JPH0480358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、沸騰水型（BWR）原子力発電所に
おいて、電力系統の電力需要の増減（即ち発電所
側から電気負荷の増減となる）に応じて原子炉の
熱出力（以下「出力」と略記する）を、再循環流
量制御又は制御棒操作等によつて調整制御するこ
とにより、負荷に追従する運転を行なうための原
子力発電所の負荷追従運転方法に関する。

従来の原子力発電所の運用状況は、全ての発電
用電源設備に占める原子力発電の占有率がそれほ
ど大きくないこと、発電原価が火力のそれに比べ
て安いこと、電力系統の電力負荷需要の増減に対
応して原子力発電所の出力を増減して調整すると
いう負荷追従運転を行なつた実績のないこと、お
よび原子力発電所の出力増減に伴う核燃料の健全
性を維持すること等の観点から、稼働率の向上を
目指して定格出力保持の運用を基調としている。
このため、火力発電所や水力発電所の出力を変化
させることにより、主として電力系統における負
荷の変動に対応していた。

しかしながら、近年の原子力発電所の増加なら
びに単機容量の大型化により、全発電電力量に占
める原子力発電の比率が増大して来た。又、電力
系統の電力需要の高い昼間が高負荷であるのに対
して、電力需要の低い夜間の負荷率は年々顕著に
低下する傾向にあり、原子力発電所を含む全発電
設備の経済的かつ信頼性のある安定な電力供給を
図る上で、原子力発電所の柔軟な運用が求められ
て来ている。そのため、原子力発電所においても
様々な負荷追従運転の検討がなされて来ている
が、特に夜間帯の大幅な負荷変化に対する出力変
化を定格出力に対し75％程度（変化幅25％）より
大幅に下げた場合等には、核燃料健全維持等の観
点から、最適な結果が得られていなかつた。

ここで核燃料の健全性等について説明するた
め、まずBWR原子力発電所の概要と出力制御
（負荷追従）について説明する。

第１図にBWR発電所の原子炉系統の概要図を
示す。原子炉５の出力を制御する手段として炉心
流量制御系１０１及び制御棒制御系１０２があ
る。ここで、炉心流量制御系１０１としては、以
下の説明では第１図に示すような再循環配管に設
けた再循環ポンプを制御する方式について説明す
る。

但し、この他に第１図には示していないが再循
環配管に設けた流量制御弁（Flow Control
Valve）を制御する方式および原子炉内部に設け
たポンプ（Internal Pump）を制御する方式によ
り、炉心流量を制御する方式もある。

さて再循環配管１０３と再循環ポンプ１０４と
ジエツトポンプ１０５とから構成する再循環系に
おいて、再循環ポンプ１０４の回転数を変えるこ
とにより１０６で示される方向に炉心を貫流する
炉心流量が制御され、他方では制御棒１０９の操
作により炉心１０７に収められた核燃料集合体１
０８（一体だけ図示する）に対する制御棒１０９
（一本のみ図示する）の位置が調整され、原子炉
の核分裂が制御される。かくして核分裂により発
生するエネルギが熱に変り、炉心１０７内の水が
沸騰し、発生した蒸気は気水分離器１１０及び蒸
気乾燥器１１１をそれぞれ順に経て、原子炉圧力
容器１００から主蒸気管１１２を通り、蒸気がタ
ービン６に送られこれにより発電機８を駆動し発
電される。なおタービン６で働いた蒸気は復水器
７で水になり、給水ポンプ１１４により給水管１
１３を経て原子炉圧力容器１００に給水される。

ところで、BWR原子力発電所の出力制御は、
制御棒制御又は炉心流量制御により、行なうこと
ができる。

前者の制御棒制御は、主として長期的な核燃料
の燃焼度の調整や、より大幅な低出力までの出力
調整に用いられ、約３％出力／min程度までの出
力制御速度で出力を制御できる。

これに対し後者の炉心流量制御は、原子炉の炉
心流量の変化と炉出力の変化がほぼ比例する性質
を利用しており、高出力からの短期的な、あるい
は速応的な出力調整に用いられ、出力制御速度と
しては約30％／minまでの迅速な応答が可能であ
る。

これらを組合せることにより、発電所出力を高
出力から低出力まで安定かつ迅速に制御すること
ができる。

次に制御棒と炉心流量制御による出力制御特性
について述べる。

第２図に、炉出力を縦軸に炉心流量を横軸にと
つて出力−流量制御特性を示す。

第２図中、の２０１は、炉心流量を制御す
るための再循環ポンプ１０４の回転数をある値で
一定（従つて炉心流量はほぼ一定）としたときの
制御棒制御による出力制御曲線である。

例えば、点の運転で制御棒１０９を挿入して
いくと出力は＋＋＋＋＋線２０１のように点の方
向に低下する。逆に制御棒１０９を引抜くこと出
力は点から点の方向に上昇する。

又、第２図のの２０２は制御棒１０９のパ
ターン（炉心に空気的に挿入されている制御棒の
挿入分布をいう）を一定に保つたまま、炉心流量
１０６を変化させたときの出力−流量制御曲線を
示す。例えば点の運転で再循環ポンプ１０４の
回転数を制御して炉心流量１０６を減少させると
出力はほぼこれに比例して点の方向に減少し、
逆に増加させると出力も点から点の方向に増
加することになる。

つまり、第３図の実線３０１（→→′
→′）で示すような出力調整を行なうためには
上述のように第２図に示す→→→のよ
うに出力制御を行なえば、これが達成できること
になる。

第３図において、３０１の実線は炉出力曲線、
３０２の破線は炉心流量曲線であり、これらはそ
れぞれ出力と炉心流量の時間変化を表わしてい
る。

出力変化の範囲が100％〜65％程度では、流量
制御だけで上記のような出力変化を迅速に行なう
ことができる。

さらに、炉心流量制御による出力制御運転の詳
細について説明する。

これまでの説明は出力低下を行なう時間幅（第
３図の△ｔ）が比較的短くて、例えば数分〜数十
分程度の場合についてである。

時間幅△ｔが長くなり、例えば数時間程度とな
ると、出力変更に伴うゼノン（Xe¹³⁵）濃度の過
度変化を考慮して、これを補償しつつ炉出力を制
御することが必要となる。

即ち、時間幅Δtが長いと、核分裂生成物とし
て、生成から消滅まで数時間も要するような長い
時定数をもつたゼノン（Xe¹³⁵）の影響が無視で
きなくなる。ゼノンXe¹³⁵は出力増減に伴つて消
滅・生成するが、熱中性子束吸収断面積が大きい
ため、炉出力制御に対して負の反応度効果として
作用するため、これを補償しつつ出力制御を行な
うことが必要となる。

第４図に、ゼノンXe¹³⁵の過度変化を無視でき
ないような出力変更の例として週末の低負荷が長
時間（約２日）持続するような負荷のパターンに
追従するための運転の場合を示す。炉出力をこの
負荷パターンＡからＤまでの曲線４０１になるよ
うにするためには、第４図に示すようなゼノン
Xe¹³⁵の負の反応度変化（一点鎖線４０３）を補
償しながら行なう。すなわち炉心流量（破線４０
２）は、第４図中の破線４０２のごとくゼノンの
負の反応度変化（一点鎖線４０３）を相殺するだ
けの正の反応度変化を与えるように制御する必要
がある。

従つて、第４図に示す出力（曲線４０１）と炉
心流量（一点鎖線４０２）の時間変化を第２図と
同様に出力・流量制御図で表わすと第５図のよう
に線５０１から５０４までの軌跡を矢示の順に時
間をおつて→→→→→→と変化す
るようになる。

次に、第６図および第７図を用いて負荷追従時
に留意すべき事項を述べる。

第６図は炉出力を縦軸に炉心流量を横軸にとつ
た運転領域を示すものであり、運転許容領域は線
６０１，６０２，６０３，６０４で囲まれる内部
である。６０１は許容される最小の炉心流量曲
線、６０２は許容される最大の炉心流量曲線、６
０３はロツドブロツクライン（燃料の健全性を維
持するためにこの曲線を越えて出力を増加し過出
力とならないように制御棒１０９の引抜きを阻止
する制限曲線である）、６０４は許容される最大
の出力制限曲線、６０５あるいは６０６は負荷追
従時の炉出力と炉心流量の軌跡（B₁・T₁・T₁′・
B₁′あるいはB₂・T₂・T₂′・B₂′で示される）を表
わし、軌跡６０５（実線で示す）は出力変化幅が
小さく実施可能な例であり、軌跡６０６（破線で
示す）は出力変化幅が大きく実施出来ない例であ
る。すなわち、核燃料の熱的健全性にとつて特に
注意すべき運転点として、B₁点では高出力でか
つ高出力の割に炉心流量が小となり、又T₁点で
は高出力で炉心流量が最大となる。このためこれ
らの点では後述するように核燃料の熱的な冷却性
や出力分布が厳しい運転状態となり注意して運転
する必要がある。ここで、特に高出力であるB₁、
T₁点はいずれも６０２から６０４までの制限曲
線に対しては余裕（それらの線から離れているこ
と）は大きい程良く、軌跡６０６のB₂点のよう
にロツドブロツクライン６０３を越えてはならな
い（つまりB₂点は６０３を越えるので運転出来
ない。）。また、例には示していないがT₁、T₂点
が最大の炉心流量曲線６０２を越えてはならな
い。

第７図は、負荷追従運転を行なつて炉出力を増
減させた場合の炉心内の核燃料棒の軸方向出力分
布の変化を示す。すなわち、７０１は負荷追従運
転を行なう前の出力状態での出力分布であるが、
このような出力分布となることをまず説明する。
BWRの炉心内では、核熱水力現象が持続してお
り、冷却材である水が炉心下部から核燃料棒に沿
つて上方に流れるにつれ、次第に熱せられて蒸気
泡（以下「ボイド」と称する）が発生し気液二相
流となり、次第にボイドの体積率を増しつつ炉心
上部へと貫流する。このため、炉心下部では液相
の単相流（ボイド体積率は０％）であるが、炉心
上部では気相が増えボイド体積率が70％程度とな
り、炉心全体の平均では約40％となつている。減
速材のボイド体積率が大きいと核分裂反応を持続
させる熱中性子束のもれが大きいため燃料棒の出
力は低いものとなる。又、炉心中央部は燃料棒か
ら発生する中性子束の密度が高いため出力も大き
いが、炉心上部又は下部では中性子束のもれが大
きいことが主原因で出力は低くなる。このように
して、炉内の燃料棒の軸方向出力分布は、一般に
中央が凸型の分布となる。

しかして、核燃料棒の熱的・機械的な健全性を
維持するため、特に高出力状態では、緩やかな出
力変化で所謂“焼きならし運転”（これをPC、つ
まりPre Conditioningという）を行い、この経
験された出力分布をPC包絡線（PC−envelope）
７０２と称して、原則的にこの軸方向出力分布の
範囲内で運転を行なうものとしている。このPC
包絡線７０２を越えた運転を行なうと、核燃料の
破損を引き起す可能性がある。

さて、初期分布７０１の状態において、負荷追
従のため、炉心流量を減らして炉出力を減らす
と、ゼノン（Xe¹³⁵）の負の反応度は一旦増加し、
次に10時間程の時定数でもつて減少するので、炉
出力はその影響を受けて増減するが、炉出力を一
定に保つためには、炉心流量を上記のゼノン
（Xe¹³⁵）の毒作用を補償するように増減させる。
この過程で、B₁点のように高出力を維持しつつ
炉心流量が小となる状態がある。このように炉心
流量が減少した状態になると、炉内のボイド分布
が下方に移るので、炉心上部の出力は低下し、そ
の分炉心下部での出力が増加して所謂下部ピーク
の出力分布７０３B₁となり、初期分布７０１を
炉心下部で上回るため、PC包絡線７０２に対す
る余裕が減少し、燃料にとつて厳しくなる。

すなわち低出力運転の夜間帯の運転状態から、
昼間の電力需要に応じるため炉心流量を増して炉
出力を高出力に復帰させる場合には、T₁点のよ
うに高出力で炉心流量が最大となり、炉内の出力
分布は炉心上部での出力が増加する所謂上部ピー
クの出力分布７０４となつて、初期分布７０１を
炉心上部で上回るため、PC包絡線７０２に対し
て余裕が減少し燃料にとつて厳しくなる。

ここで、電力系統からの負荷要求の減少が例え
ばより大幅かつ長時間のものである場合には、こ
れを実施する場合の炉出力と炉心流量の時間軌路
は第６図の６０６に示すように、それらが小さい
場合の軌跡６０５（T₁、T₁′、B₁、B₁′）に比べ
て、より広汎な領域を動くものとなり、前述の許
容運転範囲に対して厳しく、時にはこれを上回る
場合もある（この例ではロツドブロツクライン６
０３の制御曲線に対しB₂点が上回つている）。こ
の場合の炉出力分布はB₁点での出力分布７０３
B₁に比してより出力分布７０３B₂のようになり、
第７図のPC包絡線７０２を下部で越えてしまい
燃料にとつて非常に厳しいものとなる。この他、
負荷通常のパターンによつては第６図に示す制限
曲線６０２や６０４を越えて、出力分布もPC包
絡線７０２を越える場合もある。

このように負荷追従運転のために炉出力を増減
させる際には、炉出力の変化に伴う複雑なゼノン
Xe¹³⁵の毒作用の補償を行ないつつ、炉内出力分
布をPC包絡線７０２以下に維持し、かつ、炉出
力、炉心流量等を許容運転範囲内に維持するする
ことに留意する必要がある。さらに、電力系統の
負荷変化に対応して、出力変化幅、出力変化速度
や出力低下時間等を変えた種々の出力変化パター
ンで負荷追従運転を行なうためには、原子力発電
所の負荷追従運転の実施が非常に難しい原因とな
つている。

さて、以上に述べた負荷追従の出力変化パター
ンは、昼間の高負荷時には高出力を一定で保持
し、夜間は低負荷時には低出力一定で保持し、
朝、晩には、出力変化を行なうという最も典型的
なものである。

なお一般に電力系統網（Grid）は発電所群を
連結して構成され、そしてそのグリツド群を連結
してさらに大きなネツトワーク（Network）を
構成する。従つて、電力系統網が広域にわたる場
合は時差により昼や夜がずれるため昼と夜の負荷
変化が平滑されたり近隣の電力網同志での電力の
やりとりが行なわれるため前述の昼夜負荷変化は
緩和される傾向がある。しかし日本国内の様に、
比較的狭い地域の小さな電力系統網においては、
時差がないため社会全体が同じように昼や夜をむ
かえるので、負荷変化は特に顕著なものとなる。

さて、従来の電力系統の実負荷の変動パターン
としては、上記の昼夜の負荷変化（これを夜間負
荷変化という）に加えて、昼休みの時刻にはその
地方の産業負荷等が一時休止するため、１〜1.5
時間程度で出力変化幅が総負荷の５ないし10％程
度の軽負荷となる昼間帯の軽負荷がある。この時
間帯は、一般にはほぼ正午を期してその地域の社
会全体が一斉に休みとなり13時間頃再開となるた
め、負荷急減急増速度が著しく、発電所電力を急
減急増させて電力系統の負荷と出力のバランスを
保つのが大変難しい。このため、火力発電所の出
力を急減させたり、応答の早い水力発電所の水門
を急に絞つたりして、対応しているのが現状であ
る。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、
その目的は、 ○イ BWR原子力発電所において、従来なされて
いなかつた昼間の軽負荷に対応し、しかもこれ
を行なうことにより相乗的に夜間帯の負荷追従
運転特性を改善すべく最適に予測・制御された
昼間帯の軽負荷追従を行ない、従来実施が困難
であつた原子力発電所の夜間帯の負荷追従運転
特性を改善し、従来に比較し、より大幅な出力
変化、より長期な低出力保持、より迅速な出力
増減を実施可能にする等の運用性を増す。

○ロ ○イを実施可能とすることにより、夜間帯の低
負荷時における余剰な発電設備の効率的運用と
して、揚水型水力発電所に位置エネルギーとし
て揚水を貯えたり、火力発電所の余剰電力を低
減するための出力低減や起動・停止に伴う信頼
性の低下を減少させ、電力系統全体の運用の自
由度を向上させることにある。

本願は水力発電所、火力発電所等の発電所から
なる電力系統に接続され、ほぼ定格出力運転を行
つている原子力発電所の出力を、電力の消費量が
低下する深夜から翌朝にかけて低下させ、翌朝再
びほぼ定格出力に上昇させ、さらに原子炉に負の
反応度変化を生じる毒作用特性を持つ核分裂生成
物の存在に対応させ昼間の時間帯に強制的に上記
深夜の出力低下より少い出力低下の運転を行い、
その後ほぼ定格出力に復帰させることを特徴とす
る原子力発電所の負荷追従運転方法である。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。

第８図ａおよび第８図ｂは本発明の原子力発電
所の負荷追従運転方法の一実施例である。

第８図ａは従来検討されてきた夜間帯のみの負
荷追従運転方法の説明図である。この従来方法
は、その地域における夜の負荷需要の変化を依存
するが例えば夜間22時までほぼ定格出力で運転
し、22時から翌朝７時まで低出力を保持し、８時
に再び定格出力に復帰させることを繰返すもので
ある。

なお、この負荷追従運転の出力変化曲線は、そ
の地域毎の（その電力系統毎の）昼と夜の負荷電
要の変化に依存して異なる。しかし以下の説明で
は、典型的でしかも負荷追従運転を行なうのが難
しいケースの一例として第８図ａのものについて
説明する。

これに対し、第８図ｂは、夜間帯の負荷追従運
転に重畳して昼間の軽負荷追従運転を実施する本
発明の負荷追従運転方法の説明図である。ここ
で、Ｔは昼間の軽負荷追従の開始時刻であり、△
Ｔはその軽負荷追従の持続時間、△Ｐは出力低下
幅を示す。

本発明の第８図ｂでは昼間軽負荷が12時から13
時頃の場合を示したが、この時間帯が数時間にわ
たりずれたりしても同じ様に扱うことができる。

夜間帯の負荷追従運転をすると、前述したゼノ
ンXe¹³⁵の毒作用により、翌日の数時間後つまり
正午頃の炉内出力分布が前述のPC包絡線に対し
て最も余裕が少なくなることに注目し、昼間帯特
に正午頃の出力を強制的に下げることにより、夜
間帯の負荷追従特性が改善できることが判明し
た。

以下に、昼間の軽負荷追従の開始時刻Ｔ、その
軽負荷追従の持続時間△Ｔ、出力低下幅△Ｐを変
化させることにより、夜間帯の負荷追従運転特性
を改善する効果がそれぞれ異なるため、それらの
各々を変化させてそのときの改善の効果を示す。

第９図ａは昼間の軽負荷追従の開始時刻Ｔを、
10時、11時、12時、13時と変えて、このときの炉
出力−炉心流量の運転領域上の余裕をみるため、
高出力時における炉心流量の最大値および最小値
をとり、昼間帯の軽負荷追従を実施しない場合
（以下「標準ケース」と記す）と比較して示す。
９０３は炉心流量の最大値の変化（第６図T₁に
相当する時点の炉心流量値である。）、９０１はそ
の標準ケースの値を示す。一方、９０４は炉心流
量の最小値の変化（第６図のB₁に相当する時点
の炉心流値である。）、９０２はその標準ケースの
値を示す。昼間の軽負荷追従の開始時刻Ｔを10
時、11時、12時、13時と変えても炉心流量の最大
値の変化９０３は変化しない。また炉心流量の最
小値の変化９０４は11時に昼間の軽負荷を開始し
た場合には標準ケースの場合（９０２）に比べて
わずかに大きく楽になる。つまり第６図のB₁点
での炉心流量がやや増え制限曲線６０３に対して
余裕が増加する。しかし曲線９０４は巨視的にみ
ると標準ケースの場合（９０２）と比べて大差な
い。

第９図ｂは昼間の軽負荷追従の開始時刻を10
時、11時、12時、13時と変えて、このときの炉内
の出力分布の変化を第７図のPC包絡線７０２に
対する余裕としてみるため、高出力時における炉
心上部および下部の出力分布の初期出力分布から
の変化幅をとり、前記標準ケースの場合と比較し
て示す。９０７は下部ピークの初期分布からの変
化幅（第９図B₁に相当する時点の出力分布変化
幅である）、９０５はその標準ケースの値を示す。
９０８は上部ピークの初期分布からの変化幅（第
６図T₁に相当する時点の出力分布変化幅であ
る）、９０６はその標準ケースの値を示す。この
図より昼間の軽負荷追従の開始時刻Ｔを10時、11
時、12時、13時と変えても上部ピークの初期分布
からの変化幅９０８は変化しない。しかし下部ピ
ークの初期分布からの変化幅９０７は標準ケース
の場合に比して、次第に小さくなり第６図B₁時
点での出力分布変化が小さく第７図の制御曲線７
０２に対して余裕のあるものとなる。また、12時
から昼間の軽負荷追従を開始する場合が最適であ
ることが分る。

このようにして、第９図ａおよび第９図ｂより
夜間帯の負荷追従に重畳して昼間の軽負荷追従を
行なつても、出力・流量運転領域および出力分布
変化に対しては行なわない場合に比して少なくと
も悪くはならない傾向があり、特に開始時刻が12
時からの場合は出力分布の変化を大幅に改善する
ことが分かる。

次に、第１０図ａおよび第１０図ｂは第８図ｂ
に示される出力低下△Ｐを変化させた時の比較図
を第９図の場合と同様にして示す。

第１０図ａは12時から１時間程度の昼間の出力
低下幅△Ｐを−５％、−10％、−15％と変えて、こ
のときの炉出力−炉心流量の運転領域上の余裕を
みるため、高出力時における炉心流量の最大値お
よび最小値をとり、標準ケースと比較して示す。
１００３は炉心流量の最大値の変化（第６図T₁
に相当する時点の炉心流量値である）、１００１
はその標準ケースの値を示す。一方、１００４は
炉心流量の最小値の変化（第６図B₁に相当する
時点の炉心流量値である）、１００２はその標準
ケースの値を示す。昼間の軽負荷追従による出力
変化幅を−５％、−10％、−15％と変えても炉心流
量の最大値の変化１００３は変化しない。また炉
心流量の最小値の変化１００４は−５％と−15％
で僅かばかり変化するに過ぎない。

第１０図ｂは12時から１時間程度の昼間の出力
低下幅△Ｐを−５％、−10％、−15％と変えて、こ
のときの炉内の出力分布の変化の第７図のPC包
絡線７０２に対する余裕をみるため、高出力時に
おける炉心上部および下部の出力分布の初期出力
分布からの変化幅をとり、標準ケースと比較して
示す。１００７は下部ピークの初期分布からの変
化幅（第６図B₁に相当する時点の出力分布変化
幅である）、１００５はその標準ケースの値を示
す。一方、１００８は上部ピークの初期分布から
の変化幅（第６図T₁に相当する時点の出力分布
変化幅である）、１００６はその標準ケースの値
を示す。昼間の軽負荷追従による出力変化幅△Ｐ
を−５％、−10％、15％を変えても上部ピークの
初期分布からの変化幅１００８は全く変化しな
い。しかし下部ピークの初期分布からの変化幅１
００７は出力低下幅−５％でやや大きく標準ケー
スの場合１００５に比べて第６図の制御曲線６０
３に対して厳しくなるものの−10％、−15％で大
幅に改善されることが分る。つまり、夜間帯の負
荷追従に重畳して行なう12時間１時間程度の昼間
の軽負荷追従の出力低下幅ΔPは、出力・流量の
許容運転領域に対する余分に与える影響は、少な
い。また、−10％出力低下幅程度で、出力分布変
化を大幅に改善できることが分かる。

さらに、第１１図ａ及び第１１図ｂは、昼間の
出力低下幅を一例として−５％とし出力低下時間
△Ｔを変化させた時の比較例である。

第１１図ａは正午頃からの昼間の出力低下時間
△Ｔを１時間、２時間、３時間と変えて、このと
きの炉出力−炉心流量の運転領域上に余裕をみる
ため、高出力時における炉心流量の最大値および
最小値をとり、標準ケースと比較して示す。１１
０３は炉心流量の最大値の変化（第６図T₁に相
当する時点に炉心流量値である）、１１０１はそ
の標準ケースの値を示す。一方１１０４が炉心流
量の最小値の変化（第６図B₁に相当する時点の
炉心流量値である）、１１０２はその標準ケース
の値を示す。昼間の軽負荷追従による出力低下時
間幅を１時間、２時間、３時間と変えても炉心流
量の最大値の変化１１０３は全く変化しない。し
かし炉心流量の最小値の変化１１０４は段々に大
きくなる、つまり出力低下時間幅が大きくなるほ
ど漸次標準ケースの１１０２に比べて第６図の制
御曲線に対して余裕がふえ楽になる。

第１１図ｂは正午頃から昼間の出力低下時間幅
△Ｔを１時間、２時間、３時間と変えて、このと
きの炉内の出力分布の第７図のPC包絡線の７０
２に対する余裕をみるため、高出力時における炉
心上部および下部の出力分布の初期出力分布から
の変化幅をとり、標準ケースと比較して示す。１
１０７は下部ピークの初期分布からの変化幅（第
６図B₁に相当する時点の出力分布変化幅であ
る）、１１０５はその標準ケースの値を示す。一
方、１１０８は上部ピークの初期分布からの変化
幅（第６図T₁に相当する時点の出力変化幅であ
る）、１１０６はその標準ケースの値を示す。正
午頃からの昼間の軽負荷追従による出力低下時間
幅△Ｔを１時間、２時間、３時間と変えても上部
ピークと初期分布からの変化幅１１０８は全く変
化しない。しかし、下部ピークの初期分布からの
変化幅１１０７は出力低下時間幅が１時間ではや
や大きく、標準ケースの場合１１０５に比べて第
７図の制御曲線７０２に対して厳しくなるもの、
２時間では標準ケースと変らず、３時間ではやや
楽になることが分かる。すなわち、正午頃から出
力低下幅−５％程度の昼間の軽負荷追従の出力低
下時間幅△Ｔは、△Ｔ＞2hr（時間）程度では出
力・流量運転領域と出力分布変化幅に対しては行
なわない場合に比して双方を改善する。また、０
＜△Ｔ＜2hrでは出力分布変化幅に対してわずか
に厳しめとはなるものの出力・流量運転領域に対
しては余裕を増すことが分かる。

以上の検討結果より、夜間帯の負荷追従運転特
性を改善すべく最適に予測・検討を行ない、夜間
帯の負荷追従に重畳させて、すなわち夜間の低出
力の逆作用が生起する正午付近の時点において強
制的に昼間の軽負荷追従を行なつても、炉出力−
炉心流量運転領域および出力分布変化に対しては
問題はなく、改善する効果が顕著であることが示
された。つまり、夜間帯の負荷追従に重畳させて
強制的に昼間の軽負荷追従を行なうことにより、
昼間の軽負荷に対応できるばかりでなく、夜間帯
の負荷追従運転特性をも改善することができるた
め、より大きな出力変化、より長い低出力保持、
より迅速な出力増減等の自由度のある負荷追従運
転が実施可能となり、その効果は大きい。

次に、前記本発明の原子力発電所の負荷追従運
転方法を実施するための装置について説明する。

第１２図は、本発明の原子力発電所の負荷追従
運転方法を実施するための装置のブロツク線図で
ある。

中央給電指令所１は、負荷追従装置２に負荷要
求信号Ｓ１Ａを出力し、負荷追従装置２は原子炉
５が負荷要求信号Ｓ１Ａの要求を満たす運転を実
施するために、発電機出力制御装置３に発電機出
力制御信号Ｓ８を出力し、発電機８の出力を最適
に制御する。なお、Ｓ９は発電機８から負荷追従
装置２への発電機を含む発電所の運転状態を示す
信号である。

ここで、発電機出力制御装置３は発電機出力フ
イードバツク信号Ｐ１を入力し、要求との偏差量
を求め、偏差分の出力運転をするためにタービン
制御装置４に出力制御信号Ｐ６を出力し、タービ
ン６を制御する。

タービン制御装置４は主蒸気総流量信号Ａ１と
タービン速度信号Ａ２を入力し、再循環流量制御
器９に負荷要求偏差信号Ａ３を出力する。再循環
流量制御器９からの再循環流量制御信号Ａ４が再
循環ポンプ１０４の流量を制御することにより、
炉心流量を制御し炉心出力を変える。かくして炉
心での蒸気発生量が制御され、タービン６を制御
し、発電機出力を要求通りに運転する。

そこでこれから、本発明における上記実施例を
詳細に説明する。

第１３図の破線枠内に本発明の原子炉負荷追従
装置２の主要部をなす負荷指令装置２′の内部構
成を表わしたブロツク図を示す。中央給電指令所
１からの負荷要求信号Ｓ１Ａは運転監視・操作装
置１３に入力され、自動的に記録装置２１に出力
される。ここに、運転監視・操作装置１３は自動
あるいは手動にスイツチで切替えられ、手動の場
合には、中央給電指令所１からの要求（負荷要求
信号Ｓ１Ａ）がなくても、負荷要求信号Ｓ１Ｂを
出力できるようにしてあり、自動の場合には負荷
要求信号Ｓ１Ａに対応した出力を負荷要求信号Ｓ
１Ｂとして出力する。

負荷要求信号Ｓ１Ｂを入力した記録装置２１は
信号を記録し、記録後に予測部２２に出力され
る。

予測部２２には原子炉５のシミユレーシヨン・
モデルが組み込まれており、負荷要求信号Ｓ１Ｃ
の要求通りの運転を実施した場合の原子炉５の状
態を予測し、判定装置２３に負荷要求信号Ｓ１Ｄ
と第１の予測結果信号Ｓ２Ｂが出力される。第２
の予測結果信号Ｓ２Ａは記録装置２１に出力され
記憶される。

ところで、予測部２２は予測機能の他の負荷要
求のパターンに近似した代替のパターンを作成す
る機能も有する。判定装置２３は予測部２２によ
つて予測された結果が原子炉５の健全性を損わな
いようなものか、記録装置２１に記録してある判
定基準データＳ７と比較し判定する。記録装置２
１には原子炉の健全性が損われないような信号の
みを選択し、最適に制御するために測定装置２３
で必要となる判定基準のデータが予め記録されて
いる。

判定の結果が妥当でない場合、判定装置２３は
中央給電指令所１に対して、要求を拒否する場所
を、要求拒否信号Ｓ１２と応答信号Ｓ５を介して
出力し、同時に予測部２２に対し負荷要求信号Ｓ
１Ｄに近似した別な代替のパターンの要求信号Ｓ
３を出力する。

なお、要求拒否信号Ｓ１２は中央給電指令所等
からの負荷要求信号Ｓ１Ａに対してのみ応答出力
され、代替パターン要求信号Ｓ３に対しては出力
されない。

予測部２２は夜間帯の負荷追従のパターンにお
いて出力変化幅・出力変化速度・低出力保持時間
等を要求に応じ適宜に変更した代替のパターンを
作成し、その予測結果と合わせて再び判定装置２
３に出力される。また、予測結果は記録装置２１
に出力されるが、ここで記録装置２１に記録され
ている前の予測結果はクリアされ、新たなものが
記録される。

この代替パターンも妥当な結果でない場合、ま
た予測部２２に要求信号が出力され、この機能は
実行可能な代替パターンを算出するまで続く。

実行可能な代替パターンが算出されると、判定
装置２３は運転監視・操作装置１３にこの実行可
能な負荷パターン信号Ｓ４を出力し運転監視・操
作装置１３は中央給電指令所１に応答信号Ｓ５を
出力する。

中央給電指令所１よりこの代替パターンでも良
いので運転を実施して欲しいという、指令信号Ｓ
６Ａが運転監視・操作装置１３に入力されると運
転監視・操作装置１３は判定装置２３に負荷追従
指令信号Ｓ６Ｂを出力し、判定装置２３は制御部
２４に負荷要求信号Ｓ１Ｅを出力する。

制御部２４は発電機出力制御装置３（第１２図
参照）に発電機出力制御信号Ｓ８を出力し、原子
炉５は負荷追従運転を開始する。

運転開始後、発電機出力制御装置３からはフイ
ードバツク信号として運転状態信号Ｓ９が監視部
２５に入力され、原子炉５が要求通りに運転され
ているかどうか、予測部２２により求められてい
た予測結果信号Ｓ２Ｃと比較される。

比較の結果に大きな違いがあつた場合、監視部
２５は運転監視・操作装置１３に異常運転信号Ｓ
１１を出力し、運転員に異常がを知らせる。

比較の結果がほぼ一致していれば、監視部２５
は制御部２４に正常運転信号Ｓ１０を出力し、運
転を継続する。一致していなければ、正常運転信
号Ｓ１０が出力されないから、制御部２４からの
発電機出力信号Ｓ８の継続が阻止される。

第１４図は、本発明を実施するための発電機の
出力制御装置３のブロツク図である。

発電機出力制御装置３はタービン制御装置４か
ら発電機８の出力に至るプラントの時間遅れを補
償するために、負荷追従装置２より入力した発電
機出力制御信号Ｓ８と発電機８出力フイードバツ
ク信号Ｐ１との偏差信号Ｐ２を加算器３１により
求め、さらに偏差信号Ｐ２を発電機出力制御器３
２に入力して偏差制御信号Ｐ３を求める。

次に、発電機出力制御装置３は発電機出力制御
信号Ｓ８と偏差制御信号Ｐ３を加算器３３で加算
し、定常状態において両信号間のオフセツト（定
常偏差）が解消できる様にする。加算して求めた
負荷設定信号Ｐ４はタービン制御装置４からのフ
イードバツク信号Ｐ５と加算器３４により加算さ
れる。加算された信号である出力制御信号Ｐ６は
タービン制御装置４（第１２図参照）に出力さ
れ、タービン６が制御される。

斯くして、本発明による原子力発電所の負荷追
従方法ならびに装置によれば、昼間の軽負荷に対
応することができ、しかも従来検討されてきた夜
間帯の負荷追従運転特性を改善し、より大きな出
力変化を実施可能にすることにより、夜間帯の負
荷時における水力発電所の揚水負荷容量の増加を
抑制し、火力発電所の起動・停止に伴う信頼性の
低下を減少させる等、電力全体の運用性を向上さ
せる効果が極めて大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のBWR発電所の概要図、第２図
は従来の炉出力−炉心流量制御特性図、第３図は
従来の炉出力・炉心流量の時間特性図、第４図は
従来の週末負荷追従運転における炉出力・炉心流
量・ゼノンの負の反応度特性図、第５図は従来の
週末負荷追従運転時における炉出力−炉心流量特
性図、第６図は従来の炉出力を縦軸に炉心流量を
横軸にとつた運転領域図、第７図は従来の負荷追
従運転を行ない炉出力を増減させた場合の炉心内
の核燃料棒の軸方向出力の分布図、第８図ａは従
来の夜間帯のみの負荷追従運転図、第８図ｂは本
発明の負荷追従運転図、第９図ａは本発明にかか
り昼間の出力低下開始時刻を変えたときの高出力
時の炉心流量の最大・最小値の変化図、第９図ｂ
は本発明にかかり昼間出力低下開始時刻を変えた
ときの高出力時の出力分布変動幅の変化図、第１
０図ａは本発明にかかり昼間出力低下幅を変えた
ときの高出力時の炉心流量の最大・最小値の変化
図、第１０図ｂは本発明にかかり昼間出力低下幅
を変えたときの高出力時の出力分布変動幅の変化
図、第１１図ａは本発明にかかり昼間出力低下時
間幅を変えたときの高出力時の炉心流量の最大・
最小値の変化図、第１１図ｂは本発明にかかり昼
間出力低下時間幅を変えたときの高出力時の出力
分布変動幅の変化図、第１２図は本発明の原子力
発電所の負荷追従方法を実施するための装置のブ
ロツク線図、第１３図は本発明の負荷追従来方法
を実施するための装置の一実施例の詳細図、第１
４図は本発明の方法を実施するための発電機の出
力制御装置のブロツク図である。 １……中央給電指令所、２……負荷追従装置、
２′……負荷指令装置、３……発電機出力制御装
置、４……タービン制御装置、５……原子炉、６
……タービン、７……復水器、８……発電機、９
……再循環流量制御器、１３……運転監視・操作
装置、２１……記録装置、２２……予測部、２３
……判定装置、２４……制御部、２５……監視
部、３１，３３，３４……加算器、１００……原
子力圧力容器、１０１……炉心流量制御系、１０
２……制御棒制御系、１０３……再循環配管、１
０４……再循環ポンプ、１０５……ジエツトポン
プ、１０７……炉心、１０８……核燃料集合体、
１０９……制御棒、１１０……気水分離器、１１
１……蒸気乾燥器、１１２……主蒸気管、１１３
……給水管、１１４……給水ポンプ、Ａ１……主
蒸気総流量信号、Ａ２……タービン速度信号、Ａ
３……負荷要求偏差信号、Ａ４……再循環流量制
御信号、Ｐ１……発電機出力フイードバツク信
号、Ｐ２……偏差信号、Ｐ３……偏差制御信号、
Ｐ４……負荷設定信号、Ｐ５……タービン制御装
置フイードバツク信号、Ｐ６……出力制御信号、
Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ，Ｓ１Ｃ，Ｓ１Ｄ，Ｓ１Ｅ……負
荷要求信号、Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ，Ｓ２Ｃ……予測結
果信号、Ｓ３……代替パターン要求信号、Ｓ４…
…実行可能負荷パターン信号、Ｓ５……応答信
号、Ｓ６Ａ，Ｓ６Ｂ……指令信号、Ｓ７……判定
基準データ信号、Ｓ８……発電機出力制御信号、
Ｓ９……運転状態信号、Ｓ１０……正常運転信
号、Ｓ１１……異常運転信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水力発電所、火力発電所等からなる電力系統
   に接続され、ほぼ定格出力運転を行つている原子
   力発電所の出力を、電力の消費量が低下する深夜
   から翌朝にかけて低下させ、翌朝再びほぼ定格出
   力に上昇し、さらに原子炉に負の反応度変化を生
   じる毒作用特性を持つ核分裂生成物の存在に対応
   させ昼間の時間帯に強制的に上記深夜の出力低下
   より少ない出力低下の運転を行い、その後ほぼ定
   格出力に復帰させることを特徴とする原子力発電
   プラントの負荷追従運転方法。 ２ 前記毒作用特性を持つ核分裂生成物はゼノン
   Xe¹³⁵であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の原子力発電プラントの負荷追従運転方
   法。 ３ 深夜とは午後10時付近であり、翌朝とは午前
   ８時付近であることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の原子力発電プラントの負荷追従運転
   方法。 ４ 昼間の時間帯とは午前12時付近から午後１時
   付近であることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項又は第３項記載の原子力発電プラントの負荷追
   従運転方法。