Nowadays, license renewal of nuclear power plants is difficult due to the political, technical, and economical reasons, and the optimum end-cycle strategy has become an interesting and important research topic. In this thesis, commercial cycle optimization strategies considering permanent shutdown have been studied for a Westinghousetype PWR core. Both the conventional equilibrium cycle cores and end-cycle cores for permanent shutdown are considered and compared. Multi-cycle optimizations are mainly focused on the economics and neutronics analysis based on the commercial design criteria. In this work, all the neutronic designs and analyses are done with a licensed design code system (KARMA/ASTRA). A new hybrid strategy coupling 18- and 24-month, and ALPE (Automatic Loading Pattern search Engine) are also introduced to mitigate design challenges for equilibrium cycle cores and end-cycle cores. For the end-cycle optimization, various representative operational scenarios and fuel management schemes have been devised and analyzed. For each end-cycle operational scenario, detailed multi cycle LP (Loading Pattern) designs are performed and an annual total cost is evaluated to find the optimal one. Based on outcomes of the current study, an intuitive and powerful GUI program SCEF (SCEnario Final) system for end-cycles management are newly developed. In addition, a sensitivity study on the cost components for the economics analysis is performed. Finally, realistic optimum strategies applicable to commercial PWRs are introduced as reference results for improving competitiveness and reducing costs in operation.
전세계적으로 70~80년대 상업운전을 시작한 PWR의 수명종료 시기 도래와 최근 정치적/기술적 /경제적 이유로 수명연장 인허가 기준이 강화되는 움직임으로, 수명종료 원전의 최종주기 운영의 관심과 최적화 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 웨스팅하우스형 PWR 노심의 수명종료를 가정한 최종주기 최적화 전략을 분석 평가하였다. 계속운전을 가정한 평형주기 노심과 수명종료를 가정한 최종주기 노심 모두를 고려하여, 다양한 시나리오별 주기운영계획 설정과 장전모형 설계, 핵특성 및 경제성 분석을 수행하였다. 다주기 최적화를 위해 실제 상용 설계시 적용되는 인허가 기준을 적용하였고, KEPCO NF (Nuclear Fuel) 사의 KARMA/ASTRA 코드를 사용하였다. 모든 시나리오 분석결과를 바탕으로 최적 시나리오안을 비교 제시하였고, 이 과정에서 도출된 문제점들을 해결하기 위해서 새로운 접근법인 혼합주기 전략 (Hybrid Cycle Strategy) 및 고유 장전모형 자동화탐색툴인 ALPE (Automatic Loading Pattern search Engine) 방법론을 제시하였다. 본 연구 결과에 기초하여 직관적이고 강력한 최종주기 시나리오 평가용 GUI 프로그램인 SCEF (SCEnario Final) system 시스템이 새롭게 개발되었으며, 경제성 인자의 민감도 평가도 추가적으로 분석하였다. 결론적으로 실제 원전운영에 직접 활용할 수 있는 최종주기를 고려한 최적 주기전략들이 도출되었고, 이 결과들은 발전경쟁력 향상과 운영단가 감소를 위한 참고자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
