The Fukushima accident reveals the vulnerability of existing active nuclear power plant (NPP) design against prolonged loss of external electricity events. The passive safety system is considered an attractive alternative to cope with this kind of disaster. Also, the passive safety system enhances both the safety and the economics of NPPs. The adoption of a passive safety system reduces the number of active components and can minimize the construction cost of NPPs. In this paper, reflecting on the experience during the development of the APR+ design in Korea, we propose the concept of an innovative Power Reactor (iPower), which is a kind of passive NPP, to enhance safety in a revolutionary manner. The ultimate goal of iPower is to confirm the feasibility of practically eliminating radioactive material release to the environment in all accident conditions. The representative safety grade passive system includes a passive emergency core cooling system, a passive containment cooling system, and a passive auxiliary feedwater system. Preliminary analysis results show that these concepts are feasible with respect to preventing and/or mitigating the consequences of design base accidents and severe accidents.
There is an increasing interest in passive safety systems to minimize the need for operator intervention or external power sources in nuclear power plants. Because a passive system has a weak driving force, there is greater uncertainty in the performance compared with an active system. In previous studies, several methods have been suggested to evaluate passive system reliability, and many of them estimated the failure probability using thermal-hydraulic analyses and the Monte Carlo method. However, if the functional failure of a passive system is rare, it is difficult to estimate the failure probability using conventional methods owing to their high computational time. In this paper, a procedure for the application of the Chernoff bound to the evaluation of passive system reliability is proposed. A feasibility study of the procedure was conducted on a passive decay heat removal system of a micro modular reactor in its conceptual design phase, and it was demonstrated that the passive system reliability can be evaluated without performing a large number of thermal-hydraulic analyses or Monte Carlo simulations when the system has a small failure probability. Accordingly, the advantages and constraints of applying the Chernoff bound for passive system reliability evaluation are discussed in this paper.
Byoung-Uhn Bae;Seok Cho;Jae Bong Lee;Yu-Sun Park;Jongrok Kim;Kyoung-Ho Kang
Nuclear Engineering and Technology
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제55권7호
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pp.2438-2446
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2023
To cool down a nuclear reactor core and prevent the fuel damage without a pump-driven active component during any anticipated accident, the passive emergency core cooling system (PECCS) was designed and adopted in an advanced light water reactor, i-POWER. In this study, for a validation of the cooling capability of PECCS, thermal-hydraulic integral effect tests were performed with the ATLAS facility by simulating intermediate and small break loss-of-coolant accidents (IBLOCA and SBLOCA). The test result showed that PECCS could effectively depressurize the reactor coolant system by supplying the safety injection water from the safety injection tanks (SITs). The result pointed out that the safety injection from IRWST should have been activated earlier to inhibit the excessive core heat-up. The sequence of the PECCS injection and the major thermal hydraulic transient during the SBLOCA transient was similar to the result of the IBLOCA test with the equivalent PECCS condition. The test data can be used to evaluate the capability of thermal hydraulic safety analysis codes in predicting IBLOCA and SBLOCA transients under an operation of passive safety system.
Passive safety systems are integrated into the latest generation of Light Water Reactors (LWRs), including small modular reactors. This paper employs the US-NRC TRACE thermal hydraulic code to examine the performance of a passive safety condenser known as SACO, designed to serve as the ultimate heat sink for dissipating decay heat during accident scenarios. The TRACE model is constructed with reference to the PKL/SACO test facility. The safety condenser (SACO) is interconnected with the PKL facility via the secondary side of steam generator 1, effectively serving as a third natural circulation cooling loop during accident scenarios. In the present research, the thermal-hydraulic behavior of the PKL facility is investigated in the presence of the SACO passive safety system during an extended SBO with Loss of AC Power accident scenario. This SBO can be categorized into three distinct phases depending on the activation of the SACO system and the refilling process of the SACO pool. The first phase is depressurizing using primary and secondary relief valves, the second phase is cooling down using SACO system, and the third phase is the refilling of SACO pool. The findings indicate that the SACO system effectively manages to dissipate all decay heat, even though there is temporary evaporation of the SACO water pool. Furthermore, this study provides sensitivity analysis for the assessments of system codes on the selection of maximum time step.
After the Fukushima Daiichi accident, there has been an increasing preference for passive safety features in the nuclear power industry. Some passive safety systems require limited active components to trigger subsequent passive operation. Under very serious accident conditions, passive safety features could be rendered inoperable or damaged. This study evaluates (i) the performance and effectiveness of the passive safety features of iPOWER (innovative Power Reactor), and (ii) whether a severe accident condition could be reached if the passive safety systems are damaged, namely the case of heat exchanger tube rupture. Analysis results show that the reactor coolant system remains in the hot shutdown condition without operator actions or electricity for over 72 h when the passive auxiliary feedwater systems (PAFSs) are operable without damage. However, heat exchanger tube rupture in the PAFS leads to core damage after about 18 h. Such results demonstrate that, to enhance the safety of iPOWER, maintaining the integrity of the PAFS is critical, and therefore additional protections for PAFS are necessary. To improve the reliability of iPOWER, additional battery sets are necessary for the passive safety systems using limited active components for accident mitigation under such extreme circumstances.
As passive safety features for nuclear power plants receive increasing attention, various studies have been conducted to develop safety systems for 3rd-generation (GEN-III) nuclear power plants that are driven by passive systems. The Passive Auxiliary Feedwater System (PAFS) is one of several passive safety systems being designed for the Advanced Power Reactor Plus (APR+), and extensive studies are being conducted to complete its design and to verify its feasibility. Because the PAFS removes decay heat from the reactor core under transient and accident conditions, it is necessary to evaluate the heat removal capability of the PAFS under hypothetical accident conditions. The heat removal capability of the PAFS is strongly dependent on the heat transfer at the condensate tube in Passive Condensation Heat Exchanger (PCHX). To evaluate the model of heat transfer coefficient for condensation, the Multi-dimensional Analysis of Reactor Safety (MARS) code is used to simulate the experimental results from PAFS Condensing Heat Removal Assessment Loop (PASCAL). The Shah model, a default model for condensation heat transfer coefficient in the MARS code, under-predicts the experimental data from the PASCAL. To improve the calculation result, The Thome model and the new version of the Shah model are implemented and compared with the experimental data.
The advanced passive pressurized water reactor (PWR) is being constructed in China and the passive residual heat removal (PRHR) system was designed to remove the decay heat. During accident scenarios with increase of heat removal from the primary coolant system, the actuation of the PRHR will enhance the cooldown of the primary coolant system. There is a risk of power excursion during the cooldown of the primary coolant system. Therefore, it is necessary to analyze the thermal hydraulic behavior of the reactor coolant system (RCS) at this condition. The advanced passive PWR model, including major components in the RCS, is built by SCDAP/RELAP5 code. The thermal hydraulic behavior of the core is studied for two typical accident sequences with PRHR actuation to investigate the core cooling capability with conservative assumptions, a main steam line break (MSLB) event and inadvertent opening of a steam generator (SG) safety valve event. The results show that the core is ultimately shut down by the boric acid solution delivered by Core Makeup Tank (CMT) injections. The effects of CMT boric acid concentration and the activation delay time on accident consequences are analyzed for MSLB, which shows that there is no consequential damage to the fuel or reactor coolant system in the selected conditions.
고조파와 관련한 전력품질저하로 발생하는 전기설비사고 및 경제적 손실은 증가하고 있다. 수동필터는 고조파 문제를 해결하는데 경제적이고 효과적이지만 많은 엔지니어들은 그들의 전력시스템과의 직병렬 공진 문제 및 고조파 증폭 문제로 인해 사용하기를 꺼려한다. 본 논문은 수동필터가 잘 설계될 경우 고조파 문제를 해결하는데 매우 유용하다는 것을 보여준다. 고조파 수동필터 설계의 방법과 과정을 서술하였다. 그리고 100HP DC 모터, 압출 기계, 에어 압력기 등과 같은 비선형 부하로 인해 고조파 문제를 갖는 계통에 적용할 수 있는 수동필터를 설계하였다. 제시된 설계 방법과 절차에 대한 검증을 실험을 통해 입증하였다.
A long term passive cooling system is considered as the most important safety feature for the nuclear design after the Fukushima Daiichi nuclear power plant accident in 2011. The conventional active pump driven safety systems are not available during a station Black Out (SBO) accident. The current design requirement on cooling time of the Passive Auxiliarly Feedwater System (PAFS) is about 8 hours only. To meet the 72 hours cooling time, the pool capacity of cooling water tank should be increased as much as 3~4 times larger than that of current water cooling tank. In order to extend the cooling time for 72 hours, a new passive air-water combined cooling system is proposed. This paper provides the feasibility of the combined passive air-water cooling system. The current pool capacity of water cooling system is preserved, and the cooling capability is extended by an additional air cooler.
The aim of this study is to design a passive filter for the elimination of harmonics. For this design, the harmonics wave generating from the six pulse rectifier was measured and its characteristics were analyzed. We also calculated the quantity of harmonic current by changing the system operational conditions. According to this field data and calculated results. we determined the elements of the passive filter. The simulation results indicate the efficiency of designed passive filter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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