(57)【要約】【課題】原子力プラントにおけるプラント機器の構成を変更することなく、当該原子力プラントの増出力を実現できること。【解決手段】原子力プラント１０の運転方法において、原子炉１１の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転期間としたとき、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該第（Ｎ＋１）運転サイクルより前の第Ｎ運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、高圧抽気系１５により高圧蒸気系１２から抽気して高圧加熱器２６へ導く抽気蒸気流量の、原子炉出口での主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少させることで、給水系１４から原子炉１１へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉と、
当該原子炉で発生した蒸気が供給される、原子炉出口から高圧タービンを経て低圧タービン入口までの高圧蒸気系と、
前記低圧タービン入口から、当該低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器入口までの低圧蒸気系と、
前記復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
前記高圧蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気の質量流量の、原子炉出口での主蒸気の質量流量に対する割合を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて減少させることで、
前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項２】
原子炉と、
当該原子炉で発生した蒸気が供給される、原子炉出口から高圧タービンを経て低圧タービン入口までの高圧蒸気系と、
前記低圧タービン入口から、当該低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器入口までの低圧蒸気系と、
前記復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
前記高圧蒸気系及び前記低圧蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気の質量流量の、原子炉出口での主蒸気の質量流量に対するそれぞれの割合を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて共に減少させ、
このうち、前記高圧蒸気系からの抽気蒸気の質量流量の、原子炉出口での主蒸気の質量流量に対する割合が後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて減少する減少の程度を、前記低圧蒸気系からの抽気蒸気の質量流量の、原子炉出口での主蒸気の質量流量に対する割合が後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて減少する減少の程度よりも大きくすることで、
前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項３】
原子炉と、
当該原子炉で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、当該復水器から供給された給水を加熱する、当該復水器より下流側で且つ主給水ポンプより上流側に設置された低圧給水加熱器、及び前記主給水ポンプより下流側で且つ前記原子炉より上流側に設置された高圧給水加熱器を備え、当該高圧給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
前記高圧給水加熱器での温度上昇量を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて小さくすることで、
前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項４】
原子炉と、
当該原子炉で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、当該復水器から供給された給水を加熱する、当該復水器より下流側で且つ主給水ポンプより上流側に設置された低圧給水加熱器、及び前記主給水ポンプより下流側で且つ前記原子炉より上流側に設置された高圧給水加熱器を備え、当該高圧給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
前記低圧給水加熱器と前記高圧給水加熱器での全温度上昇量に対する前記高圧給水加熱器での温度上昇量の割合を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルよりも小さくすることで、
前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項５】
原子炉と、
当該原子炉で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、
前記高圧タービン側から蒸気を抽気して前記給水加熱器へ導く高圧抽気管を少なくとも１系統備えた抽気蒸気系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
後の運転サイクルにおいては、先の運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量で流れていた前記高圧抽気管の少なくとも１系統で、抽気蒸気を止め、または抽気蒸気の質量流量を所定流量以下に調整することで、
前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項６】
原子炉と、
当該原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
当該蒸気発生器で発生した蒸気が供給される、蒸気発生器出口から高圧タービンを経て低圧タービン入口までの高圧蒸気系と、
前記低圧タービン入口から、当該低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器入口までの低圧蒸気系と、
前記復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記蒸気発生器へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
前記高圧蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気の質量流量の、蒸気発生器出口での主蒸気の質量流量に対する割合を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて減少させることで、
前記給水系から前記蒸気発生器へ供給される給水の蒸気発生器入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項７】
原子炉と、
当該原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
当該蒸気発生器で発生した蒸気が供給される、蒸気発生器出口から高圧タービンを経て低圧タービン入口までの高圧蒸気系と、
前記低圧タービン入口から、当該低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器入口までの低圧蒸気系と、
前記復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記蒸気発生器へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
前記高圧蒸気系及び前記低圧蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気の質量流量の、蒸気発生器出口での主蒸気の質量流量に対するそれぞれの割合を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて共に減少させ、
このうち、前記高圧蒸気系からの抽気蒸気の質量流量の、蒸気発生器出口での主蒸気の質量流量に対する割合が後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて減少する減少の程度を、前記低圧蒸気系からの抽気蒸気の質量流量の、蒸気発生器出口での主蒸気の質量流量に対する割合が後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて減少する減少の程度よりも大きくすることで、
前記給水系から前記蒸気発生器へ供給される給水の蒸気発生器入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項８】
原子炉と、
当該原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
当該蒸気発生器で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、当該復水器から供給された給水を加熱する、当該復水器より下流側で且つ主給水ポンプより上流側に設置された低圧給水加熱器、及び前記主給水ポンプより下流側で且つ前記蒸気発生器より上流側に設置された高圧給水加熱器を備え、当該高圧給水加熱器からの給水を前記蒸気発生器へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
前記高圧給水加熱器での温度上昇量を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて小さくすることで、
前記給水系から前記蒸気発生器へ供給される給水の蒸気発生器入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項９】
原子炉と、
当該原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
当該蒸気発生器で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、当該復水器から供給された給水を加熱する、当該復水器より下流側で且つ主給水ポンプより上流側に設置された低圧給水加熱器、及び前記主給水ポンプより下流側で且つ前記蒸気発生器より上流側に設置された高圧給水加熱器を備え、当該高圧給水加熱器からの給水を前記蒸気発生器へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
前記低圧給水加熱器と前記高圧給水加熱器での全温度上昇量に対する前記高圧給水加熱器での温度上昇量の割合を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルよりも小さくすることで、
前記給水系から前記蒸気発生器へ供給される給水の蒸気発生器入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項１０】
原子炉と、
当該原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
当該蒸気発生器で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記蒸気発生器へ供給する給水系と、
前記高圧タービン側から蒸気を抽気して前記給水加熱器へ導く高圧抽気管を少なくとも１系統備えた抽気蒸気系と、を有する原子力プラントの運転方法において、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、
後の運転サイクルにおいては、先の運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量で流れていた前記高圧抽気管の少なくとも１系統で、抽気蒸気を止め、または抽気蒸気の質量流量を所定流量以下に調整することで、
前記給水系から前記蒸気発生器へ供給される給水の蒸気発生器入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項１１】
原子炉と、
当該原子炉で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、
前記高圧タービン側から蒸気を抽気して前記給水加熱器へ導く高圧抽気管を少なくとも１系統備えた抽気蒸気系と、
当該抽気蒸気系に設けられて抽気蒸気を調整する抽気蒸気調整手段とを有し、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させたとき、
前記抽気蒸気調整手段により抽気蒸気を調整して、前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御するよう構成されたことを特徴とする原子力プラント。
【請求項１２】
原子炉と、
当該原子炉で加熱された冷却材を熱源にして蒸気を発生する蒸気発生器と、
当該蒸気発生器で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、
前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記蒸気発生器へ供給する給水系と、
前記高圧タービン側から蒸気を抽気して前記給水加熱器へ導く高圧抽気管を少なくとも１系統備えた抽気蒸気系と、
当該抽気蒸気系に設けられて抽気蒸気を調整する抽気蒸気調整手段とを有し、
前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させたとき、
前記抽気蒸気調整手段により抽気蒸気を調整して、前記給水系から前記蒸気発生器へ供給される給水の蒸気発生器入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御するよう構成されたことを特徴とする原子力プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子力プラント及びその運転方法に係り、特に、原子炉熱出力を増大させて発電容量を増大させるに好適な原子力プラント及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の新設の原子力プラントにおいては、例えば特許文献１に記載のように、電気出力を増大するために燃料構成、または燃料集合体の形状構成等を改良して、炉心出口における主蒸気の質量流量（以下、本明細書において「質量流量」を単に「流量」と称する）を増加させ、これにより電気出力を増大させるものが提案されている。
【特許文献１】特開平９−２６４９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の従来の技術を、既設の原子力プラントに適用した場合、熱出力の増大に伴って給水温度が付随的に上昇する。このとき、給水のエンタルピも同時に上昇することから、原子炉或いは蒸気発生器内で熱を受けて沸騰するために必要なエンタルピ量、即ち原子炉または蒸気発生器の入口と出口のエンタルピ差が減少する。
【０００４】
一般に、原子炉の熱出力Ｑと、原子炉または蒸気発生器の入口と出口でのエンタルピ差Ｈと、原子炉または蒸気発生器で発生する主蒸気流量（原子炉または蒸気発生器への給水流量）Ｇとの間には、Ｑ＝Ｈ×Ｇの関係があることから、増出力時に原子炉または蒸気発生器の入口と出口でのエンタルピ差Ｈが減少することで、原子炉または蒸気発生器での主蒸気流量もしくは給水流量は、原子炉の熱出力Ｑの増大時に、この熱出力Ｑの増大量以上の大きい割合で増加してしまう。この主蒸気流量または給水流量の増加は、給水管、給水加熱器、給水ポンプ、蒸気乾燥器などの炉内構造物、主蒸気管、高圧タービン、低圧タービン及び復水器などほとんど全てのプラント機器の設計余裕について減少を招くことになる。
【０００５】
これを抑制する手法として、一つには給水加熱器への抽気蒸気流量を減少させて、給水温度を低下させることが挙げられる。しかし、給水加熱器用の抽気蒸気流量を単に全体的に減少させると、低圧タービンでの蒸気量が不足して熱効率が大幅に悪化し、電気出力がほとんど増えないため現実的ではない。また、同抽気蒸気流量を大幅に減少させることは、特に、上流側での抽気を前提として設計されている低圧タービンにおいて、極端な流量の増加をきたし、設計余裕の減少を招く可能性が高まる。
【０００６】
また、通常の沸騰水型原子炉を用いた原子力プラントでは、熱出力増大の計画に際して、主蒸気流量の増加による設計余裕の減少が最も支障をきたす可能性のあるプラント機器の一つに蒸気タービンがある。沸騰水型原子炉以外の原子力発電システムにおいても、蒸気タービンの設計余裕が比較的小さいプラントについては同様の課題があり、従来の技術を既設の原子力プラントに適用する場合、プラント機器の大規模な改良、交換が必要になっていた。
【０００７】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、原子力プラントにおけるプラント機器の構成を変更することなく、当該原子力プラントの増出力を実現できる原子力プラント及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る原子力プラントの運転方法は、原子炉と、当該原子炉で発生した蒸気が供給される、原子炉出口から高圧タービンを経て低圧タービン入口までの高圧蒸気系と、前記低圧タービン入口から、当該低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器入口までの低圧蒸気系と、前記復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、前記高圧蒸気系から抽気して前記給水加熱器に導く抽気蒸気の質量流量の、原子炉出口での主蒸気の質量流量に対する割合を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて減少させることで、前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る原子力プラントの運転方法は、原子炉と、当該原子炉で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、当該復水器から供給された給水を加熱する、当該復水器より下流側で且つ主給水ポンプより上流側に設置された低圧給水加熱器、及び前記主給水ポンプより下流側で且つ前記原子炉より上流側に設置された高圧給水加熱器を備え、当該高圧給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、を有する原子力プラントの運転方法において、前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、前記高圧給水加熱器での温度上昇量を、後の運転サイクルでは先の運転サイクルに比べて小さくすることで、前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とするものである。
【００１０】
更に、本発明に係る原子力プラントの運転方法は、原子炉と、当該原子炉で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、前記高圧タービン側から蒸気を抽気して前記給水加熱器へ導く高圧抽気管を少なくとも１系統備えた抽気蒸気系と、を有する原子力プラントの運転方法において、前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させ、後の運転サイクルにおいては、先の運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量で流れていた前記高圧抽気管の少なくとも１系統で、抽気蒸気を止め、または抽気蒸気の質量流量を所定流量以下に調整することで、前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る原子力プラントは、原子炉と、当該原子炉で発生した蒸気が供給される高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気系と、前記低圧タービンから排出された蒸気を凝縮する復水器、及び当該復水器から供給された給水を加熱する給水加熱器を備え、当該給水加熱器からの給水を前記原子炉へ供給する給水系と、前記高圧タービン側から蒸気を抽気して前記給水加熱器へ導く高圧抽気管を少なくとも１系統備えた抽気蒸気系と、当該抽気蒸気系に設けられて抽気蒸気を調整する抽気蒸気調整手段とを有し、前記原子炉の起動から燃料交換のために当該原子炉の運転を停止するまでの期間を一運転サイクルとしたとき、後の運転サイクルにおける原子炉熱出力を、当該後の運転サイクルより前の先の運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させたとき、前記抽気蒸気調整手段により抽気蒸気を調整して、前記給水系から前記原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピまたは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御するよう構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る原子力プラント及びその運転方法によれば、給水系から原子炉へ供給される給水の原子炉入口でのエンタルピ若しくは温度、または給水系から蒸気発生器へ供給される給水の蒸気発生器入口でのエンタルピ若しくは温度を、後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルと同等に制御することから、原子炉または蒸気発生器の入口と出口のエンタルピ差を一定に確保できる。このため、原子炉または蒸気発生器における主蒸気流量もしくは給水流量が後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルよりも増加する増加割合を、原子炉熱出力が後の運転サイクルにおいて先の運転サイクルよりも増大する増大割合と同等にすることができる。この結果、原子炉熱出力の増大に対し、原子炉または蒸気発生器における主蒸気流量もしくは給水流量の増加を抑制できるので、蒸気タービン、蒸気加減弁、給水管、主蒸気管、原子炉炉内構造物などのプラント機器の設計余裕を好適に維持でき、これらのプラント機器の構成を変更することなく、原子力プラントの増出力を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
［Ａ］第１の実施の形態（図１〜図５）
図１は、本発明に係る原子力プラントの運転方法を、沸騰水型原子炉を具備する原子力プラントに適用した第１の実施の形態において、増出力時の構成を示す原子力プラントの系統構成図である。図２は、図１の原子力プラントの増出力前の構成を示す系統構成図である。
【００１５】
図１及び図２に示す原子力プラント１０は、沸騰水型原子炉を具備した直接サイクル型のプラントであり、原子炉１１、高圧蒸気系１２、低圧蒸気系１３、給水系１４、高圧抽気系１５及び低圧抽気系１６を有して構成される。原子炉１１は沸騰水型原子炉（軽水炉）であり、原子炉圧力容器１９内に炉心及びジェットポンプを、原子炉圧力容器１９外に再循環ポンプを備え、冷却材（水）を炉心で加熱して蒸気を発生する。
【００１６】
高圧蒸気系１２は、原子炉１１の出口から高圧タービン２０を経て低圧タービン２１の入口までの系統であり、原子炉１１にて発生した蒸気を主蒸気管２２及び蒸気加減弁２３を介して高圧タービン２０へ供給して動力を得る。この高圧蒸気系１２は、高圧タービン２０と低圧タービン２１の間に湿分分離器、湿分分離加熱器または湿分分離再熱器のいずれか一つを備える。本実施の形態では湿分分離器３２を備える。また、低圧蒸気系１３は、低圧タービン２１の入口から復水器２５の入口までの系統であり、高圧タービン２０から排出された蒸気を低圧タービン２１へ導入して動力を得る。
【００１７】
給水系１４は、復水器２５、低圧給水加熱器２７、高圧給水加熱器２６及び主給水ポンプ２８を備える。復水器２５は、低圧タービン２１から排出された蒸気を凝縮する。低圧給水加熱器２７は、復水器２５よりも下流側で且つ主給水ポンプ２８によりも上流側に配置され、低圧抽気系１６からの抽気蒸気により復水器２５からの給水を加熱する。また、高圧給水加熱器２６は、主給水ポンプ２８よりも下流側で且つ原子炉１１よりも上流側に設置され、低圧給水加熱器２７からの給水を、高圧抽気系１５からの抽気蒸気により更に加熱する。主給水ポンプ２８は、高圧給水加熱器２６及び低圧給水加熱器２７にて加熱された給水を、給水管２９を経て原子炉１１へ供給する。
【００１８】
高圧抽気系１５は、高圧タービン２０側、つまり高圧タービン２０の途中や出口からの蒸気を抽気して高圧給水加熱器２６へ導く高圧抽気管３０を、少なくとも一系統（１本）を備える。ここで、高圧タービン２０の出口とは、高圧タービン２０の出口から湿分分離器３２、湿分分離加熱器または湿分分離再熱器の入口までの間を意味する。また、低圧抽気系１６は、低圧タービン２１側、例えば低圧タービン２１の途中や湿分分離器３２、湿分分離加熱器または湿分分離再熱器からの蒸気を抽気して低圧給水加熱器２７へ導く低圧抽気管３１を、少なくとも一系統（１本）を備える。
【００１９】
ところで、上述のように構成された原子力プラント１０（図１、図２）において、原子炉１１の熱出力増大運転を実施する際に、給水系１４から原子炉１１へ供給する給水流量を増加すると共に、図１に示すように、高圧抽気管３０、低圧抽気管３１のそれぞれに、抽気蒸気調整手段及び流量調整手段としての流量調整弁１７、１８を設置する。流量調整弁１７によって、高圧抽気系１５から抽気されて高圧給水加熱器２６へ導入される抽気蒸気流量が調整される。また、流量調整弁１８によって、低圧抽気系１６から抽気されて低圧給水加熱器２７へ導入される抽気蒸気流量が調整される。
【００２０】
尚、抽気蒸気調整手段は、流量調整弁１７、１８に限らず、オフィスなどの流量調整手段であってもよく、更に、高圧抽気管３０、低圧抽気管３１のそれぞれにおいて、少なくとも一系統内を流れる抽気蒸気の流れを止める閉止手段としての閉止弁または閉塞プラグ（プラギング）であってもよい。
【００２１】
つまり、原子炉１１の起動から燃料交換のために当該原子炉１１の運転を停止するまでの期間を一運転期間とし、後の運転サイクルである第（Ｎ＋１）運転サイクルにおける原子炉熱出力を、この第（Ｎ＋１）運転サイクルよりも前の先の運転サイクルである第Ｎ運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させる。このとき、（ａ）流量調整弁１７により高圧抽気系１５から高圧給水加熱器２６へ導入される抽気蒸気を調整する。または、（ｂ）流量調整弁１７及び１８により、高圧抽気系１５から高圧給水加熱器２６へ、及び低圧抽気系１６から低圧給水加熱器２７へそれぞれ導入される抽気蒸気を調整する。これらの（ａ）、（ｂ）のいずれかにより、給水系１４から原子炉１１へ供給される給水の原子炉１１入口でのエンタルピまたは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御する。ここで、第Ｎ運転サイクルは、例えば原子炉熱出力が１００％の定格運転を行っている場合とする。
【００２２】
前記（ａ）の場合として例えば、原子炉熱出力を増大させる第（Ｎ＋１）運転サイクルでは、第Ｎ運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量流れていた高圧抽気系１５における高圧抽気管３０の少なくとも一系統で、流量調整弁１７により抽気蒸気の流量を所定流量以下に調整し、または閉止弁などにより抽気蒸気の流れを止める。これにより、高圧抽気系１５から抽気して高圧給水加熱器２６へ導入される抽気蒸気流量の、原子炉１１出口での主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少させる。これにより、高圧給水加熱器２６での給水の温度上昇量が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて小さくなる。この結果、給水系１４から原子炉１１へ供給される給水の原子炉１１入口でのエンタルピまたは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御することが可能となる。
【００２３】
また、前記（ｂ）の場合として例えば、原子炉熱出力を増大させる第（Ｎ＋１）運転サイクルでは、第Ｎ運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量流れていた高圧抽気系１５における高圧抽気管３０の少なくとも一系統で、流量調整弁１７により抽気蒸気流量を所定流量以下に調整し、もしくは閉止弁などにより抽気蒸気の流れを止める。更に、この第（Ｎ＋１）運転サイクルでは、第Ｎ運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量流れていた低圧抽気系１６における低圧抽気管３１の少なくとも一系統で、流量調整弁１８により抽気蒸気流量を所定流量以下に調整し、もしくは閉止弁などにより抽気蒸気の流れを止める。
【００２４】
これにより、高圧抽気系１５から抽気して高圧給水加熱器２６へ導く抽気蒸気流量と、低圧抽気系１６から抽気して低圧給水加熱器２７へ導く抽気蒸気流量の、それぞれの原子炉１１出口での主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて共に減少させる。このうち、高圧抽気系１５からの抽気蒸気流量の、原子炉１１出口での主蒸気流量に対する割合が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少する減少の程度を、低圧抽気系１６からの抽気蒸気流量の、原子炉１１出口での主蒸気流量に対する割合が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少する減少の程度よりも大きくする。
【００２５】
これにより、高圧給水加熱器２６及び低圧給水加熱器２７による給水の全温度上昇量が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルよりも小さくなると共に、当該全温度上昇量に対する高圧給水加熱器２６による給水の温度上昇量の割合が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルよりも小さくなる。この結果、給水系１４から原子炉１１へ導入される給水の原子炉１１入口でのエンタルピまたは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御することが可能となる。
【００２６】
ここで、給水系１４から原子炉１１へ供給される給水の原子炉１１入口での給水温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御するとは、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおける原子炉１１への給水温度を、第Ｎ運転サイクルにおける原子炉１１への給水温度に対して±１℃の温度範囲に制御することをいう。
【００２７】
また、特に、高圧抽気系１５からの抽気蒸気流量を減少させる抽気点は、高圧タービン２０の途中または高圧タービン２０の出口の抽気点であり、抽気点が複数ある場合には一番上流側の抽気点を選ぶことが最も効果的である。この場合、前述の如く、抽気蒸気流量を制御する流量調整弁１７を設置して抽気蒸気流量を減少させても良い。この流量調整弁１７に関しては、給水温度監視装置３３により、第（Ｎ＋１）運転サイクルでの給水温度が第Ｎ運転サイクル（定格時）での給水温度と同一となるように制御しても良い。
【００２８】
更に、高圧抽気管３０の少なくとも１系統を完全に閉塞させても良い。閉塞させる方法は、高圧抽気管３０の途中に閉止弁を設置するか、高圧抽気管３０をプラギングすれば良い。高圧抽気管３０を完全に閉塞させた場合には、抽気蒸気流量の制御系機器を不要にできると共に、運転制御も簡略化できる。抽気蒸気流量を制御するか、高圧抽気管３０を完全に閉塞させるかは、原子力プラント１０の熱バランスと増出力幅に依存する。例えば、増出力幅が小さい場合には、高圧抽気管３０の一系統を完全に閉塞させると、原子炉１１の入口での給水温度が低下しすぎるため、この場合には抽気蒸気流量を調整するか、または高圧抽気管３０の閉塞下において原子炉１１入口での給水温度が定格時と同等となるように設計・計画を行う。
【００２９】
図３は、原子炉熱出力、主蒸気流量（原子炉１１から主蒸気管２２へ流入する主蒸気流量）及び抽気蒸気流量と運転サイクルとの関係を、運転サイクルが定格時と、本実施形態及び従来の増出力時の場合について示すグラフである。
【００３０】
この図３に示す運転サイクルにおいて、第Ｎ運転サイクル及び第（Ｎ−１）運転サイクルは、本実施形態の増出力方法を適用する前の運転サイクルであり、このとき、原子炉熱出力はＱ＝１００％（定格）である。この増出力前の原子力プラント１０の系統構成を図２に示す。第（Ｎ＋１））運転サイクルは、原子炉熱出力をα％増出力してＱ＝１００＋α％としたものであり、この増出力時の原子力プラント１０の系統構成を図１に示す。なお、各運転サイクルは通常の運転状態を示しており、起動、停止時、過渡状態、更に事故の運転状態は除かれる。
【００３１】
原子炉熱出力を増出力させる手段としては、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおける制御棒の引き抜き量を第Ｎサイクルよりも大きくする、または第（Ｎ＋１）運転サイクルにおける炉心での冷却材流量を再循環ポンプの回転数を上げることで第Ｎ運転サイクルよりも大きくする、または燃料集合体の種類を変更する方法で実現することが可能である。
【００３２】
なお、原子力プラント１０によっては一運転サイクル中の抽気蒸気流量や主蒸気流量を図４に示すように変化させることもある。このような運転サイクルは、燃料の燃焼末期においても原子炉熱出力を一定に維持するために、抽気蒸気流量を低下させて、給水系１４から原子炉１１へ供給される給水の温度を低下させるものである。図４のような運転サイクルをとる原子力プラント１０の場合にも、熱バランス、抽気蒸気流量、主蒸気流量及び給水加熱量などは、起動・停止、事故・過渡事象発生時及び試運転を除く運転サイクル中で、主蒸気流量が最大となる運転で比較するものとする。
【００３３】
ところで、一般に、原子炉熱出力を増大させた場合には、その増大した分の熱を取得するために、給水系１４から原子炉１１へ供給する給水の流量を増加するか、または原子炉１１（原子炉圧力容器１９）の入口と出口の冷却材のエンタルピ差を拡大する必要がある。後者の場合、従来の増出力手法では、増出力時に給水系１４から原子炉１１へ供給される給水の温度及びエンタルピが上昇するので、原子炉１１出口での主蒸気エンタルピを上昇させて上記エンタルピ差の拡大を図ることになる。しかし、原子炉１１出口での主蒸気エンタルピの上昇は、原子炉圧力容器１９内の高圧化、高温化など技術面及び安全面から困難であるため、給水エンタルピの上昇に伴って、原子炉１１における冷却材の入口と出口のエンタルピ差はむしろ縮小する方向となり、このため、以下に述べる式（Ａ）から、主蒸気流量を増加せざるを得ない。このように主蒸気流量を増加させた場合には、炉内構造物や蒸気タービン等のプラント機器の設計余裕が減少することになるので、これらの機器を変更しなければならない。従って、専ら前者の手法を取り、給水流量を増やしている。
【００３４】
ここで、原子炉熱出力は、主蒸気流量と給水流量とが同一であると仮定した上で、原子炉１１（原子炉圧力容器１９）の入口と出口での冷却材のエンタルピ差と、給水流量または主蒸気流量との積として定義される。従って、定格時の原子炉熱出力Ｑは、定格時の原子炉１１での入口と出口の冷却材のエンタルピ差をＨとし、定格時の給水流量または主蒸気流量をＧとして、以下のように示される。  
［数１］
Ｑ＝Ｈ×Ｇ    ……（Ａ）
【００３５】
また、従来の増出力法において、α％増出力後の熱出力の増大量ΔＱ（Ｑ＞ΔＱ＞０）は、増出力後の給水のエンタルピ上昇量をΔＨ（Ｈ＞ΔＨ＞０）とし、α％増出力前後での主蒸気流量または給水流量の増加量をΔＧとすれば、
［数２］
ΔＱ＝｛（Ｈ−ΔＨ）×（Ｇ＋ΔＧ）｝−（Ｈ×Ｇ）
となり、上式をΔＧについて整理すると、次式（Ｂ）となる。
【００３６】
［数３］
ΔＧ＝（ΔＱ＋ΔＨ×Ｇ）÷（Ｈ−ΔＨ）……（Ｂ）
【００３７】
従って、この式（Ｂ）から、主蒸気流量または給水流量の増加量ΔＧは、熱出力の増大量ΔＱに対し正比例するのではなく、増出力の計画設計に依存する非線形性を有することがわかる。更に、上記式（Ｂ）及び図５の細線に示すように、この非線形性は、給水エンタルピの上昇量ΔＨが大きいほど顕著であり、また、Ｈ＞ΔＨ＞０から、主蒸気流量または給水流量の増加の割合は、熱出力の増大の割合に対して、より鋭敏に増加する特性を有する。一方、給水エンタルピの上昇量ΔＨは、熱出力の増大量ΔＱの設定によって、この増大量ΔＱに依存して変化する。
【００３８】
これに対して、本実施の形態では、図１に示すように、増出力に際して従来と同様に、給水系１４から原子炉１１へ供給される給水流量を増加させると共に、原子炉１１（原子炉圧力容器１９）入口での冷却材エンタルピ（給水エンタルピ）を意図的に定格時と同等に計画・設計することで、原子炉１１の入口と出口での冷却材のエンタルピ差を一定に確保している。
【００３９】
原子炉１１の入口での給水エンタルピを増出力前後で同等に維持するためには、増出力の計画に際し、高圧蒸気系１２及び低圧蒸気系１３から抽気して給水加熱器２６及び２７に導く抽気蒸気流量を減少させれば良い。しかし、この抽気蒸気量を単に全体的に減少させると、低圧タービン２１へ導かれる蒸気量が不足して熱効率が大きく減少し、発電量を増加させることができない。よって、高圧タービン２０の途中または出口（ここで、高圧タービン２０の出口は、実際には高圧タービン出口から湿分分離器３２の入口までの間）から高圧抽気系１５を経ての抽気蒸気流量を、低圧タービン２１側に対して選択的に減少させる。このことで、低圧タービン２１に流れる蒸気量を増加させて発電量を増大させることが可能となる。
【００４０】
高圧タービン２０の途中または出口からの抽気蒸気の多くは、主給水ポンプ２８よりも下流側に設置された高圧給水加熱器２６で使用されるため、本実施形態による増出力手法は、見方を変えると、主給水ポンプ２８よりも下流側の給水加熱量を制御する手法となる。
【００４１】
なお、高圧タービン２０の途中または出口から抽気される抽気蒸気流量が元来少ない原子力プラントの場合には、原子炉１１への給水のエンタルピを定格時と同等にするために、低圧タービン２１から低圧抽気系１６を経て抽気される抽気蒸気流量も減少させて、原子炉１１への給水温度を十分に低下させる必要がある。このような原子力プラントに本実施形態を適用する場合であっても、高圧タービン２０の途中または出口からの抽気蒸気流量の方を、低圧タービン２１側からの抽気蒸気流量よりも多く減少させることで、ある程度の効果が得られる。
【００４２】
このような本実施形態の増出力による原子炉１１回りの熱バランスに関連する諸量の推移、及び特性の変化を図５に示す。本実施形態の適用の結果は太線に示す諸量の変化であり、従来の増出力手法は細線で示される諸量の変化である。本実施形態では、給水系１４から原子炉１１へ供給される給水のエンタルピを定格時と同等に維持した結果、原子炉１１の入口と出口での冷却材のエンタルピ差を一定に確保でき、主蒸気流量または給水流量の増加の割合は、原子炉熱出力の増大の割合と同等となっている。これは、上述の式（Ｂ）において、以下のようにΔＨ＝０とした場合の結果により示されるものである。つまり、式（Ｂ）において、ΔＨ＝０を代入すると、
［数４］
ΔＧ＝（ΔＱ＋０×Ｇ）÷（Ｈ−０）
ΔＧ＝ΔＱ÷Ｈ          ……（Ｃ）
従って、主蒸気流量または給水流量の増加量ΔＧは、熱出力の増大量ΔＱに正比例する。
【００４３】
即ち、主蒸気流量または給水流量の増加量ΔＧの特性における従来の鋭敏な非線形性は、本実施形態の適用により消滅し、原子炉熱出力を第Ｎサイクルに対してα％増大する計画であっても、主蒸気流量または給水流量の増加量ΔＧは、熱出力の増大量ΔＱとの比例関係（式（Ｃ）参照）に基づきα％相当に抑制される。従来の増出力手法での１００＋α％の熱出力運用における主蒸気流量または給水流量は、本実施形態の適用下においては１００＋α＋β％（β＞０）の主蒸気流量または給水流量に相当する。
【００４４】
従って、本実施形態では、従来と同一の原子炉熱出力の増大計画に対し主蒸気流量または給水流量の増加を抑制できるので、原子力プラント１０の構成を大幅に変更せずに、この原子力プラント１０の増出力が実現可能となる。或いは、本実施形態では、従来と同一の主蒸気流量または給水流量の増加計画において、熱出力の増大量の向上が可能となり、原子炉熱出力の増大の割合を大きくすることが可能となる。
【００４５】
これは、蒸気タービン２０、２１を含むプラント機器の設計余裕の範囲内に収まる増出力の計画可能範囲が実質的に拡大されることから、原子力プラント１０の生涯発電量の向上を意味する。また、見方を変えれば、主要なプラント機器の変更なしに増出力の計画が可能になることから、熱出力の増大に対して最も支障をきたす可能性のあるプラント機器の一つである蒸気タービン２０、２１、ひいては当該蒸気タービンの最大飲込可能な蒸気量に対して支配的な蒸気加減弁２３の交換を不要とする増出力計画の立案（即ち投資量の低減）の可能性を意味する。
【００４６】
従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００４７】
（１）給水系１４から原子炉１１へ供給される給水の、原子炉１１（原子炉圧力容器１９）入口でのエンタルピ若しくは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御することから、原子炉１１の入口と出口の冷却材のエンタルピ差を一定に確保できる。このため、原子炉１１の出口における主蒸気流量と原子炉１１へ供給される給水流量が、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルよりも増加する増加割合を、原子炉熱出力が第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルよりも増大する増大割合と同等にすることができる。この結果、発電量を増加させるべく実施した原子炉熱出力の増大に対し、原子炉１１の出口における主蒸気流量及び原子炉１１へ供給される給水流量の増加を共に抑制できるので、蒸気タービン２０、２１、蒸気加減弁２３、給水管２９、主蒸気管２２、原子炉炉内構造物などのプラント機器へ作用する負荷を低減できる。このため、これらのプラント機器の設計余裕を好適に維持でき、これらのプラント機器を設計余裕の大きなものに変更する必要がないので、プラント機器の構成を変更することなく、原子力プラント１０の増出力を実現できる。
【００４８】
（２）高圧蒸気系１２における高圧タービン２０の途中または出口から高圧抽気系１５を経て抽気される抽気蒸気流量の、原子炉１１出口における主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少させる減少の程度が、低圧蒸気系１３から低圧抽気系１６を経て抽気される抽気蒸気流量の、原子炉１１出口における主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少させる減少の程度に比べて大きい。このことから、高圧タービン２０を含む高圧蒸気系１２から低圧タービン２１へ導かれる蒸気量が良好に確保される。このため、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて高圧蒸気系１２及び低圧蒸気系１３から抽気される抽気蒸気流量を、第Ｎ運転サイクルに比べて単に全体的に減少させる場合や、給水系１４から原子炉１１へ供給される給水の温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルよりも低くする場合と比較して、熱効率の低下を抑制でき、より大きな電気出力を得ることができる。
【００４９】
（３）給水系１４から原子炉１１（原子炉圧力容器１９）に供給される給水の温度が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクル（定格時）とほぼ同等に保たれるため、原子炉１１の増出力に際して、炉心入口冷却材の温度変化による冷却材密度への影響が発生せず、熱出力の増大において支障となる該要素を排除することができる。
【００５０】
尚、この第１の実施の形態では、沸騰水型原子炉を具備した直接サイクル型の原子力プラントの場合を述べたが、直接サイクル型の他のプラント、例えば火力発電プラントに本発明を適用することが可能である。
【００５１】
［Ｂ］第２の実施の形態（図６、図７）
図６は、本発明に係る原子力プラントの運転方法を、加圧水型原子炉を具備する原子力プラントに適用した第２の実施の形態において、増出力時の構成を示す原子力プラントの系統構成図である。図７は、図６の原子力プラントの増出力前の構成を示す系統構成図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００５２】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる点は、図６及び図７に示すように、本実施の形態の原子力プラント４０が加圧水型原子炉４１を具備した間接サイクル型の原子力プラントである点であり、高圧蒸気系１２の主蒸気管２２と給水系１４の給水管２９とは、原子炉４１の原子炉容器４２ではなく、蒸気発生器４３に共に接続される。
【００５３】
蒸気発生器４３は、原子炉４１にて加熱された冷却材を熱源として蒸気（水蒸気）を発生し、原子炉４１との間に１次系を構成する。蒸気発生器４３にて発生した蒸気が高圧蒸気系１２及び低圧蒸気系１３へ順次導かれて高圧蒸気タービン２０及び低圧蒸気タービン２１により仕事をし、復水器２４にて凝縮され、低圧給水加熱器２７及び高圧給水加熱器２６にて順次加熱されて蒸気発生器４３へ戻り、この経路により２次系が構成される。尚、本実施の形態においては、高圧蒸気タービン２０と低圧蒸気タービン２１との間に湿分分離加熱器４４が設置されているが、この湿分分離加熱器４４は、湿分分離再熱器や湿分分離器であってもよい。
【００５４】
また、蒸気発生器４３での交換熱量は、原子炉４１の熱出力から１次系での熱リーク分を差し引いたものであるが、通常、熱リーク量は原子炉熱出力に比較して十分に小さい。このために、本実施形態において、蒸気発生器４３での交換熱量と原子炉４１の熱出力とは等しいとした。
【００５５】
ところで、上述のように構成された原子力プラント４０（図６、図７）において、原子炉４１の熱出力増大運転を実施する際に、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給する給水流量を増加すると共に、図６に示すように、高圧抽気管３０、低圧抽気管３１のそれぞれに、抽気蒸気調整手段及び流量調整手段としての流量調整弁１７、１８を設置する。流量調整弁１７によって、高圧抽気系１５から抽気されて高圧給水加熱器２６へ導入される抽気蒸気流量が調整される。また、流量調整弁１８によって、低圧抽気系１６から抽気されて低圧給水加熱器２７へ導入される抽気蒸気流量が調整される。
【００５６】
尚、抽気蒸気調整手段は、流量調整弁１７、１８に限らず、オフィスなどの流量調整手段であってもよく、更に、高圧抽気管３０、低圧抽気管３１のそれぞれにおいて、少なくとも一系統内を流れる抽気蒸気の流れを止める閉止手段としての閉止弁または閉塞プラグ（プラギング）であってもよい。
【００５７】
つまり、原子炉４１の起動から燃料交換のために当該原子炉４１の運転を停止するまでの期間を一運転期間とし、後の運転サイクルである第（Ｎ＋１）運転サイクルにおける原子炉熱出力を、この第（Ｎ＋１）運転サイクルよりも前の先の運転サイクルである第Ｎ運転サイクルにおける原子炉熱出力よりも増大させる。このとき、（ａ）流量調整弁１７により高圧抽気系１５から高圧給水加熱器２６へ導入される抽気蒸気を調整する。または、（ｂ）流量調整弁１７及び１８により、高圧抽気系１５から高圧給水加熱器２６へ、及び低圧抽気系１６から低圧給水加熱器２７へそれぞれ導入される抽気蒸気を調整する。これらの（ａ）、（ｂ）のいずれかにより、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水の蒸気発生器４３入口でのエンタルピまたは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御する。ここで、第Ｎ運転サイクルは、例えば原子炉熱出力が１００％の定格運転を行っている場合とする。
【００５８】
前記（ａ）の場合として例えば、原子炉熱出力を増大させる第（Ｎ＋１）運転サイクルでは、第Ｎ運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量流れていた高圧抽気系１５における高圧抽気管３０の少なくとも一系統で、流量調整弁１７により抽気蒸気の流量を所定流量以下に調整し、または閉止弁などにより抽気蒸気の流れを止める。これにより、高圧抽気系１５から抽気して高圧給水加熱器２６へ導入される抽気蒸気流量の、蒸気発生器４３出口での主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少させる。これにより、高圧給水加熱器２６での給水の温度上昇量が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて小さくなる。この結果、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水の蒸気発生器４３入口でのエンタルピまたは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御することが可能となる。
【００５９】
また、前記（ｂ）の場合として例えば、原子炉熱出力を増大させる第（Ｎ＋１）運転サイクルでは、第Ｎ運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量流れていた高圧抽気系１５における高圧抽気管３０の少なくとも一系統で、流量調整弁１７により抽気蒸気流量を所定流量以下に調整し、もしくは閉止弁などにより抽気蒸気の流れを止める。更に、この第（Ｎ＋１）運転サイクルでは、第Ｎ運転サイクルにおいて抽気蒸気が所定流量流れていた低圧抽気系１６における低圧抽気管３１の少なくとも一系統で、流量調整弁１８により抽気蒸気流量を所定流量以下に調整し、もしくは閉止弁などにより抽気蒸気の流れを止める。
【００６０】
これにより、高圧抽気系１５から抽気して高圧給水加熱器２６へ導く抽気蒸気流量と、低圧抽気系１６から抽気して低圧給水加熱器２７へ導く抽気蒸気流量の、それぞれの蒸気発生器４３出口での主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて共に減少させる。このうち、高圧抽気系１５からの抽気蒸気流量の、蒸気発生器４３出口での主蒸気流量に対する割合が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少する減少の程度を、低圧抽気系１６からの抽気蒸気流量の、蒸気発生器４３出口での主蒸気流量に対する割合が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少する減少の程度よりも大きくする。
【００６１】
これにより、高圧給水加熱器２６及び低圧給水加熱器２７による給水の全温度上昇量が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルよりも小さくなると共に、当該全温度上昇量に対する高圧給水加熱器２６による給水の温度上昇量の割合が、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルよりも小さくなる。この結果、給水系１４から蒸気発生器４３へ導入される給水の蒸気発生器４３入口でのエンタルピまたは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御することが可能となる。
【００６２】
ここで、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水の蒸気発生器４３入口での給水温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御するとは、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおける蒸気発生器４３への給水温度を、第Ｎ運転サイクルにおける蒸気発生器４３への給水温度に対して±１℃の温度範囲に制御することをいう。
【００６３】
図３は、原子炉熱出力、主蒸気流量（蒸気発生器４３から主蒸気管２２へ流入する主蒸気流量）及び抽気蒸気流量と運転サイクルとの関係を、運転サイクルが定格時と、本実施形態及び従来の増出力時の場合について示すグラフである。
【００６４】
この図３に示す運転サイクルにおいて、第Ｎ運転サイクル及び第（Ｎ−１）運転サイクルは、本実施形態の増出力方法を適用する前の運転サイクルであり、このとき、原子炉熱出力はＱ＝１００％（定格）である。この増出力前の原子力プラント４０の系統構成を図７に示す。第（Ｎ＋１））運転サイクルは、原子炉熱出力をα％増出力してＱ＝１００＋α％としたものであり、この増出力時の原子力プラント４０の系統構成を図６に示す。なお、各運転サイクルは通常の運転状態を示しており、起動、停止時、過渡状態、更に事故の運転状態は除かれる。
【００６５】
原子炉熱出力を増出力させる手段としては、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおける制御棒の引き抜き量を第Ｎサイクルよりも大きくする、または燃料集合体の種類を変更する方法で実現することが可能である。
【００６６】
なお、原子力プラント４０によっては一運転サイクル中の抽気蒸気流量や主蒸気流量を図４に示すように変化させることもある。このような運転サイクルは、燃料の燃焼末期においても原子炉熱出力を一定に維持するために、抽気蒸気流量を低下させて、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水の温度を低下させるものである。図４のような運転サイクルをとる原子力プラント４０の場合にも、熱バランス、抽気蒸気流量、主蒸気流量及び給水加熱量などは、起動・停止、事故・過渡事象発生時及び試運転を除く運転サイクル中で、主蒸気流量が最大となる運転で比較するものとする。
【００６７】
ところで、一般に、原子炉熱出力を増大させた場合には、その増大した分の熱を取得するために、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給する給水の流量を増加するか、または蒸気発生器４３の入口と出口のエンタルピ差を拡大する必要がある。後者の場合、従来の増出力手法では、増出力時に給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水の温度及びエンタルピが上昇するので、蒸気発生器４３出口での主蒸気エンタルピを上昇させて上記エンタルピ差の拡大を図ることになる。しかし、蒸気発生器４３出口での主蒸気エンタルピの上昇は、１次系の原子炉容器４２内の高圧化、高温化など技術面及び安全面から困難であるため、蒸気発生器４３への給水エンタルピの上昇に伴って、この蒸気発生器４３における入口と出口のエンタルピ差はむしろ縮小する方向となり、前記式（Ａ）から、蒸気発生器４３での主蒸気流量または給水流量を増加せざるを得ない。従って、専ら前者の手法を取り、蒸気発生器４３への給水流量を増やしている。
【００６８】
ここで、原子炉熱出力は、蒸気発生器４３での主蒸気流量と給水流量とが同一であると仮定した上で、蒸気発生器４３の入口と出口でのエンタルピ差と、蒸気発生器４３での給水流量または主蒸気流量との積として定義されるので、前記式（Ａ）の如く、上述の沸騰水型原子炉の場合と同様に示される。
【００６９】
また、一般に蒸気発生器４３を有する原子力プラント４０においては、原子炉熱出力の増大に伴い、蒸気発生器４３での主蒸気圧力及びエンタルピが低下する傾向にあるが、この変化の割合は、蒸気発生器４３への給水温度及びエンタルピを含む、蒸気発生器４３周りの熱バランスに関連する諸量の変化の割合に比較して十分に小さい。従って、本実施形態では、原子炉４１の増出力前後において蒸気発生器４３での主蒸気エンタルピは等しいとした。
【００７０】
従来の増出力法においては、増出力の前後における蒸気発生器４３での給水流量または主蒸気流量の増加量ΔＧの特性は、沸騰水型原子炉の場合と同様に、前記式（Ｂ）から、熱出力の増大量ΔＱに対し正比例するのではなく、増出力の計画・設計に依存する非線形性を有することがわかる。更に、前記式（Ｂ）及び図５の細線に示すように、この非線形性は、蒸気発生器４３への給水エンタルピの上昇量ΔＨが大きいほど顕著であり、また、Ｈ＞ΔＨ＞０から、蒸気発生器４３での主蒸気流量または給水流量の増加の割合は、熱出力の増大の割合に対して、より鋭敏に増加する特性を有する。
【００７１】
これに対して、本実施の形態では、図６に示すように、増出力に際して従来と同様に、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水流量を増加させると共に、蒸気発生器４３の入口での給水エンタルピを意図的に定格時と同等に計画・設計することで、蒸気発生器４３の入口と出口でのエンタルピ差を一定に確保している。
【００７２】
蒸気発生器４３の入口での給水エンタルピを増出力前後で同等に維持するためには、増出力の計画に際し、高圧蒸気系１２及び低圧蒸気系１３から抽気して給水加熱器２６及び２７に導く抽気蒸気流量を減少させれば良い。しかし、この抽気蒸気量を単に全体的に減少させると、低圧タービン２１へ導かれる蒸気量が不足して熱効率が大きく減少し、発電量を増加させることができない。よって、高圧タービン２０の途中または出口から高圧抽気系１５を経ての抽気蒸気流量を、低圧タービン２１側に対して選択的に減少させる。このことで、低圧タービン２１に流れる蒸気量を増加させて発電量を増大させることが可能となる。
【００７３】
高圧タービン２０の途中または出口からの抽気蒸気の多くは、主給水ポンプ２８よりも下流側に設置された高圧給水加熱器２６で使用されるため、本実施形態による増出力手法は、見方を変えると、主給水ポンプ２８よりも下流側の給水加熱量を制御する手法となる。
【００７４】
なお、高圧タービン２０の途中または出口から抽気される抽気蒸気流量が元来少ない原子力プラントの場合には、蒸気発生器４３への給水のエンタルピを定格時と同等にするために、低圧タービン２１から低圧抽気系１６を経て抽気される抽気蒸気流量も減少させて、蒸気発生器４３への給水温度を十分に低下させる必要がある。このような原子力プラントに本実施形態を適用する場合であっても、高圧タービン２０の途中または出口からの抽気蒸気流量の方を、低圧タービン２１側からの抽気蒸気流量よりも多く減少させることで、ある程度の効果が得られる。
【００７５】
このような本実施形態の増出力による原子炉４１周りの熱バランスに関連する諸量の推移、及び特性の変化は、沸騰水型原子炉の場合と同様に図５に準ずる。本実施形態の適用の結果は太線に示す諸量の変化であり、従来の増出力手法は細線で示される諸量の変化である。本実施形態では、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水のエンタルピを定格時と同等に維持した結果、蒸気発生器４３の入口と出口でのエンタルピ差を一定に確保でき、蒸気発生器４３での主蒸気流量または給水流量の増加の割合は、前記式（Ｃ）及び図５から、原子炉熱出力の増大の割合と同等となっている。
【００７６】
即ち、蒸気発生器４３での主蒸気流量または給水流量の増加量ΔＧの特性における従来の鋭敏な非線形性は、本実施形態の適用により消滅し、原子炉熱出力を第Ｎサイクルに対してα％増大する計画であっても、主蒸気流量または給水流量の増加量ΔＧは、熱出力の増大量ΔＱとの比例関係（式（Ｃ）参照）に基づきα％相当に抑制される。従来の増出力手法での１００＋α％の熱出力運用における主蒸気流量または給水流量は、図５に示すように、本実施形態の適用下においては１００＋α＋β％（β＞０）の主蒸気流量または給水流量に相当する。
【００７７】
従って、本実施形態では、従来と同一の原子炉熱出力の増大計画に対し、蒸気発生器４３での主蒸気流量または給水流量の増加を抑制できるので、原子力プラント４０の構成を大幅に変更せずに、この原子力プラント４０の増出力が実現可能となる。或いは、本実施形態では、従来と同一の蒸気発生器４３での主蒸気流量または給水流量の増加計画において、熱出力の増大量の向上が可能となり、原子炉熱出力の増大の割合を大きくすることが可能となる。
【００７８】
これは、蒸気タービン２０、２１を含むプラント機器の設計余裕の範囲内に収まる増出力の計画可能範囲が実質的に拡大されることから、原子力プラント４０の生涯発電量の向上を意味する。また、見方を変えれば、主要なプラント機器の変更なしに増出力の計画が可能になることから、熱出力の増大に対して最も支障をきたす可能性のあるプラント機器の一つである蒸気タービン２０、２１、ひいては当該蒸気タービンの最大飲込可能な蒸気量に対して支配的な蒸気加減弁２３の交換を不要とする増出力計画の立案（即ち投資量の低減）の可能性を意味する。
【００７９】
本実施の形態によれば、次の効果（４）及び（５）を奏する。
【００８０】
（４）給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水の、蒸気発生器４３入口でのエンタルピ若しくは温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルと同等に制御することから、蒸気発生器４３の入口と出口のエンタルピ差を一定に確保できる。このため、蒸気発生器４３の出口における主蒸気流量と蒸気発生器４３へ供給される給水流量が、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルよりも増加する割合を、原子炉熱出力が第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて第Ｎ運転サイクルよりも増大する増大割合と同等にすることができる。この結果、発電量を増加させるべく実施した原子炉熱出力の増大に対し、蒸気発生器４３の出口における主蒸気流量及び蒸気発生器４３へ供給される給水流量の増加を共に抑制できるので、蒸気タービン２０、２１、蒸気加減弁２３、給水管２９、主蒸気管２２等のプラント機器へ作用する負荷を低減できる。このため、これらのプラント機器の設計余裕を好適に維持でき、これらのプラント機器を設計余裕の大きなものに変更する必要がないので、プラント機器の構成を変更することなく、原子力プラント４０の増出力を実現できる。
【００８１】
（５）高圧蒸気系１２における高圧タービン２０の途中または出口から高圧抽気系１５を経て抽気される抽気蒸気流量の、蒸気発生器４３出口における主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少させる減少の程度が、低圧蒸気系１３から低圧抽気系１６を経て抽気される抽気蒸気流量の、蒸気発生器４３出口における主蒸気流量に対する割合を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルに比べて減少させる減少の程度に比べて大きい。このことから、高圧タービン２０を含む高圧蒸気系１２から低圧タービン２１へ導かれる蒸気量が良好に確保される。このため、第（Ｎ＋１）運転サイクルにおいて高圧蒸気系１２及び低圧蒸気系１３から抽気される抽気蒸気流量を、第Ｎ運転サイクルに比べて単に全体的に減少させる場合や、給水系１４から蒸気発生器４３へ供給される給水の温度を、第（Ｎ＋１）運転サイクルでは第Ｎ運転サイクルよりも低くする場合と比較して、熱効率の低下を抑制でき、より大きな電気出力を得ることができる。
【００８２】
尚、この第２の実施の形態では、加圧水型原子炉を具備した間接サイクル型の原子力プラントの場合を述べたが、間接サイクル型の他のプラント、例えば地熱発電プラントなどに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に係る原子力プラントの運転方法を、沸騰水型原子炉を具備する原子力プラントに適用した第１の実施の形態において、増出力時の構成を示す原子力プラントの系統構成図。
【図２】図１の原子力プラントの増出力前の構成を示す系統構成図。
【図３】運転サイクルと原子炉熱出力、主蒸気流量及び抽気蒸気流量との関係を示すグラフ。
【図４】運転サイクルと原子炉熱出力、主蒸気流量及び抽気蒸気流量との他の関係を示すグラフ。
【図５】図１及び図６の原子力プラントと従来の原子力プラントにおいて、増出力後の原子炉周りの熱バランス関連諸量の推移を比較して示すグラフ。
【図６】本発明に係る原子力プラントの運転方法を、加圧水型原子炉を具備する原子力プラントに適用した第２の実施の形態において、増出力時の構成を示す原子力プラントの系統構成図。
【図７】図６の原子力プラントの増出力前の構成を示す系統構成図。
【符号の説明】
【００８４】
１０  原子力プラント
１１  原子炉
１２  高圧蒸気系
１３  低圧蒸気系
１４  給水系
１５  高圧抽気系
１６  低圧抽気系
１７、１８  流量調整弁
２０  高圧タービン
２１  低圧タービン
２５  復水器
２６  高圧給水加熱器
２７  低圧給水加熱器
２８  主給水ポンプ
３０  高圧抽気管
４０  原子力プラント
４１  原子炉
４３  蒸気発生器
【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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