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沸騰水型原子炉(BWR)と加圧水型原子炉(PWR)、原子力発電機におけるタービンについて

原子力発電 技術士(電気電子) 発送配変電

大前提として、沸騰水型原子炉(BWR)、加圧水型原子炉(PWR)、どちらも減速材と冷却材に軽水を使った軽水炉形原子炉である。

 

沸騰水型原子炉

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核分裂反応による熱エネルギーで軽水を沸騰させ、高温高圧の蒸気として取り出す原子炉のことである。原子炉容器内で「直接」蒸気を作り、その蒸気でタービンを回して発熱を行うため、直接サイクルと呼ばれている。

沸騰水型原子炉は、原子炉容器内に再循環ポンプ、ジェットポンプなど原子炉内の水を強制的に循環するものが備わっている。その循環量の調整によって原子炉の出力調整が可能であるという特徴がある。

沸騰水型原子炉では、原子炉炉心に接触した水の蒸気を直接タービンに導くため周辺設備が放射性物質に汚染されてしまう。その結果耐用年数終了時に放射性廃棄物が加圧水型原子炉よりも多く発生し、廃炉コストが嵩む可能性が高い。また軽水の放射能汚染のため作業員の被曝が加圧水型よりも多い。

 

加圧水型原子炉

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加圧水型原子炉とは、減速材と冷却材に軽水を使った軽水炉形原子炉で、一次冷却系と二次冷却系が蒸気発生器を介して完全にわけられているため、間接サイクルと呼ばれている。核分裂反応による熱エネルギーで、一次冷却水である加圧水(加圧された軽水)を300℃以上に加熱し、一次冷却水を蒸気発生器に通してそこを通る二次冷却水を加熱、沸騰させて高圧蒸気を生成、タービンを回す方式である。

加圧水型原子炉は、一次系統の放射能が二次系統に移行せず放射性物質を一次冷却系に閉じ込めておけるため、沸騰水型原子炉のようなタービン建屋の遮蔽等をせずとも良い。また、タービンや復水器が放射性物質に晒されないため保守時の安全性に優れている。欠点として、沸騰水型原子炉と違い二種類の冷却系間による熱交換ロスが発生する。

 

原子力発電における蒸気タービン 

軽水炉原子力発電においては、蒸気タービンに供給される蒸気は70気圧で285℃程度と、火力発電に比べて蒸気条件が悪い。そのため蒸気の消費量は火力タービンの2倍程度多く必要となり、タービンも大型となる。回転数も低く、50Hz機で1500rpm、60Hz機で1800rpmになっている。