用している、このIHX/ポンプ合体機器は中心軸にポンプ、その周囲にIHX伝熱管が配置された構造となっており、1次NaはIHX伝熱管内を下降し、2次Naは管外をジグザグ流で上昇する。 このため、伝熱管はポンプの回転振動や流力振動によって常時振動することになるが、合体機器の成立性を評価する上で最も重要とされるのは、バッフル板との接触摩耗(フレッティング摩耗)によって生じる伝熱管の減肉量を把握し、プラント寿命中の健全性を確保しておくことである。特にポンプ回転振動が伝熱管摩耗に及ぼす影響については、これまで機器合体の前例があまりなかったこともあり、JNC内で十分な検討が実施されていなかった。このため、ポンプ回転を励振源とした場合の伝熱管のフレッティング摩耗量を評価する解析モデルをFINASを用いて作成し、評価を行った。 解析では、まず合体機器のポンプ軸、隔壁、シュラウド、伝熱管、管板などの振動伝達モデルにより各部の振動振幅や周波数を把握した。次に、これに基いて伝熱管とバッフル板の接触モデルにより各部の振動振幅や周波数を把握した。次に、これに基いて伝熱管とバッフル板の接触モデルにより摺動距離及び接触荷重(ワークレート)を算出し、これと伝熱管材料の摩耗定数から伝熱管摩耗量を求めた。この結果、ポンプ振動が励振源の場合、伝熱管摩耗量は許容値よりも十分に小さい値となっていることがわかった。ただし、振動試験による振動伝達メカニズムの解明や、保守的な条件で解析するための十分なパラメータサーベイなど、今後さらに解析モデルの精度向上や詳細な評価を行う必要がある。
島川 佳郎; 大島 宏之; 岡野 靖; 久保 重信; 神山 健司; 水野 朋保; 山館 恵
JNC TN9400 2001-107, 147 Pages, 2001/11
JNC-TN9400-2001-107.pdf:5.26MB
実用化戦略調査研究では、フェーズIにおける検討の結果、ナトリウム冷却炉の有望概念として電気出力1500MWeの大型炉(ツインプラント)及び500MWeの中型モジュール炉(6モジュールプラント)が選定された。経済性評価の結果20万円/kWeという建設コスト目標をクリアできる見通しが得られている。しかしながら中型モジュール炉の建設コストは大型炉に比べ割高であることから、さらなる合理化の必要性が指摘され、フェーズIIにおいて検討されることとなった。それに向けてJNCとして中型モジュール炉の合理化アイデアを創出・検討する場として中型炉概念創出WGが組織された。本WGでは、数多くの新たなる合理化アイデアの抽出、分類、整理及び検討を行うだけでなく、実用化時代の高速炉の設計のために今後特に議論が求められる重要検討項目についても集中的な検討を行っている。本報告書は本WGの活動の成果をまとめたものである。
木曽 芳広; 三枝 利家; 木田 正則; 此村 守; 永沼 正行; 水野 朋保; 林 秀行
JNC TN9400 2001-073, 414 Pages, 2001/06
JNC-TN9400-2001-073.pdf:10.15MB
FBRサイクルの実用化戦略調査研究は、平成11年度から12年度までの検討フェーズ(フェーズ1)において、軽水炉システムと比肩する経済的競争力を有する可能性があると考えられる複数のFBRサイクルの候補概念のうち、ガス炉システムについて、1)ピン型燃料炭酸ガス炉、2)ピン型炉燃料ヘリウムガス炉 (蒸気発電、ガスタービン発電)、3)被覆粒子燃料ヘリウムガス炉の各概念の予備検討を実施した。本報告書は、被覆粒子燃料ヘリウムガス炉について、平成12年3月までの検討状況をまとめたものである。被覆粒子燃料ヘリウムガス炉は、被覆粒子燃料、耐熱材料による高温化で、高効率の直接ガスタービン発電を可能とし、高温化と負のドップラー効果、自然循環冷却により炉心溶融回避を目指し、 CDA対策を必要とせず、モジュール化、ツインユニット化等の合理的なプラント設計で安全性と経済性を追求した概念である。検討の結果、炉心性能は十分なものではないが、安全性は立つ性される見通しが得られた。また、経済性は、目標値よりわずかに高い程度であり、目標達成の可能性がある。なお、特に、被覆粒子燃料、燃料集合体についてはさらなる検討が必要である。
梅津 陽一郎
JNC TN9400 2000-083, 78 Pages, 2000/07
JNC-TN9400-2000-083.pdf:2.95MB
高速増殖炉の実用化のためには、軽水炉やその他発電システムと競合できる経済性を獲得することが必要である。そのためには、安全系に対しては物量を削減し、なおかつ必要十分な信頼度を確保することが重要である。本研究では、実用化戦略調査研究において検討されている、ループ数及びサポート系統数の削減が図られた大型ナトリウム冷却高速炉3概念について、それぞれシステムモデルを作成し、フォールトツリー手法によってPLOHS(Protected Loss Of Heat Sink)シーケンスの発生頻度を算出した。この評価では、国内軽水炉の運転経験を基に作成された機器故障率データを活用することで、より現実的な評価を行うこととした。その結果、以下の結論を得た。・本研究で取り上げた3種類の候補概念は、共通要因故障が排除されているという条件下で、内的事象に起因するPLOHSシーケンスの発生頻度は、設計ベースの評価で10のマイナス6乗/炉年未満を達成する見通しを得た。また、支配的な事象重ね合わせの整理を行い、系統的な分析を加えることにより、信頼度向上に有効な知見をまとめた。・設計マージンを見込む案として、自然循環除熱の評価値を100/3%3ループから50%3ループ又は25%4ループから100/3%4ループヘと増加させて崩壊熱除去に成功する条件を緩和した場合の信頼度評価を実施した。その結果、PLOHSシーケンス発生頻度が設計ベースの評価と比較して1桁程度小さくなることを確認した。
三原 隆嗣; 江沼 康弘; 田中 良彦; 梅津 陽一郎; 一宮 正和
JNC TN9400 2000-079, 189 Pages, 2000/07
JNC-TN9400-2000-079.pdf:5.94MB
中長期事業計画を受けて、平成11年度から本格的に開始したFBRサイクルの実用化戦略調査研究では、多様なFBRプラントの技術選択肢について検討を実施している。本報告書は、これらの技術選択肢の内、重金属冷却高速炉概念について検討を実施し報告するものである。今年度は、大型鋼製炉容器鉛冷却炉、大型ポンド式炉容器鉛冷却炉、中型モジュールタンク式鉛冷却炉及び中型モジュールタンク式鉛一ビスマス冷却炉の4概念を検討し以下の結論を得た。・大型炉タンク方式概念は、冷却材の比重が大きいことから荷重条件が厳しくなり、重量過大となることで経済性のメリットが見いだせない。・ポンド式の概念では、ISIを考慮したコンクリート断熱層の重量が過大・ループ式の概念では配管引回し等は困難、トップエントリ方式もトリチェリ真空防止でカバーガス圧が過大となり成立性見込なし。解として2重管スライドジョイント方式を選定したが防蝕被膜との両立性に難あり・中小型モジュール方式では、NSSS物量は現在概念設計を実施しているナトリウム冷却炉に比較してまだまだ過大であるものの、今後の研究の進展により物量の削減を図れる見通しである。・ビスマス資源量は有意な問題とはならないと考えられるものの、価格については今後も検討が必要。以上の検討結果により、2000年度に検討する有望な炉型として中型Pb-Biタンク型炉を選定した。
早船 浩樹; 島川 佳郎; 石川 浩康; 小林 順; 久保田 健一; 笠井 重夫
JNC TN9400 2000-107, 156 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2000-107.pdf:5.98MB
本検討では、経済性向上と安全性向上が同時に実現可能なアイデアを創出し、実用化戦略調査研究フェーズIの「有望な候補概念の抽出」に供するために、種々の2次系簡素化概念を幅広く検討し、それらの概念について技術的成立性、経済性、安全性を評価した。概念検討では、以下の方針に基づいて2次系簡素化概念を検討した。(1)Na-水反応の反応影響を大幅に緩和することにより2次系を簡素化する。(2)新型SGの採用によってNa-水反応を排除する。(3)水以外の作動流体を用いる発電システムによりNa-水反応を排除する。検討の結果、12種類の2次系簡素化実用化候補概念と、3種類の革新的発電システムを摘出した。これらの候補概念について、評価を行った結果、以下の見通しを得た。(1)Pb-Bi熱媒体ヘリカルコイル分離配置自然循環型SG又は固体銅熱媒体型SG概念を採用することにより、Na-水反応を排除することが可能である。(2)新型SGによる建設コスト低減効果は05%程度と予測される実用化のためにはさらなるコスト低減のアイデアが必要である。(3)新型SGは機器の単体重量が大きくなり、輸送及び現地での設置工事の重量制限が機器容量の制限となる可能性がある。これらの評価結果は、H12年度に実施される2次系簡素化概念の検討成果と併せて比較検討され、有望な候補概念が抽出される予定である。
川崎 信史; 宇野 修; 三枝 利家; 此村 守; 笠井 重夫; 一宮 正和
JNC TN9400 2000-085, 99 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2000-085.pdf:5.85MB
実用化戦略調査研究においては、FBRサイクルシステムの経済性目標5円/kWh(プラント耐用年数で原価償却)を達成することを目標に、各種の高速増殖炉プラントの革新的概念の検討が進められている。この目標を達成するために、FBRプラントの建設コストは、150万kWe級プラントで約20万円/kWe以下とすることが期待されている。平成11年度のFBRプラントの経済性目標達成度の検討として、建設コスト削減シナリオの検討、ナトリウム冷却大型炉の建設コスト予測、建設コスト評価コードSCES-FBRによるナトリウム冷却炉の建設コスト評価、及びこれらに伴うプラント物量データのデータベース化を行った。得られた主な成果は以下のとおりである。1.各種の冷却材のプラントに対し、建設コスト低減のシナリオを検討し、適用可能なコスト低減技術を抽出した。2.実証炉フェーズI設計とナトリウム大型炉事前検討の物量の比較、及び実証炉建設コストに基づくナトリウム大型炉の建設コスト予測の結果から、NSSS主要機器の鋼材物量約2,500トン以下が、建設コスト目標、(約20万円/kWe以下)を達成する目安となることを示した。3.SCES-FBRによる平成11年度設計のナトリウム大型炉の建設コスト評価結果から、これらのプラントは建設コストの目標を達成するポテンシャルを有していることが示された。また、ツインプラント化やループ数削減の建設コスト低減効果は、ナトリウム大型炉の場合、それぞれ約2.3万円/kWe及び0.6万円/ループであると推定した。
新部 信昭; 島川 佳郎; 石川 浩康; 早船 浩樹; 久保田 健一; 笠井 重夫; 一宮 正和
JNC TN9400 2000-074, 388 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2000-074.pdf:13.32MB
ナトリウム冷却大型炉については、国内外に多くの研究・運転実績があり、これに基づく豊富な知見がある。本実用化戦略調査研究では、ループ型炉1概念、タンク型炉3概念について経済性向上を主眼にプラント基本概念の検討を実施した。具体的なコストダウン方策としては、ナトリウムの特長を活かした機器の大型化、系統数削減、機器の集合・合体化などを採用している。これらの革新的な設計については、その技術的成立性に関して更なる確認を必要とするが、いずれの炉型においても経済性目標(20万円/kWe)を達成できる見通しが得られた。また、ナトリウム炉の更なる経済性向上策として、以下の項目を抽出しコストダウンの可能性を検討した。・更なる高温・高効率化追求・建設工期短縮・検出系高度化による安全系局限化・SG-ACS
小江 秀保; 木曽 芳広; 小林 順; 梅津 陽一郎; 一宮 正和
JNC TN9400 2000-073, 78 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2000-073.pdf:2.32MB
中長期事業計画に基づくFBRサイクルの実用化戦略調査研究では、平成12年度までの検討フェーズ(フェーズI)において、軽水炉システムと比肩する経済的競争力を有する可能性があると考えられる複数のFBRサイクルの候補概念を具体化し、実用化に向けた開発シナリオを策定する計画である。フェーズIは平成11年7月から本格着手した。原子炉システムについては、各種冷却材を使用する概念の具体化を図り、経済性向上のポテンシャルを評価するとともに、開発課題の摘出・整理を行う。ガスを冷却材として使用する原子炉システムの概念は、A)ピン型燃料炭酸ガス炉、B)ピン型燃料ヘリウムガス炉、C)被覆粒子燃料ヘリウムガス炉の3タイプが候補として考えられている。本年度はA)およびC)に対して以下の項目の検討を実施した。(1)基本仕様の設定(2)炉心・燃料の概念検討(MOX燃料)(3)主要なプラントシステムの概念検討(4)事故時の安全性評価(5)再臨界回避方策概念の検討(6)被覆粒子燃料の再処理技術検討の結果、A)ピン型燃料炭酸ガス炉については、再臨界回避方策概念と炉心性能とのバランスの検討、溶融燃料の長期安定冷却を可能とする設備の成立性確認、大容量ガス循環機の開発等が、またC)被覆粒子燃料ヘリウムガス炉については、被覆粒子燃料開発、燃料集合体開発、ガスタービンの開発等が概念の成立を左右する重要な課題であることが明らかとなった。
久保田 健一; 江沼 康弘; 田中 良彦; 此村 守; 一宮 正和
JNC TN9400 2000-066, 52 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2000-066.pdf:1.82MB
平成11年度より2年間の予定で高速増殖炉サイクルの実用化に向けた調査研究として、「実用化戦略調査研究フェーズI」を実施している。本報告書は、このフェーズIの中間段階、すなわち平成11年度の研究成果をまとめたもので、実用化戦略調査研究において対象としたFBRプラントシステムのうち溶融塩高速炉について技術的成立性及び経済性等の観点から検討を加えたものである。平成11年度は、その他概念の高速炉として流動燃料炉全般を対象として検討に着手し、現時点での知見に基づき軽水炉との燃料サイクルの整合が取れるU-Puサイクルが可能な唯一の高速増殖炉体系として、塩化物溶融塩炉を選定した。次に、溶融塩炉の抱える技術的・経済的な様々な課題を摘出・評価したうえで、塩化物溶融塩炉としての諸特徴を具備した溶融塩燃料組成及びプラント概念を暫定構築し、溶融塩以外の冷却材を使用するプラントと比較評価するため、限られた技術情報を前提として技術的及び経済的成立性について評価し以下の結果を得た。(1)塩化物溶融塩炉は固有の安全性を有し、再処理費や燃料費の著しい合理化効果が期待できる。(2)燃料インベントリと炉心冷却能力はNa冷却炉より劣るため、原子炉及び冷却系機器の物量がNa冷却炉より増加する。(3)溶融塩との共存性のある経済的な構造材料開発の見通しが不明である。以上の結果より、現状では次の検討ステップへの移行は時期尚早と考えられる状況であるとの結論に至った。
神山 健司; 佐々木 誠; 此村 守
JNC TN9400 2000-064, 72 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2000-064.pdf:3.07MB
中長期事業計画を受けて、平成11年度から開始したFBRサイクルの実用化戦略調査研究では、多様なFBRプラントの技術選択肢について検討を実施している。本報告書は、これらの技術選択肢の内、水冷却増殖炉概念について平成11年度に検討を実施した結果を報告するものである。先行する知見を調査し、現行軽水炉プラント技術を利用することを前提に、高ボイド率超扁平炉心により転換比を高めたBWR型炉、冷却材に重水を用い転換比を向上させたPWR型炉及び超臨界圧水の利用によって減速材としての水の密度を小さくし転換比の向上を図ると共に40%以上の熱効率を達成できる超臨界圧軽水冷却高速増殖炉を検討対象として選定した。各概念についてまとめるとともに、これらの概念について実用化目標の4視点(安全性を前提に、軽水炉と比肩する経済性、資源の有効利用、環境負荷低減、核不拡散性強化)及び技術的成立性(構造健全性(含耐震性)、安全性、製作建設性、運転保守性、特有の開発課題)並びに開発の容易性の観点から評価検討を行った。現状の評価では、増殖比1.2程度の高増殖達成は困難であるものの、炉心除熱性の確認を除きその他の項目については大きな課題点を見出していない。さらに、検討の最も進んでいるBWR型炉については、本調査検討で対象とした体系に関する核計算手法について妥当性を確認するとともに、設計基準事象に対しても成立する見通しを得たことから、水冷却炉としての増殖炉心が成立し得ると判断した。平成12年度では、水冷却増殖炉の炉心特性、炉心安全性及び経済性評価を実施し、フェーズ1としてプラント概念の成立性に関する結論を得る予定である。
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
JNC TN9400 2000-063, 221 Pages, 2000/06
JNC-TN9400-2000-063.pdf:8.68MB
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。