出力向上を目指した長期保全計画の考え方について
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カテゴリ: 第6回
1. 緒言
原子炉熱出力向上は原子炉で発生する熱出力を 定格出力以上に増加させることで、従来より高い電 気出力を得るものである。海外では 1970 年代から多 くの実績があり、米国では最大 20%までの出力向上 が行われている。また、国内においても国の原子炉 安全小委員会で原子炉熱出力向上運転の検討評価を 行うワーキンググループが設置されるなど実現への 機運が高まりつつある。原子炉熱出力向上の実施に当たっては、原子力発 電プラントの最も基本的な設計パラメータである原 子炉熱出力が変更になるため、各設備への多岐にわ たる影響を評価し、設備の安全性、健全性を確認し つつ進めることが重要である。特に米国で行われて いるような大規模な原子炉熱出力向上の場合には、 多くの設備で容量の大きい機器への取替・改造が必 要となってくる。この際、最新のタービン効率向上 技術を併用して既設タービンを改造することにより、 原子炉熱出力向上に加えてさらに大幅な電気出力の 向上を図ることも可能である。一方、原子力発電プラントの長期に渡る安定運転 を確保するためには高経年化した機器の更新や設備 の近代化による能力の向上なども着実に進めること が必要である。また、長期サイクル運転や MOX連絡先:小川雪郎、〒317-0073 茨城県日立市幸町3丁目 1-1、日立 GE ニュークリア・エナジー(株)、電話: 0294-55-4707, e-mail:yukio.ogawa.uu@hitachi.com(Mixed Oxide Fuel)燃料を使用したプルサーマルを計 画している場合には、プラント基本条件として考慮 する必要がある。 1 日立GE ニュークリア・エナジー(株)ではこのよう な観点から原子炉熱出力向上を総合的な予防保全の 目で見たプラント改善の一環として捉えた提案を行 っている。本稿では出力向上計画の第一段階で弊社 が検討する観点を紹介し、合理的な中長期計画立案 への考え方を説明する。
2. 長期保全計画立案への視点
- 大規模な原子炉熱出力向上やタービン効率向上 はプラント設備の大規模な改造を伴うことから、計 画段階で長期的な保全戦略を考慮した検討が必要で ある。この際、プラントライフを考慮した計画的な 機器の経年劣化更新など、同時期に行われる他の改 造やプラントの運転計画との整合化を図り、合理的 な長期保全戦略を立案することで電気出力の増加と 同時に長期安定運転の推進に寄与する計画とするこ とができる。このようなプラントライフマネジメン トを踏まえた総合的な予防保全計画に必要な視点を Fig. 1 に示す。原子炉熱出力向上やタービン効率向 上の初期の計画段階では以下の観点からの検討が必 要である。2.1 使用燃料・運転サイクル * 原子炉熱出力向上では使用する燃料ごとに出力
、サイクル)サント全体で上限が決まるため、プルサーマルなど将来の使用燃 料の計画により原子炉熱出力向上計画で想定する最 大出力が決まる。また運転サイクルの長さは炉心設 計に影響するため、長期運転サイクルの導入計画が ある場合は基本条件として考慮する必要がある。ライバーおお原子炉 熱出力向上うまいもプラント 高出力化技術タービン 高効率化プラント性能・ プラント設備更新プラント性能診断健全性維持技術 プラントFig. 2 Plant performance diagnosis system 長期サイクル運転 プルサーマル 基本条件2.4 タービン効率向上タービン効率向上はタービン設備の効率を向上 Fig. 1 Viewpoints for long term plant maintenance strategy させることにより、従来に比べて高い電気出力を得るものであり、低圧タービン最終段動翼の長翼化や 2.2 プラント設備更新静翼、動翼の3次元化、動翼の CCB(Continuous Cover プラントの長期安定運転を実現するには高経年Blade)化、チタン製細管の採用による復水器の高性 化した機器の計画的な更新を着実に行う必要がある。能化などの高効率化技術がある。これらの設備は特 大規模な出力向上時に改造が必要となる大型設備に大規模な原子炉熱出力向上の際に改造が必要とな (低圧タービンや発電機など)の劣化更新時期と出ってくる設備であるので、両者を併用することによ 力向上の予定時期の整合化が図れる場合には合理的り改造計画の合理化と大幅な電気出力の向上を実現 な改造計画とすることが可能である。また、経年劣することができる。また、タービン効率向上が先行 化更新が先行する場合でも更新する機器の設計時にする場合でも更新する機器の設計時に将来の原子炉 将来の原子炉熱出力向上を見越した設計条件を採用熱出力向上を見越した設計条件を採用することでプ することで合理化を図ることが可能である。ラントライフにわたる改造計画の最適化を図ることが可能である。 2.3 プラント性能診断 2.3 プラント性能診断 - BOP(Balance of Plant)系の機器の経年的な劣化等 によりプラントの性能が低下し、電気出力が低下し ている場合には、原子炉熱出力向上、タービン効率 向上後に期待される効果が十分発揮できないことに なる。弊社では原子力プラントの運転状態と設計時 のプラント特性の差異を分析して,機器の劣化など の電気出力低下要因を診断する機能を備えたプラン ト性能監視診断システムを実用化しており(Fig. 2)、 原子炉熱出力向上、タービン効率向上の計画段階で プラント性能診断を実施し、その結果として得られ る性能回復策を保全計画に反映することで最適なプ ラント電気出力を得ることができる。3.結言 総合的な予防保全の目で見たプラント改善の方策と して、合理的な長期保全戦略を立案するための視点 について述べた。使用する燃料の計画や運転サイク ル、機器の経年劣化状況やプラントの性能低下の状 況はいずれも各プラントに固有の問題であるので、 弊社では出力向上計画立案の早期に上記の検討を実 施し、電力殿に各プラントの実情に合った最適な計 画をご提案するよう努めている。将来の出力向上に 必要な改造計画を早期に確立し、長期予防保全戦略 に反映することにより、順次実施される経年劣化更 新や設備改善などの改造計画および中長期的なプラ ントの運転計画に柔軟に対応しつつ、段階的に出力 向上の実現を目指すアプローチが可能となる。532“ “出力向上を目指した長期保全計画の考え方について“ “小川 雪郎,Yukio OGAWA,吉江 豊,Yutaka YOSHIE,根本 清司,Seiji NEMOTO
原子炉熱出力向上は原子炉で発生する熱出力を 定格出力以上に増加させることで、従来より高い電 気出力を得るものである。海外では 1970 年代から多 くの実績があり、米国では最大 20%までの出力向上 が行われている。また、国内においても国の原子炉 安全小委員会で原子炉熱出力向上運転の検討評価を 行うワーキンググループが設置されるなど実現への 機運が高まりつつある。原子炉熱出力向上の実施に当たっては、原子力発 電プラントの最も基本的な設計パラメータである原 子炉熱出力が変更になるため、各設備への多岐にわ たる影響を評価し、設備の安全性、健全性を確認し つつ進めることが重要である。特に米国で行われて いるような大規模な原子炉熱出力向上の場合には、 多くの設備で容量の大きい機器への取替・改造が必 要となってくる。この際、最新のタービン効率向上 技術を併用して既設タービンを改造することにより、 原子炉熱出力向上に加えてさらに大幅な電気出力の 向上を図ることも可能である。一方、原子力発電プラントの長期に渡る安定運転 を確保するためには高経年化した機器の更新や設備 の近代化による能力の向上なども着実に進めること が必要である。また、長期サイクル運転や MOX連絡先:小川雪郎、〒317-0073 茨城県日立市幸町3丁目 1-1、日立 GE ニュークリア・エナジー(株)、電話: 0294-55-4707, e-mail:yukio.ogawa.uu@hitachi.com(Mixed Oxide Fuel)燃料を使用したプルサーマルを計 画している場合には、プラント基本条件として考慮 する必要がある。 1 日立GE ニュークリア・エナジー(株)ではこのよう な観点から原子炉熱出力向上を総合的な予防保全の 目で見たプラント改善の一環として捉えた提案を行 っている。本稿では出力向上計画の第一段階で弊社 が検討する観点を紹介し、合理的な中長期計画立案 への考え方を説明する。
2. 長期保全計画立案への視点
- 大規模な原子炉熱出力向上やタービン効率向上 はプラント設備の大規模な改造を伴うことから、計 画段階で長期的な保全戦略を考慮した検討が必要で ある。この際、プラントライフを考慮した計画的な 機器の経年劣化更新など、同時期に行われる他の改 造やプラントの運転計画との整合化を図り、合理的 な長期保全戦略を立案することで電気出力の増加と 同時に長期安定運転の推進に寄与する計画とするこ とができる。このようなプラントライフマネジメン トを踏まえた総合的な予防保全計画に必要な視点を Fig. 1 に示す。原子炉熱出力向上やタービン効率向 上の初期の計画段階では以下の観点からの検討が必 要である。2.1 使用燃料・運転サイクル * 原子炉熱出力向上では使用する燃料ごとに出力
、サイクル)サント全体で上限が決まるため、プルサーマルなど将来の使用燃 料の計画により原子炉熱出力向上計画で想定する最 大出力が決まる。また運転サイクルの長さは炉心設 計に影響するため、長期運転サイクルの導入計画が ある場合は基本条件として考慮する必要がある。ライバーおお原子炉 熱出力向上うまいもプラント 高出力化技術タービン 高効率化プラント性能・ プラント設備更新プラント性能診断健全性維持技術 プラントFig. 2 Plant performance diagnosis system 長期サイクル運転 プルサーマル 基本条件2.4 タービン効率向上タービン効率向上はタービン設備の効率を向上 Fig. 1 Viewpoints for long term plant maintenance strategy させることにより、従来に比べて高い電気出力を得るものであり、低圧タービン最終段動翼の長翼化や 2.2 プラント設備更新静翼、動翼の3次元化、動翼の CCB(Continuous Cover プラントの長期安定運転を実現するには高経年Blade)化、チタン製細管の採用による復水器の高性 化した機器の計画的な更新を着実に行う必要がある。能化などの高効率化技術がある。これらの設備は特 大規模な出力向上時に改造が必要となる大型設備に大規模な原子炉熱出力向上の際に改造が必要とな (低圧タービンや発電機など)の劣化更新時期と出ってくる設備であるので、両者を併用することによ 力向上の予定時期の整合化が図れる場合には合理的り改造計画の合理化と大幅な電気出力の向上を実現 な改造計画とすることが可能である。また、経年劣することができる。また、タービン効率向上が先行 化更新が先行する場合でも更新する機器の設計時にする場合でも更新する機器の設計時に将来の原子炉 将来の原子炉熱出力向上を見越した設計条件を採用熱出力向上を見越した設計条件を採用することでプ することで合理化を図ることが可能である。ラントライフにわたる改造計画の最適化を図ることが可能である。 2.3 プラント性能診断 2.3 プラント性能診断 - BOP(Balance of Plant)系の機器の経年的な劣化等 によりプラントの性能が低下し、電気出力が低下し ている場合には、原子炉熱出力向上、タービン効率 向上後に期待される効果が十分発揮できないことに なる。弊社では原子力プラントの運転状態と設計時 のプラント特性の差異を分析して,機器の劣化など の電気出力低下要因を診断する機能を備えたプラン ト性能監視診断システムを実用化しており(Fig. 2)、 原子炉熱出力向上、タービン効率向上の計画段階で プラント性能診断を実施し、その結果として得られ る性能回復策を保全計画に反映することで最適なプ ラント電気出力を得ることができる。3.結言 総合的な予防保全の目で見たプラント改善の方策と して、合理的な長期保全戦略を立案するための視点 について述べた。使用する燃料の計画や運転サイク ル、機器の経年劣化状況やプラントの性能低下の状 況はいずれも各プラントに固有の問題であるので、 弊社では出力向上計画立案の早期に上記の検討を実 施し、電力殿に各プラントの実情に合った最適な計 画をご提案するよう努めている。将来の出力向上に 必要な改造計画を早期に確立し、長期予防保全戦略 に反映することにより、順次実施される経年劣化更 新や設備改善などの改造計画および中長期的なプラ ントの運転計画に柔軟に対応しつつ、段階的に出力 向上の実現を目指すアプローチが可能となる。532“ “出力向上を目指した長期保全計画の考え方について“ “小川 雪郎,Yukio OGAWA,吉江 豊,Yutaka YOSHIE,根本 清司,Seiji NEMOTO