In this study, the preliminary conceptual design of a 1500 MWe pressurized water reactor (PWR) with annular fuel has been performed. This design is derived from the AP1000 which is a 1000 MWe PWR with two-loop. However, the present design is a 1500 MWe PWR with three-loop, passive safety features and extensive plant simplifications to enhance the construction, operation, and maintenance. The preliminary design parameters of this reactor have been determined through simple relation to those of AP1000 for reactor, reactor coolant system, and passive safety injection system. Using the MATRA code, we analyze the core designs for two alternatives on fuel assembly types: solid fuel and annular fuel. The performance of passive safety systems is evaluated through the accident of the cold leg break in the core makeup tank loop by using MARS2.1 code.
This study presents the developmental strategy, preliminary design parameters and safety analysis results.
본 연구에서는 3회로1500 MW급 피동형 가압 경수로에 대한 개념 설계가 제시되었다. 3 회로 1500MW급 피동형 가압 경수로의 개념은 Westinghouse사에서 개발된 AP1000 설계에 기초하여 원자로 냉각재 계통의 한 회로를 더하여 출력 증가를 꾀하였다. 먼저 원자로 및 원자로 냉각재 계통 그리고 피동형 안전 설비들에 대한 설계 변수들은 간단한 용량 계산이나 공학적 판단에 의해 결정하고 이 설계 변수들에 기초하여 안전성 분석을 수행하였다.
원자로 노심의 엔탈피와 유동 분포를 계산하기 위해 노심 부수로 해석 코드인 MATRA 코드를 사용하였다. 기존의 Westinghouse형과 새로운 형태의annular 형의 두 가지 핵연료집합체를 모두 고려하여 노심에서의 안전성을 평가해보았다. 그 결과 annular 형의 핵연료집합체로 이루어진 노심의 경우 기존 형태의 핵연료집합체로 이루어진 경우보다 출력 밀도를 크게 높일 수 있었고 안전 여유도도 증가하는 것을 알 수 있었다.
또한 피동형 안전 설비들의 성능을 평가하기 위해서 계통 분석 코드인 MARS2.1 코드를 사용하여 SBLOCA시 예비 안전성 분석을 수행하였다. 안전성 분석 결과, 가장 중요한 평가 기준인 첨두 피복재 온도가 635 K로 안전 요건에 비하여 충분한 안전 여유도를 가졌고 사고시 피동형 안전 계통의 성능 보장을 확인하였다.
본 연구에 의해 설계된 원자로가 더 큰 신뢰도를 확보하려면, 상세한 설계 변수가 결정된 후에 여러가지 경우의 사고에 대한 안전성 분석과 경제적인 타당성에 대한 분석 및 확률론적인 안전성 평가들이 수행되어야 할 것이다.
