Transcript 울트라커패시터 기반 제어봉제어계통 전원공급장치

울트라커패시터 기반
제어봉제어계통
전원공급장치개발
원자로설계개발단 계측제어설계그룹
LOGO
발표순서
1
일반 현황
2
기존계통 소개
3
SCUPS 개발내용
4
기술개발결과
5
활용방안 및 향후 계획
1
LOGO
1. 개요
MG-Set 기능
 제어봉 구동에 필요한 전력을 제어봉제어계통
(CEDMCS)을 통하여 제어봉 코일(CEDM)에 공급
대체 설비
 정지형 제어봉 무정전전원공급장치 (SCUPS) 개발
(SCUPS : Static Control Rod Uninterrupted Power Supply System)
• 기계식 회전기기 타입 MG-Set 을 정지형으로 대체
• 울트라 커패시터 기반
• 원천기술 확보
2
LOGO
2. 기존 계통 소개
병렬운전(100%×2대)
1 초간 정전 시 전원공급
MG1 Set
플라이휠
전동기
발전기
480VAC,
3Φ,60Hz
전동기 입력
스위치
발전기 출력
스위치 회로차단기
240VAC,
3Φ4W,60Hz
M
G
전기적 차폐
AVR
MG Set은 원자로출력을
제어하는 제어봉구동장치에
신뢰성있고 , 양질의 전원을
공급하는 목적
A
원자로정지스위치
V
제어봉
제어
계통
SYNCH
V
제어봉
구동장치
A
AVR
제어봉
구동
장치
발전기 출력
스위치 회로차단기
480VAC,
3Φ,60Hz
전동기 입력
스위치
양질의 정현파 공급
M
G
6
1
5
Total Flow
4
5
Main Flow
Bypass Flow
4
MG2 Set
MG Set: Motor Generator Set
AVR : Automatic Voltage Regulator
3
원자로
5
2
1
Outlet Nozzle Clearance
2
Instrumented Center G.T.
3
Core Shroud-CSB Annulus
4
Center Guide Tubes
5
Outer Guide Tubes
6
Alignment Key-ways
3
LOGO
MG Set 위치
MG Set
원자로정지스위치
제어봉제어계통
4
기존 계통의 문제점
진동
주변기기 DV 유기
냉각을 위한 별도의
냉각기 필요
B
고속회전 으로 인한
매우 큰 소음 : 110DB
LOGO
고속회전 으로 인한
매우 큰 진동 : 14 µm
별도 설치공간 필요
소음(대)
A
C
문제점
효율 : 80%
에너지 소모 과다
효율 95% 기기 대비
1억원 이상 소요
• 베어링 주기적 교체
• 윤활유 주기적 교체
• 유지보수 비용 ↑↑
유지보수
D
E
열 발생
저 효율
DV : Dynamic Vibration
5
LOGO
3. SCUPS 개발내용
새로운 에너지 저장장치 적용
 울트라커패시터
• 활성탄소를 전극재료로 하는 전기이중층 커패시터
(Electric Double Layer Capacitors)
항목
납축전지
울트라
커패시터
일반
커패시터
충전시간
1~5hrs
0.3~30
sec
10-6~10-3
sec
방전시간
0.3~3hrs
0.3~30
sec
10-6~10-3
sec
10~100
1~10
< 0.1
< 1,000
< 10,000
< 10,000
0.7~0.85
0.85 ~
0.98
> 0.95
1,000
>
500,000
> 50,000
에너지
밀도
(Wh/kg)
전력밀도
(W/kg)
충방전
효율
수명
6
LOGO
3. SCUPS 개발 내용(계속)
특허출원
Prototype (1차)
상위요건
Prototype (2차)
상세요건
기술기준, 업체 (기술협의)
시스템 모델링/시뮬레이션 (1, 2 차)
7
기술규격서
LOGO
3. SCUPS 개발 내용(계속)
모델링 및 시뮬레이션
 프로그램 개발 (Tool: Matlab/Simulink)
• MG Set, CEDMCS 통합 시뮬레이션 프로그램
• SCUPS, CEDMCS 통합 시뮬레이션 프로그램
제어봉삽입 시뮬레이션
제어봉삽입 실측파형
최대 부하 운전시 시뮬레이션
8
전원상실시 방전특성 시뮬레이션
LOGO
3. SCUPS 개발 내용(계속)
모델링 및 시뮬레이션
 MG SET과 SCUPS 통합 모델링 결과
MG SET
VS.
9
SCUPS
LOGO
3. SCUPS 개발 내용(계속)
프로토타입
 시험설비구성도
Delta Conversion On-line UPS
시험설비
10
LOGO
3. SCUPS 개발 내용(계속)
프로토타입
 시험결과
초고용량 커패시터 방전시험
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
입력전원 차단시 출력전압
11
1차(2009년09월11일)전압(Vdc)
1차(2009년09월11일))전류(A)
2차(2009년11월17일)전압(Vdc)
2차(2009년11월17일)전류(A)
LOGO
병렬운전(100%×2대)
SCUPS 개발 내용(계속)
1 초이상 정전 시 전원공급
SCUPS1
플라이휠
전동기
발전기
480VAC,
3Φ,60Hz
전동기 입력
스위치
3상
480 Vac
60 Hz
CB
M
인버터
부
정류부
양질의 정현파 공급
G
AVR
입력
필터부
발전기 출력
스위치 회로차단기
240VAC,
3Φ4W,60Hz
출력
필터부
Static
V
Switch
부
3상
240~260
Vac
A 60 Hz
CB
전기적 차폐
원자로정지스위치
무진동(회전부 없음)
제어봉
제어
계통
SYNCH
AVR
480VAC,
3Φ,60Hz
축전지
(Ultra
Capacitor)
전동기 입력
스위치
M
소음(60DB)
V
CB
A
발전기 출력
스위치 회로차단기
G
열발생(소량) :
제어봉
구동
냉각기
장치
불필요
유지보수 간편(비용절감)
6
1
SCUPS2
5
Total Flow
원자로
www.themegallery.com
4
5
Main Flow
Bypass Flow
1
Outlet Nozzle Clearance
2
Instrumented Center G.T.
3
Core Shroud-CSB Annulus
4
Center Guide Tubes
효율(95%) :운영비절감
4
5
3
2
12
5
Outer Guide Tubes
6
Alignment Key-ways
LOGO
3. SCUPS 개발 내용(계속)
SCUPS 설계요건
CEDMCS 요건
디지털화 요건
(MTP)
Prototype 시험결과
MG Set 요건
SCUPS 요건
VBPSS 요건
UPS 요건
모델링 및 시뮬레이션
수행결과
Ultra Capacitor 요건
13
LOGO
4. 기술개발결과
주요개발 결과
 기술규격서
 프로그램
• MG Set, CEDMCS 통합 시뮬레이션 프로그램, SCUPS
프로그램(Matlab)
 특허출원
• 원자력발전소 제어봉 제어를 위한 전원공급장치
(출원번호 :10-2010-0130924, 출원일자 : 2010.12.20)
• 대용량 커패시터의 절체 방식을 이용한 UPS의 에너지 저장장치
(출원번호: 10-2011-0093044)93044)
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5. 활용방안 및 향후 계획
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 활용방안
 국내외 가동원전 MG Set 설비교체
 발전소 현장의 오랜 숙원이었던 소음,진동, 열 발생문제 해결 및
효율향상으로 인한 운영비 (1억/년, 호기)절감 예상
 시뮬레이션 모델을 활용한 가동원전 제어봉제어계통 관련 고장시
신속한 고장진단 및 대책마련
 향후계획
 시스템 건전성 진단기술 보완 (고장모드분석 포함)
 실제 용량과 동일한 Prototype을 통한 실증시험
 발전소 적용 사업 추진
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