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재생에너지 확대가 가속화되면서 기존 발전소 운영 방식에도 변화가 요구되고 있습니다.
특히 원자력 발전소는 안정적인 기저 전원을 제공하지만, 전력 시장 가격 변동성과 재생에너지 확대 속에서 단순 전기 판매만으로는 경제성을 유지하기 어려운 상황이 늘어나고 있습니다.
이 때문에 최근에는 발전소의 “남는 열(steam/thermal energy)”을 전기 생산 외 다른 용도로 활용하려는 움직임이 커지고 있습니다.
대표적으로:
등이 검토되고 있습니다.
하지만 실제 발전소에서 증기를 외부로 추출하면 단순히 출력만 감소하는 것이 아닙니다.
등 다양한 영향이 연쇄적으로 발생합니다.
이러한 변화를 실제 설비 적용 전에 검증하기 위해 사용되는 대표적인 Digital Twin 기반 시뮬레이션 도구가 바로 PEPSE 입니다.
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이번 사례는 미국 DOE의 Flexible Plant Operation and Generation(FPOG) 프로그램과 관련된 연구 방향을 기반으로,
4-loop Westinghouse PWR 원전에서 전체 열출력의 약 30%(1095 MWt)를 외부로 추출하는 시나리오를 분석한 내용입니다.
핵심 목적은 다음과 같습니다.
“원자력 발전소의 열을 전기 생산 외 용도로 활용할 수 있는가?”
그리고 이를 검증하기 위해 발전소 전체 사이클을 Digital Twin 형태로 모델링했습니다.
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열을 외부로 추출하면서 발전 출력은 다음과 같이 감소했습니다.
약 31% 수준의 출력 감소가 발생했습니다.
이는 단순히 “열을 빼갔기 때문”이 아니라,
터빈을 통과하는 증기량 자체가 감소하면서 발생하는 변화입니다.
HP/LP 터빈의 유량과 압력은 약 25~27% 감소했습니다.
즉, Thermal Extraction은 단순 부가 설비 추가가 아니라
터빈 사이클 전체에 직접적인 영향을 주는 운전 변화라는 의미입니다.
특히 다음 항목들이 함께 검토되어야 합니다.
콘덴서 부하는 약 30% 감소했습니다.
이는 터빈을 통과하는 증기량 감소에 따른 자연스러운 결과이며,
냉각수 계통 및 Heat Balance에도 영향을 줍니다.
일부 운전 조건에서는 냉각계통 운영 최적화에도 활용 가능성이 있습니다.
최종 급수 온도(Final Feedwater Temperature)는
약 27.6°F 감소했습니다.
급수 온도 변화는 단순 수치 변화가 아니라 다음 항목에 영향을 줄 수 있습니다.
따라서 Thermal Extraction 설계에서는 반드시 Feedwater Cycle까지 함께 검토해야 합니다.
분석 결과, 추출 증기 조건은 다음 수준으로 확인되었습니다.
이는 HELB(High Energy Line Break) 기준을 초과하는 조건으로 평가되었습니다.
즉, 실제 적용 시에는:
등이 반드시 포함되어야 합니다.
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