가압수형 경수로(PWR)의 원리와 특징 (전력공학)

 

 

가압수형 경수로(PWR)의 원리

원리

• 열 교환: 가압수형 경수로는 두 개의 주요 순환 시스템으로 구성됩니다. 첫 번째는 원자로 내부의 핵연료에서 발생한 열을 가열하는 "1차 순환 시스템"이며, 두 번째는 이 열을 사용해 터빈을 돌리는 "2차 순환 시스템"입니다.
• 1차 순환 시스템: 원자로 내부에서 물은 높은 압력(약 150~160기압)에서 액체 상태로 유지되며, 핵연료에서 발생한 열을 흡수합니다. 이 고온 고압의 물은 원자로를 통과한 후 열교환기로 이동합니다.
• 2차 순환 시스템: 열교환기에서 1차 순환 시스템의 고온 물은 열을 전달하여 2차 순환 시스템의 물을 증기화합니다. 이 증기는 터빈을 돌려 전기를 생산하며, 터빈에서 에너지를 소모한 후 응축기로 이동하여 물로 다시 변환됩니다.

 

가압수형 경수로의 특징

1. 고온, 고압에서의 작동

• 온도와 압력: PWR은 1차 순환 시스템의 물을 고온(약 300°C)과 고압(약 150~160기압)에서 작동시킵니다. 이는 물이 액체 상태로 유지되며, 열을 효율적으로 전달할 수 있도록 합니다.
• 열 전달: 고온 고압의 물은 원자로 내에서 발생한 열을 효율적으로 운반하고, 열교환기를 통해 2차 순환 시스템의 물을 증기화합니다.

 

2. 높은 안전성

• 물리적 차단: PWR의 원자로 압력 용기와 가압기는 핵연료와 냉각수가 외부와 물리적으로 차단된 구조를 가지고 있어, 방사능 물질의 유출 가능성을 줄입니다.
• 이중 안전 시스템: 1차 순환 시스템과 2차 순환 시스템이 분리되어 있으며, 이중 안전 장치를 통해 안정적인 운영이 보장됩니다.

 

3. 열 효율

• 효율적인 열 변환: 1차 순환 시스템에서의 고온과 고압 조건은 열을 효과적으로 전달할 수 있게 해 주며, 증기와 터빈 시스템의 조합으로 열 효율을 높입니다.
• 전력 생산: 고온 증기를 사용하여 터빈을 돌리고, 이를 통해 높은 열효율로 전기를 생산합니다.

 

4. 복잡한 시스템

• 두 개의 순환 시스템: PWR은 원자로에서 발생한 열을 2차 순환 시스템으로 전달하기 위해 두 개의 독립적인 순환 시스템을 사용합니다. 이로 인해 설계와 운영이 복잡해집니다.
• 열교환기 필요: 1차 순환 시스템의 열을 2차 순환 시스템으로 전달하기 위한 열교환기가 필수적이며, 이를 통해 열 손실을 최소화합니다.

 

5. 강력한 차폐 시스템

• 방사선 차폐: 원자로 압력 용기와 연료 집합체는 방사선 차폐를 강화하기 위해 두꺼운 강철 및 콘크리트로 구성되어 있습니다. 이는 원자로 주변 환경과 인력을 보호하는 중요한 요소입니다.
• 냉각 시스템: 고온의 물이 순환하며 열을 전달하는 냉각 시스템은 효율적이고 안정적으로 열을 관리합니다.

 

6. 재생 가능성

• 핵연료 재활용: PWR에서는 연료의 사용 기간이 끝나면 연료를 재처리하여 재활용할 수 있는 옵션이 있으며, 이는 원자력의 자원 효율성을 높이는 데 기여합니다.