A hybrid safety injection tank (H-SIT), which can enhance the capability of an APR+ during accident situations, is suggested as one of the useful alternatives of an active injection system. An operation strategy of an H-SIT should be investigated to achieve maximum utilization of its function. Based on the characteristics of an H-SIT, an H-SIT can be used in two kinds of accident. Those are an Station Black Out (SBO) and a combined accident. In the case of SBO, applicable scenarios of an H-SIT are developed by using a flow chart with proper indications. The results of analysis indicate that an H-SIT can be used in all situations of an SBO. In the case of a combined accident, identification factors which help to define phenomena clearly are determined before development of applicable scenarios in which an H-SIT should be used since combined accidents are too complex to analyze. In this study, a master logic diagram and an analysis for identifying differences between an H-SIT and a safety injection pump are used to determine the identification factors. A classification and decision process are additionally used with identification factors to develop applicable scenarios of an H-SIT. The results of analysis indicate that an H-SIT can mitigate five failure scenarios, namely, failure of a safety injection pump, a passive auxiliary feedwater system, a depressurization system, a shutdown cooling pump, and a recirculation system. Based on applicable scenarios, the best timing for the use and the best flow amount of an H-SIT were analyzed using a MARS code in both accidents. The results of a thermo-hydraulic analysis demonstrates that when an H-SIT is used at the best operation timing with the best flow, an allowed time for the recovery can be largely extended compared with the same situations in which an H-SIT is not used. Increase of an allowed time has a great effect on increase of the recovery probability of a failed component, hence it decreases a core damage frequency (CDF) significantly.
후쿠시마 사고 이후, 효과적 SBO 사고 완화와 또 다른 중대사고 발생 방지를 위해 피동계통의 사용이 제안되었고 현재 많은 연구가 진행 중에 있다. 하지만 이렇게 연구 된 피동 계통이 기존 발전소에 적용되었을 때, 기존 발전소는 주로 대다수의 능동 계통으로 구성 되어 있어 이를 운전하는 운전전략 역시 능동 계통에 초점이 맞춰져 있다. 그렇기 때문에 피동 계통을 기존 운전전략으로 운전하는 것은 그 효율성 측면에 있어 많은 손해가 있다. 그렇기 때문에 본 연구에서는 피동계통이 기존 발전소에 적용 되었을 때 사용할 수 있는 효과적 운전전략을 제시하기 위해 피동계통과 능동계통의 병행운전에 초점을 맞춰서 새로운 운전전략 수립의 방법론을 제시하고 실제로 그 운전전략을 수립해 보았다.
효과적 운전전략을 수립하기 위해 본 연구에서는 추후 APR+계통에 적용될 피동 계통인H-SIT 계통을 대상 계통으로 선정하고 이 계통과 능동계통과의 병행운전전략을 수립해 보았다. 우선 고압사고에서 사용할 수 있다는 점과 피동계통이라는 H-SIT의 특징들을 기반으로 하였을 때에 H-SIT의 사용은 단일 사고로는 SBO 사고에서 그리고 복합사고에서 그 쓰임이 유용할 것으로 판단 되어짐으로 이 두 사고에 초점을 맞춰서 좀 더 세부적 운전전략을 수립해 보았다.
우선, SBO사고에서는 flow chart를 사용한 분석을 수행해 본 결과 총 4가지의 경우에서 H-SIT를 사용할 수 있을 것이라는 결론을 도출할 수 있었고 각각의 케이스 별로 최적 운전시간과 유량을 코드 분석을 통하여 도출을 해내었다. 코드 분석 결과, H-SIT의 효과적 사용으로 인하여 노심손상시간이 각각의 경우 별로 적게는 4,000초 많게는 10,000초까지 연장할 수 있음을 알 수 있었고 이로 인해 발전소의 고장 난 밸브의 복구 확률이 기존 대비 최대 25%까지 증가할 수 있음을 알 수 있었다. 이는 또한 발전소의 노심손상빈도에도 영향을 미쳐 해당 시나리오 별로 노심손상빈도가 적게는 16%에서 많게는 27%까지 감소함을 확인 할 수 있었다.
복합사고의 경우, classification logic을 통하여 분석한 결과 총 8가지의 케이스에서 H-SI가 사용될 수 있음을 알 수 있었고 좀 더 상세하게 보자면 안전주입펌프, 피동 보조급수계통, 감압계통, 정지냉각펌프, 순환시스템 이 다섯 가지의 계통들의 고장에서 H-SIT효과적으로 사용 될 수 있음을 알 수 있었다. 또한 복합사고에서 역시 각각의 케이스 별로 최적의 운전 시간과 유량을 코드 분석을 통하여 도출하였는데 분석 결과, H-SIT의 효과적 사용으로 인하여 노심손상시간이 case 5와 7의 경우 대략5,500초 정도를 연장할 수 있음을 알 수 있었고 이로 인해 발전소의 고장 난 밸브의 복구 확률이 기존 대비 최대 31%까지 증가할 수 있음을 알 수 있었다. 이는 또한 발전소의 노심손상빈도에도 영향을 미쳐 해당 시나리오 별로 노심손상빈도가 적게는 24%에서 많게는 32%까지 감소함을 확인 할 수 있었다.
본 연구는 피동계통과 능동계통의 병행운전 전략의 기초를 수립하는데 있어서 그 시발점이 될 것이라 생각하며, 본 연구에서 개발된 운전전략은 추후 APR+의 EOG개발에 있어 유용하게 사용 될 것이다.
