원자로 유형2 - BWR(비등경수로)

원자로 유형2 - BWR(비등경수로)

 

BWR은 비등경수로(Boiling Water Reactor)의 약자입니다. 원자로 용기 내에서 냉각재가 끓어 직접 증기가 생산되는 방법입니다.

 

沸(끓을 비)
騰(오를 등)
水(물 수)

즉 비등수는 물을 끓인다는 뜻입니다. 비등경수로니까 H2O(일반 물)를 사용하여 물을 끓여 발전을 시키는 방법정도겠죠?

 

일본, 핀란드, 독일, 인도, 멕시코, 네덜란드, 스페인, 스위스, 대만에서 상업운전 중입니다.
BWR 유형은 세계적으로 생산되는 원자력 전력의 약 22.5%를 차지하며 경수로 다음으로 많이 사용합니다.

PWR(가압경수로)와 같이 1950년대 말부터 미국에서 개발되었으며, Allis-Chambers와 General Electric에 의해 설계되었습니다.
현재에는 Allis-Chambers에 의해 설계된 BWR은 정지되었고, GE에서 설계한 BWR만 운전 중입니다.
PWR과 같이 경수(Light Water - H2O)를 감속재 및 냉각재로 사용하기 때문에 경수형 원자로(Light Water Reactor - LWR)로 분류됩니다.

 

<PWR과 차이점>
원자로 압력용기에서 냉각재의 비등이 발생하는 것이 PWR와의 차이입니다. 즉, 원자로 내에서 직접 증기를 발생시킨다는 의미입니다.
직접 원자로에서 증기를 발생시켜야하기기 때문에, 압력을 70기압정도로 유지합니다.(가압경수로 대비 절반 수준입니다.)

이때문에 이로 인한 장단점이 생깁니다.
장점은 적은 비용과 단순한 계통입니다. 일단 증기발생기가 필요없으며, 이에 필요한 별도의 감속재가 없습니다. 시간당 원자로 내부로 급수되는 냉각수의 양이 적고 계통 내 압력이 낮습니다.
그러나 냉각재 및 증기에 방사성 물질이 포함되어 있을 가능성이 높은 단점이 있습니다. 방호벽이 튼튼하기 때문에 안전하다고는 하는데, 후쿠시마 사건을 보면 확실한지는 잘 모르겠네요.

 

<BWR의 제어봉>
원자로를 정지하거나 출력제어에 사용되는 제어봉 설계가 다른 원자로와 특별히 다릅니다.
원자로 상부에 증기분리기 등이 있기 때문에, 제어봉 집합체는 원자로 하부에 위치하며 노심 하부에서부터 고압의 유압계통에 의해 삽입됩니다.(보통 제어봉 집합체는 원자로 상부에 위치하여 노심 상부에서부터 삽입됩니다.)
이를 비교하는 가장 많은 자료들은 일본의 원전과 한국의 원전입니다.(일본은 BWR, 한국은 PWR을 주로 사용하여 비교하기 좋습니다.)

 

<비등경수로 계통>
가압경수로에서 증기발생기 순환을 빼고 1차(원자로 순환), 3차(복수기 순환) 계통만 있다고 보시면 됩니다.

 

1차 계통(원자로 순환)
원자로 압력용기 내 냉각재는 핵연료집합체 아래로부터 위쪽으로 통과하면서 가열되어 증기로 변합니다. 이 증기는 원자로 상부의 증기분리기에서 증기와 물로 분리됩니다. 분리된 증기는 직접 고압 및 저압 터빈으로 돌려 전기를 생산합니다. 나머지는 냉각재(물)와 혼합하여 다시 원자로 노심에 공급됩니다. 터빈을 돌려 전기를 생산한 증기는 진공상태의 복수기에서 물로 변환되어 급수 펌프를 통해 다시 원자로에 공급됩니다.

 

2차 계통(복수기 순환)
복수기는 바다, 호수, 강으로부터 순환수 펌프를 통해 공급되는 냉각수에 의해 냉각됩니다.

Torus(Suppression Pool - 감압수조 또는 감압챔버 또는 압력억제풀)이 존재하는데, 원자로나 원자로재순환계통에서 많은 양의 증기가 방출되는 사고가 발생했을 때 방출된 열을 제거하는데 사용됩니다.