軽水炉持続可能性プログラムは、米国政府の 研究開発プログラムです。米国エネルギー省の指揮の下、現在米国に104基ある原子力 発電所の寿命を60年を超えて延長するための認可取得に必要な研究とデータ収集を行うことを目的としています。現在米国にある商業用原子力発電所のほぼ全ては軽水炉（LWR）であり、通常の（軽い）水を減速材と冷却材として同時に使用しています。
このプロジェクトの基礎は、近い将来に起こる以下の事実に基づいています。
- 電力需要が大幅に増加すると予測されている
- 米国は二酸化炭素排出量を大幅に削減する目標を掲げている
バラク・オバマ大統領は大統領選挙運動中に、「原子力は非炭素発電の70%以上を占めています。原子力発電を選択肢から排除すれば、我々の積極的な気候変動目標を達成することは難しいでしょう」と述べました。 [1] LWRSプログラムは、原子力発電所からの電力がゼロ炭素電源として、これら2つのニーズに対する総合的な解決策の一部として重要な役割を果たすことができ、また果たさなければならないという前提に基づいて運営されています。LWRSプログラムは、材料の経年劣化、先進的な計測・情報・制御システム技術、先進的な軽水炉用核燃料、そしてリスク情報に基づく安全余裕度特性評価という4つの主要分野に重点を置いています。
需要の増加予測
国内の電力需要は、2009年から2035年の間に30%以上増加すると予想されています。同時に、現在稼働中の原子力発電所の大半は、当初の40年間の運転免許に対する20年間の延長期間の終了を迎え、合計60年間の運転期間を迎えることになります。ある調査[2]によると、 需要は2030年までに30～40%増加すると予測されています。他の調査[3]では、世界全体ではさらに高い増加率を示唆しており、2035年までに80%以上増加するとされています。
二酸化炭素排出量を削減する目標
オバマ大統領はホワイトハウスのウェブサイトで、二酸化炭素排出に関する米国の国家的立場を明確にし、「我々は気候を脅かし、化石燃料への依存を維持する炭素汚染を削減するために、直ちに行動を起こさなければならない」と述べた。 [4]大統領は、2050年までに温室効果ガス排出量を1990年比で80% 削減するという目標を設定した。
どこで起こっているのか
アイダホ州アイダホフォールズ近郊のアイダホ国立研究所（INL）とオークリッジ国立研究所（ORNL）が主要な研究機関です。全米各地の研究所や大学も、研究の特定の部分に関与しています（下記参照）。
誰が関与しているか
プログラム管理
- トレバー・クック、LWRSプログラム連邦プロジェクトディレクター
- ブルース・P・ハルバート、LWRSプログラム技術統合オフィスディレクター
- ドナルド・L・ウィリアムズ・ジュニア、LWRSプログラム技術統合オフィス副所長
- Cathy J. Barnard、LWRSプログラム技術統合オフィス運営マネージャー
- キース・J・レナード、パスウェイリーダー、材料の老化と劣化
- ブルース・P・ハルバート、先端計測・情報・制御システム技術担当パスウェイリーダー
- カーティス・L・スミス、「リスク情報に基づく安全余裕度特性評価」
- ミッチェル・T・ファーマー、原子炉安全技術
政府
国立研究所
- アイダホ国立研究所（INL）
- オークリッジ国立研究所（ORNL）
- パシフィック・ノースウェスト国立研究所（PNNL）
- サンディア国立研究所（SNL）
エネルギー省の関連研究開発プログラム
- 先端試験炉（ATR）国立科学利用施設
- 先端エネルギー研究センター（CAES）
- 軽水炉先進シミュレーションコンソーシアム（CASL）
業界
- EPRI（電力研究所）
大学
- カリフォルニア州立大学サンバーナーディーノ校
- コロラド鉱山学校
- ジョージア工科大学
- ミシシッピ州立大学
- ミズーリ州立大学
- マサチューセッツ工科大学
- オハイオ州立大学
- オレゴン州立大学
- テキサスA&M大学
- カリフォルニア大学バークレー校
- カリフォルニア大学サンタバーバラ校
- ミシガン大学
- ウィスコンシン大学マディソン校
国際的
- 欧州原子力発電所の寿命予測
- 経済協力開発機構（ハルデン原子炉プロジェクト）
- 国際原子力機関 植物ライフサイクル管理
- 原子炉高経年化管理に関する国際フォーラム
- マテリアルエイジング研究所
- 原子力機関原子力施設安全委員会
- 経済協力開発機構
- 米国・アルゼンチン二国間エネルギー作業部会
研究開発の主な技術分野
材料の老化と劣化
材料経年劣化経路は、原子力発電所における材料の長期的な環境劣化挙動を理解し予測するための科学的根拠を構築するための研究を行っています。原子力発電所の安全かつ持続的な運転に不可欠なシステム、構造物、および機器の性能を評価するためのデータと手法を提供し、規制当局と産業界の両方に重要な情報を提供します。
背景
原子炉は非常に過酷な運用環境です。運転中の原子炉格納容器内の機器は、高温の水、応力、振動、そして強力な中性子場に耐えなければなりません。このような環境下での材料の劣化は、性能の低下や、場合によっては突然の故障につながる可能性があります。
明らかに、稼働中の原子炉の過酷な環境は、長期間の使用期間にわたり、様々な材料が本来の機能を発揮する能力に影響を及ぼす可能性があります。定期的な監視と修理・交換作業によって、こうした劣化の影響を軽減することは可能ですが、それでも故障は発生します。
すべてのコンポーネントは交換可能であるものの、単にコンポーネントを交換するという決定は現実的ではない、あるいは経済的に最も有利な選択肢ではない可能性があります。したがって、材料の劣化プロセスを理解し、制御し、緩和し、必要な交換の長期計画のための確固たる技術基盤を確立することは、原子力発電所の長期運転と出力向上の検討において重要な優先事項です。
目的と目標
材料の経年劣化パスウェイは、材料科学技術の多くの分野における研究を提供し、いずれもエネルギー省の複数のミッションを支援し、原子力発電所の寿命延長の評価に独自の情報を提供するとともに、原子力業界および規制当局の研究開発活動を補完します。このパスウェイの戦略的目標は、原子力発電所における材料の長期的な環境劣化挙動を理解・予測するための科学的根拠を構築し、原子力発電所の安全かつ持続的な運転に不可欠なシステム、構造物、およびコンポーネントの性能を評価するためのデータと手法を提供することです。
エネルギー省は（材料の老化と劣化経路を通じて）この研究開発活動に関与しており、主要な劣化モードのメカニズムに関する理解の向上と、動作限界を提供および検証するのに十分な実験データを提供し、劣化を監視する新しい方法を提供し、パフォーマンス、信頼性、および経済性を向上させる高度な緩和技術を開発しています。
高度な計測、情報、制御システム技術
先進的計装、情報、および制御システム技術パスウェイは、計装および制御アーキテクチャ用の新しいデジタル技術の開発、実証、展開、および監視機能の提供を目的とした研究を実施し、国の稼働中の原子力発電所の継続的な安全、信頼性、および経済的な運用を確保します。
背景
信頼性の高い計装、情報、制御システム技術は、米国の軽水炉群の安全かつ効率的な運用を確保する上で不可欠です。これらの技術は、原子力発電所およびプラント周辺機器の運用のあらゆる側面に影響を及ぼします。原子力部門では、現在の計装およびヒューマンマシンインターフェースとしてアナログシステムが採用されています。これらのシステムは、他の業界からは一般的に時代遅れとみなされているものの、依然として高い信頼性で機能しており、電力会社がデジタル技術を最大限に活用して性能向上を達成するには至っていません。制御システム以外にも、主要システム、構造物、および機器の重要な領域における経年劣化の影響を監視および評価するための新たな技術が必要です。これらの取り組みの目的は、計装、情報、制御アーキテクチャ向けの新たなデジタル技術を開発、実証、展開し、監視機能を提供することで、国内104基の原子力発電所の安全、信頼性、および経済的な運用を継続的に確保することです。
目的と目標
高度な計装、情報、および制御システム技術パスウェイの目的は、プラントの運用とサポートのあらゆる側面を網羅するシームレスなデジタル環境を作り出す方法で、従来の計装情報および制御システムを近代化できるようにし、相互接続された一連のテクノロジでプラント システム、プラント プロセス、およびプラント作業員を統合する 3 次元情報アーキテクチャを構築することです。
リスク情報に基づく安全余裕度特性評価
リスク情報を活用した安全余裕特性評価パスウェイは、原子力発電所の意思決定を改善するために、安全余裕の定量化における不確実性の管理を支援するアプローチの開発と展開を目的とした研究を行います。このパスウェイは、(1)安全余裕の定量化に結びついたリスク評価手法の開発と実証、(2)原子力発電所の安全余裕をより正確に表現することを可能にする高度な安全評価ツールの開発を目指します。
背景
安全性は、原子力発電所の設計、認可、運転、そして経済性において中心的な役割を果たします。現在の軽水炉原子力発電所は老朽化が60年を超えると、システム、構造物、機器の故障頻度が増加し、安全上重要な事象の発生、既存の事故緩和能力の低下、あるいは新たな故障モードの発生につながる可能性があります。原子力発電所の設計者は、設計基準をはるかに超える事態が発生した場合でも、公衆衛生と安全が極めて高いレベルで確実に保護されるよう、原子力発電所の一部を「過剰設計」し、冗長性と多様性に富んだ工学的安全機能の形で堅牢性を確保することがよくあります。
安全余裕をより正確に特性評価し、定量化する能力は、軽水炉の設計、運転、そしてプラントの寿命延長に関する意思決定を改善する鍵となります。安全余裕の特性評価に対する体系的なアプローチは、事業者、そして関連する規制分析と意思決定にとって重要な情報となります。さらに、LWRSプログラムやその他の共同研究における研究開発によって、プラントシステム、構造物、機器の経年劣化を支配する物理プロセスに関する新たなデータが得られ、科学的理解が深まるにつれ（同時に、原子炉燃料やプラントの計装、情報、制御システムの技術進歩も支えられ）、プラントの安全性と性能をより最適化するためのニーズと機会が明らかになるでしょう。
目的
リスク情報を活用した安全余裕特性評価パスウェイの目的は、安全余裕の定量化における不確実性の管理を支援するアプローチを開発・展開し、原子力発電所の意思決定を改善することです。不確実性の管理とは、安全に関連するリスクを(a)理解し、(b)制御する能力を意味します。したがって、RISMCパスウェイは、安全管理のこの2つの側面の改善に特化しています。
改良型軽水炉用核燃料
先進核燃料パスウェイは、原子力発電所における核燃料および被覆管の基本的な性能を理解し予測するための科学的知識基盤の向上を目指した研究を行っています。この研究成果は、安全性、被覆管の健全性、そして核燃料サイクルの経済性を向上させた高性能・高燃焼度燃料の開発に活用されます。
背景
核燃料の性能は、原子力発電所の運転性能、安全性、運転経済性、および廃棄物処理要件の重要な推進要因です (過去 20 年間、原子力産業は燃料の信頼性と使用または燃焼度の漸進的な改善により発電所の設備利用率を改善してきました)。しかし、これらの改良は達成可能な最大限の効果に達しつつあり、運転マージンと経済性を改善しながら安全余裕を大幅に改善するには、現世代の核燃料の漸進的な改善をはるかに超える大きなステップが必要です。次のレベルの燃料性能に到達するには、核燃料の組成、被覆管の健全性、および燃料/被覆管の相互作用の領域で根本的な変化が必要です。先進的 LWR 核燃料パスウェイで開発されている技術改善は、改良された燃料機械設計と代替燃料組成に支えられた革新的な被覆管材料の開発に重点を置いています。これらの変更が実現すれば、原子力発電所の経済性、運転、および安全性に大幅な有益な改善がもたらされるでしょう。
目的と目標
先進軽水炉核燃料パスウェイでは、原子炉の安全性向上、燃料経済性の向上、先進的な被覆管設計の開発、燃料性能予測のための高度な計算モデルの開発に関する研究を行っています。戦略的研究開発目標は、原子力発電所における核燃料および被覆管の基礎性能を理解・予測するための科学的知識基盤の向上、そしてその情報を、安全性、被覆管、健全性、そして核燃料サイクルの経済性を向上させた高性能・高燃焼度燃料の開発に応用することを目指しています。さらに、この研究は、厳格な試験と分析を通じて、すべての安全および規制上の制限を満たしながら、各技術の進歩を実証することを目指しています。
参照
参考文献
- ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2008年10月17日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2008年11月5日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link) - ^ 米国エネルギー情報局、「国際エネルギー展望 2007」、エネルギー情報局、統合分析予測局、米国エネルギー省、ワシントン DC、2007 年 5 月。
- ^ WNNニュースレポートで引用されたEIA 2010年の見通し: http://www.world-nuclear-news.org/EE-The_only_way_is_up_for_world_energy_use-2705107.html.
- ^ 「エネルギーと環境」ホワイトハウス、2009年。2009年6月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。
外部リンク
- LWRSプログラムの説明があるINLウェブページ
- EPRIホームページ
- NRCホームページ
