Preliminary study for a small modular high temperature gas-cooled reactor with gas brayton cycle

Abstract

지금까지 수행된 고온가스로(HTGR) 시스템의 연구는 대부분 중형 발전 시스템을 목표로 설계 및 연구되었다. 하지만 점차적으로 소형 발전 시스템을 위한 고온가스로에 대한 관심이 증가하고 있기 때문에 본 논문은 이에 대한 연구를 수행한 것이다. 고온가스로는 피동 냉각에 유리한 것이 장점임으로 소형 발전 시스템으로 제작될 경우 완전 비동 냉각이 가능하기 때문에 지리적인 제약이 줄어들어 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 또한 고온을 바탕으로 높은 효율을 얻을 수 있는 것이 장점이라 할 수 있다. 따라서 많은 연구기관에서 고온가스로 타입 소형 발전 시스템에 대한 연구를 수행중이다. 하지만 시스템이 소형화 될수록 주요 구성기기의 사이즈 또한 줄어들게 되는데 이에 대한 전체 동력 변환 시스템의 성능 분석 및 설계는 현재까지 집중적으로 수행된바가 없다. 따라서 본 논문에서는 고온가스로 타입 소형 발전시스템의 동력 변환 시스템에 대한 연구의 일환으로, 시스템의 소형화에 따른 초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클과 헬륨 브레이튼 사이클의 성능 계산 및 최적 운전조건 변화에 대한 연구를 수행했다. 또한 소형화에 따른 주요 구성기기 디자인에 대한 연구도 간략하게 수행했다. 초임계 이산화탄소 브레이튼 사이클의 운전을 위해서는 임계점 근처에서 압축이 중요한 이슈이기 때문에 이에 대한 실험을 본 연구실에 구축된 초임계 이산화탄소 압축 테스트 설비인 SCO2PE를 통해 수행했고, 이를 바탕으로 고온가스로 천이해석 코드인 GAMMA+를 수정하여 초임계 이산화탄소 사이클의 천이분석 결과와 비교했다.