국내 원자력발전소에서는 사용후핵연료저장용량의 확대를 위해 사용후핵연료저장조에 조밀저장대를 설치하고 있지만 한빛원전은 2024년에 포화가 예상된다. 또한 10개의 원자력발전소가 2029년까지 설계수명에 도달하게 된다. 하지만 원전운영과 해체를 위한 국내 사용후핵연료 관리정책은 아직 결정되지 않은 상황이다. 미국의 경우 원전해체시 사용후핵연료를 중간 저장시설 또는 영구처분장으로 이송하기 전까지 임시적으로 독립된 사용후연료저장조(이하 'SFPI') 방식을 운영하는 사례가 있다. SFPI는 원전해체시 운전정지 후 사용후핵연료를 저장하는데 있어서 방사선 노출 저감, 운영비용 절감, 안전성 보강 등의 효과를 기대할 수 있다. 따라서 이 논문에서는 미국의 SFPI 운영경험, 시스템, 적용규정 등에 대한 사례연구를 수행하였다. 결론적으로 SFPI 국내 적용을 위해서는 사용후핵연료저장 계통의 설계변경 범위 및 예상 소요비용 확정, 원전 해체계획에 설비개선 계획 반영제출, 주기적안전성평가(PSR) 방법 등을 활용한 안전성 평가(운영기간 10 년), 설계변경을 위한 운영 변경허가 신청, 규제기관 심사 및 허가 취득, 설계변경 수행, 규제기관의 확인점검, SFPI 운영을 위한 교육 및 시운전, SFPI 운영 및 정기검사, SFPI 해체 등의 절차가 필요하다.
국내 원자력발전소에서는 사용후핵연료 저장용량의 확대를 위해 사용후핵연료저장조에 조밀저장대를 설치하고 있지만 한빛원전은 2024년에 포화가 예상된다. 또한 10개의 원자력발전소가 2029년까지 설계수명에 도달하게 된다. 하지만 원전운영과 해체를 위한 국내 사용후핵연료 관리정책은 아직 결정되지 않은 상황이다. 미국의 경우 원전해체시 사용후핵연료를 중간 저장시설 또는 영구처분장으로 이송하기 전까지 임시적으로 독립된 사용후연료저장조(이하 'SFPI') 방식을 운영하는 사례가 있다. SFPI는 원전해체시 운전정지 후 사용후핵연료를 저장하는데 있어서 방사선 노출 저감, 운영비용 절감, 안전성 보강 등의 효과를 기대할 수 있다. 따라서 이 논문에서는 미국의 SFPI 운영경험, 시스템, 적용규정 등에 대한 사례연구를 수행하였다. 결론적으로 SFPI 국내 적용을 위해서는 사용후핵연료저장 계통의 설계변경 범위 및 예상 소요비용 확정, 원전 해체계획에 설비개선 계획 반영제출, 주기적안전성평가(PSR) 방법 등을 활용한 안전성 평가(운영기간 10 년), 설계변경을 위한 운영 변경허가 신청, 규제기관 심사 및 허가 취득, 설계변경 수행, 규제기관의 확인점검, SFPI 운영을 위한 교육 및 시운전, SFPI 운영 및 정기검사, SFPI 해체 등의 절차가 필요하다.
In many nuclear power plant sites in Korea, high density storage racks were installed in the spent fuel pool to expand the spent fuel storage capacity. Nevertheless, the capability of the Hanbit nuclear site will be saturated by 2024. Also, 10 NPPs will reach their design life expiration date by 202...
In many nuclear power plant sites in Korea, high density storage racks were installed in the spent fuel pool to expand the spent fuel storage capacity. Nevertheless, the capability of the Hanbit nuclear site will be saturated by 2024. Also, 10 NPPs will reach their design life expiration date by 2029. In the case of the US, SFPI (Spent Fuel Pool Island) operated temporarily as a spent fuel storage option before spent nuclear fuels were transported to an interim storage facility or a final disposal facility. As a spent fuel storage option after shutdown during decommissioning, the SFPI concept can be expected to have the following effects: reduced occupational exposure, lower cost of operation, strengthened safety, and so on. This paper presents a case study associated with the regulations, operating experiences, and systems of SFPI in the US. In conclusion, the following steps are recommended for applying SFPI during decommissioning in Korea: confirmation of design change scope of SFPI and expected final cost, the submission of a decommissioning plan which is reflected in SFPI improvement plans, safety assessment using PSR, application of an operating license change for design change, regulatory body review and approval, design change, inspection by the regulatory body, education and commissioning for SFPI, SFPI operation and periodic inspection, and dismantling of SFPI.
In many nuclear power plant sites in Korea, high density storage racks were installed in the spent fuel pool to expand the spent fuel storage capacity. Nevertheless, the capability of the Hanbit nuclear site will be saturated by 2024. Also, 10 NPPs will reach their design life expiration date by 2029. In the case of the US, SFPI (Spent Fuel Pool Island) operated temporarily as a spent fuel storage option before spent nuclear fuels were transported to an interim storage facility or a final disposal facility. As a spent fuel storage option after shutdown during decommissioning, the SFPI concept can be expected to have the following effects: reduced occupational exposure, lower cost of operation, strengthened safety, and so on. This paper presents a case study associated with the regulations, operating experiences, and systems of SFPI in the US. In conclusion, the following steps are recommended for applying SFPI during decommissioning in Korea: confirmation of design change scope of SFPI and expected final cost, the submission of a decommissioning plan which is reflected in SFPI improvement plans, safety assessment using PSR, application of an operating license change for design change, regulatory body review and approval, design change, inspection by the regulatory body, education and commissioning for SFPI, SFPI operation and periodic inspection, and dismantling of SFPI.
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문제 정의
SFPI 개념을 먼저 도입한 미국의 사례를 참조하여 국내에 적용하기 위해서 국내 및 미국의 원자력발전 인허가 관련 규정을 비교검토 하고자 한다.
SFPI 구성 전 기존 발전소 시스템에서 사용후핵연료 저장조를 냉각시키는 방법을 알아보고자 미국 Connecticut Yan- kee 발전소의 구성을 검토하였다.
본 연구에서는 해외사례 및 국내규정 등을 검토하여 원전해체 시 사용후핵연료를 안전하게 저장함과 동시에 해체작업을 병행하여 실시할 수 있는 방안인 독립된 사용후핵연료 저장조(Spent Fuel Pool Island: 이하 'SFPI')의 국내 적용을 위한 고려사항을 검토하고자 한다.
이러한 여건에서 원전 해체시 사용후핵연료를 안전하게 저장하면서 해체작업도 병행할 수 있는 SFPI방식의 국내 적용을 위한 해외사례 및 관련 규정들을 검토해 보았다.
SFPI를 적용하고 해체까지 완료하였다. 최근 사례를 더 조사하기 위해 2013년에 영구정지를 결정한 미국의 SONGS 2&3호기의 해체준비사항을 검토하고자 한다.
제안 방법
1990년대 해체작업을 수행한 미국 Maine Yankee 발전소 사례를 통해 사용후핵연료저장 냉각 및 정화계통, 감시계통, 전력계통 등의 설비개선 사항을 확인할 수 있었고, Trojan 발전소 사례를 통해 인허가시 고려사항에 대해 검토하였다. 또한 2016년부터 제염 및 해체작업을 착수하는 SONGS 2&3호기의 준비사항에 대한 최신자료에 근거하여 해체신청 절차, 해체전략, SFPI 구성을 위한 주요 공정 및 소요 비용을 검토하였다.
SFPI 구성의 핵심인 사용후핵연료저장조 냉각 및 정화계통에 대해 국내와 미국의 인허가 심사지침을 비교해 보았다. 국내 규제기관의 심사지침(KINS/GE-N001) '경수로형 원전 안전심사지침(개정3판) 9.
검토하였다. 또한 2016년부터 제염 및 해체작업을 착수하는 SONGS 2&3호기의 준비사항에 대한 최신자료에 근거하여 해체신청 절차, 해체전략, SFPI 구성을 위한 주요 공정 및 소요 비용을 검토하였다.
사용후핵연료저장조를 냉각시키기 위해서는 취수구를 통해 냉각수 펌프를 사용하여 터빈건물, 디젤발전기 건물, 1 차 보조건물, 격납건물 등을 거친 후 사용후핵연료저장조 건물에 냉각수를 공급한 후 배수하는 시스템으로 구성되었다. 따라서 원전 해체시 SFPI가 운영되지 않는다면 사용후핵연료 저장조 냉각을 위해 관련된 많은 설비를 운영해야 함으로 비효율적이고 비용과 인력 소요도 수반될 뿐만 아니라 해체작업 범위도 줄어들게 된다.
사용후핵연료저장조의 냉각 및 정화를 위하여 냉각펌프 (2대), 필터, 순수장치, 공기냉각기(2대), 이동형 디젤발전기, 비상시 냉각수 공급을 위한 외부주입유로 등을 설치하였다.
관리하였다[5]. 이 당시 SFPI 운영을 위해 발전소에서 시행한 주요 설계변경은 기존 발전소 구조물, 시스템 및 기기들과 사용후핵연료 저장조를 완전 격리 시키는 작업과 사용후핵연료저장 냉각 및 정화계통을 신규설치, 감시 및 제어, 전력 장치를 설치하는 작업을 시행하였다.
인허가시 고려사항으로는 설계변경이 안전성평가보고서(De fueled Safety Analysis Report)에서 평가된 내용에 어떠한 영향을 주는지 확인을 하였다.
성능/효과
둘째, 기존 발전소 시스템과 격리한 독립된 시스템이기 때문에 고효율, 저용량의 설비 운영이 가능하고 운영비용도감소된다.
첫째, 사용후핵연료저장조에 연료를 저장한 상태에서 해체 작업을 병행할 수 있어 해체 작업기간의 단축 및 작업 관련 피폭량 감소가 가능하다.
후속연구
2016년부터 2025년까지 제염 및 해체 작업을 완료하고 2026년부터 2032년 까지 부지복구를 통해 총 20 년 내에 해체 및 부지 복구를 완료할 계획이다. 즉시철거 전략을 선택한 이유는 다음과 같다.
따라서 주기적안전성평가(PSR) 방법을 활용하여 사용후핵연료 저장조의 안전성을 평가하고 설계변경되는 부분이 안전성 평가 결과에 어떠한 영향을 미치는지 확인하면 될 것이다. SFPI 안전성 평가기간은 SFPI를 구성하여 운영한 발전소들은 대부분 10 년 이내에 SFPI에 저장된 사용후핵연료를 중간저장시설로 이송완료하기 때문에 최대 10 년으로 평가하면 된다.
또한, 설계수명 이후 계속운전을 하기 위해서는 주기적 안전성 평가(PSR) 뿐만 아니라 계속운전기간을 고려한 주요기기에 대한 수명평가, 운영허가 이후 변화된 방사선 환경영향평가를 추가로 수행해야 한다.
이들 중 해체 프로젝트에서 가장 큰 비중을 차지하는 것이 사용후핵연료의 관리다. 발전소 제염 및 해체를 위한 준비기간에는 임시전원 설치, Spent Fuel Pool Islanding, 배출유로 변경, 보조·방폐물·연료 취급 빌딩의 공기조화계통 설계변경, 화재 방호계통설계변경, 통신설비 설계변경을 실시할 예정이다.
발전용 원자력발전소의 해체 경험이 없는 국내 상황에서 본연구논문이 향후 해체 기술개발 연구에 도움이 되길 바란다.
참고문헌 (10)
Public Engagement Commission on Spet Nuclear Fuel Management(PECOS). Dec. 29 2014. "Reference Document for Public Engagement on Spent Nuclear Fuel." PECOS, Accessed Feb. 28 2015. Available from: https://www.pecos.go.kr/activity/scholarship.asp.
The Ministry of Trade Industry and Energy(MOTIE), Nov. 30 2013. “Atomic Paper 2013.” MOTIE, Accessed Feb. 28 2015. Available from: http://www.motie.go.kr/motie/in/pl/atomicpaper/atomicpaper.jsp.
International Atomic Energy Agency(IAEA), Safety Consideration in the Transition from Operation to Decommissioning of nuclear Facilities, IAEA Safety Reports, 13-14, Series No. 36 (2004).
G.V Noordennen, “Spent Fuel Pool Island”, Proc. of the 1998 EPRI/NEI Decommissioning Technology Workshop, TR-111025, 168-176, December 7-9, 1998, California.
R. Aker. Maine Yankee Decommissioning Experience Report, New Horizon Scientific, 5.1-5.8 (2005).
M.B Lackey, J.P Fischer, and F. Rogan. Spent Fuel Pool Cooling and Cleanup During Decommissioning: Experience at Trojan Nuclear Power Plant, EPRI, 1.1-4.1, TR-112351 (1999).
Southern California Edison(SCE). Testimony on the Nuclear Decommissioning of SONGS 2&3, Southern California Edison, 1-14, A1-47, SCE-01 (2014).
I.S. Hwang, “Comparison of Licensing Procedure of Nuclear Power Plant between Korea and USA”, The Plant Journal, 6(1), 4-15 (2010).
United States Nuclear Regulatory Commission(US NRC). July 17 2014. "Standard Review Plan for the Review of Safety Analysis Reports for Nuclear Power Plants: LWR Edition 9.1.3 Spent Fuel Pool Cooling and Cleanup System." US NRC. Accessed Feb. 28 2015. Available from: http://www.nrc.gov/reading-rm/doccollections/nuregs/staff/sr0800/.
United States Nuclear Regulatory Commission(US NRC). July 10 2014. “10CFR50 Domestic Licensing of Prodcution and Utilization Facilities.” US NRC. Accessed Feb. 28 2015. Available from: http://www.nrc.gov/reading-rm/doc-collections/cfr/part050/part050-0051.html.
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