Most of previous High Temperature Gas-cooled Reactor (HTGR) systems were generally designed and planned to be constructed in a medium size reactor (around 600MWe power output). This thesis is exploring the potential of very small modular type HTGR with a special attention given to the power conversion system. HTGR can be suitable for a small modular reactor application due to its relatively less challenging feature to achieve passive safety while easy to adopt an air-cooled Brayton cycle for a power conversion system. However, as the size of the power system decreases the consisting component performance usually degrades and the final effect on the total system performance was not seriously studied before for a small size HTGR system. 20MW thermal power reactor was chosen for this study to investigate how Supercritical Carbon Dioxide (S-CO2) and helium Brayton cycle performance can be affected by the component level performance and how the optimal operating condition shifts when the system size reduces. The discussion of component design that can deliver assumed performance for the cycle estimation will be briefly presented as well. Furthermore, in this study, the validation and verification of the gas system transient analysis code GAMMA+ was carried out by utilizing the experimental data of the S-CO2 compressor test facility called SCO2PE (Supercritical CO2 Pressurizing Experiment).
지금까지 수행된 고온가스로(HTGR) 시스템의 연구는 대부분 중형 발전 시스템을 목표로 설계 및 연구되었다. 하지만 점차적으로 소형 발전 시스템을 위한 고온가스로에 대한 관심이 증가하고 있기 때문에 본 논문은 이에 대한 연구를 수행한 것이다.
고온가스로는 피동 냉각에 유리한 것이 장점임으로 소형 발전 시스템으로 제작될 경우 완전 비동 냉각이 가능하기 때문에 지리적인 제약이 줄어들어 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 또한 고온을 바탕으로 높은 효율을 얻을 수 있는 것이 장점이라 할 수 있다. 따라서 많은 연구기관에서 고온가스로 타입 소형 발전 시스템에 대한 연구를 수행중이다. 하지만 시스템이 소형화 될수록 주요 구성기기의 사이즈 또한 줄어들게 되는데 이에 대한 전체 동력 변환 시스템의 성능 분석 및 설계는 현재까지 집중적으로 수행된바가 없다. 따라서 본 논문에서는 고온가스로 타입 소형 발전시스템의 동력 변환 시스템에 대한 연구의 일환으로, 시스템의 소형화에 따른 초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클과 헬륨 브레이튼 사이클의 성능 계산 및 최적 운전조건 변화에 대한 연구를 수행했다. 또한 소형화에 따른 주요 구성기기 디자인에 대한 연구도 간략하게 수행했다.
초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클의 운전을 위해서는 임계점 근처에서 압축이 중요한 이슈이기 때문에 이에 대한 실험을 본 연구실에 구축된 초임계 이산화탄소 압축 테스트 설비인 SCO2PE를 통해 수행했고, 이를 바탕으로 고온가스로 천이해석 코드인 GAMMA+를 수정하여 초임계 이산화탄소 사이클의 천이분석 결과와 비교했다.
