원자력 발전소 알아보기

최근 신한울 3,4 호기 원전 건설이 재개되었습니다. 우리나라는 원자력발전소 보유국이자 신규 건설도 시작되었습니다. 이제는 우리 삶에 밀접하게 관련이 있는 원자력 발전소의 원리 및 구성에 대해 알아보도록 하겠습니다. 원자력 발전소는 핵분열을 통한 열에너지를 사용하여, 증기발생기에서 증기를 생산하고, 증기터빈발전기를 돌려 전기를 생산하는 방식입니다. 

 

원자력 발전소란? 

원자력 발전소는 핵분열을 이용하여 전기를 생산하는 발전소입니다. 핵반응을 통해 나오는 에너지를 사용하여 에너지 변환을 통해 전기를 생산하는 곳입니다. 화력발전소와 동일하게 물-증기를 매체로 랭킨 사이클을 사용합니다. 다만 화력발전소는 가스나 석탄, 오일 같은 화석연료를 연료로 사용하고, 원자력 발전소는 핵연료를 사용한다는 점이 다릅니다. 우리나라에서는 우라늄 235를 농축시켜서 연료로 사용합니다. 또한 원자력 발전소에서는 온실가스의 배출이 거의 없다는 점에서 최근 친환경에너지로 각광받고 있습니다.  

 

핵연료에서 생기는 에너지는 화석연료에 비해 수백만 배에 이르기 때문에, 훨씬 적은 연료가 사용되며, 연료를 비축하는데도 공간이 많이 들지 않습니다. 오히려, 핵연료는 엄청난 에너지를 내뿜을 수 있고, 또 방사성 물질을 내보내기 때문에 사고를 사고를 예방하고, 발생하더라도 결과를 완화시키는 다양한 안전장치와 제어장치가 설치됩니다. 다양한 형태의 원자력 발전소가 있지만, 가장 많이 설치되고 검증된  노형은 가압경수로입니다. 

 

 

원자력 발전소의 구성 

원자로는 가장 잘 설계되어야 하는 중요한 설비입니다. 원자로에서 핵분열을 통해 에너지가 발생되고 이 에너지는 원자로를 흐르는 물의 온도를 높입니다. 원자로를 흐르는 물을 냉각수라고 하는데, 높은 온도의 냉각수는 증기 발생기로 향합니다. 증기발생기에서 발전에 사용되는 2차 계통의 급수가 공급되면 높은 온도의 냉각수가 2차 계통 급수와 열교환을 통해 냉각수는 온도가 낮아지고 2차 계통 급수는 증기로 상변화를 하게 됩니다. 2차 계통의 증기는 증기터빈으로 공급되어 증기터빈을 돌리고 증기터빈에 연결된 발전기는 전기를 생산합니다. 증기터빈을 통과한 증기는 복수기에서 바닷물과 냉각하여, 다시 급수가 되어 증기발생기로 공급되고, 바닷물은 온도가 조금 높아진 상태로 다시 바다로 방류됩니다. 즉, 원자로에서 발생된 열은 증기터빈을 돌리고 최종적으로는 바다로 해소됩니다. 

 

원자력발전소는 하단의 그림에서처럼 1차, 2차 계통으로 구분됩니다. 1차 계통은 프라이머리 시스템이라고 하며, 핵증기공급시스템을 포함하여, 그와 관련된 계통 위주로 구성되어 있습니다. 핵증기공급시스템은 원자로와 증기발생기 등을 포함하여, 가장 중요한 기기들이 포함되어 있습니다. 관련 내용은 아주 복잡하여 별도의 글에서 다시 설명하도록 하겠습니다. 

 

2023.12.26 - [산업의 이해] - 원자력 1차 계통 - 핵증기공급계통, 원자로냉각재 계통

원자력 1차계통 - 핵증기공급계통, 원자로냉각재 계통

 

2차 계통은 전력생산과 관련된 계통으로 터빈 발전기, 복수기, 급수가열기 등이 여기에 해당합니다. 2차 계통은 증기를 이용하여 터빈발전기를 돌리고, 다시 증기발생기로 공급되기 위한 급수 조건을 만드는 것과 관련된 설비가 주를 이룹니다.

 

 

원자력발전소 1/2차계통

 

원자력 발전소의 특징

원자력발전소는 건설 및 허가에 매우 오랜 시간이 필요한 것이 특징입니다. 원자력발전소는 건설 및 허가에 매우 오랜 시간이 필요한 것이 특징입니다. 기획단계부터 실제 설치되어 돌아가기까지 약 10년 정도 걸린다는 것이 정설입니다. 또 원자력 발전의 경우 발전용량이 기본 1000MW 이상으로 매우 크기 때문에  건설단가가 천문학적입니다. 대신 발전양이 많고 연료비가 싸서 발전단가는 매우 저렴한 편입니다. 원자로의 경우 잦은 기동이 쉽지 않습니다. 따라서 기저 부하로 주로 사용되곤 합니다. 기저부하는 특정 시간 동안 최소한의 예상 부하를 나타냅니다. 이는 전력 공급체가 일상적인 운영을 유지하고 안정적인 전력을 제공하기 위해 항상 고려해야 하는 최소한의 전력 수요를 의미합니다. 온실가스 등은 거의 내뿜지 않는 친환경 에너지원으로 분류될 수 있지만 방사능이라는 무시무시한 물질을 다루기 때문에, 매우 보수적인 설계를 하는 것이 특징입니다. 인허가 및 운영 허가 규제가 복잡하고 보수적인 것도 특징입니다.

 

이상으로 원자력 발전소에 대해 알아보았습니다.