JP2002071884A - 軽水炉原子力発電設備及びそれを使用する方法 - Google Patents

軽水炉原子力発電設備及びそれを使用する方法

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JP2002071884A
JP2002071884A JP2000257638A JP2000257638A JP2002071884A JP 2002071884 A JP2002071884 A JP 2002071884A JP 2000257638 A JP2000257638 A JP 2000257638A JP 2000257638 A JP2000257638 A JP 2000257638A JP 2002071884 A JP2002071884 A JP 2002071884A
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water reactor
nuclear power
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light water
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Tetsuyoshi Ishida
哲義 石田
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Hokuriku Electric Power Co
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Hokuriku Electric Power Co
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全性を確保した過熱蒸気発生装置を設置し
た軽水炉原子力発電設備及びそれを使用する方法を提供
することである。 【解決手段】 電気ヒータ(9)への通電による熱エネ
ルギーが蓄えられた蓄熱槽(2)内の伝熱管(P)に、
原子炉(1,11)の熱エネルギーで発生させた蒸気を
通して過熱蒸気とし、その過熱蒸気を蒸気タービン
(3)に供給して発電機(7)を駆動することを特徴と
する軽水炉原子力発電設備。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽水炉原子力発電
設備の出力を増加させる技術及びそれを使用する方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の軽水炉原子力発電設備は、沸騰水
型又は加圧水型のいずれにおいても、飽和蒸気を蒸気タ
ービンに供給して発電しているため、過熱蒸気を蒸気タ
ービンに供給している火力発電設備に比べて、熱効率が
低かった。
【0003】従来の沸騰水型軽水炉原子力発電設備の熱
効率を数字を挙げて説明する。図3のエンタルピ・エン
トロピ線図に示すように、点a、b、d、eは、沸騰水
型原子炉、蒸気タービン、復水器、ブースターポンプの
入口における水又は蒸気の状態である。このとき系内を
循環する蒸気流量1kg当たりの発電量は、蒸気タービ
ンの入口と出口のエンタルピ差で与えられ、以下の計算
式から概略102kcal/kgになり、発電効率は1
6.5%になる。従って、熱効率は、火力発電設備の約
40%に比べて低い。 発電量=662−560=102kcal/kg 消費エネルギー=662ー45=617kcal/kg 発電効率=(102/617)×100=16.5%
【0004】熱効率が低い原因は、過熱蒸気を発生する
装置がないことにある。ところが、軽水炉原子力発電設
備では、運転トラブルに結びつくような装置の設置が抑
制されており、過熱蒸気発生装置として安全性を確保し
た有効なものが現状ではなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、安全
性を確保した過熱蒸気発生装置を設置した軽水炉原子力
発電設備及びそれを使用する方法を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
電気ヒータへの通電による熱エネルギーが蓄えられた蓄
熱槽内の伝熱管に、原子炉の熱エネルギーで発生させた
蒸気を通して過熱蒸気とし、その過熱蒸気を蒸気タービ
ンに供給することを特徴とする。
【0007】これは、沸騰水型原子力発電設備、加圧水
型原子力発電設備に適用できる。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の軽
水炉原子力発電設備の使用方法であって、電気ヒータへ
の通電に夜間時間帯の電力を使用することを特徴とす
る。この場合、電気ヒータへの通電には、外部の発電設
備からの電気を利用しても良いし、後述するように発電
機の発電量の一部を利用しても良い。
【0009】請求項3記載の発明は、請求項1記載の軽
水炉原子力発電設備の使用方法であって、電気ヒータへ
の通電量を発電機の発電量の一部とすることを特徴とす
る。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の軽水炉原子力発電設備の
第一実施形態は、沸騰水型であって、図1に示すよう
に、沸騰水型原子炉1、蓄熱槽2内の伝熱管P、蒸気タ
ービン3、復水器4、ブースターポンプ5を導管6で順
次接続して循環経路を形成し、蒸気タービン3によって
発電機7を駆動する。
【0011】蓄熱槽2は、内部に充填した蓄熱材8に電
気ヒータ9と伝熱管Pを通してある。伝熱管Pの伝熱面
積を十分に広く設定すれば、蓄熱槽2から発生する蒸気
温度が蓄熱材8の温度にほぼ等しくなる。従って、発生
蒸気温度を一定に保つことができ、その温度制御が容易
になる。また、蓄熱槽2は、機械運動する箇所がないこ
とから、運転トラブルは殆ど発生せず、その結果、運転
制御が容易になる。
【0012】蓄熱材8は、良好な熱伝達を可能にするた
めに、マグネシアと硝酸ナトリウム・亜硝酸ナトリウム
・硝酸カリウムの混合剤を用いることが望ましい。マグ
ネシアは、複数の粒度分布を有するものを用いたり、充
填比率を高くすると、熱伝達が向上する。マグネシア
は、容積当たりの蓄熱量が大きく、熱伝導率および輻射
率が大きい特徴がある。硝酸ナトリウム・亜硝酸ナトリ
ウム・硝酸カリウムの混合剤は、約7%、約49%、約
44%の重量比で混合されており、600℃以下の温度
域で安定し、粘度が低く、熱媒体としても適している。
なお、電気ヒータ9から蓄熱材8への加熱を夜間電力を
利用して行うと、電力負荷平準化を推進することが可能
となる。
【0013】発電中に電力の需要量が低下した場合、特
に電力需要が減少する夜間時間帯にには、蓄熱槽2内の
電気ヒータ9への通電に発電機7の発電量の一部を用い
て行うと、余剰電力を有効利用できることに加え、この
軽水炉原子力発電設備の沸騰水型原子炉の出力は100
%で連続で維持しながら、発電所から外部へ供給する電
力を変化できる。
【0014】沸騰水型原子炉1の内部の水は、燃料の核
***に伴う発熱によって飽和蒸気となり、蓄熱槽2内の
伝熱管Pに供給され、過熱蒸気となって蒸気タービン3
に供給される。蒸気タービン3に供給された過熱蒸気は
タービン翼を回転させた後に、復水器4に供給されて水
になり、ブースターポンプ5によって沸騰水型原子炉1
に戻される。
【0015】沸騰水型原子炉1、蓄熱槽2、蒸気タービ
ン3、復水器4、ブースターポンプ5の各入口における
水又は蒸気の状態は、図3のエンタルピ・エントロピ線
図に示すように、点A、点B、点C、点D、点Eで表さ
れる。例えば、点Aは、圧力7MPa、温度約45℃の
水であり、そのエンタルピは45kcal/kg程度で
ある。点Bは圧力7MPaの飽和蒸気であり、そのエン
タルピは662kcal/kg程度である。点Cは、圧
力7MPa、温度500℃の過熱蒸気であり、そのエン
タルピは815kcalである。点Dは、圧力0.01
MPa、乾き度0.9の湿り蒸気であり、そのエンタル
ピは560kcalである。点Eは、圧力0.01MP
aの飽和水であり、そのエンタルピは約45kcalで
ある。点Eで示される水は、ブースターポンプ5によっ
て加圧され、点Aで示される水に戻される。
【0016】循環する蒸気1kg当たりの発電量は以下
の計算式に示すように、蒸気タービン3の入口と出口の
エンタルピ差で表され、225kcal/kgとなる。
この発電に使用されたエネルギーは沸騰水型原子炉1に
おける加熱量及び蓄熱槽2における加熱量の和で表さ
れ、770kcal/kgとなる。このときの熱効率は
33.1%である。 発電量=815−560=255kcal/kg 使用エネルギー=(662−45)+(815−66
2)=770kcal/kg 発電効率=(255/770)×100=33.1%
【0017】従って、第一実施形態は、蓄熱槽2のない
従来のものに比べて、熱効率が約2倍向上する。
【0018】本発明の軽水炉原子力発電設備の第二実施
形態は、加圧水型であって、図2に示すように、蒸気発
生器10と蒸気タービン3の間に蓄熱槽2を配置したこ
とを特徴とする。
【0019】加圧水型原子炉11の内部の水は、核***
に伴う発熱によって高温になり、加圧器12を経た後に
蒸気発生器10に送られ、二次冷却水を加熱し、その
後、循環ポンプ13で加圧水型原子炉11に戻される。
二次冷却水は蒸気発生器10において加熱されて飽和蒸
気となり、蓄熱槽2内の伝熱管Pに供給されて過熱蒸気
となり、その後、蒸気タービン3に供給される。
【0020】
【実施例】蓄熱槽2の実施例を以下に記す。 蓄熱槽の仕様 この蓄熱槽は、1,000,000KWの軽水炉原子力
発電設備に用いられる蓄熱槽の1/20,000の容量
である。 電気ヒータの容量=27KW、蓄熱量=270KW、2
32Mcal 発生蒸気圧力=7MPa、有効蓄熱温度=300〜50
0℃ 熱出力=40KW、静置時の温度低下=0.4%/時 蓄熱材=外径7〜10mmのマグネシア1200kg、
外径1mm未満のマグネシア600kg、硝酸塩400
kg 伝熱管はステンレス鋼管であり、外径15.9mm、肉
厚1mm、長さ82mである。
【0021】電気ヒータ9を10時間通電して蓄熱した
蓄熱槽2から蒸気を取り出す時の蓄熱材温度と、発生蒸
気温度と、出熱量の変化は図4に示す通りであった。
【0022】発生蒸気温度は、出熱から4時間まで一定
に保持され、5時間まで徐々に低下し、その後急激に低
下した。蒸気温度の低下が始まる時間と、伝熱管出口近
傍の蓄熱材の温度低下が始まる時間は一致している。
【0023】蓄熱材の温度は、まず出熱開始と共に伝熱
管近傍の蓄熱材温度が低下し、出熱から2時間30分後
に中央近傍の蓄熱材温度が低下を始め、4時間後に出口
近傍の蓄熱材温度が低下を始める。
【0024】
【発明の効果】請求項1記載の発明は、機械的な運動を
せず運転トラブルが殆ど発生しない蓄熱槽を、過熱蒸気
発生装置として用いたので、安全性を確保しつつも発電
効率を向上できる。
【0025】請求項2記載の発明は、蓄熱槽の加熱を夜
間時間帯に行い、昼間時間帯に蓄熱槽内に蓄えられた熱
を利用して発電すれば、電力負荷平準化に寄与する。
【0026】請求項3記載の発明は、蓄熱槽内の電気ヒ
ータへの通電に発電機の発電量の一部を用いて行うと、
発電中に電力の需要量が低下した場合、特に電力需要が
減少する夜間時間帯の場合には、余剰電力を有効利用で
きることに加え、この軽水炉原子力発電設備の原子炉の
出力は100%で連続で維持しながら、発電所から外部
へ供給する電力を変化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の軽水炉原子力発電設備の第一実施形態
を示す説明図である。
【図2】本発明の軽水炉原子力発電設備の第二実施形態
を示す説明図である。
【図3】第一実施形態と従来品を比較したエンタルピ・
エントロピ線図である。
【図4】蓄熱槽の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 沸騰水型原子炉 2 蓄熱槽 P 伝熱管 3 蒸気タービン 7 発電機 9 電気ヒータ 11 加圧水型原子炉

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気ヒータ(9)への通電による熱エネ
    ルギーが蓄えられた蓄熱槽(2)内の伝熱管(P)に、
    原子炉(1,11)の熱エネルギーで発生させた蒸気を
    通して過熱蒸気とし、その過熱蒸気を蒸気タービン
    (3)に供給して発電機(7)を駆動することを特徴と
    する軽水炉原子力発電設備。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の軽水炉原子力発電設備の
    使用方法であって、電気ヒータ(9)への通電に夜間時
    間帯の電力を使用することを特徴とする軽水炉原子力発
    電設備の使用方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の軽水炉原子力発電設備の
    使用方法であって、電気ヒータ(9)への通電量を発電
    機(7)の発電量の一部とすることを特徴とする軽水炉
    原子力発電設備の使用方法。
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