(57)【要約】  マルチモジュール式発電プラントは、発電プラント出力を生成する複数のオンサイト原子力発電モジュールと、発電プラントの所内負荷に関連する電気を使用して動作するように構成された複数の発電プラントシステムとを含む。発電プラントに関連する開閉所は、発電プラントを分散型電力網に電気的に接続することができる。分散型電力網は、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成されることがある。さらに、開閉所は、発電プラントを専用電力網に電気的に接続することができる。専用電力網は、発電プラント出力から生成される電気を専用サービス負荷に供給することができ、発電プラント出力は、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であることがある。発電プラント出力の少なくとも一部分を、発電プラントシステム及び専用電力網の両方に分配することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモジュール式発電プラントであって、
発電プラント出力を生成するように構成された複数のオンサイト原子力発電モジュールと、
前記発電プラントの所内負荷に関連する電気を使用して動作するように構成された複数の発電プラントシステムと、
開閉所と
を備え、
前記開閉所が、
複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成された分散型電力網に、前記発電プラントを電気的に接続し、
前記発電プラント出力から生成される電気を専用サービス負荷に供給するように構成された専用電力網であり、前記発電プラント出力が前記専用サービス負荷と前記所内負荷の合計負荷以上である、専用電力網に、前記発電プラントを電気的に接続し、
前記発電プラント出力の少なくとも一部分を、前記発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に分配する
ように構成されている、マルチモジュール式発電プラント。
【請求項２】
前記専用サービス負荷が、前記発電プラントからオフサイトに位置する１つ又は複数の消費者を含み、前記発電プラントが、前記分散型電力網からの電力の中断中に前記専用電力網を介して実質的に連続的な電力を前記消費者に供給するように構成されている、請求項１に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項３】
前記所内負荷に関連する電気を使用して動作するように構成された前記複数の発電プラントシステムが、非緊急システムを含み、前記発電プラントが、いかなる電気も使用せずに動作するように構成された複数の受動的緊急システムをさらに含む、請求項１に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項４】
前記オンサイト原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数が、前記発電プラント出力の第１の部分を生成するように構成され、前記発電プラント出力の前記第１の部分が、前記専用サービス負荷と前記所内負荷の合計負荷以上であり、前記開閉所が、前記発電プラントで前記分散型電力網からの電力の中断が起きているときに、前記発電プラント出力の前記第１の部分を、前記発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に適用するように構成されている、請求項１に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項５】
前記オンサイト原子力発電モジュールの残りのものが、前記発電プラント出力の第２の部分を生成するように構成され、前記開閉所が、前記発電プラントが前記分散型電力網に電気的に接続されているときに、前記発電プラント出力の前記第２の部分を前記分散型電力網に適用するように構成されている、請求項４に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項６】
前記発電プラントが、少なくとも９９．９％の信頼度因子で前記発電プラント出力の前記第１の部分を生成するように構成されている、請求項４に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項７】
原子力発電モジュールが発電のために利用できなくなった場合に、前記発電プラント出力の前記第１の部分を生成する前記１つ又は複数の原子力発電モジュールが、前記複数のオンサイト原子力発電モジュールから入れ替え可能に選択される、請求項４に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項８】
前記１つ又は複数の原子力発電モジュールが、前記オンサイト原子力発電モジュールのうちのどれが最も最近に燃料取替を行われ、しきい値運転日数に達したかによって、前記発電プラント出力の前記第１の部分を生成するために選択される、請求項４に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項９】
前記発電プラントが前記分散型電力網から切断されており、前記オンサイト原子力発電モジュールの全てが停止しているときに、１つのサービスモジュールを始動するのに十分な電力を供給するように構成されたオンサイト非原子力電源をさらに備え、
前記１つのサービスモジュールが、前記発電プラントが前記分散型電力網から切断されているときに第２の原子力発電モジュールを始動するのに十分な電力を供給するように構成されている、請求項１に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項１０】
前記開閉所が、前記発電プラント出力を前記専用サービス負荷に送達するための交互電気経路を提供する２重母線構成を備える、請求項１に記載のマルチモジュール式発電プラント。
【請求項１１】
複数のオンサイト原子力発電モジュールを備えるマルチモジュール式発電プラントを稼働させる方法であって、
前記オンサイト原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数によって発電プラント出力を生成するステップと、
前記発電プラントの所内負荷に関連する複数の非緊急発電プラントシステムに電気を供給するステップと、
複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成された分散型電力網に、前記発電プラントを電気的に接続するステップと、
前記発電プラント出力から生成される電気を専用サービス負荷に供給するように構成された専用電力網に前記発電プラントを電気的に接続するステップであり、前記発電プラント出力が前記専用サービス負荷と前記所内負荷の合計負荷以上である、ステップと、
前記分散型電力網に関連する１つ又は複数のグリッド不規則性を識別するステップと、
前記１つ又は複数のグリッド不規則性を識別したのに応答して、前記発電プラント出力の少なくとも一部分を、前記非緊急発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に分配するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記発電プラント出力の第１の部分を生成するために前記オンサイト原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数を選択するステップをさらに含み、前記発電プラント出力の前記第１の部分が、前記専用サービス負荷と前記所内負荷の前記合計負荷以上であり、前記発電プラント出力の前記第１の部分が、前記分散型電力網からの電力の中断中に、前記非緊急発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に分配される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記分散型電力網からの電力の中断中に、残りの原子力発電モジュールをタービンバイパス状態に置くステップであり、前記残りの原子力発電モジュールが、前記発電プラント出力の第２の部分を生成するように構成される、ステップと、
前記発電プラント出力の前記第１の部分が前記非緊急発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に分配されているときに、前記発電プラント出力の前記第２の部分を散逸させるステップと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記分散型電力網からの電力の前記中断が終了していると判定するステップと、
前記残りの発電モジュールのうちの１つ又は複数をオンラインに戻すステップと、
前記発電プラント出力の前記第２の部分の少なくとも一部分を前記分散型電力網に供給するステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ又は複数の原子力発電モジュールが、どの原子力発電モジュールが最も最近に燃料取替が行われ、しきい値運転日数に達したかによって、前記発電プラント出力の前記第１の部分を生成するために選択される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
マルチモジュール式発電プラントであって、
複数のオンサイト原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数によって供給される発電プラント出力から電気を生成する手段であり、前記電気の少なくとも一部分が、前記発電プラントの所内負荷に関連する複数の発電プラントシステムに供給される、手段と、
前記発電プラントを分散型電力網に電気的に接続する手段であり、前記分散型電力網が、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成されている、手段と、
前記発電プラントを専用電力網に電気的に接続する手段であり、前記専用電力網が、前記発電プラント出力から生成される電気を専用サービス負荷に供給するように構成され、前記発電プラント出力が、前記専用サービス負荷と前記所内負荷の合計負荷以上である、手段と、
前記発電プラント出力の少なくとも一部分を、非緊急発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に分配する手段と
を備える、マルチモジュール式発電プラント。
【請求項１７】
前記発電プラント出力の第１の部分を生成するために前記オンサイト原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数を選択する手段をさらに備え、
前記発電プラント出力の前記第１の部分が、前記専用サービス負荷と前記所内負荷の前記合計負荷以上であり、前記発電プラント出力の前記第１の部分が、前記分散型電力網からの電力の中断中に、前記非緊急発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に分配される、請求項１６に記載の発電プラント。
【請求項１８】
前記分散型電力網からの電力の中断中に、前記原子力発電モジュールの残りをタービンバイパス状態に置く手段をさらに備え、
前記残りの原子力発電モジュールが、前記発電プラント出力の第２の部分を生成するように構成され、前記発電プラント出力の前記第１の部分が前記非緊急発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に分配されているときに、前記発電プラント出力の前記第２の部分がタービンバイパスによって散逸される、請求項１７に記載の発電プラント。
【請求項１９】
前記分散型電力網からの電力の前記中断が終了していると判定する手段をさらに備え、
前記電力の中断が終了していると判定したのに応答して、前記残りの発電モジュールのうちの１つ又は複数がオンラインに戻され、前記１つ又は複数の残りの発電モジュールがオンラインに戻された後で、前記発電プラント出力の前記第２の部分の少なくとも一部分が、前記分散型電力網に供給される、請求項１８に記載の発電プラント。
【請求項２０】
前記１つ又は複数の原子力発電モジュールが、どの原子力発電モジュールが最も最近に燃料取替が行われ、しきい値運転日数に達したかによって、前記発電プラント出力の前記第１の部分を生成するために選択される、請求項１７に記載の発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【政府の権利】
【０００１】
本発明は、米国エネルギー省との契約第ＤＥ−ＮＥ００００６３３号に基づく政府支援で行われたものである。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【関連出願に関する陳述】
【０００２】
本願は、参照によりその内容の全体を本明細書に組み込む、「Ｈｉｇｈｌｙ  Ｒｅｌｉａｂｌｅ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｐｏｗｅｒ  ｆｏｒ  Ｍｉｓｓｉｏｎ−Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」と題する２０１５年１２月１７日出願の米国仮特許出願第６２／２６８９９２号の優先権を主張する２０１６年１２月５日出願の米国出願第１５／３６９５２８号、及び「Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｌａｎｔ」と題する２０１６年３月２３日出願の米国仮特許出願第６２／３１２０９４号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００３】
本開示は、一般に、発電プラントに関連する、発電、電力消費、発電出力及び電力信頼性を制御するシステム、デバイス、構造、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
特定の種類の施設のエネルギー需要は、必要に応じて必要な量のエネルギーが利用できる高いレベルの信頼性で、連続的な、又はほぼ連続的な、無中断のエネルギー供給を必要とすることがある。施設のタイプによっては、石炭火力発電プラント又は天然ガス火力発電プラントなどの一次エネルギー源と、ディーゼル発電機及び／又はバッテリなどのバックアップエネルギー源とを用意することによって、その施設のエネルギー信頼性要件を満たすこともある。しかし、石炭及び天然ガスの放出物の環境への影響に関する懸念が急速に高まっており、それにより将来的には、それらの燃料の発電への使用がかなり削減される、又は禁止される可能性がある。さらに、バックアップエネルギー源は、有限の期間にわたって動作することを意図した限られたエネルギー供給を有する、且つ／又は限られたサービスにしか十分な電力を供給できないこともある。この比較的短い期間を超えるオフサイト電力喪失は、施設が連続動作するために依拠しているエネルギー供給の中断をもたらすおそれがある。
【０００５】
既知の原子力発電プラントも、オフサイト電力喪失が起きた場合に電力を供給するために使用することができる１つ又は複数のバックアップエネルギー源を備えた設計になっていることがある。さらに、多くの原子力発電プラントが、電力喪失時に非安全トリップを行って、原子炉を停止させ、重力、自然循環、及びその他の物理法則などの受動技術を使用して冷却することができるように設計されている。ただし、原子炉の非安全トリップは、かなりの数の原子炉及び／又はプラントの安全機能が原子炉が停止するときに期待通りに実行されることを必要とすることがある。可能性は低いが、原子炉設計は、安全機能のうちの１つ又は複数が期待通りに実行されない可能性がある様々なシナリオを考慮する必要があることもあり、以て原子炉設計のコスト及び複雑さが増す可能性がある。
【０００６】
本願は、上記その他の問題に対処するものである。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書は、マルチモジュール式発電プラントを、発電プラント出力を生成する複数のオンサイト原子力発電モジュールを含むものとして開示する。原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数は、発電プラント出力の第１の部分を生成するサービスモジュールユニット又はサービスユニットとして指定されるとよく、原子炉発電モジュールの残りは、発電プラント出力の第２の部分を生成するとよい。いくつかの発電プラントシステムは、前記発電プラントの所内負荷に関連する電気を使用して動作するとよく、発電プラント出力の第１の部分は、所内負荷以上であるとよい。開閉所は、複数の地理的に分散した消費者にサービスする分散型電力網に発電プラントを電気的に接続するとよい。開閉所は、発電プラント出力の第２の部分を分散型電力網に適用し、分散型電力網からの電力の喪失中に、発電プラント出力の第１の部分の少なくとも一部分を、発電プラントシステムに送ることよい。
【０００８】
本明細書は、発電プラント出力を生成する複数のオンサイト原子力発電モジュールを備えるマルチモジュール式発電プラントを稼働させる方法を開示する。この方法は、サービスモジュールユニット又はサービスユニットとして指定された原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数によって発電プラント出力の第１の部分を生成するステップを含むとよい。原子力発電モジュールの残りは、非サービスモジュールユニット又は非サービスユニットであるとよい。発電プラント出力の第２の部分は、非サービスモジュールユニットによって生成されるとよい。発電プラントの所内負荷に関連するいくつかの非緊急発電プラントシステムに電気が供給されるとよく、発電プラント出力の第１の部分は、所内負荷以上であるとよい。発電プラントは、分散型電力網に電気的に接続されるとよく、分散型電力網は、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成されるとよい。発電プラントが分散型電力網に接続されている第１の運転モードでは、発電プラント出力の第２の部分に対応する量の電気が、分散型電力網に送られるとよい。発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されている第２の運転モードでは、発電プラント出力の第２の部分が、分散型電力網に分流されるとよい。さらに、この方法は、発電プラント出力の第１の部分の少なくとも一部分に対応する量の電気を、第２の運転モードで発電プラントシステムに送るステップをさらに含むとよい。
【０００９】
本明細書は、サービスモジュールユニットとして指定された複数のオンサイト原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数によって供給される発電プラント出力の第１の部分から電気を生成する手段を備えるマルチモジュール式発電プラントを開示する。複数の原子力発電モジュールの残りは、非サービスモジュールユニットであるとよく、発電プラント出力の第１の部分は、いくつかの非緊急発電プラントシステムに関連する所内負荷以上であるとよい。この発電プラントは、非サービスモジュールユニットによって供給される発電プラント出力の第２の部分から電気を生成する手段と、発電プラントを分散型電力網に電気的に接続する手段とをさらに備えるとよい。分散型電力網は、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成されるとよい。
【００１０】
この発電プラントは、発電プラントが分散型電力網に接続されているときに、発電プラント出力の第２の部分に対応する量の電気を分散型電力網に供給する手段と、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、発電プラント出力の第２の部分を分散型電力網から分流する手段とを備えるとよい。さらに、この発電プラントは、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、発電プラント出力の第１の部分の少なくとも一部分に対応する量の電気を発電プラントシステムに送る手段をさらに備えるとよい。
【００１１】
いくつかの例では、このマルチモジュール式発電プラントは、発電プラントを専用電力網に接続する手段と、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、発電プラント出力の第１の部分を発電プラントシステム及び専用サービス負荷の両方に分配する手段とを備えるとよい。専用電力網は、専用サービス負荷に電気を供給するように構成されるとよく、発電プラント出力の第１の部分は、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であるとよい。
【００１２】
本明細書は、発電プラント出力を生成する複数のオンサイト原子力モジュールと、発電プラントの所内負荷に関連する電気を使用して動作するいくつかの発電プラントシステムとを含む、マルチモジュール式発電プラントを開示する。発電プラントに関連する開閉所は、発電プラントを分散型電力網に電気的に接続するとよい。分散型電力網は、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成されるとよい。さらに、開閉所は、発電プラントを専用電力網に電気的に接続するとよい。専用電力網は、発電プラント出力から生成される電気を専用サービス負荷に供給するとよく、発電プラント出力は、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であるとよい。発電プラント出力の少なくとも一部分は、発電プラントシステム及び前記専用電力網の両方に分配されるとよい。
【００１３】
本明細書は、マルチモジュール式発電プラントを稼働させる方法を開示する。この発電プラントは、複数のオンサイト原子力モジュールを含むとよく、この方法は、オンサイト原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数によって発電プラント出力を生成するステップと、発電プラントの所内負荷に関連するいくつかの非緊急発電プラントシステムに電気を供給するステップとを含むとよい。この発電プラントは、分散型電力網に電気的に接続されるとよく、分散型電力網は、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成されるとよい。さらに、この発電プラントは、専用電力網に電気的に接続されるとよく、専用電力網は、発電プラント出力から生成される電気を専用サービス負荷に供給するように構成されるとよい。発電プラント出力は、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であるとよい。この方法は、分散型電力網に関連する１つ又は複数のグリッド不規則性を識別するステップと、１つ又は複数のグリッド不規則性を識別したのに応答して、発電プラント出力の少なくとも一部分を、非緊急発電プラントシステム及び専用電力網の両方に分配するステップとをさらに含むとよい。
【００１４】
本明細書は、複数のオンサイト原子力モジュールのうちの１つ又は複数によって供給される発電プラント出力から電気を生成する手段を含む、マルチモジュール式発電プラントであって、この電気のうちの少なくとも一部分が、発電プラントの所内負荷に関連するいくつかの発電プラントシステムに供給される、マルチモジュール式発電プラントを開示する。さらに、この発電プラントは、複数の地理的に分散した消費者にサービスする分散型電力網に発電プラントを電気的に接続する手段と、発電プラントを専用電力網に電気的に接続する手段とをさらに備えるとよい。専用電力網は、発電プラント出力から生成される電気を専用サービス負荷に供給するように構成されるとよく、発電プラント出力は、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であるとよい。いくつかの例では、この発電プラントは、発電プラント出力の少なくとも一部分を、非緊急発電プラントシステム及び専用電力網の両方に分配する手段をさらに備えるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】例示的な発電モジュールを示す概略図である。
【図２】複数の発電モジュールを備える例示的な発電プラントを示す上面図である。
【図３】複数の消費者に電力を供給するように構成された例示的な電気分配システムを示す図である。
【図４】例示的な電気分配システムを示す図である。
【図５】別の例示的な電気分配システムを示す図である。
【図６】例示的な電力分配システムを示す概略図である。
【図７】例示的な電力分配システムの開閉所構成を示す図である。
【図８】電力分配システムの例示的な構成を示す図である。
【図９】電力分配システムの例示的な制御シーケンスを示す図である。
【図１０】分散型電力網からの電力の中断があった電力分配システムを動作させる例示的なプロセスを示す図である。
【図１１】１つ又は複数の専用サービス負荷に電力を供給するように構成された電力分配システムを動作させる例示的なプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書に開示する様々な例、及び／又は本明細書において言及する様々な例は、参照によりその内容の全体を本明細書に組み込む「Ｆａｕｌｔ−Ｔｏｌｅｒａｎｔ  Ｐｏｗｅｒ−Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｍｏｄｕｌｅｓ  ｆｏｒ  ａ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｌａｎｔ」と題する２０１６年４月２１日出願の米国出願第１５／１３５３２４号に見られる１つ又は複数の特徴に従って、又はこれらと関連して機能し得る。
【００１７】
本明細書に記載する例は、以下の用語のうちの１つ又は複数に言及することがある。
【００１８】
分散型電力網、又はマクログリッドとは、複数の分散した電気消費者にサービスする（提供する）ように構成することができる電力網に電気的に接続された複数の接続発電源を指すことがある。
【００１９】
ドループモードとは、発電機の電圧調整の１形態であって、発電機が、その発電機と並列な他の発電機の周波数に追従する電圧調整の形態を指すことがある。
【００２０】
アイソクロナスモードとは、発電機の電圧調整の１形態であって、その発電機自体が、その発電機と並列な他の発電機の周波数を制御する電圧調整の形態を指すことがある。
【００２１】
負荷分散グリッドとは、他の接続発電源を有しておらず、発電プラントが生成した電気の非プラント電気負荷への流路としてのみ機能する分散システムを指すことがある。
【００２２】
専用電力網、又はマイクログリッドとは、通常は従来の分散型電力網に接続され、これと同期して動作するが、物理的及び／又は経済的な条件に応じて切り離して自律的に機能することができる、電気源及び電気負荷の局地的なグループ分けを指すことがある。
【００２３】
所内負荷とは、商用のエネルギーを生成するために必要な発電施設の内部負荷を指すことがある。
【００２４】
劣化電圧とは、家庭内負荷がその所期の機能を確実に実行できない可能性がある点を表す、分散型電力網からの送電系統電圧のレベルを指すことがある。
【００２５】
全電源喪失とは、原子力発電プラントにおいて必須のスイッチギヤバス及び非必須のスイッチギヤバスへの交流（ＡＣ）電力が完全に喪失すること（すなわち、オンサイトの緊急ＡＣ電力システムがタービントリップを生じて使用不能状態になるのと同時にオフサイト電力システムも喪失すること）を指すことがある。
【００２６】
ブラックスタートとは、分散型電力網からの逆給電を行わずに停止構成から電力生成モードを実現する発電施設の能力を指すことがある。
【００２７】
アイランドモードとは、分散型電力網へのいかなる接続からも独立した発電施設の運転を説明するために使用されることがある用語である。
【００２８】
図１は、例示的な発電モジュール１００を示す概略図である。発電モジュール１００は、一体型原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１０４と、格納容器１０６とを備えるものとすることができる。いくつかの例では、ＲＰＶ１０４は、高さが約１７．７ｍ（５８フィート）、直径が約３．０ｍ（１０フィート）であるとよい。ＲＰＶ１０４は、いくつかの燃料集合体及び制御棒１３０を有する炉心１０２を格納する。いくつかの例では、炉心１０２は、約３７個の燃料集合体と、１６個の制御棒クラスタとを備える。炉心１０２の上方には、中央高温上昇管１３８と、少なくとも部分的に上昇管１３８を取り囲む１対のヘリカルコイル型蒸気発生器又は熱交換器１２０と、内部加圧器１０８とがある。
【００２９】
図１は、一次冷却材１４８のための例示的な流路も示している。一次冷却材１４８は、炉心１０２を通って上方に流れ、加熱された一次冷却材１４８は、上昇管１３０を通って上方に移送される。その後、一次冷却材１４８の流路は、原子炉容器１０４の本体を加圧器１０８から分離する加圧板のところで下向きに曲がる。一次冷却材１４８は、熱交換器１２０のシェル側に流れ、ここで一次冷却材１４８は、熱交換器１２０内に格納された二次冷却材への熱伝導によって冷却される。一次冷却材１４８は、その後、ＲＰＶ１０４の下部ヘッドのところで方向が逆転するまで下向きに流れ続け、ＲＰＶ１０４の下部ヘッドのところで、その方向が上方に曲げられて炉心１０２内に送られる。一次冷却材１４８の流通は、完全に、炉心１０２を出る（加熱された）低密度の冷却材及び熱交換器１２０の環状部を出る（冷却された）高密度の冷却材の自然浮力によって維持される。
【００３０】
二次冷却材側では、給水は、蒸気発生管内にポンプで送られ、ここで給水が沸騰して過熱蒸気を生成する。この蒸気は、専用のタービン発電機システムに流される。タービンを出る低圧水蒸気は復水され、給水システムに再循環される。原子力蒸気給水システムの全体は、格納容器１０６などの鋼製容器に収容され、いくつかの例では、この鋼製容器は、高さ約２３メートル、直径約５メートルである。
【００３１】
いくつかの例では、ＰＧＭアセンブリ１００は、１つ又は複数の反応炉を含むモジュール式原子炉アセンブリを備える。ＰＧＭアセンブリ１００は、ＰＧＭベイ１４４に収容される。ＰＧＭベイ１４４は、ＰＧＭアセンブリ１００の冷却を可能にする熱的性質を有する水又はその他の何らかの物質の冷却プール１４６を含む。ＰＧＭアセンブリ１００の少なくとも一部分は、冷却プール１４６に浸漬されるとよい。したがって、ＰＧＭアセンブリ１００の少なくとも一部分は、冷却プール１４６の水位１４７の最上部より下に位置されるとよい。
【００３２】
さらに、ＰＧＭアセンブリ１００は、ＰＧＭコア１０２を備える。ＰＧＭコア１０２は、制御可能に熱を生成するために利用される任意のデバイス、アセンブリ、装置、又は構成を備えるとよい。したがって、ＰＧＭアセンブリ１００は、熱発生アセンブリを備えるとよい。いくつかの例では、ＰＧＭコア１０２は、これに限定されるわけではないが、反応炉心などの炉心を備えるとよい。ＰＧＭコア１０２は、ＰＧＭ冷却材１４８に浸漬されるとよい。少なくとも１つの例では、ＰＧＭ冷却材１４８は、（ＰＧＭコア１０２によって生成された）熱流をＰＧＭコア１０２から放出することを可能にする水又はその他の任意の物質を含む。
【００３３】
いくつかの例では、ＰＧＭアセンブリ１００は、ＰＧＭ冷却材１４８の流れを少なくとも部分的に制約したり方向付けたり又はその他のかたちで誘導したりする炉心シュラウド１３４を備える。図１に示すように、ＰＧＭコア１０２は、少なくとも部分的に、炉心シュラウド１３４によって取り囲まれている。ＰＧＭコア１０２、炉心シュラウド１３４、及びＰＧＭ冷却材１４８は、圧力容器１０４内に収容される。
【００３４】
様々な例では、ＰＧＭコア１０２は、熱を生成するように構成され、この熱は、ＰＧＭ冷却材１４８に伝達される。流れの矢印で示すように、圧力容器１０４内でＰＧＭ冷却材１４８を加熱することにより、ＰＧＭ冷却材１４８のほぼ垂直な円形の対流を生成することができる。炉心シュラウド１４８は、このＰＧＭ冷却材１４８のほぼ垂直な円形の対流を少なくとも部分的に制約したり方向付けたり、又はその他のかたちで誘導したりするように構成されるとよい。加圧器１０８は、少なくともＰＧＭ冷却材１４８の加熱及び／又は対流による圧力容器１０４の内圧を調整するように構成されるとよい。
【００３５】
ＰＧＭコア１０２は、炉心シュラウド１３４の下部プレナム１３６内にあるＰＧＭ冷却材１４８の部分を加熱するように構成される。加熱されたＰＧＭ冷却材１４８は、上方に流れて、シュラウド上昇管１３８から流れ出る。ＰＧＭ冷却材１４８が上方に流れるときに、加熱されたＰＧＭ冷却材１４８は、複数の蒸気発生器１２２に熱を与える。少なくともこの熱交換により、加熱されたＰＧＭ冷却材１４８がシュラウド上昇管１３８から流れ出るときには、ＰＧＭ冷却材１４８は冷却されている。図１に流れの矢印で示すように、シュラウド上昇管１３８の外に出たら、ＰＧＭ冷却材１４８は、炉心シュラウド１３４と圧力容器１０４の間をほぼ下向きに流れる。この対流により、下部プレナム１３６付近の冷却されたＰＧＭ冷却材１４８が、炉心シュラウド１３４内に引き込まれる。ＰＧＭコア１０２は、ＰＧＭ冷却材１４８を再加熱して、対流が循環し続けて、ＰＧＭコア１０２を冷却し続けるようにするように構成される。
【００３６】
圧力容器１０４は、格納容器１０６に収容される。格納容器１０６は、ＰＧＭコア１０２に含まれる任意の物質及びＰＧＭ冷却材１４８などを含む物質の、圧力容器１０４からの漏出を防止するように構成される。いくつかの例では、ＰＧＭアセンブリ１００は、圧力容器１０４内の圧力を逃がすため、及び／又は圧力容器１０４から余剰熱を散逸させるために、複数のＰＧＭ逃がし弁１１０及び／又は複数のＰＧＭ再循環弁１１８を備える。
【００３７】
給水は、蒸気発生器１２２及び発電機を含む回路内を流れる。蒸気発生器１２２内で、給水を加熱して蒸気を生成する。生成された蒸気は、蒸気ヘッダ１２６から流出して、伝達熱をＰＧＭアセンブリ１００から取り出す。複数の蒸気隔離弁１１４は、ＰＧＭアセンブリ１００からの蒸気の流れを調整するように構成されるとよい。蒸気は、限定されるわけではないが図２の蒸気バス１６０などの蒸気バスを介して、限定されるわけではないが図２のタービン発電機１７６などの発電機に送られて、電力又はその他の何らかの形態の使用可能な動力を生成するとよい。
【００３８】
蒸気のエネルギーによって電力を生成した後、冷却された給水のＰＧＭアセンブリ１００への戻りは、複数の給水隔離弁１１２によって調整される。冷却された給水を、給水ヘッダ１２４を介して蒸気発生器１２２に戻すことで、回路が完成される。
【００３９】
少なくともいくつかの例では、ＰＧＭアセンブリ１００の停止後でも、ＰＧＭコア１０２は、熱を発生させ続けるように構成されるてもよい。例えば、ＰＧＭコア１０２が原子炉炉心を含む例では、原子炉炉心は、その原子炉炉心内の使用済み燃料に関連する崩壊寿命の間、熱を生成し続けることができる。ＰＧＭアセンブリ１００の停止後に生成される熱は、崩壊熱であることがある。したがって、ＰＧＭコア１０２及びその他のＰＧＭアセンブリ１００の構成要素が少なくとも崩壊熱によって過熱しないようにするために、ＰＧＭコア１０２が生成する電力を散逸させるとよい。
【００４０】
いくつかの例では、崩壊熱を放散させるために、ＰＧＭアセンブリ１００は、崩壊熱除去システム（ＤＨＲＳ）を含む。ＤＨＲＳは、ＰＧＭベイ１４４の冷却プール１４６に浸漬した複数のＤＨＲＳ熱交換器１２０と、蒸気バスから給水／蒸気の流れを分流させる複数のＤＨＲＳ弁１１６とを含む。
【００４１】
ＰＧＭアセンブリ１００の停止中、或いは蒸気及び／又は加熱された給水を発電機に提供しないことが望ましい別の事象中には、複数の蒸気隔離弁１１４を閉鎖して、蒸気及び／又は加熱された給水が発電機に流れないようにすることができる。その場合、蒸気及び／又は加熱された給水は、複数のＤＨＲＳ熱交換器１２０の中を流れて、冷却される。ＤＨＲＳ熱交換器１２０は、余剰熱を冷却プール１４６に廃棄する。崩壊熱交換器１２０を通る給水の循環流は、複数のＤＨＲＳ弁１１６によって調整され得る。
【００４２】
ＰＧＭコア１０２の発電率は、１本又は複数本の制御棒１３０の位置決めによって調整される。１本又は複数本の制御棒１３０の位置決めは、制御棒駆動装置１３２によって行われる。
【００４３】
ＰＧＭアセンブリ１００は、図１に概略的に示す複数の診断センサ１４０を含むとよい。診断センサ１４０は、感知及び／又はセンサデータの生成を行って、ＰＧＭモジュール１００の様々な構成要素を監視するように構成される。診断センサ１４０は、これらに限定されるわけではないが、温度センサ、圧力センサ、弁構成センサ、制御棒位置決めセンサ、放射能センサ、流体及び気体流センサ、ＰＧＭアセンブリ１００のパラメータを監視するその他のセンサ、又はそれらの任意の組合せなど、様々なタイプのセンサを含む可能性がある。診断センサ１４０は、センサデータバス１４２上でセンサ出力信号を提供するように構成されるとよい。センサ出力データは、診断センサデータであるとしても、或いは単純にセンサデータであるとしてもよい。診断センサ１４０は、安全センサ又は安全関連センサ、及び資産保護関連センサを含むとよい。
【００４４】
図２は、複数の発電モジュール１６４を備える例示的な発電プラント１５０を示す上面図である。各発電モジュール１６４は、タービン発電機１７６などの１つ又は複数のタービン又は発電システムに接続され得る。タービン発電機１７６は、発電モジュール１６４から出力される熱を電気に変換するように構成される。いくつかの例では、原子炉モジュールと同数のタービン発電機が、原子炉モジュール１６４を収容する原子炉建屋又は筐体１５２の近傍に位置する１つ又は複数の発電機建屋又は筐体１５４内に配置される。原子炉筐体１５２は、航空機耐性原子炉建屋を含むとよい。
【００４５】
複数の発電モジュール１６４は、原子炉筐体１５２に収容された図１の冷却プール１４６などの単一の大きなプール内に配置され得る。原子炉プールは、全ての発電モジュール１６４の受動的格納容器冷却及び崩壊熱除去を提供するように構成されるとよい。例えば、このプールは、３０日超にわたって炉心によって生成される全崩壊熱を吸収する容量を有するヒートシンクを提供するように構成されとよい。いくつかの例では、水プールと組み合わせて、又は水プールに加えて、発電モジュール１６４の空気冷却も使用して炉心を冷却する。
【００４６】
発電モジュール１６４は、地下の水プール内に配置されるとよい。地下プールは、無許可の個人が原子炉燃料にアクセスすることを阻止する追加措置となることにより、物理的安全性の向上をもたらすことができる。格納容器外部の放射線遮蔽を提供するだけでなく、このプールは、核分裂生成物の原子炉筐体１５２からの放出の低減、遅延、及び／又はその他のかたちでの防止を助けることもできる。
【００４７】
モジュール式発電プラント１５０及びモジュール式発電プラント１５０に収容される原子炉モジュール１６４は、いくつかの特徴によって、ほとんどの従来の原子炉の設計と区別することができる。例えば、格納容器を含む原子炉蒸気供給システムは、全体をオフサイトでプレハブ工法で建て、鉄道、トラック又は船によって現地に輸送することができる。これにより、同時に製造することが考えられることにより建設時間が短縮され、現場での建設活動の量が減少することにより全体的なスケジュールの不確実性が低減される。
【００４８】
さらに、自然循環運転及び一体設計により、一次系のポンプ、配管、及び弁がなくなり、これにより、これらの構成要素に関連する保守及び故障の可能性もなくなると同時に、所内負荷も低減される。原子炉モジュール１６４は、オペレータの動作、ＡＣ又はＤＣ電力、及び無限期間にわたる水の追加がなくても、安全に停止し、自己冷却するように構成され得る。
【００４９】
電力変換システムを含む各発電モジュールは、他のモジュールと独立して動作するように構成されることができるので、他のモジュールが動作し続けているときに停止させるように構成され得る。この特徴により、発電プラントが連続的に出力することが可能になり、出力電力の全体的な信頼性が大幅に向上する。
【００５０】
モジュール式発電プラント１５０は、発電モジュール（ＰＧＭ）アセンブリアレイ１５６を含む。ＰＧＭアセンブリアレイ１５６は、これに限定されるわけではないが、ＰＧＭアセンブリ１６４などの１つ又は複数のＰＧＭアセンブリを備えるとよい。いくつかの例では、ＰＧＭアセンブリアレイ１５６に含まれるＰＧＭアセンブリ１６４のうちの少なくとも１つは、図１のＰＧＭアセンブリ１００と同様の特徴を有するとよい。図２に示すように、少なくとも１つの例では、ＰＧＭアセンブリアレイ１５６は、１２個のＰＧＭアセンブリを含む。ただし、他の例では、ＰＧＭアセンブリアレイ１５６に含まれるＰＧＭアセンブリの数は、１２個より多いＰＧＭアセンブリを含むことも、１２個より少ないＰＧＭアセンブリを含むこともある。ＰＧＭ筐体１５２は、ＰＧＭアセンブリアレイ１５６の少なくとも一部分を収容してもよい。
【００５１】
いくつかの例では、１つ又は複数の発電機筐体１５４は、発電機アレイ１５８を収容するように構成されるとよい。発電機アレイ１５８は、ＰＧＭアセンブリアレイ１５６によって生成される蒸気から電力又はその他の何らかの形態の使用可能な動力を生成する１つ又は複数のデバイスを含む。したがって、発電機アレイ１５８は、限定されるわけではないがタービン発電機１７６などの１つ又は複数の発電機を含むとよい。図２に示すように、少なくとも１つの例では、発電機アレイ１５８は、１２個の発電機を備える。ただし、他の例では、発電機アレイ１５８に含まれる発電機の数は、１２個より多い発電機を含むことも、１２個より少ない発電機を含むこともある。いくつかの例では、ＰＧＭアセンブリアレイ１５６に含まれる各ＰＧＭアセンブリと発電機アレイ１５８に含まれる各発電機との間に１対１の対応があることもある。
【００５２】
蒸気バス１６０は、ＰＧＭアセンブリアレイ１５６によって生成された蒸気を発電機アレイ１５８に送ることができる。蒸気バス１６０は、ＰＧＭアセンブリアレイ１５６に含まれるＰＧＭアセンブリと発電機アレイ１５８に含まれる発電機との間に１対１の対応を提供するとよい。例えば、蒸気バス１６０は、特定のＰＧＭアセンブリによって生成された蒸気を、特定の発電機のみに供給するように構成されてもよい。蒸気バス１６０は、さらに、他のＰＧＭアセンブリから生成された蒸気が特定の発電機に供給されるのを防止するように構成されてもよい。
【００５３】
各発電機アレイ１５８の各発電機によって生成される電力の一部分は、遠隔の消費者に伝送それ得る。例えば、生成された電力の一部分を開閉所に供給し、電力網に送って、遠隔の消費者に伝送することができる。この遠隔に伝送される電力は、家庭及び企業などに電力を提供することができる。
【００５４】
ただし、生成される電力の少なくとも別の一部分を、現地の発電プラント１５０内で、少なくとも部分的に発電プラント１５０を稼働するために使用することもできる。例えば、生成される電力の一部分を、発電プラント１５０内の様々な電気負荷に分配してもよい。現地で分配される電力は、限定されるわけではないが、発電プラント１５０の制御室１７０に電力を提供するなど、発電プラント１５０の運転のために利用してもよい。
【００５５】
開閉所及び電力網の伝送電圧を一致させるために、遠隔に伝送される各発電機によって生成される電力の一部分は、電力信号を介して１つ又は複数の遠隔の電圧伝送変圧器１８０に送られるとよい。電力の伝送は、電圧が高い方が効率を高くすることができるので、いくつかの例では、この１つ又は複数の遠隔の伝送変圧器１８０は、昇圧変圧器を含むこともある。
【００５６】
図２は、遠隔の伝送変圧器１８０に送られる各発電機の遠隔伝送電力部分を示している。電圧が伝送電圧に変圧された後で、遠隔に伝送される電力は、遠隔伝送バス１６２を介して開閉所に送られる。遠隔の伝送変圧器１８０を発電プラント１５０の最終需要者に電力を提供するように構成することができる例では、遠隔の伝送変圧器１８０に含まれる変圧器は、主電源用変圧器（ＭＰＴ）であることがある。
【００５７】
発電プラント１５０内で適当な電圧の現地電力を提供するために、現地で分配される各発電機によって生成される電力の部分は、電力信号を介して、１つ又は複数の局所配電用変圧器１８２に送ることができる。発電プラント１５０内の様々な負荷は、発電機によって出力される電圧より低い電圧を使用するように構成することができるので、この１つ又は複数の現地分配変圧器１８２は、降圧変圧器を含むこともある。現地分配変圧器１８２に含まれる変圧器は、ユニット補助変圧器（ＵＡＴ）を含んでもよい。
【００５８】
図２は、発電機から現地分配変圧器１８２に送られる各発電機の電力信号の現地分配部分を示している。電力信号の電圧が１つ又は複数の現地分配電圧に変圧された後、現地で分配される電力信号は、現地分配バス１８４を介して、１つ又は複数の電力分配モジュール（ＰＤＭ）１８６に送ることができる。ＰＤＭ１８６は、発電プラント１５０内の様々な負荷に電力を供給するように構成することができる。ＰＤＭ１８６は、故障耐性ＰＤＭであるとしてもよい。
【００５９】
エネルギーの特定の種類の施設又は消費者は、高いレベルの確実性をもって、毎日２４時間連続で電力を必要とすることがある。その例としては、軍事施設又は防衛施設、研究所、コンピュータセンタ、産業プラント、及び遠隔に位置することによりメイン電力網又はマクログリッドにアクセスできないことがある隔離されたコミュニティなどが挙げられる。一部の消費者にとっては、電気又は熱が途切れることにより、大きな経済的損失が生じる、安全性が損なわれる、又はその他の望ましくない結果が生じるおそれがある。ディーゼル発電機及び／又はバッテリなどの既知のバックアップエネルギー源は容量が限られているので、これらの解決策は、高いレベルの電力信頼性を必要とする消費者には特に十分に適さないことがある。
【００６０】
原子力発電プラントは、比較的高い発電プラント利用率で大量のエネルギーを提供するが、それでも定期的に、例えば数年ごとに、燃料取替又は保守のために原子炉を停止させることがある。これにより、少なくとも原子力発電プラントがオフラインになっている期間中は、電力網で高い電力信頼性を実現することが困難になる可能性がある。大型の原子力発電プラントの設置及び製造に関連する比較的高い資本経費により、１つの敷地に複数の発電プラントを設置することは、経済的な観点から実質的に実際的でないことがある。しかし、比較的小型のモジュール式原子炉をいくつか収容するように設計された発電プラントは、原子炉蒸気供給システム及び発電プラント全体の設計の両方に関連するいくつかの特徴のために、連続した信頼性の高い電力を提供するのに十分に適している。
【００６１】
図２に示すようなモジュール式発電プラント１５０は、時間とともに変化する可能性がある電力要件に応じて再構成及び／或いは数の増加又は減少を行って、オフサイトで生じる可能性がある電力の喪失を有効に処理することができる複数の発電モジュールを備えるとよい。発電モジュール１６４は、単純で頑健性の高い設計になる一体型加圧水型原子炉構成を有するとよい。これらの発電モジュール１６４は、燃料取替及び保守のために原子炉筐体１５２内で移動させることができるだけでなく、１つ又は複数の予め組み立てられた原子炉モジュールを、鉄道で、船で、又は陸路で比較的長距離を輸送することができるように、十分に小さい。
【００６２】
５０メガワット電力（ＭＷｅ）の総電力を生成するようにそれぞれ構成された１２個の発電モジュールを備える発電プラントは、約６００ＭＷｅのピーク発電容量を有することができる。さらに、モジュール式発電プラント１５０は、１つ又は複数の個々のモジュールが燃料取替又は保守のためにオフラインになっていることがあるときでも、様々なレベルの電力を連続的に提供するように構成してもよい。いくつかの例では、原子炉モジュールは、一度に１つずつサービスに復帰させて、５０ＭＷｅ刻みで分散型電力網の需要に一致させて、電力を復元する準備ができたときに発電プラントをブラックスタートするのを助けることができる。
【００６３】
本明細書に開示するさらに別の図面を参照してさらに詳細に述べるように、モジュール式発電プラント１５０の１つ又は複数のモジュールは、オフサイト電力が喪失した場合に、オンサイトの、又は現地で生成される「所内負荷」を提供するように構成するとよい。所内負荷を使用して、これらの１つ又は複数のモジュールの動作、並びにその他のオンサイトのシステム又は動作を維持することができる。
【００６４】
モジュール式発電プラント１５０は、一体型原子炉の冗長アレイ（ＲＡＩＲ）として構成されることがある。独立ディスクの冗長アレイ（ＲＡＩＤ）を利用して信頼性の高いデータ記憶を実現するシステムと同様に、このＲＡＩＲは、信頼性の高い電源を提供するように構成することができる。ＲＡＩＤのデータ記憶の場合には、同じデータを複数の位置に同時に書き込むことができるので、記憶容量と引き替えに信頼性を高めることができる。このデータを複数のディスクに入れることにより、このシステムには、情報を望むときに取り出すことができるという固有の信頼性がある。個々のディスクは、「ホットスワップ」することもできる。つまり、記憶システムの動作中に、データを失うことなくディスクを交換することができる。
【００６５】
同様に、モジュール式発電プラント１５０では、１つ又は複数の原子炉モジュールをホットスワップすることができる。例えば、他のモジュールが発電を続けている間に、１つ又は複数の原子炉モジュールを、燃料取替又は保守のために運転停止することができる。したがって、モジュール式発電プラント１５０の出力電力は、１つ又は複数の原子炉モジュールがオフラインになっているときには総電力レベルが低下するものの、発電プラントの耐用年数を通じて、様々な信頼レベルで提供される。
【００６６】
特定のレベルのＲＡＩＲの出力電力を保証するために、いくつかのプラント「アプセット」を考慮したプラント稼働率の分析を行って、モジュール式発電プラント１５０から一貫して出力することができる信頼性の高い電力レベルを予測することができる。発電出力レベルを決定するために、５００００通りの６０年発電プラントの耐用年数をシミュレートした。このプラントは、この分析に含まれる様々なプラントアプセットを用いて日毎に（すなわち１日のうちの時刻によって）シミュレートした。シミュレートしたアプセットは、以下の考慮事項のうちの一部又は全てを含む可能性がある。
【００６７】
燃料取替停電。各モジュールは、２４ヶ月毎に燃料取替が行われる可能性があり、このとき、燃料取替及び検査活動を実施するために、モジュールは、公称で１０日間オフラインになる。１２個のモジュールを有する発電プラントを含むいくつかの例では、２ヶ月に１回の割合でモジュールが燃料取替動作のために一時的にオフラインとされる。
【００６８】
短期停電。短期停電は、非計画の原子炉トリップによって開始されることがあるが、モジュールを開いて点検する必要はない。短期停電中には、モジュールは、原子炉ベイ内に留まることができ、複数のモジュールを同時に修理することができる。二次系アプセットは、このタイプの停電に含まれる。
【００６９】
長期停電。長期停電は、モジュール内部の構成要素の故障によって引き起こされることがあり、この場合には、修理を行うためにモジュールを開放する。
【００７０】
２モジュール停電。例えばＡＣバスの喪失により、短期停電が２つのモジュールで同時に起こることがある。このような場合には、この２つのモジュールをオフラインにし、同時にサービスに復帰させることができる。
【００７１】
複数モジュール停電。多くのシステムが発電モジュール間で独立していることもあるが、給水システムの復水器の冷却を行う水循環システムなど一部のシステムは、全ての発電モジュールではないとしても一部の発電モジュールに共通であることがある。例えば、半分のモジュール、すなわち１２個のうちの６個のモジュールを、同時にオフラインにして修理し、その後に時間をずらして再始動することもある。
【００７２】
全モジュール停電。全モジュール停電は、個別に、又はそれぞれに処理することができるオフサイト電力の喪失以外の、全てのモジュール、例えば１２個のモジュールに共通の機器の故障によって、発生する可能性がある。全モジュール停電の場合には、全ての発電モジュールを同時にオフラインにして修理し、その後に時間をずらして再始動することもある。
【００７３】
オフサイト電力の喪失。オフサイト電力の喪失は、プラント全体に同時に影響を及ぼすことがある。モジュールは、それぞれの現在の状態から一時停止され、オフサイト電力喪失（ＬＯＯＰ）状態に置かれることがある。いくつかの例では、ＬＯＯＰ中には燃料取替のみがトリガ可能である。電力が回復すると、発電モジュールを、一度に１つずつ、時間をずらしてオンラインにすることができる。ＬＯＯＰ回復後に、モジュールは、それぞれの以前の状態に復帰させることができる。ＬＯＯＰ中に燃料取替がトリガされ、モジュールがＬＯＯＰ開始以前にダウン状態になっていた場合には、モジュールは、ダウン状態に復帰し、ダウン状態から回復した後に燃料取替状態に入ることもある。それ以外の場合には、モジュールは、すぐに燃料取替状態に入ることができる。
【００７４】
ＲＡＩＲの性能の文脈で与えた例示的な値、率、及び確率のうちのいくつかは、発電モジュールの出力が１００％（例えば５０ＭＷｅ又はフル電力）又はゼロであると仮定して得られたものであることがある。ただし、他の値、率、及び確率が得られることもあり、例えば１つ又は複数の他の発電モジュールがオフラインになっているかどうかによって、発電モジュールのうちの１つ又は複数は、何らかの中間電力レベルからフル電力レベルまで変化する可能性がある出力を有する。
【００７５】
いくつかの例では、任意の特定の発電モジュールを、稼働、燃料取替、ダウン及び閉鎖（閉鎖）、ダウン及び開放（開放）、又はオフサイト電力喪失（ＬＯＯＰ）によるダウンなど、５つ以上の状態と関連付けることができる。発電モジュールが稼働していない閉鎖状態では、発電モジュールを開放しなくても修理作業を行うことができる。開放状態では、発電モジュールを開放した後で、修理作業を行うことができる。
【００７６】
燃料取替後に、発電モジュールをフル電力に復帰させることができる。残りの稼働状態から閉鎖状態、開放状態、又はＬＯＯＰ状態への移行率は、表Ｉに示すような修正起因事象頻度を使用して、確率論的リスク評価分析から決定することができる。表Ｉに示す誤り要因は、対数正規分布で不確実性の測度を与えるものと理解することができ、この分布の中間値に対するこの分布の９５百分位数の比として理解されよう。
【表１】
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【００７７】
モジュールが稼働状態から閉鎖状態に移行する頻度を決定するためには、３つの起因事象頻度、すなわちＤＣ電力喪失、電力変換システム喪失、及び電力変換システム利用可能状態での過渡状態を合計するなどして考慮すればよい。これらの起因事象は、モジュールを修理のために開放することを必要としないこともある。例えば、ＤＣバッテリ及びバスは、モジュール並びに給水及び復水システムなどの二次系の外部に位置することがある。この場合、稼働状態から閉鎖状態に移行する頻度は、対数正規分布を使用して推定することができる。いくつかの例では、表Ｉの残りの起因事象は、モジュールが稼働状態から開放状態に移行する頻度に寄与するものと理解することができる。
【００７８】
発電モジュールが燃料取替状態、閉鎖状態、開放状態、又はＬＯＯＰ状態のうちの１つにある場合には、その発電モジュールは、別の状態に移行する前に、特定の日数にわたってその状態のまま留まることがある。燃料取替状態、閉鎖状態、又は開放状態では、発電モジュールは、モジュール回復後に、フル電力に復帰することができる。ＬＯＯＰ状態では、発電モジュールは、必ずしも稼働状態であるとは限らない、その直前の状態に復帰することがある。例えば、ＬＯＯＰが開始されたときに発電モジュールが開放状態にあり、１０日間の回復時間が残っている場合には、その発電モジュールは、分散型電力網の電力復帰後に、１０日間の回復時間が残っている開放状態に復帰することがある。
【００７９】
発電モジュールが閉鎖状態又は開放状態から移行するのに要する日数は、原子炉のタイプ、及びその原子炉に関連付けられたシステムの数によって変化し得る。いくつかの例では、閉鎖状態事象の持続時間としては、１〜２５日までの値を仮定することができ、開放状態事象については、２６日〜約１年を仮定することができる。同様に、発電モジュールがＬＯＯＰ状態又はその他の状態に移行する回復時間は、原子炉について蓄積されている経験的又は統計的データに基づいて仮定することができる。
【００８０】
図３は、複数の消費者に電力を供給するように構成された例示的な配電システム３００を示す図である。いくつかの例では、配電システム３００は、多数の分散した消費者にサービスを行う可能性がある公益事業会社によって運営されるタイプの電力網などの分散型電力網３７５又はマクログリッドを備えることがある。この複数の消費者は、第１の消費者３１０及び第２の消費者３２０を含むものとすることができる。
【００８１】
いくつかの例では、第１の消費者３１０は、照明、暖房システム、エアコンディショナ、電子デバイス、業務用機器、電気で動作するその他のタイプのデバイス、又はそれらの任意の組合せに給電するための電気を得るために分散型電力網３７５に電気的に接続することができる、住宅用顧客又は企業用顧客を含む可能性がある。第１の消費者３１０は、複数の消費者に電力を供給するように構成された分散型送電線３１５によって分散型電力網３７５に電気的に接続することができる。例えば、分散型送電線３１５は、１つ又は複数の住宅地の全域に位置する電柱に取り付けられた電力線を含むことがある。いくつかの例では、分散型送電線３１５の少なくとも一部分は、地下に位置する埋め込みケーブルを含むこともある。
【００８２】
局所的な、又はグリッド全体の電力喪失が起こった場合には、消費者の一部又は全てが、一時的に電力を喪失する可能性がある。第１の消費者３１０など、多くの消費者にとって、電力喪失は、特にその電力喪失がほんの数時間であれば、不便ではあるかもしれないが、かなりの経済的損失をもたらしたり、その他の深刻な結果が生じたりする可能性は低い。さらに、第１の消費者３１０は、通常は、電力が喪失している間、燃焼発電機を使用することによって自分の局所的な電気需要を満たすことができる。
【００８３】
いくつかの例では、第２の消費者３２０は、専用サービス負荷を含むことがある。例えば、第２の消費者３２０は、軍事施設又は防衛施設、研究所、コンピュータ又はデータセンタ、産業プラント、銀行システム又は小売システム、セキュリティシステム、電気通信システム、航空管制システム、その他のタイプの専用サービス負荷、或いはそれらの任意の組合せを含むことがある。第２の消費者３２０は、専用送電線３２５によって分散型電力網３７５に電気的に接続することができる。いくつかの例では、任意の１本の専用送電線によって、１つの消費者しか分散型電力網３７５に電気的に接続されないこともある。
【００８４】
第２の消費者３２０の一時的な電力喪失は、有意な経済的損失、風評被害、セキュリティ及び安全性の懸念、及び／又はデータの喪失と関連付けられることがある。いくつかの例では、電力喪失によって、第２の消費者３２０に関連する施設で、或いは重要なサービスを提供する際に第２の消費者３２０の連続動作に依拠することがある他の位置及び／又は遠隔システムに関するより広い意味で、特定のセキュリティ又は安全性のリスクが生じることがある。
【００８５】
分散型電力網３７５は、電圧低下中など、電力網の電力が部分的に喪失した場合に、分散型送電線３１５より専用送電線３２５に電力を供給することを優先するように構成されるとよい。複数の消費者の全ての電力需要を満たすだけの十分な電力がないときには、分散型電力網３７５は、いくつかの消費者又は消費者グループが基本的に交代で電力喪失を経験する輪番停電を開始するように構成されることもある。分散型電力網３７５は、電圧低下又は輪番停電の状態では専用送電線３２５に電力を供給することを優先して、第２の消費者３２０が電力喪失を経験しないように構成することもできる。
【００８６】
発電プラント３５０と関連付けられた開閉所３４０は、１つ又は複数の開閉所接続、及びいくつかの主電源用変圧器（ＭＰＴ）を備えるものとしてもよい。いくつかの例では、ブレーカ及び半開閉所方式（ｈａｌｆ  ｓｗｉｔｃｈｙａｒｄ  ｓｃｈｅｍｅ）を利用して、２重母線構成を介してＭＰＴを分散型電力網３７５に接続することができる。例えば、２重母線構成は、第１のバス３４１及び第２のバス３４２など、発電プラント３５０を分散型電力網３７５に電気的に接続することができる１本又は複数本の送電線及び／又はバスを備えることがある。２重母線構成は、バス３４１、３４２のうちの一方で故障が生じた場合でも、バス３４１、３４２のうちの少なくとも一方は、電気を発電プラント３５０から分散型電力網３７５に伝送するために利用することができるという信頼性の向上をもたらすことができる。
【００８７】
分散型電力網３７５は、１つ又は複数の追加の発電プラント、風力タービン、太陽光パネル、水力発電用ダム、その他のエネルギー源、又はそれらの任意の組合せに電気的に接続することができる。発電プラント３５０がオフラインになっている、又は発電していない可能性がある場合には、他のエネルギー源に依拠して、複数の消費者が使用するために、分散型電力網３７５において少なくともある程度の電力のベースラインを供給できるようにすることができる。
【００８８】
いくつかの例では、第１のバス３４１及び第２のバス３４２のうちの一方又は両方が、さらに、分散型電力網３７５から発電プラント３５０に電気を伝送するように構成される。発電プラント３５０が発電していないときには、分散型電力網３７５の電気を使用して、他の現地サービス負荷に電力を供給することに加えて、発電プラント３５０に位置する照明システムに電力を供給することができる。
【００８９】
本明細書に与える例のうちの一部は、第１の消費者又は第２の消費者について述べているが、これらの用語は、簡略化した例示のみを目的として与えたものであり、特に指定がない限り、必ずしも単一の消費者を意味することを意図しているわけではない。例えば、第１の消費者は、第１の消費者グループを含むこともあり、第２の消費者は、第２の消費者グループを含むこともある。
【００９０】
図４は、例示的な配電システム４００を示す図である。発電プラント４５０は、第１の送電線４４１及び／又は第１のバスによって分散型電力網３７５に電気的に接続されるだけでなく、専用電力網４４５又はマイクログリッドに関連付けられた第２の送電線４４２及び／又は第２のバスによって専用サービス負荷４２０に電気的に接続される。
【００９１】
無中断電源を必要とする特定のタイプの施設は、複数の電源を備えることによって、そのエネルギー信頼性要件を満たすことがある。例えば、施設は、追加の石炭火力発電プラント又は天然ガス火力発電プラントの付近に位置する、或いは一次電源が故障した場合にオンラインにすることができるディーゼル発電機及びバッテリなどの１つ又は複数のバックアップ電源を利用することがある。ただし、特に石炭及び天然ガスの放出物の環境への影響に関する懸念が急速に高まっており、それにより将来的には、「ミッションクリティカルな施設」の冗長電源としての使用も含めて、それらの燃料の発電への使用がかなり削減される、又は禁止される可能性がある。いくつかの例では、ミッションクリティカルな施設は、９９．９９％の信頼性基準で連続的に送達されるなどして利用可能になる基本レベルの電力を必要とすることがある。電力消費者は、９９．９９％の信頼性で提供される基本量の電気に対しては、喜んで割増料金を支払う可能性がある。
【００９２】
発電プラント４５０に関連付けられた開閉所４４０は、分散型電力網３７５より専用電力網４４５に電力を供給することを優先するように構成されることがある。例えば、発電プラント４５０は、専用電力網４４５に関連する第２の送電線４４２を介して開閉所４４０に電気的に接続されることがある専用サービス負荷４２０の電力要件を満たすのに十分な基本レベル又は最低レベルの電気を連続的に高い信頼性で供給するように構成されることがある。専用サービス負荷４２０が必要とする基本レベルを超えて発電プラント４５０によって生成される任意の追加電力は、オンサイトの所内負荷に使用する、電気として貯蔵する、海水を淡水化するために使用する、１つ又は複数の他の消費者に提供する、分散型電力網３７５を介して伝送する、他の適用業務に使用する、或いはこれらを任意に組み合わせた用途に使用することができる。
【００９３】
いくつかの例では、専用電力線３２５など、分散型電力網３７５への任意選択の電気的接続を、専用サービス負荷４２０に提供することがある。専用電力線３２５は、発電プラント４５０がオフラインになったとき、例えば、専用サービス負荷４２０で第２の送電線４４２を介した電力喪失が起きたときに、専用サービス負荷４２０に冗長電源を提供するように構成されることがある。他の例では、専用電力線３２５は、専用サービス負荷４２０によって非必須のサービスに電力供給するために利用されることもあるし、或いは低コストエネルギー源として利用されることもある。さらに他の例では、専用電力線３２５は、専用サービス負荷４２０への一次電源を提供するように構成されることがあり、専用電力網４４５は、分散型電力網３７５で停電、中断、又はその他の電力喪失が起きたときに専用サービス負荷４２０への冗長電源を提供するように構成されることがある。
【００９４】
ＬＯＯＰ、又は分散型電力網３７５に関連する送電系統劣化事象の場合には、或いは発電プラント４５０のライセンシ／オペレータの裁量で、分散型電力網３７５への第１の送電線４４１を開いて、発電プラント４５０によって生成された電気が第１の送電線４４１を介して伝送されないようにすることができる。専用電力網４４５を介して専用サービス負荷４２０に電力を供給するだけでなく、発電プラント４５０の残りの発電能力の少なくとも一部分を使用して、分散型電力網３７５との間のサービスは中断するが、発電プラント４５０に関連する所内負荷を稼働させ続けるのに十分な電力を維持することができる。
【００９５】
図２の発電モジュール１６４など複数の発電モジュールを備える発電プラントは、基本的にマルチモジュール式発電プラントの発電容量以上であることもある発電容量を備えた１つの大型原子炉からなる従来の原子力発電プラントと同じ場所にあることがある。マルチモジュール式発電プラントは、この大型の原子炉に関連する全ての安全システムに信頼性の高い電力を供給するように構成することができる。いくつかの例では、専用サービス負荷４２０は、例えば約１０００ＭＷｅ以上の比較的大型の原子炉に関連する従来の発電プラントを含むことがある。
【００９６】
図２の発電モジュール１６４など、稼働中又はオンラインの発電モジュールの数は、専用サービス負荷４２０と発電プラント４５０に関連する所内負荷の合計需要に応じて増減することができる。いくつかの例では、ＬＯＯＰ事象の後で追加の発電モジュールをオンラインにして、無中断電力を専用サービス負荷４２０に提供することもできる。
【００９７】
発電プラント４５０でオンラインに維持される発電モジュールの数は、専用サービス負荷４２０の負荷需要によって決まることがある。例えば、発電プラント４５０が複数の発電モジュールを備え、各発電モジュールが約５０ＭＷｅ発電するように稼働できるものと仮定する。さらに、専用サービス負荷４２０が５０ＭＷｅのサービス負荷と関連し、発電プラント４５０に関連する比較的一定の所内負荷が３０ＭＷｅあり、専用サービス負荷４２０と発電プラント４５０の両方の負荷を満足するためには最小で８０ＭＷｅが必要になる可能性があるものと仮定する。いくつかの例では、発電プラント４５０に関連する３０ＭＷｅの所内負荷は、第１の発電モジュール又はサービスモジュールユニット（ＳＭＵ）によって提供され、ＳＭＵからの約２０ＭＷｅが専用サービス負荷４２０に供給できるものとして残り、専用サービス負荷４２０が必要とする残り３０ＭＷｅは、第２の発電モジュールから提供されることもある。サービスモジュールユニットは、本明細書に記載する１つ又は複数の例では、その他にサービスユニットと呼ばれることもある。
【００９８】
第２のモジュールがフル電力未満の電力、例えば５０ＭＷｅ未満の電力を出力することを必要とされることがある例では、タービンバイパスを使用して、発電に使用されていない第２のモジュールによって生成されている任意の追加の電力を散逸させることができる。専用サービス負荷４２０及び発電プラント４５０の電力需要が満足されるなどして安定したら、第２の発電モジュールによって生成される電力を低下させて、タービンバイパスを介して復水器に分流される蒸気の量を制限することができる。いくつかの例では、第２の発電モジュールは、ドループモードのままＳＭに追従することもある。
【００９９】
ＬＯＯＰが発生したときには、専用サービス負荷４２０の要件及び発電プラント４５０の所内負荷を満足するために発電している発電モジュールは、稼働状態のままとすることができる。一方、追加の発電モジュールは、分散型電力網３７５がサービスに復帰するまで、タービン発電機をバイパスして、蒸気を直接復水器に廃棄するように構成されてもよい。ＳＭＵは、残りの発電モジュールがＬＯＯＰの期間にわたって臨界状態のままであり、タービン発電機バイパス状態に置かれる一方で、所内負荷に電力を供給し続けることができる。分散型電力網３７５がサービスに復帰するＬＯＯＰ事象の後、発電モジュールは、冷温停止状態に置かれ、その後、時間をずらしてオンラインに戻すことができる。
【０１００】
以下の３つのケース又はシナリオを、図４に示す例示的な配電システム４００に関連して説明する。
【０１０１】
ケース１。発電プラント４５０に関連する全ての発電モジュールが、ＬＯＯＰ事象中に冷温停止状態に置かれることがある。発電プラント４５０は、分散型電力網３７５に接続されていることがあるが、専用電力網４４５には接続されていない。いくつかの例では、分散型電力網３７５に関連する１本又は複数本の送電線を閉じて、発電プラント４５０が分散型電力網３７５から電気を受け取ることができるようにすることができるが、専用電力網４４５に関連する１本又は複数本の送電線は開いており、発電プラント４５０と専用サービス負荷４２０とが互いに電気的に隔離されるようにすることができる。
【０１０２】
ケース２。ＳＭなど１つの発電モジュールは、発電プラント４５０に関連する所内負荷に電力を供給するように構成されていることがあるが、残りの発電モジュールは、臨界状態であり、ＬＯＯＰ事象中にタービンバイパス状態に置かれる。発電プラント４５０は、専用電力網４４５に接続されることがあるが、分散型電力網３７５には接続されていない。いくつかの例では、専用電力網４４５に関連する１本又は複数本の送電線は閉じることができるが、分散型電力網３７５に関連する１本又は複数本の送電線は開いている。
【０１０３】
ケース３。発電プラント４５０は、分散型電力網３７５及び専用電力網４４５の両方に接続されていることがある。ＬＯＯＰ事象中に、発電プラント４５０に関連する１つ又は複数の発電モジュールは、専用電力網４４５に電気を供給し続けるように構成されることがあるが、残りの発電モジュールは、臨界状態であり、タービンバイパス状態に置かれる。
【０１０４】
共用の二次系で停電が起きた場合には、複数の発電モジュール停電が起こることがある。例えば、共用の二次系が利用できなくなった結果として、２つ以上の発電モジュールが同時に稼働状態から外れることがある。これらの発電モジュールは、ＬＯＯＰ回復と同様に、各発電モジュール間で２日ずらすなど、時間をずらして再始動するように構成することができる。複数の発電モジュールの修理作業、保守、又は燃料取替を実行する能力は、例えばクレーン及び修理道具の数によるなど、発電プラントのレイアウトによって決まることがある。
【０１０５】
ケース１では、ＬＯＯＰ事象は、１〜３日間、第１の発電モジュールをサービスから外し、影響を受ける追加の発電モジュールのために２日余計にとるものと仮定することができる。ケース２では、ＬＯＯＰ事象は、１〜３日間、全ての発電モジュールをサービスから外し、その後に全ての発電モジュールを直ちにサービスに復帰させることができるものと仮定することができる。ケース１及び２の一方又は両方を含むいくつかの例では、発電モジュールは、ＬＯＯＰ事象中に電力を供給するために利用可能でないこともある。
【０１０６】
専用サービス負荷に対して９９．９９％の可用性で保証することができる電力レベルを決定するために、ケース３の発電モジュールは、タービンバイパス状態であることもあるが、必要な場合にはマイクログリッド上の専用サービス負荷に電力を供給するために利用することができるので、ＬＯＯＰ中に利用可能であるものと考えることができる。
【０１０７】
この３つのケースのそれぞれについて、５００００通りの耐用年数について、図２に示す発電プラント１５０などの発電プラントをシミュレートした。２種類の結果を算出した。すなわち、プラントの発電プラント利用率と、各プラント電力レベルにおける電気出力の可用性である。発電プラント利用率は、プラントが６０年間にわたって出力することができる最大可能電力に対する発電プラントが出力する全電力の比として決定した。ケース１の例示的な発電プラント利用率の最尤推定値（ＭＬＥ）は、標準偏差が０．３０％で、９６．５７％となった。これに対応する５百分位数及び９５百分位数は、それぞれ９６．０１％及び９６．９７％であった。ケース２の発電プラント利用率のＭＬＥは、標準偏差が０．２７％で、９６．６７％となった。これに対応する５百分位数及び９５百分位数は、それぞれ９６．１７％及び９７．０２％であった。ケース３の発電プラント利用率のＭＬＥは、標準偏差が０．２７％で、９６．６８％となった。これに対応する５百分位数及び９５百分位数は、それぞれ９６．１８％及び９７．０３％であった。
【０１０８】
いくつかの例では、発電モジュールがＬＯＯＰに応答して冷温停止状態ではなくタービンバイパス状態に置かれるときには、発電プラント利用率が約０．１％高くなる可能性がある。この発電プラント利用率の差は、６０年間のプラント稼働中に起こるＬＯＯＰの回数が少ないことによるものである。ケース２及びケース３の予想発電プラント利用率はケース１より高いことがあるが、各ケースのＭＬＥは、他のケースの１標準偏差以内であるので、これらのＭＬＥは等価と考えることができる。
【０１０９】
１２個の発電モジュールを備える例示的な発電プラントについての結果を、表ＩＩに与える。表ＩＩは、この３つのケースのそれぞれについて、同時に稼働する発電モジュールの数のＭＬＥを列挙したものである。ケース１の１２個全てのモジュールの可用性６７．２２％という結果は、発電プラント利用率６７．２２％に対応しないこともある。これは、発電プラントは６７．２２％の時間にわたって１００％の出力で稼働していることもあるが、２６．９８％の時間にわたって９２％の出力で稼働していたり、４．６４％の時間にわたって８６％の出力で稼働していたりして、全体の発電プラント利用率が６７．２２％という可用性の結果より高くなることもあるからである。
【０１１０】
表ＩＩに示すように、発電プラントは、１２個全ての発電モジュールを稼働させた状態で大半の時間を費やすことができ、稼働状態の発電モジュールの数がそれより少ない状態で費やされる時間は、稼働状態の発電モジュールの数が減少するにつれて大きく減少する。３つのケースの全てにおいて、稼働状態の発電モジュールの数が８未満になるものと予想される時間は、０．１９％以下になる可能性がある。いくつかの例では、稼働状態の発電モジュールが７個以下の状態で費やされる時間は、ほぼＬＯＯＰ事象の確率によるものであることがある。
【表２】
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【０１１１】
ＬＯＯＰ事象の結果が減少すると、ケース２及びケース３のように、７個以下の発電モジュールが稼働した状態で費やされる時間が、共用システムのうちの１つの故障の確率の因子になることがある。５個の発電モジュールを燃料取替、閉鎖、又は開放の停電のために稼働状態から外すことがある場合は、発電プラントの６０年の耐用年数全体を通じて数日程度しか発生しないものと予想される。
【０１１２】
少なくともここに示す電力レベルが利用可能になる確率のＭＬＥを、ケース１について表ＩＩＩに示す。ここでは、発電モジュールは、ＬＯＯＰ事象に応答して冷温停止状態に置かれることがあり、発電プラントは、分散型電力網又はマクログリッドに接続されていることがある。少なくとも４５０ＭＷｅが生成される確率は、少なくとも９個のモジュールが稼働している状態では、約９９％である可能性がある。一方、９９．９％の水準で電力が得られる確率は、２００ＭＷｅに低下する可能性がある。
【表３】
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【０１１３】
ＬＯＯＰ事象に応答して発電モジュールを冷温停止状態に置くことにより、いくつかの例では、９９．９７％の確率を実現できることがある。ＬＯＯＰ事象は、全プラント稼働時間のほぼ０．２％を占めることがあるので、この確率を向上させる上での制限因子になることがある。発電モジュールがケース２で冷温停止状態ではなくタービンバイパス状態に入ることができるようにすることにより、電力信頼性に比較的小さな変化が生じるようにすることができる。
【０１１４】
ＬＯＯＰ事象の結果を減少させることにより、表ＩＶに示すように、発電プラントの発電の確度又は信頼性を高めることができる。ケース２では、５００ＭＷｅでは９９．０％の信頼性を実現することができ、３５０ＭＷｅでは９９．９％の信頼性を実現することができ、１００ＭＷｅでは９９．９８％の信頼性を実現することができる。いくつかの例では、発電プラントが特定の数のモジュールが発電している状態で稼働する時間の長さが、ケース１とケース２の間でそれほど異ならないこともある。
【表４】
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【０１１５】
マクログリッドが利用できないときに、専用サービス負荷に電力を供給するためにマイクログリッド接続が利用可能であるときには、表Ｖに示すように、依然として９９．９９％の発電出力信頼性を実現することができる。ケース３では、５００ＭＷｅでは９９．０％の信頼性を実現することができ、３５０ＭＷｅでは９９．９％の信頼性を実現することができ、１００ＭＷｅでは９９．９９％の信頼性を実現することができる。
【表５】
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【０１１６】
分析した３つ全てのケースについての電力信頼性の比較を、表ＶＩに示す。
【表６】
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【０１１７】
いくつかの例では、本明細書で使用する専用電力網及び／又はマイクログリッドという用語は、開閉所４４０などの現地開閉所、並びに発電プラント４５０に関連する１つ又は複数のバス及び／若しくは接続を含むもの、或いはその他の形でこれらについて言及しているものとすることができる。例えば、マイクログリッドは、発電プラント４５０（又は開閉所４４０）が分散型電力網３７５に積極的に接続されていなくても、発電プラント４５０の１つ又は複数のモジュールによって所内負荷に十分な電力を供給できるようにするように、発電プラント４５０がアイランドモードで稼働できるようにするように構成されることもある。発電プラント４５０によって生成された電気は、アイランドモード中には、所内負荷に電力を供給するために開閉所４４０によって発電プラント４５０に戻すことができる。
【０１１８】
さらに、専用電力網又はマイクログリッドは、発電プラント４５０及び／又は開閉所４４０を専用サービス負荷４２０などの１つ又は複数の専用サービス負荷に電気的に結合するように構成された１つ又は複数のバス、接続、及び／又は第２の送電線４４２などの送電線を含むことがある。専用サービス負荷は、発電プラント４５０の付近又は近傍に位置することがあるが、他の例では、専用サービス負荷は、基本的に発電プラント４５０からいかなる距離に位置していてもよい。したがって、専用電力網又はマイクログリッドという用語は、必ずしも発電プラント４５０と専用サービス負荷の間のサイズ、近接度、又は距離を示すとは限らないことがある。いくつかの例では、マイクログリッドは、発電プラント４５０が、専用電力網４４５を介して専用サービス負荷４２０に電力を供給しながら、「アイランドモード」で稼働できるようにするように構成されることもある。さらに、発電プラント４５０は、専用サービス負荷がなくてもアイランドモードで稼働するように構成されることもある。
【０１１９】
いくつかの例では、マイクログリッドレベルで稼働している発電プラントは、基本的に、分散型電力網３７５などのマクログリッドから切断されているものとして、及び／又はその発電プラントのみによって供給される電気で稼働しているものとして理解することができる。発電プラント４５０は、分散型電力網３７５に積極的に接続することなく、無限の期間にわたって所内負荷及び専用サービス負荷の一方又は両方に給電するだけの十分な電気を供給するように構成することができる。したがって、マイクログリッドで稼働するように構成された発電プラントは、優先電源としてマクログリッドに依拠する従来の原子炉とは対照的に、それ自体の優先電源となるものと理解することができる。
【０１２０】
発電プラント４５０が専用電力網４４５に接続されるだけでなく分散型電力網３７５にも接続されることがある例示的な構成では、発電プラント４５０は、発電プラント４５０の余剰発電能力によって生成される任意の電気を、分散型電力網３７５に送るように構成されることもある。例えば、基本電力量を、所内負荷、及び連続的な無中断の電源を必要とする１つ又は複数の専用サービス負荷のために確保又は利用し、この基本量の余剰の電力があれば、分散型電力網３７５に送ることもできる。この余剰電力は、稼働している、いくつかの例では１つ又は複数のサービスモジュールユニット以外の全ての発電モジュールを含む発電モジュールの数によって変化する可能性がある。
【０１２１】
いくつかの例では、発電プラント４５０によって生成される余剰電力を使用して、淡水化、石炭乾燥、電力貯蔵、その他の代替の動作、又はそれらの任意の組合せに関連する動作に電気を供給することができる。これらの代替の動作は、システムが必ずしも連続的な無中断電力を必要としないという点で、非致命的であると考えることができる。むしろ、淡水化、乾燥、及び貯蔵動作は、それほどの経済的結果又はサービスの中断を生じることなく、断続的に停止して再開することができる。これらの非致命的なシステムは、マクログリッドに電気的に接続されていることもあるし、接続されていないこともある。
【０１２２】
分散型電力網３７５への電気的接続性を喪失した場合には、発電プラント４５０は、電力の行き先の喪失を説明するために特定の救済措置を講じるように構成され得る。直前に述べたように、分散型電力網３７５を喪失した場合には、淡水化、石炭乾燥、及び／又は電力貯蔵などの１つ又は複数の代替動作に一部の電力を分流することができる。他の例では、１つ又は複数の発電モジュールを、タービンバイパス状態において、発電プラント４５０によって生成されている余剰電力を効果的に散逸させることもできる。
【０１２３】
いくつかの例では、発電プラント４５０は、発電モジュールのうちの一部又は全ての出力容量を低下させることによって、分散型電力網３７５の喪失に応答することがでる。複数の発電モジュールに関連する全出力容量を、所内負荷及び／又は専用サービス負荷の電力要件と等しい基本電力レベルまで低下させることもある。さらに、全出力容量を、タービンバイパスによって、制御棒を途中まで挿入することによって、１つ又は複数の発電モジュールをオフラインにすることによって、１つ又は複数の発電モジュールを停止させることによって、その他の救済動作によって、又はそれらの任意の組合せによって、低下させることもある。
【０１２４】
分散型電力網３７５の喪失に応答して、発電プラント４５０は、１つ又は複数のサービスモジュールユニットをフル稼働容量に維持するように構成されることもあり、残りの非サービスモジュールユニットの出力容量を低下させることもある。複数の発電モジュールがサービスモジュールであると識別されているときには、ガバナを、ともにアイソクロナスモード（例えばアイソクロナス負荷分散）で稼働していることがあるサービスモジュールユニット間での負荷分散及び電圧調整の通信及び調整を支援するように構成されることがある。非サービスモジュールユニットは、ある期間にわたって低下した出力容量に維持されて、分散型電力網３７５への接続が回復したときにそれらの非サービスモジュールユニットを迅速にフル出力容量に戻すことができるようにすることができる。
【０１２５】
発電プラント４５０は、したがって、１つの原子炉を備える従来の発電プラントでは再現できない高い信頼度で、連続的で基本的に無中断のレベルの基本電力を供給するように構成されることがある。さらに、基本電力は、発電プラント４５０の最大出力容量の何分の１か（例えば５０％未満）であることがある。発電プラント４５０は、無限の期間にわたって、低下した基本電力レベルで稼働し続けるように構成されることもある。一方、１つの原子炉を備える従来の発電プラントは、長期間にわたって低下した出力容量で稼働すると、従来の発電プラントにおいて原子炉トリップにつながる可能性がある給水の振動及び／又はその他のタイプの事象を生じる可能性があるので、そのように稼働することに特に十分に適していないことがある。
【０１２６】
いくつかの例では、発電プラント４５０の基本出力容量を維持するために各発電モジュールの電力レベルを個別に変化させる柔軟性をもたらすとともに、燃料の寿命を延ばすために、発電プラント４５０に関連する発電モジュールの一部又は全てが、低下した出力容量で（例えばディレーティングした（ｄｅｒａｔｅｄ）炉心で）稼働するように構成されることがある。例えば、５０％の出力容量で稼働する１２個の発電モジュールが、３００ＭＷｅを生成するように構成されることもある。半分の発電モジュールがオフラインになる可能性がある場合には、発電プラント全体の基本電力３００ＭＷｅを維持するために、残りの６個のモジュールの発電出力を、発電モジュールごとに最大出力容量５０ＭＷｅまで迅速に上昇させることができる。
【０１２７】
図５は、別の例示的な配電システム５００を示す図である。発電プラント５５０は、配電システム５００の専用電力網に電気的に接続される代わりに、２重母線構成を有する専用電力網５４５又はマイクログリッドによって局所専用サービス負荷５２０に電気的に接続されることもある。例えば、２重母線構成は、第１のバスを含むことがある第１の送電線５４１と、第２のバスを含むことがある第２の送電線５４２とを備えることがある。２重母線構成は、送電線５４１、５４２のうちの少なくとも一方は、専用電力網５４５に関連する他方の送電線及び／又はバスで故障が生じた場合にも、発電プラント４５０から専用サービス負荷５２０に電気を伝送するために利用可能であるという信頼性を高めることができる。
【０１２８】
発電プラント５５０に関連する開閉所５４０は、第１の送電線５４１及び／又は第２の送電線５４２を介して専用サービス負荷５２０に電力を供給することを優先するように構成されることがある。例えば、発電プラント５５０は、専用サービス負荷５２０の電力要件を満たすのに十分な基本レベル又は最低レベルの電気を一方又は両方の送電線５４１，５４２を介して連続的に高い信頼性で供給するように構成されることがある。専用サービス負荷５２０が必要とする基本レベルを超えて発電プラント５５０によって生成される任意の追加電力は、オンサイトの所内負荷に使用する、電気として貯蔵する、海水を淡水化するために使用する、１つ又は複数の他の消費者に提供する、他の適用業務に使用する、或いはこれらを任意に組み合わせた用途に使用することができる。
【０１２９】
いくつかの例では、専用電力線３２５など任意選択の電気的接続が、専用サービス負荷５２０を分散型電力網３７５に接続するように構成されることがある。専用電力線３２５は、発電プラント５５０がオフラインになったとき、例えば、専用サービス負荷５２０で専用電力網５４５を介した電力の喪失が起きたときに、専用サービス負荷５２０に冗長電源を提供するように構成されることがある。他の例では、専用電力線３２５は、非必須のサービスに電力を供給するために第２の顧客３２５によって利用されることもあるし、或いは低コストエネルギー源として利用されることもある。さらに他の例では、専用電力線３２５は、専用サービス負荷５２０への一次電源を提供するように構成されることがあり、第１の送電線５４１及び第２の送電線５４２のうちの一方又は両方が、分散型電力網３７５で停電又はその他の電力喪失が起きたときに専用サービス負荷５２０への冗長電源を提供するように構成されることがある。
【０１３０】
第１の送電線５４１及び第２の送電線５４２のうちの一方又は両方を介して専用サービス負荷５２０に電力を供給するだけでなく、発電プラント５５０の残りの発電容量の少なくとも一部分を使用して、発電プラント５５０に関連する所内負荷を稼働させ続けるのに十分な電力を維持することができる。いくつかの例では、発電プラント５５０は、利用可能な送電系統接続がない、又は分散型電力網への接続が望ましくない位置に位置していることもある。したがって、発電プラント５５０の建設が完了し、第１の発電モジュールが最初にオンラインになったときに、発電プラント５５０は、１つ又は複数の発電モジュールの連続稼働によって、或いはディーゼル発電機又はバッテリなどの補助電源の使用によって、オンサイトで生成又は貯蔵された電力で実質的に自立することができる。
【０１３１】
いくつかの構成では、例示的な発電プラント５５０及び／又は開閉所５４０は、図４の例示的な発電プラント４５０及び／又は開閉所４４０と同様に動作するものとして理解することができる。例えば、発電プラント５５０に関連する第１の発電モジュール又はＳＭＵは、（例えばアイソクロナスモード中に）発電プラントの電圧及び周波数を現地で維持する際の一次電源として構成し、他のモジュールはＳＭＵと並列に（例えばドループモードで）動作させて、専用サービス負荷５２０及び発電プラント５５０に関連する所内負荷に発電出力を供給するようにすることもできる。
【０１３２】
いくつかの例では、ＬＯＯＰに対する様々なプラントの応答は、１つのプラントの発電プラント利用率に比較的小さな影響を有するものと理解することができる。ただし、発電プラントがマクログリッド及びマイクログリッドに接続するように構成されている態様と、ＬＯＯＰ事象に対する発電プラントの応答とを合わせると、発電出力信頼性に大きな影響を及ぼすことがある。例えば、ＬＯＯＰ事象に応答して発電モジュールのうちの１つ又は複数を冷温停止状態に置くことにより、９９．９％の信頼性で、２００ＭＷｅの総プラント出力を得ることができる。これに対して、モジュールをタービンバイパス状態に置くと、３５０ＭＷｅの総プラント出力、又は約７５％の容量の増加を提供するのに、９９．９％の信頼性を得ることができる。さらに、発電プラントが専用サービス負荷へのマイクログリッド接続を有している場合には、１００ＭＷｅなど何らかの基本電力レベルで９９．９９％というさらに高いレベルの信頼性を保証することができる。
【０１３３】
いくつかの例では、例示的な発電プラントに関連する発電プラント利用率は、発電プラントの分散型電力網への接続のタイプ、及びＬＯＯＰ事象への発電プラントの応答に関わらず、例えば約９６．６％など、基本的に一定のままであることもある。保証される基本電力レベルが実質的に存在しない可能性がある、１つの大型原子炉を含む従来の発電プラントと対照的に、本明細書に開示する例示的なマルチモジュール式発電プラントのうちの１つ又は複数は、９９．９％の信頼性で全プラント容量の約５０％を提供することができ、９９．９９％の信頼性で全プラント容量の１７％を提供することができることがある。
【０１３４】
本明細書に記載する分析のいくつかは、ＭＡＴＬＡＢを利用し、計画事象及び非計画事象によるモジュール停電の頻度及び持続時間の確率分布を含んでいた。この分析は、また、オフサイト電力喪失が起きた場合に冷温停止ではなくタービンバイパスを実施し、１つ又は複数のモジュールを使用して所内負荷に供給を行うことの影響を評価していた。オフサイト電力喪失中にタービンバイパスが可能である状態と可能でない状態の両方の１２個のモジュールを有するＲＡＩＲ発電プラントについての信頼性の結果を与えているが、他の構成及びモジュール数も、同様にして分析することができる。この分析結果は、特にマルチモジュール式発電プラントでタービンバイパスが可能であるとき、及びその発電プラントが専用サービス負荷に直接接続されるように構成されているときには、比較的高い発電出力レベルで非常に高いレベルの信頼性を実現できることを示している。
【０１３５】
図６は、現地で生成された電力を発電プラントの運転のために分配するように構成された例示的な電力分配システム６００を示す概略図である。いくつかの例では、故障耐性電力分配システムの第２の部分は、同様に、１２個のモジュール式発電機を含む発電プラントの運転用に構成することができる。
【０１３６】
電力分配システム６００は、図２の発電プラント１５０の上側の６個のＰＭアセンブリ及び上側の６個の発電機に向けられるものとすることができる。このシステムは、冗長送電経路、ＰＤＭ、主電源用変圧器（ＭＰＴ）、及びユニット補助変圧器（ＵＡＴ）を備える故障耐性システムを備えるとよい。
【０１３７】
電力分配システム６００は、６個の発電機ＧＥＮ＿１、ＧＥＮ＿２、ＧＥＮ＿３、ＧＥＮ＿４、ＧＥＮ＿５、及びＧＥＮ＿６を備えるものとすることができる。６個の発電機はそれぞれ、４つのフロントエンドスイッチギヤモジュール（ＳＧＭ）ＳＧＭ＿０＿１、ＳＧＭ＿０＿２、ＳＧＭ＿０＿３、及びＳＧＭ＿４のうちの少なくとも２つに選択的に結合されるとよい。別個の主電源用変圧器（ＭＰＴ）が、この４つのフロントエンドスイッチギヤモジュールのうちの１つに選択的に結合されて、冗長的に開閉所に電力を供給することができる。部分４００は、４つのフロントエンドモジュールのそれぞれの対応するバックエンドスイッチギヤモジュールＳＧＭ＿１＿１、ＳＧＭ＿１＿２、ＳＧＭ＿１＿３、及びＳＧＭ＿１＿４も備えることができる。各フロントエンドスイッチギヤモジュールは、ケーブルバスモジュール、並びに対応するユニット補助変圧器ＵＡＴ＿１、ＵＡＴ＿２、ＵＡＴ＿３、及びＵＡＴ＿４を介して、対応するバックエンドスイッチギヤモジュールに結合されることができる。図６に示すように、電圧調整変圧器２１０を、ＵＡＴのうちの１つ又は複数と組み合わせて使用することもある。
【０１３８】
電力分配システム６００は、６個の発電機のそれぞれについて電力分配モジュールを備えるものとすることができる。６個の電力分配モジュールはそれぞれ、少なくとも２つの冗長電力分配モジュールフィードを備えることがある。電力分配モジュールフィードＰＤＭ＿１＿０及びＰＤＭ＿１＿１はそれぞれ、ＧＥＮ＿１に対応する電力分配モジュールに電力を供給するように構成されることがある。電力分配モジュールフィードＰＤＭ＿２＿０及びＰＤＭ＿２＿１はそれぞれ、ＧＥＮ＿２に対応する電力分配モジュールに電力を供給するように構成されることがある。電力分配モジュールフィードＰＤＭ＿３＿０及びＰＤＭ＿３＿１はそれぞれ、ＧＥＮ＿３に対応する電力分配モジュールに電力を供給するように構成されることがある。電力分配モジュールフィードＰＤＭ＿４＿０及びＰＤＭ＿４＿１はそれぞれ、ＧＥＮ＿４に対応する電力分配モジュールに電力を供給するように構成されることがある。電力分配モジュールフィードＰＤＭ＿５＿０及びＰＤＭ＿５＿１はそれぞれ、ＧＥＮ＿５に対応する電力分配モジュールに電力を供給するように構成されることがある。さらに、電力分配モジュールフィードＰＤＭ＿６＿０及びＰＤＭ＿６＿１はそれぞれ、ＧＥＮ＿６に対応する電力分配モジュールに電力を供給するように構成されることがある。
【０１３９】
これらの冗長電力分配モジュールフィードの一部又は全てが、４つのバックエンドスイッチギヤモジュールＳＧＭ＿１＿１、ＳＧＭ＿１＿２、ＳＧＭ＿１＿３、及びＳＧＭ＿１＿４のうちの１つの出力に結合されるものとすることができる。このシステムは、各発電機ごとに、冗長送電経路、電力分配モジュールフィード、主電源用変圧器（ＭＰＴ）、及びユニット補助変圧器（ＵＡＴ）を備える故障耐性システムを備えることがある。
【０１４０】
このシステムは、１つ又は複数のバックアップ発電機（ＧＥＮ＿Ｂ）を含むことがある。いくつかの例では、ＧＥＮ＿Ｂの電圧出力は、約１３．８ｋＶＡＣであることがある。ＧＥＮ＿Ｂは、１つ又は複数のスイッチを介してフィード６１２に結合されることがある。ＧＥＮ＿Ｂは、１つ又は複数のスイッチを介して４つのフロントエンドモジュールＳＧＭ＿０＿１、ＳＧＭ＿０＿２、ＳＧＭ＿０＿３、ＳＧＭ＿０＿４、ＳＧＭ＿０＿５、及びＳＧＭ＿０＿６のうちの１つ又は複数にも結合されることがある。ＰＧＭアセンブリ及び／又は対応する発電機のうちの１つ又は複数が発電に利用できない場合には、ＧＥＮ＿Ｂを利用して発電プラントに電力を供給することができる。ＧＥＮ＿Ｂに対応する第１のフィード２１２は、限定されるわけではないがＳＧＭ＿０＿１などのフロントエンドモジュールのうちの少なくとも１つに選択的に結合されることがある。ＧＥＮ＿Ｂに対応する第２のフィード２１２は、限定されるわけではないがＳＧＭ＿１＿１などのバックエンドモジュールのうちの１つに選択的に結合されることがある。
【０１４１】
いくつかの例では、１つ又は複数の他のバックアップ発電機が、ＧＥＮ＿Ｂが生成するＡＣ信号より低い電圧のＡＣ信号を、ＰＤＭのうちの１つ又は複数に供給するように構成されることもある。例えば、ＰＤＭに電力を供給する１つ又は、複数の発電機は４８０ＶのＡＸＣ信号を生成することがあるが、ＧＥＮ＿Ｂは、１３．８ｋＶのＡＣ信号を生成することがある。
【０１４２】
このシステムは、バックエンドスイッチギヤモジュールのうちの１つ又は複数に結合された追加の電力分配モジュールフィードを含むことがある。例えば、電力分配モジュールフィード６０２、６０４、６０６、及び６０８は、電力分配システム６００に含まれる６個の発電機のそれぞれに共通の負荷に電力を分配する他の電力分配モジュールに電力を供給することができる。電力分配モジュールフィード６０２、６０４、６０６、及び６０８によって電力を供給される電力分配モジュールは、共通プラントＰＤＭであることがある。したがって、フィード６０２、６０４、６０６、及び６０８は、共通プラントフィードであることがある。電力分配モジュールフィード６０２、６０４、６０６、及び６０８は、発電プラントに含まれる様々な共通のポンプ及びモータの電力分配モジュールに電力を供給することができる。
【０１４３】
様々な電力分配モジュールはそれぞれ、実時間で電力を分配することがある。さらに、電力分配モジュールのうちの１つ又は複数は、後に使用するために電力を貯蔵する１つ又は複数のバッテリを充電する１つ又は複数の充電モジュールを含むことがある。ＧＥＮ＿Ｂに対応するフィード６１２は、フロントエンドスイッチギヤモジュールのうちの１つ又は複数に結合されることがある。フィード６１４は、バックエンドスイッチギヤモジュールのうちの１つ又は複数に結合されることがある。
【０１４４】
アイランドモード
連邦規則集第１０編第５０．３４条（１０ＣＦＲ５０．３４）の規定により、米国原子力規制委員会（ＮＲＣ）は、提案される原子力発電施設について満たさなければならない主要設計基準を設定している。１０ＣＦＲ５０．３４の基準１７によれば、次のようにある。「オンサイト電力システム及びオフサイト電力システムは、安全のために重要な構造、システム、及び構成要素が機能できるように設けられるものとする。各システムの安全機能は（他のシステムが機能していないものと仮定する）、（１）予期しない運転状態に陥っても原子炉冷却材圧力バウンダリの指定された許容燃料設計限界及び設計条件を超えないこと、並びに（２）想定された事故が起きた場合に炉心が冷却され、格納容器の完全性及びその他の重要な機能が維持されることを保証するのに十分な容量及び能力を提供するものとする。」
【０１４５】
基準１７は、さらに次のように続く。「バッテリを含むオンサイト電力供給、及びオンサイト配電システムは、１つの故障が起きたと想定してそれらの安全機能を実施するだけの十分な独立性、冗長性、及び試験容易性を有しているものとする。」
【０１４６】
さらに、１０ＣＦＲ５０．３４の基準１７は、次のように求めている。「伝送網からオンサイト配電システムまでの電力は、稼働状態並びに想定される事故及び環境状態下で両者が同時に故障する可能性を実際的な程度まで最低限に抑えるように設計され、配置された、２つの物理的に独立した回路（必ずしも別個の敷設権でなくてもよい）によって供給されるものとする。両回路に共通の開閉所は許容される。これらの各回路は、原子炉冷却材圧力バウンダリの指定された許容燃料設計限界及び設計条件を超えないことを保証するように、全てのオンサイト交流電源及びその他のオフサイト電力回路の喪失後に、十分に時間を掛けて利用可能になるように設計されるものとする。これらの回路のうちの一方は、炉心の冷却、格納容器の完全性、及びその他の重要な安全機能が維持されることを保証するために、冷却材喪失事故後、数秒以内に利用可能になるように設計されるものとする。」
【０１４７】
分散型電力網又はマクログリッドは、複数の分散した消費者にサービスする複数の発電源に接続されることがある送電及び配電システムを指すものとして理解することができる。原子力産業では、マクログリッドは、従来の発電プラントの構成では「優先電源」と言われることがあるので、安全機能を実現するために必要な電力を供給するのに、主にマクログリッドに依拠することがある。基準１７は、従来の発電プラントがこの優先電源の概念を実施してきた主な手段である。すなわち、基準１７に関連するＮＲＣの要件は、安全機能を実現するために必要な電力が利用可能であることを保証するための拠り所であった。
【０１４８】
ＬＯＯＰは、優先電源の喪失を表しているので、従来の発電プラントにとって重要な事象と考えることができる。すなわち、安全機能を実現するために通常必要とされる電源が、マクログリッドから得られない可能性があるということである。主発電機が発電プラントのオンサイトＡＣ電源として構成されていることもあるが、それでも主発電機は、負荷のかなりの部分の喪失によりトリップする可能性がある。
【０１４９】
主発電機が故障した場合には、発電プラントが依拠する可能性がある安全機能を実現するための次のオンサイトＡＣ電源は、緊急ディーゼル発電機（ＥＤＧ）となる可能性がある。従来の発電プラントでＥＤＧが故障した場合には、全電源喪失が起こる可能性がある。ＬＯＯＰ、主発電機の喪失、及びＥＤＧの故障の組合せが、福島では起きた。ＥＤＧが故障してしまうと、従来の発電プラントは、安全機能の動作を維持する、又はその他のかたちで安全機能の喪失を補償することが、数時間しかできないことがある。例えば、ＥＤＧの故障後に発電プラントが制御状態で稼働し続けることができる能力は、わずかに４時間から８時間しか運転することができない局内電源の貯蔵エネルギー分に限定される可能性がある。
【０１５０】
補助ＡＣ電源（ＡＡＰＳ）は、全ての発電モジュール及び任意のオフサイト電源からの電力の喪失など通常のＡＣ電源の喪失後に、永久的な非安全負荷にバックアップ電力を供給するように構成されることがある、燃焼タービン発電機、水力発電プラント、又はその他の何らかの補助電源を含む可能性がある。
【０１５１】
ＡＡＰＳは、２つの主要機能を実現するように構成されることがある。ＡＡＰＳの第１の主要機能は、崩壊熱除去が開始されているトリップ状況から、復水及び給水と冷却塔への水循環システムとを介して崩壊熱を通常のヒートシンクに移すことができるモードに移行するための、オンサイトＡＣ電源を提供することを含むことがある。ＡＡＰＳの第２の主要機能は、ブラックスタート機能を使用可能にするためのオンサイトＡＣ源を提供することを含むことがある。
【０１５２】
発電プラント１５０（図２）など、複数の比較的小型の発電モジュールを備える発電プラントでは、ＡＡＰＳは、発電モジュール１００（図１）などの１つの発電モジュールをブラックスタートするように構成されることがある。約５０ＭＷｅの発電出力に関連する発電モジュールを始動するために必要な電気の量は、１０００ＭＷｅ以上に関連することもある従来の原子炉の始動に関連する電気の量より大幅に少ない可能性がある。第１の発電モジュールが始動されたら、第１の発電モジュールによって生成される電力を使用して、所内負荷への給電、及び／又は発電プラント１５０に関連する追加の発電モジュールのブラックスタートを行うことができる。したがって、発電プラント１５０に関連するＡＡＰＳは、従来の発電プラントでブラックスタートを行うのに必要なサイズよりかなり小さいサイズにすることができる。
【０１５３】
いくつかの例では、ＡＡＰＳは、いくつかのタイプの発電システムでピーキング負荷を提供するのに使用されているものと同様の燃焼タービン発電機を備えることがある。従来の発電プラントでは、燃焼タービン発電機は、エアコンディショナの使用の増加による夏期など電気需要のピーク期間には、運転予備状態に置かれることがある。
【０１５４】
発電プラント１５０などの発電プラントでは、従来のサイズの発電プラントよりはるかに効率的に負荷追従するように構成されることがある複数の発電モジュール１６０を有することにより、燃焼タービン発電機がピーキング負荷に不要となることがある。しかし、発電プラント１５０では、従来ピーキング負荷に使用されるのと同様のサイズの燃焼タービン発電機を代わりに使用して、発電プラントをブラックスタートすることがある。ただし、発電プラント１５０の燃焼タービン発電機は、ブラックスタート用の電力を供給するために運転予備状態に置く必要はない。
【０１５５】
上述のように、アイランドモードは、１つ又は複数の発電モジュールによってオンサイトで生成される電気を使用する、分散型電力網又はマクログリッドへのいかなる接続からも独立している発電施設の動作を説明するために使用されることがある用語である。従来の原子力発電プラントは、１０ＣＦＲ５０．３４の基準１７により、安全機能を実施するための優先電源としてマクログリッドに依存しているので、アイランドモードで稼働するように構成することが実質的に禁止されている。
【０１５６】
ＡＡＰＳは、当業界でピーキングユニットとして使用するのと同様に、アイランドモード（ＩＭ）移行及び／又は専用サービスモード（ＤＳＭ）運転中には、安定化電源として使用して、急速な負荷変化を吸収することができる。したがって、分散型電力網に不規則性が検出されたときには、ＡＡＰＳは、ＬＯＯＰ事象に対するヘッジとして待機モードで動作するように構成されることがあり、例えば、ＡＡＰＳは、運転予備ユニットとして使用されることもある。
【０１５７】
アイランドモードで稼働するように発電プラントを構成することにより、原子力発電ユニットによって生成された電力の喪失、マクログリッド伝送網からの電力の喪失、又はオンサイト電源からの電力の喪失の結果として、又はそれらと同時に、残りの電源のいずれかからの電力を喪失する可能性を最小限に抑えることができる。
【０１５８】
図１の原子炉モジュール１００などの１つ又は複数の原子炉モジュールを備えた発電プラントでは、発電プラントは、重力又は自然循環などの自然法則のみに依拠するシステムなどの受動的手段によって安全機能を実施するように構成されることがある。したがって、図２の発電プラント１５０などの発電プラントでは、安全機能を実施するために、電力が不可欠なものとは考えられていないこともある、或いは電力に依拠しないこともあるので、マクログリッドは、単なる負荷とみなされることもある。アイランドモードで稼働するように構成されることがある発電プラントは、ＬＯＯＰ事象を実質的に未然に防ぐことができる、又は少なくとも特徴付けし直すことができるので、ＬＯＯＰを負荷事象の喪失としてより正確に説明することができる。
【０１５９】
さらに、図２に示す原子炉モジュール１００及び発電プラント１５０は、従来の意味では優先電源を必要としないこともある。これは、この用語が、発電プラント１５０などのマルチモジュール式発電プラントでは基本的にいかなる重要な意味も持たなくなることがあるからである。複数の原子炉モジュール及び関連システムを含む発電プラントでは、全ての主発電機の喪失を、全てのＡＣ電力の喪失をもたらすものと解釈することになる。ただし、全てのＡＣ電力の喪失が起こった場合には、発電プラント１５０などの発電プラントは、無限の期間にわたってＡＣ電力に依拠せずに全ての安全機能を自動的に動作させ続けるように構成することができる。いくつかの例では、全てのＡＣ電力の喪失により、原子炉スクラムの先制的非安全作動、ＤＨＲ、及び／又は格納容器隔離が開始されることもある。
【０１６０】
マクログリッド接続に依拠しなくなることにより、発電プラントを、分散型電力網又はマクログリッドが利用できない場所、或いは従来の発電プラントの設置及び稼働のために通常必要とされるよりグリッド信頼性が低い場所に設置することができる。マクログリッドに接続すれば、発電プラントから企業負荷又は専用負荷などそのグリッドを利用する顧客に電力を送達する、又はその他のかたちで供給する任意選択の経路を得ることができるが、安全機能を動作させる、又はその他のかたちで規制要件に準拠するためにマクログリッドに接続する必要はなくなる可能性がある。マクログリッドへの接続に実質的に依拠しないようにすることにより、この発電プラントは、従来の発電プラントでは実際的ではなかった、又は許容されなかったいくつかの構成で設置し、稼働させることができる。
【０１６１】
例示を目的として、以下に、マクログリッドへの接続の喪失及び／又は専用電力網又はマイクログリッドへの接続の喪失に応答する、３つの例示的な発電プラント構成又は運転モードについて説明する。この３つの発電プラント構成及び／又は運転モードは、１つ又は複数の分散型電力網の接続の喪失の可能性に対処するある範囲のプラント稼働構成を提供する上で、異なる設計的、稼働的、及び規制的な含意を有することがある。３つの例示的な運転モードのうちの一部又は全ては、発電プラントをアイランドモードで稼働するように構成するものとして理解されることもある。
【０１６２】
第１の発電プラント運転モードでは、１つ又は複数の分散型電力網の接続が喪失したときに、発電プラントは、バックアップディーゼル発電機（ＢＤＳ）及び補助ＡＣ電源（ＡＡＰＳ）を始動してローディングするのに加えて、全ての稼働中の発電モジュールをスクラムするように構成されることがある。さらに、発電プラントは、ＡＡＰＳによって生成される電力を使用して、１つ又は複数の発電モジュールをブラックスタートするように構成されることがある。この１つ又は複数の発電モジュールは、サービスモジュールユニット（ＳＭＵ）と呼ばれることがある。ＳＭＵは、グリッド接続のうちの１つ又は複数が復元するまで、アイランドモードで稼働させることがある。
【０１６３】
第２の発電プラント運転モードでは、１つ又は複数の分散型電力網の接続が喪失したときに、発電プラントは、ＳＭ以外の全ての稼働中の発電モジュールをスクラムするように構成され、ＳＭは、１つ又は複数のグリッド接続が復元されるまで、アイランドモードでの無中断発電のために稼働状態に維持されることがある。さらに、発電プラントは、負荷追従を行うのと並行して、ＡＡＰＳを始動して使用するように構成されることがある。
【０１６４】
第３の発電プラント運転モードでは、１つ又は複数の分散型電力網の接続が喪失したときに、発電プラントは、蒸気バイパスを使用して１つ又は複数の非サービス発電モジュールを電気系統から切断する、それらの非サービス発電モジュールをホットスタンバイ状態に維持する、或いは電力変換システムを使用して非サービス発電モジュールの制御停止を実行するように構成されることがある。ＳＭＵは、１つ又は複数のグリッド接続が復元するまで、アイランドモードで無中断発電のために稼働状態に維持されることがある。さらに、発電プラントは、負荷追従を行うのと並行して、ＡＡＰＳを始動して使用するように構成されることがある。
【０１６５】
少なくとも１つの発電モジュールがオンラインで発電している状態では、分散型電力網の電力が利用できるかどうかに関わらず、このオンライン発電モジュールに関連する（１つ又は複数の）稼働中の主タービン発電機が、発電プラントに電力を供給し続ける（例えば所内負荷に電力を供給し続ける）。いくつかの例では、発電プラント全体の所内負荷は、発電モジュールのうちの１つの出力より小さいことがある。オフサイト電力への接続が喪失した場合には、１つ又は複数の発電モジュール、或いはサービスモジュールユニットを使用して、全ての所内負荷に給電するのに十分な無中断電力を供給することができる。いくつかの例では、復水器にかかる負荷を低減するために、サービスに復帰できる状態に維持しながら、サービスモジュールユニット以外の稼働中の発電モジュールに関連する電力レベルを低下させることもできる。
【０１６６】
上述のように、発電モジュールのうちの１つ又は複数が、サービスモジュールユニット（ＳＭＵ）として指定されることがある。ＳＭＵは、炉内寿命、関連するサポートシステムの状態、保守計画、燃料取替後の実行時間の長さ、その他の発電モジュール条件、又はそれらの任意の組合せなど、信頼性及び可用性に影響を及ぼす条件に基づいて選択することができる。ＳＭＵの指定は、様々な所定の時間間隔で、又は不定期の事象ごとに、発電モジュール間で変更されることがある。例えば、ＳＭＵの指定は、最も最近に燃料取替が行われ、運転が１００日に達した発電モジュールに適用されることもある。ＳＭＵの指定は、電圧調整器内の論理選択を介して行うことができる。
【０１６７】
発電プラントがマクログリッドから独立して稼働しているときには、発電プラントは、ＡＡＰＳ、バックアップディーゼル発電機、バッテリ、又はその他の補助電源による支援を受けずにアイランドモードで稼働して、その発電プラントに関連する所内負荷に電力を供給するように構成されることがある。
【０１６８】
オフサイト送電系統又はマクログリッドへの接続が喪失しているＬＯＯＰ事象中には、ＳＭＵに関連する１つ又は複数の発電機は、マクログリッドと並列に動作する状態から独立モード又はアイランドモードで動作する状態に移行することができる。この移行は、発電機が周波数及び電圧を制御する方法を変更するように構成されることがある。例えば、発電機は、ドループモードからアイソクロナスモードに移行することがある。アイランドモードでは、ＳＭＵが、発電プラントの電圧及び周波数のレベルを制御するように構成されることがある。
【０１６９】
ＳＭＵ以外の発電モジュールに関連する発電機は、電気系統から切断されることがあり、ＡＡＰＳの始動プロセスが同時に開始されることがある。ＡＡＰＳが再び利用可能になると、ＡＡＰＳが、ＳＭＵ発電機と並列になることがある。いくつかの例では、ＡＡＰＳは、主に、基本負荷を提供するようにＳＭＵが生成する電力を安定させることができるようにプラント負荷に追従する役割を担うことがある。
【０１７０】
分散型電力網の接続性の中断が一時的なものであり、復元が間近であると予想される場合には、非ＳＭＵ発電モジュールは、接続が復元した後の発電状態への迅速な復帰をサポートするために、バイパス蒸気によって高電力に維持されることがある。一方、グリッドにすぐに接続できる可能性が低そうな場合には、非ＳＭＵ発電モジュールの発電出力を低下させて、関連する復水器にかかる負荷を低減し、燃料を節約することができる。ただし、非ＳＭＵ発電モジュールは、臨界に保ち、時間のかかる原子炉始動を必要とせずにサービスに復帰できる状態に保つことができる。停電の状況が長期間に及びそうな場合には、全ての、又はほぼ全ての非ＳＭＵ発電モジュールを停止させることもできる。
【０１７１】
分散型電力網への接続が再び利用可能になったときには、ＳＭＵを分散型電力網に同期させて、関連する発電機の制御を並列に復帰させることができる。さらに、ＡＡＰＳを停止させることができ、残りの非ＳＭＵ発電モジュールは、それらの発電モジュールを分散型電力網に同期させ、それらの電力を必要に応じて復元することにより、フル活動サービスに復帰させることができる。
【０１７２】
いくつかの例では、発電プラントは、意図的に、又は先制的に、マクログリッドから切断するように構成されることもある。マクログリッドは、電力サージ、劣化電圧、電圧スパイク、周波数変動、その他のタイプのグリッド不規則性、又はそれらの任意の組合せなど、様々な電流及び／又は電圧の不規則性にさらされる可能性がある。いくつかの電力システムでは、グリッドの不規則性の影響を緩和するために、１つ又は複数のデバイスが、開閉所、又は配電システム４００内のその他の何らかの位置に配置されることがある。電圧スパイクの場合には、回路ブレーカをトリガして、発電プラントの構成要素及びシステムを保護することもできる。いくつかの例では、回路ブレーカは、開閉所４４０（図４）に関連する第１の送電線４４１など、１本又は複数本のバスに位置することもある。
【０１７３】
ただし、このようなグリッドの不規則性を吸収又は補償するのではなく、いくつかの例では、発電プラントは、このような不規則性が検出又は予想されたときに必ず、単純にマクログリッドから切断するように構成されることもある。例えば、損傷を受ける、又はその他のかたちで影響を受けるおそれがある構成要素又はシステムにグリッドの不規則性が到達する前に発電プラントをマクログリッドから切断するように構成される１つ又は複数の監視デバイスを、発電プラントの開閉所に設けることもある。アイランドモードで稼働するように構成された発電プラントは、マクログリッドから供給される電気に依拠していないので、マクログリッドから切断されたときでも稼働し続けることができる。
【０１７４】
いくつかの例では、発電プラントとマクログリッドの間の接続は、発電プラントによって生成される電気がマクログリッドに向かって出ていく方向にのみその接続を通過できるように構成されることがある。マクログリッド上で既に移送されている電気が発電プラントに伝達されるのを防止し、付随するグリッドの不規則性も伝達されるのを防止することができる。一方向電気接続は、グリッドの不規則性、及び／又はその接続のマクログリッド側で生じる可能性があるその他の任意の問題から、発電プラントを実質的に隔離するように構成することができる。いくつかの例では、この接続は、マクログリッドからの電気を原子炉始動時など限られた期間だけ発電プラントが選択的に使用できるように構成することもできる。
【０１７５】
したがって、アイランドモードで稼働するように構成された発電プラントは、ＬＯＯＰ事象によって自動原子炉トリップが生じる可能性があり、さらに原子炉を再始動できるようになるまでオンサイトで発電する能力が完全に喪失する可能性がある従来の発電プラントに優る特定の利点を有することができる。
【０１７６】
上述のように、分散型電力網の接続から独立して（例えばアイランドモードで）稼働するように構成された発電プラントは、稼働している発電モジュールがないときに現地負荷に給電することができるオンサイトＡＣ発電源を有するとよい。例えば、ＡＣ電源は、発電モジュールのブラックスタートに関連する負荷に給電するように構成されるとよい。オンサイトＡＣ発電源として動作するように構成されたＡＡＰＳは、いかなるオフサイト電源の支援も受けずに１つの発電モジュールをブラックスタートするようなサイズにすることができる。
【０１７７】
アイランドモードで稼働する、又は発電プラントをブラックスタートする能力は、普通なら発電プラントの安全システムと関連付けられる可能性がある任意の動作から独立して、又はこれから隔離されて存在するものと理解することができる。アイランドモード運転及び／又はブラックスタートモード運転は、グリッドの信頼性の問題からの隔離を提供する発電プラントの能力及び／又は負荷適用業務にサービスする発電プラントの能力を向上させるものと理解することができるが、発電プラントの受動的安全システムに給電するのに、これらの運転モードに依拠する必要はない。ただし、アイランドモード運転及び／又はブラックスタートモード運転は、商業上及び運転上の利点を提供するだけでなく、さらなる発電プラントの運転上の特徴を提供するものと理解することができる。
【０１７８】
「原子力発電プラントにおける保守の有効性を監視するための要件」と題する１０ＣＦＲ５０．６５は、主に、当業界で起こっていた保守に基づく原子炉トリップ及び安全システムの作動の回数の結果として生まれたものである。ＮＲＣでは、これらの発生を、プラントシステムに過渡的状態をもたらす、安全システムに対する不要な呼掛け（ｃｈａｌｌｅｎｇｅ）になると考えた。いくつかの発電プラントでは、１つの安全に関係のない原子炉トリップが、３０を超える安全に関係のある機能に呼び掛けることもある。ただし、発電プラントに対するこれらの呼掛けは、現地電気負荷への無中断ＡＣ電力を維持することによって緩和することができる。
【０１７９】
いくつかの例では、図２に示す原子炉モジュール１６４のいずれか１つが、発電プラントへの全ＡＣ電力の喪失を防止し、関連する電力システムの意図しない作動も防止するために必要な全ての電力を供給するように構成されることがある。さらに、オンサイトで複数のＡＣ電源を設けることにより、設計基準外事象が起きたときに、原子炉モジュール１６４のうちのいずれか１つを使用して、発電プラントへのＡＣ電力を復元することができ、これにより、安全システムの不要な作動を減少させることによって、追加の防御層を提供することができる。
【０１８０】
図７は、例示的な電力分配システム７００の開閉所構成を示す図である。いくつかの例では、この開閉所構成は、４ベイブレーカ及び半開閉所方式を備えるものとして理解することができる。第１のベイ７０５は、第１のブレーカ７１０、第２のブレーカ７２０、及び第３のブレーカ７３０など、複数のブレーカに関連付けられることがある。この複数のブレーカは、第１のＭＰＴ７４０及び第２のＭＰＴ７５０など、１つ又は複数の主電源用変圧器（ＭＰＴ）に電気的に接続されることがある。
【０１８１】
第１のベイ７０５を利用して、第１のＭＰＴ７４０及び第２のＭＰＴ７５０のうちの一方又は両方を２重母線構成を介して分散型電力網に電気的に接続することができる。２重母線構成は、第１のバスＬ１及び第２のバスＬ２を含むものとして示してある。これは、電力事業で非常によく使用される信頼性の高い構成である。電力分配システム７００は、複数のＭＰＴから分散型電力網に複数の接続を提供することがある。いくつかの例では、接続の数は、ＭＰＴの数と等しいことがある。さらに、電力分配システム７００は、発電プラントの出力を分散型電力網又は専用サービス負荷の顧客に搬送するために、開閉所までの１つ又は複数のオフサイト接続を含むこともある。
【０１８２】
複数の発電モジュールを含む発電プラントでは、１つ又は複数の追加のベイを、第１のベイ７０５と同様に構成することができる。電力分配システム７００のこの例示的な開閉所構成では、４つのベイを示しているが、各ベイが、２つのＭＰＴに動作可能に結合された３つの発電モジュールに関連付けられ、合計で１２個の原子炉モジュール及び８個のＭＰＴになることがある。
【０１８３】
図８は、電力分配システム８００の例示的な構成を示す図である。この例示的な電力分配システム８００は、６個の発電モジュールで稼働するように構成されるものとして理解することができる。１２個の発電モジュールなど、複数の発電モジュールを備える発電プラントでは、電力分配システム８００は、さらに６個の発電モジュールについても実質的に同じマルチモジュール構成を有するものとして理解することができる。ＡＡＰＳ８３０からどちらの側にも給電するために、接続バス８４０などの１本又は複数本のバスによってマルチモジュール構成間の交差接続を形成することができる。
【０１８４】
電力分配システム８００は、第１のスイッチギヤ構成８８０を備えるものとすることができる。いくつかの例では、第１のスイッチギヤ構成８８０は、高電圧バス８８５が約１３．８キロボルト（ｋｖ）の状態で動作するように構成される。さらに、メインタービン８５０が、この１３．８ｋｖバス８８５と関連付けられることがあり、この１３．８ｋｖバス８８５が、関連するＭＰＴ８２０及びＵＡＴ８１０の両方に電力を供給するように構成されることがある。
【０１８５】
第２のスイッチギヤ構成８９０は、第２のメインタービン８５２、第２のＭＰＴ８２２、及び第２のＵＡＴ８１２に関連付けられる。１２個の発電モジュールを備えるいくつかの例示的な電力分配システムでは、８本以上のバス、８個以上のＭＰＴ、及び８個以上のＵＡＴがあることがある。
【０１８６】
ＵＡＴ８１０は、発電機の端子電圧を、所内負荷用の４．１６ｋｖに降下させるように構成されることがある。さらに、ＭＰＴ８２０は、発電機の端子電圧を伝送用の現地グリッド電圧に上昇させるように構成されることがある。いくつかの例では、グリッド電圧は、約３４５ｋｖになるものと仮定することがある。図７を参照して説明したような例示的なブレーカ及び半開閉所方式と組み合わせると、電力分配システム８００は、有意な柔軟性を提供し、全ＡＣ電力喪失の確率を最低限に抑えるように構成することができる。
【０１８７】
電力分配システム８００は、残りの発電モジュール及び関連するシステムが稼働して発電し続けている間に、１つ又は複数の発電モジュールの選択的なプラント保守を行うことができるように構成されることがある。したがって、いかなる保守活動中にも、マクログリッドから電気を購入する、又はその他のかたちで受け取る必要がない可能性がある。さらに、発電プラント全体をオフラインにしなくても、発電機、変圧器、又はその他の種類の構成要素及びシステムの保守を行うことができる。
【０１８８】
複数のＭＰＴの発電出力を選択的に適用及び／又は結合して、様々な負荷に給電することができる。いくつかの例では、発電プラントシステム又は構成要素のうちの１つ又は複数を、２つ以上の発電モジュール間で共用することもできる。
【０１８９】
図９は、電力分配システム９００の例示的な制御シーケンスを示す図である。いくつかの例では、電力分配システム９００は、図３から図５に示す構成のうちの１つ又は複数など、柔軟な開閉所構成を使用して、電力の局所的なオンサイトでの分配を行うように構成される。アイランドモード運転に移行するための開始基準は、劣化電圧９０５の検出、又は分散型電力網の喪失を含む可能性がある。
【０１９０】
劣化電圧９０５を感知すると、不足電圧感知回路は、分散型電力網を第１のバス９４１及び第２のバス９４２に接続しているブレーカを開くように構成される。さらに、この回路は、信号９１６をモジュール制御システム（ＭＣＳ）９７５に送信して、サービスモジュールユニット９５０をドループ制御からアイソクロナス制御９２０に切り替え、部分タービンバイパス９２５を開始して所内負荷に供給を行うように構成されるとよい。ＭＣＳ９７５は、１つ又は複数の制御デバイスを含むことがあり、いくつかの例では、別個のＭＣＳが、各ＳＭＵに関連付けられることがあり、ＰＣＳ９１０からモジュール特定信号９１５を受信するように構成されることがある。
【０１９１】
ＭＣＳ９７５は、原子炉を発電プラント所内負荷に一致するようにランプさせ、信号を電力変換システム（ＰＣＳ）９１０に送信して、直ちにＡＡＰＳ９３０を始動するように構成されることもある。ＰＣＳ９１０は、次いで、ドループモードで、ＡＡＰＳ９３０を、サービスモジュールユニット９５０に関連する１３．８ｋｖバス９４０と自動並列化することがある。ＡＡＰＳ９３０は、サービスモジュールユニット９５０に負荷追従して、サービスモジュールユニット９５０の安定した電力制御を可能にするように設定されることがある。
【０１９２】
ＰＣＳ９１０は、複数の非ＳＭＵユニット９６０に関連するＭＣＳに信号９１５を送信して、タービンバイパスの開始、及び／又は非ＳＭＵユニット９６０の発電機回路ブレーカ（ＧＣＢ）９７０の開放を行うように構成されることがある。この時点で、発電プラントは、全てのプラント負荷がサービスモジュールユニット９５０及び／又はＡＡＰＳ９１０によって供給を受けている状態で、分散型電力網から基本的に分離することができる。さらに、複数の非ＳＭＵユニット９６０を、１本又は複数本の１３．８ｋｖバス９８０から切断して、タービンバイパス状態に置くことができる。いくつかの例では、タイマを利用して、自動原子炉モジュール停止を開始する前にタービンバイパス状態である時間を制限することもできる。電力分配システム９００は、例えば図８に示すようなＭＰＴ及びそれらに関連するＵＡＴへの開閉所接続を介して中断なくオンサイトＡＣ負荷への電力を維持するように構成されることもある。
【０１９３】
以下の例示的な制御シーケンスは、図４に示す電力分配システム４００と同様の電力分配システム構成で稼働するものとして理解することができる。いくつかの例では、専用負荷又は重要な負荷（ＤＳＬ）が、第２のバス９４２を介して開閉所に接続されることがある。さらに、第１のバス９４１は、分散型電力網に電力を供給し続けるものと理解することができる。
【０１９４】
専用負荷及び所内負荷が、サービスモジュールユニット９５０など１つの発電モジュールの公称定格内である可能性がある例では、制御シーケンスは、上述のものと実質的に同じであることがあるが、第２のバス９４２が閉鎖状態のままとなり、サービスモジュールユニット９５０が専用負荷及び全ての所内負荷に電力を供給することができる点が異なる。さらに、ＡＡＰＳを使用して、発電プラント内及び専用負荷における任意の急速な負荷変化を吸収することができる。
【０１９５】
専用負荷及び所内負荷が１つの発電モジュールの公称定格を超える可能性がある例では、第２の発電機が、関連する１３．８ｋｖバスに接続された状態のままとなり、そのＧＣＢ９７０が、ＭＣＳ９７５の阻止スイッチによってトリップしないようになっている。この阻止機能は、ＬＯＯＰ感知回路によって第１のバス９４１に生じるＭＣＳ９７５からのアイランドモード信号を停止するように構成される。ＧＣＢに関連するその他の全ての保護機構は、さもなければそのまま残ることとすることができる。さらに、タービンバイパスを使用して、発電機出力を負荷と一致させることもあり、次いで、ＭＣＳ９７５を使用して、タービンバイパス流を制限するように原子炉電力を制御することもある。さらに、ＡＡＰＳ９１０は、プラント現地及び専用負荷内の任意の急速な負荷変化を吸収するように構成されることもある。
【０１９６】
以下の例示的な制御シーケンスは、図５に示す電力分配システム５００と同様の電力分配システム構成で稼働するものとして理解することができる。いくつかの例では、電力分配システム５００に関連する制御シーケンスは、分散型電力網に接続することなく、電力分配システム４００（図４）と同様に稼働するものとして理解することができる。
【０１９７】
標準的な分配構成及び監視を利用して、現地分配システムの保護及び発電の評価を確立することができる。２重母線構成を実装して、マイクログリッドの変電所に交互フィードを提供して、信頼性を向上させることができる。第１のバス９４１及び第２のバス９４２は、専用サービス負荷へのデュアルフィードを表すことがある。一方の線（又は他方の線）で障害が発生した場合には、障害が発生した線を開放状態に設定し、その障害が他方の線に伝搬しない限り給電を維持することができる。両方の線に障害が発生した場合には、発電プラントは、基本アイランドモード運転に移行し、発電プラントの所内負荷のみを維持することができる。
【０１９８】
図１０は、分散型電力網又はマクログリッドからの電力の中断が生じた電力分配システムを動作させる例示的なプロセス１０００を示す図である。動作１０１０で、発電プラント出力の第１の部分を、サービスモジュールユニットとして指定された１つ又は複数の原子力発電モジュールによって生成することができる。原子力発電モジュールの残りは、非サービスモジュールユニットであると考えることができる。
【０１９９】
原子力発電モジュールは、所定の時間間隔に従って入れ替え可能にサービスモジュールユニットとして指定することができる。いくつかの例では、この１つ又は複数の原子力発電モジュールは、どの原子力発電モジュールが最も最近に燃料取替が行われ、しきい値運転日数に達しているかによってサービスモジュールユニットとして指定されることもある。
【０２００】
動作１０２０で、発電プラント出力の第２の部分を、非サービスモジュールユニットによって生成することができる。
【０２０１】
いくつかの例では、発電プラント出力の第１の部分及び第２の部分を生成する前に、初期発電出力を、オンサイトの非原子力電源から生成することもある。初期発電出力は、発電プラントで分散型電力網の電力の喪失又は中断が生じる、又はその他のかたちで分散型電力網から電気的に切断されている間に生成することができる。さらに、初期発電出力を適用して第１の原子力発電モジュールを始動し、後続の発電出力は、第１の原子力発電モジュールによって生成することもできる。発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、この後続の発電出力を適用して、第２の原子力発電モジュールを始動することもできる。いくつかの例では、発電プラントがフル電力で稼働するまで、追加の原子力発電モジュールを順次始動することもできる。
【０２０２】
動作１０３０で、発電プラントの所内負荷に関連するいくつかの非緊急の発電プラントシステムに電気を供給することができる。発電プラント出力の第１の部分は、所内負荷以上であることがある。
【０２０３】
動作１０４０で、発電プラントを、分散型電力網に電気的に接続することができる。分散型電力網は、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成されることもある。
【０２０４】
動作１０５０で、発電プラント出力の第２の部分に対応する量の電気を、発電プラントが分散型電力網に接続されている第１の運転モードで分散型電力網に出力することができる。
【０２０５】
動作１０６０で、発電プラント出力の第２の部分を、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されている第２の運転モードで分散型電力網から分流することができる。
【０２０６】
いくつかの例では、発電プラントは、発電出力のみモードなどの第２の運転モードで分散型電力網から電気を受けることを制限及び／又は禁止されることがある。発電プラント出力の第２の部分に対応する量の電気は、発電プラントが第２の運転モードで稼働しているときに分散型電力網に出力することができる。
【０２０７】
さらに、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときには、原子力発電モジュールの残りは、タービンバイパス状態に置かれてもよい。タービンバイパスは、サービスモジュールが発電プラント出力の第１の部分を生成して所内負荷にサービスし続けている間に、発電プラント出力の第２の部分を散逸させるように構成されることがある。
【０２０８】
動作１０７０で、発電プラント出力の第１の部分の少なくとも一部分に対応する量の電気を、第２の運転モードで発電プラントシステムに送ることができる。
【０２０９】
動作１０８０で、発電プラントを、専用電力網に電気的に接続することができる。専用電力網は、専用サービス負荷に電気を供給するように構成されることがあり、発電プラント出力の第１の部分は、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であることがある。
【０２１０】
動作１０９０で、発電プラントが第２の運転モードで分散型電力網から電気的に切断されているときに、発電プラント出力の第１の部分を、発電プラントシステム及び専用サービス負荷の両方に分配することができる。
【０２１１】
図１１は、１つ又は複数の専用サービス負荷に電力を供給するように構成された電力分配システムを動作させる例示的なプロセス１１００を示す図である。動作１１１０で、１つ又は複数のオンサイト原子力発電モジュールによって、発電プラント出力を生成することができる。
【０２１２】
動作１１２０で、発電プラントの所内負荷に関連するいくつかの非緊急の発電プラントシステムに電気を供給することができる。
【０２１３】
動作１１３０で、発電プラントを、分散型電力網に電気的に接続することができる。分散型電力網は、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成されることもある。
【０２１４】
動作１１４０で、発電プラントを、専用電力網に電気的に接続することができる。専用電力網は、発電プラント出力から生成される電気を専用サービス負荷に供給するように構成されることがある。さらに、発電プラント出力は、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であることがある。
【０２１５】
動作１１５０で、分散型電力網からの電力の中断に関連する１つ又は複数のグリッドの不規則性を識別することができる。
【０２１６】
動作１１６０で、電力の中断を識別したのに応答して、発電プラント出力の少なくとも一部分を、非緊急の発電プラントシステム及び専用電力網の両方に分配することができる。
【０２１７】
いくつかの例では、オンサイトの原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数が、発電プラント出力の第１の部分を生成するために選択されることがあり、この発電プラント出力の第１の部分は、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であることがある。この１つ又は複数の原子力発電モジュールは、どの原子力発電モジュールが最も最近に燃料取替が行われ、しきい値運転日数に達しているかによって発電プラント出力の第１の部分を生成するように選択されることもある。
【０２１８】
発電プラント出力の第１の部分は、分散型電力網からの電力の中断中に、非緊急の発電プラントシステム及び専用電力網の両方に分配することができる。さらに、原子力発電モジュールの残りが、発電プラント出力の第２の部分を生成するように構成されることもある。
【０２１９】
動作１１７０で、分散型電力網からの電力の中断中に、発電プラント出力の第２の部分を散逸させるために、残りの原子力発電モジュールをタービンバイパス状態に置くことができる。残りの原子力発電モジュールは、発電プラント出力の第１の部分が非緊急の発電プラントシステム及び専用電力網の両方に分配されているときに、タービンバイパス状態に置かれることもある。
【０２２０】
動作１１８０で、分散型電力網からの電力の中断を終了させることができる。例えば、１つ又は複数のグリッドの不規則性を識別してから所定の期間が経過することもあり、これが分散型電力網が安定したことを示していることもある。
【０２２１】
動作１１９０で、タービンバイパス状態に置かれていた残りの発電モジュールのうちの１つ又は複数をオンラインに戻すことができ、残りの発電モジュールによって生成される発電プラント出力の第２の部分の少なくとも一部分を、分散型電力網に供給することができる。
【０２２２】
さらなる例示的なシステム、装置、及び方法
例１。マルチモジュール式発電プラントであって、発電プラント出力を生成するように構成された複数のオンサイト原子力発電モジュールであり、それらの原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数が、発電プラント出力の第１の部分を生成するように構成されたサービスモジュールユニットとして指定され、それらの原子力発電モジュールの残りが、発電プラント出力の第２の部分を生成するように構成される、複数のオンサイト原子力モジュールと、発電プラントの所内負荷に関連する電気を使用して動作するように構成された複数の発電プラントシステムであり、発電プラント出力の第１の部分が、所内負荷以上である、複数の発電プラントシステムと、発電プラントを分散型電力網に電気的に接続するように構成された開閉所とを備え、開閉所が、分散型電力網が、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成され、開閉所が、発電プラント出力の第２の部分を分散型電力網に適用するように構成され、開閉所が、分散型電力網からの電力の喪失中に、発電プラント出力の第１の部分の少なくとも一部分を発電プラントシステムに適用するようにさらに構成される、マルチモジュール式発電プラント。
【０２２３】
例２。所内負荷に関連する電気を使用して動作するように構成された上記の複数の発電プラントシステムが、非緊急システムを含み、発電プラントが、いかなる電気も使用せずに動作するように構成された複数の受動的緊急システムをさらに備える、例１のマルチモジュール式発電プラント。
【０２２４】
例３。開閉所が、発電プラントを専用電力網に電気的に接続するようにさらに構成され、専用電力網が、専用サービス負荷に電気を供給するように構成され、発電プラント出力の第１の部分が、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上であり、開閉所が、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、発電プラント出力の第１の部分を、発電プラントシステム及び専用電力網の両方に分配するように構成される、例１のマルチモジュール式発電プラント。
【０２２５】
例４。専用サービス負荷が、発電プラントからオフサイトに位置する１つ又は複数の消費者を含み、発電プラントが、分散型電力網からの電力の喪失中に実質的に無中断の電力を消費者に供給するように構成される、例３のマルチモジュール式発電プラント。
【０２２６】
例５。開閉所が、発電プラントが発電出力のみモードで稼働しているときに分散型電力網から発電プラントが電気を受けることを制限するように構成され、開閉所が、発電プラントが発電出力のみモードで稼働しているときに発電プラント出力の第２の部分を分散型電力網に出力するように構成される、例１のマルチモジュール式発電プラント。
【０２２７】
例６。発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されたのに応答して、原子力発電モジュールの残りがタービンバイパス状態に置かれ、サービスモジュールユニットが発電プラント出力の第２の部分を生成して所内負荷にサービスし続けている間に発電プラント出力の第２の部分を散逸させる、例１のマルチモジュール式発電プラント。
【０２２８】
例７。サービスモジュールの指定が、所定の時間間隔に従って入れ替え可能に原子力発電モジュールに適用される、例１のマルチモジュール式発電プラント。
【０２２９】
例８。サービスモジュールの指定が、最も最近に燃料取替が行われ、しきい値運転日数に達した、１つ又は複数の原子力モジュールに適用される、例１のマルチモジュール式発電プラント。
【０２３０】
例９。発電プラントが分散型電力網から切断されており、原子力発電モジュールの全てが停止しているときに、１つのサービスモジュールを始動するのに十分な電力を供給するように構成されたオンサイト非原子力電源をさらに備え、この１つのサービスモジュールが、第２の原子力発電モジュールを始動するのに十分な電力を供給するように構成される、例１のマルチモジュール式発電プラント。
【０２３１】
例１０。全ての原子力発電モジュールが、発電プラントがフル電力で稼働するまで、順次始動される、例９のマルチモジュール式発電プラント。
【０２３２】
例１１。発電プラント出力を生成するように構成された複数のオンサイト原子力発電モジュールを備えるマルチモジュール式発電プラントを稼働させる方法であって、サービスモジュールユニットとして指定された原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数によって発電プラント出力の第１の部分を生成するステップであり、原子力発電モジュールの残りが、非サービスモジュールユニットである、ステップと、非サービスモジュールユニットによって発電プラント出力の第２の部分を生成するステップと、発電プラントの所内負荷に関連する複数の非緊急発電プラントシステムに電気を供給するステップであり、発電プラント出力の第１の部分が、所内負荷以上である、ステップと、発電プラントを分散型電力網に電気的に接続するステップであり、分散型電力網が、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成される、ステップと、発電プラントが分散型電力網に接続されている第１の運転モードで、発電プラント出力の第２の部分に対応する量の電気を分散型電力網に出力するステップと、発電プラントで分散型電力網からの電力の中断が起きている第２の運転モードで、発電プラント出力の第２の部分を分散型電力網から分流するステップと、第２の運転モードで、発電プラント出力の第１の部分の少なくとも一部分に対応する量の電気を発電プラントシステムに送るステップとを含む、方法。
【０２３３】
例１２。発電プラントを専用電力網に電気的に接続するステップであり、専用電力網が、電気を専用サービス負荷に供給するように構成され、発電プラント出力の第１の部分が、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上である、ステップと、発電プラントで分散型電力網からの電力の中断が起きているときに、電所出力の第１の部分を、発電プラントシステム及び専用電力網の両方に分配するステップとを含む、例示的な方法１１。
【０２３４】
例１３。発電プラントが分散型電力網から電気を受けることを制限するステップと、発電プラントが分散型電力網から電気を受けることを制限されているときに、発電プラント出力の第２の部分に対応する量の電気を分散型電力網に出力するステップとをさらに含む、例示的な方法１１。
【０２３５】
例１４。発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、原子力発電モジュールの残りをタービンバイパス状態に置くステップと、サービスモジュールユニットが発電プラント出力の第１の部分を生成して所内負荷にサービスし続けているときに、発電プラント出力の第２の部分を散逸させるステップとをさらに含む、例示的な方法１１。
【０２３６】
例１５。所定の時間間隔に従って、原子力発電モジュールをサービスモジュールユニットとして入れ替え可能に指定するステップをさらに含む、例示的な方法１１。
【０２３７】
例１６。１つ又は複数の原子力モジュールが、どの原子力発電モジュールが最も最近に燃料取替が行われ、しきい値運転日数に達したかによって、サービスモジュールユニットとして指定される、例示的な方法１１。
【０２３８】
例１７。発電プラント出力の第１の部分及び第２の部分を生成する前に、オンサイトの非原子力電源から初期発電出力を生成するステップであり、この初期発電出力が、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに生成される、ステップと、初期発電出力を適用して第１の原子力発電モジュールを始動するステップと、第１の原子力発電モジュールから後続の発電出力を生成するステップと、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、この後続の発電出力を適用して、第２の原子力発電モジュールを始動するステップとをさらに含む、例示的な方法１１。
【０２３９】
例１８。発電プラントがフル電力で稼働するまで、追加の原子力発電モジュールを順次始動するステップをさらに含む、例示的な方法１７。
【０２４０】
例１９。サービスモジュールユニットとして指定された複数のオンサイト原子力発電モジュールのうちの１つ又は複数によって供給される発電プラント出力の第１の部分から電気を生成する手段であり、複数の原子力発電モジュールの残りは、非サービスモジュールユニットであり、発電プラント出力の第１の部分が、複数の非緊急発電プラントシステムに関連する所内負荷以上である、手段と、非サービスモジュールユニットによって供給される発電プラント出力の第２の部分から電気を生成する手段と、発電プラントを分散型電力網に電気的に接続する手段であり、分散型電力網が、複数の地理的に分散した消費者にサービスするように構成され、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、発電プラント出力の第２の部分に対応する量の電気を分散型電力網に供給する、手段と、発電プラントで分散型電力網からの電力の中断が起きているときに、発電プラント出力の第２の部分を分散型電力網から分流する手段と、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、発電プラント出力の第１の部分の少なくとも一部分に対応する量の電気を発電プラントシステムに送る手段とを備える、マルチモジュール式発電プラント。
【０２４１】
例２０。発電プラントを専用電力網に電気的に接続する手段であり、専用電力網が、電気を専用サービス負荷に供給するように構成され、発電プラント出力の第１の部分が、専用サービス負荷と所内負荷の合計負荷以上である、手段と、発電プラントが分散型電力網から電気的に切断されているときに、発電プラント出力の第１の部分を、発電プラントシステム及び専用サービス負荷の両方に分配する手段とを備える、例１９のマルチモジュール式発電プラント。
【０２４２】
本明細書に与える例のうちのいくつかでは主として加圧水型原子炉及び／又は軽水炉型原子炉について説明したが、これらの例のうちの少なくとも一部は、他のタイプの電力システムにも適用することができることは、当業者には明らかであろう。例えば、これらの例のうちの１つ又は複数、或いはそれらの変形例は、沸騰水型原子炉、ナトリウム液体金属原子炉、ガス冷却炉、ペブルベッド原子炉、及び／又はその他のタイプの原子炉設計で稼働可能にすることもできる。さらに、本明細書に記載する任意の率及び値は、例示のみを目的として与えたものである。原子炉システムのフルスケールモデル又は縮小モデルの作成などによる実験によって、他の率及び値が求められることもある。
【０２４３】
本明細書において様々な例について説明及び例示したが、構成及び細部において他の例を修正することもできることは明らかであろう。発明者等は、本明細書で主張する主題の趣旨及び範囲内に含まれる全ての修正形態及び変形形態の権利を主張する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2019506593.tif 000018
【図１１】
2019506593.tif 000019
【国際調査報告】
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2019506593.tif 000021
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