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[에너지 지식백과] 원자력편 ㉓ 1차계통 & 2차계통

[에너지 지식백과] 원자력편 ㉓ 1차계통 & 2차계통

1차계통 & 2차계통
[(primary system & secondary system]

[한줄 정리]
1차계통: 원자로를 직접적으로 둘러싼 기기 및 설비
2차계통: 터빈, 발전기를 중심으로 한 각종 기기와 설비

원전 설비는 크게 2가지 계통으로 나뉜다. 가장 기본적인 1차계통과 부차적인 2차계통이다.

원자력 발전방식은 열을 이용해 액체를 기체로 만들어서 그 증기압을 이용해 터빈을 돌리는 방식이다. 따라서 열원, 끓여서 증기압을 만들 액체, 증기압을 이용해 회전시키는 터빈, 터빈에 연결된 발전기가 기본 구성 요소다. 원자로에서는 핵분열 반응 결과 많은 양의 방사성물질이 발생하는데, 이 때문에 연료를 태운 물질을 밖으로 안전하게 빼내야 하는 화력발전과 달리 원자력발전은 원자로 내부 환경을 완전히 밀폐해야 한다. 원자로를 밀폐한 상태로 원자로에서 발생한 열을 터빈으로 전달하고자 고안된 방법이 1차 계통과 2차 계통을 분리하는 것이다.

[그림1] 가압경수로(PWR)의 1‧2차계통 구조. 원자로와 직결된 분홍 부분이 1차, 외부와 연결된
파랑 부분이 2차계통에 해당하며, 냉각수가 섞이는 것을 방지해 방사능 누출을 방지한다.
출처: http://www.nucleartourist.com/images/pwr-cycle.gif

1차계통은 원전의 핵심인 원자로와 직접적으로 연관된 부분이다. 중성자를 흡수해 원자로 출력을 조정하는 제어봉, 냉각재를 순환시켜 열에너지를 이동시키는 배관, 원자로 통과 후 뜨거워진 물에 압력을 가해 증기로 변하지 않게 해주는 가압기, 증기를 생산하는 증기발생기, 원자로 노심을 지지·보호하는 압력용기, 냉각재 순환 동력을 제공하는 냉각재펌프 등이 여기 해당한다.

핵분열 반응이 일어나 방사성물질이 고농도로 축적된 상태이므로 1차계통은 완벽한 밀폐 상태를 유지해야 한다. 이를 위해 원자로 안팎을 오가는 밀폐형 냉각수 순환계통을 만들어서 밀폐 상태에서 원자로의 열을 외부로 전달한다. 1차계통의 냉각수 순환계통은 완전하게 밀폐되어 있어 원자로를 거쳐 온 내부의 냉각수가 외부로 전혀 빠져나가지 않는다. 1차 계통은 원자력발전소의 안전과 신뢰성을 확보하는 데 가장 중요한 부분이므로, 독립적인 2~4개 열전달 회로로 구성된다. 영광 1‧2호기의 경우, 3개의 열전달 회로가 구비돼 있으며, 각 회로에는 증기발생기 1개, 냉각재펌프 1개가 냉각재관에 일렬로 연결되어 있다.

1차계통의 냉각수는 뜨거워진 상태로 원자로 외부의 밀폐된 파이프로 나오는데, 이 파이프를 통해 전달되는 열을 이용하여 냉각수를 기화시키는 부분이 2차 계통이다. 2차계통 냉각수 순환체계와 함께 증기를 통해 회전에너지를 획득하는 터빈, 전자기유도 현상을 활용해 전기를 생산하는 발전기, 증기를 다시 물로 바꾸는 복수기가 2차 계통의 핵심 장비로 꼽힌다. 1차 계통으로부터 열을 전달받아 끓어오른 냉각수는 기체로 바뀌고, 이 기체는 터빈을 돌린 후 복수기를 통과해 다시 물로 변해서 다시 1차 계통으로부터 열을 전달받는다. 이처럼 2차계통 냉각수는 1차계통과 완전히 분리되어 혹시 모를 방사능 누출을 방지한다.