진로체험교육 > 에너지교육 - 에너지정보소통센터

진로체험교육

[에너지 지식백과] 원자력편 ㉔ 피동냉각계통

[에너지 지식백과] 원자력편 ㉔ 피동냉각계통

피동냉각계통
[passive containment cooling system]

[한줄 정리] 별도의 동력 없이 자연력만을 활용한 피동설계

피동냉각계통은 중력과 같은 자연력만으로 잔열을 제거해 원전 운영의 안정성을 향상시키는 구조다. 유지보수비를 크게 줄이면서 안정성을 높일 수 있어 여러 원전에 적용되고 있다.

일반적인 냉각계통의 경우, 펌프 등의 구동력을 활용해 냉각재를 순환시키며 열을 제거한다. 피동냉각계통은 중력을 통해 이러한 구동력을 메운다. 잔열을 머금어 뜨거워진 증기가 열교환기에서 응축되면서 그 밀도가 감소하고, 덕분에 상부에 있는 냉각탱크로 이동하게 된다.

냉각탱크에서 냉각된 유체는 중력의 힘으로 순환하며 원전 내부의 잔열을 머금고 다시 열교환기로 돌아온다. 이를 자연순환이라 한다. 여기서 고온의 냉각수를 냉각탱크 냉각수와 직접 섞어 잔열을 제거하는 것을 개방형 방식, 냉각탱크 내부 열교환기를 활용하는 것을 폐쇄형 방식이라 한다.

[그림1] 개방형 방식 피동냉각계통 구조.
출처: Comparisons of performance and operation characteristics for closed- and open-loop passive containment cooling system design

피동냉각계통의 핵심은 자연순환을 통해 냉각수를 충분히 순환시킬 수 있도록 구동력을 충분히 확보하는 것이다. 구동력이 부족할 경우 사고 시 안정성이 크게 떨어질 수밖에 없기 때문이다.

이를 위해선 각 수직관 내 냉각수가 균형 있게 분배되도록 해야 한다. 일부 수직관에서만 진행되는 국부적 순환을 방지하는 것도 구동력 확보의 중요한 요인이다. 현재 국내에서 개발한 APR+ 신형원자로와 SMART 일체형 중소형원자로에 피동냉각계통이 적용돼 있다. 이중 APR+에 적용된 피동보조급수계통은 원자로에 전원이 완전히 차단된 상태에서도 냉각수를 자연적으로 순환시켜 냉각을 유지하는 시스템을 말한다. 피동보조급수계통 설계가 적용된 원자로는 비상발전기가 전혀 작동하지 않는 상태에서도 원자로 노심의 온도가 낮게 유지되어 사고를 예방한다.