三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008

特集論41

原子力発電プラントの有効活用に向けた取組み

文Approach to Long Life Operation and HighCapacity Factor of Nuclear Power Plants
宮 口 仁 一＊1
Jinichi Miyaguchi

関一

Kazuya Seki哉＊2

近年，地球環境負荷の観点から，原子力発電プラントの優位性が高まり，既設の原子力発電プラントを長期間にわたって安全にかつ効率良く運転して行くことが重要となっている．日本で稼動中の 23 基のPWR プラントのうち，７基が 30 年を超えて運転しており，プラントの信頼性確保のために，設備や機器の高経年化に対する取組みが非常に重要になってきている．また，既設プラントの稼働率向上のために，予防保全の充実，定期検査期間短縮等，様々な取組みが行われてきたが，更なるプラントの有効活用のためには，高燃焼度燃料の開発による燃料の燃焼効率向上や長サイクル運転適用によるプラント稼働率向上が重要である．

1．原子力発電プラントの信頼性の確保に向けて（1）高経年化プラントの健全性評価

図１は，保全計画を策定する上で基本的な考え方を示したものである．まず，現在の機器の状態や想定される劣化メカニズムを踏まえて，設備や機器のプラントの安全性，信頼性を確保するためには，寿命評価を行うが，その結果に応じて，大きく３つ経年変化に伴う機器や設備の劣化を的確に診断し，のカテゴリーに分けられる．

適切な予防保全を行うことが重要である．このよう（a）機器の寿命が 60 年より十分長いと評価されたな観点から，特に運転期間が 30 年を超えるプラン

機器については，基本的に通常の保全を継続しつトについては，10 年ごとにつ，点検や状態監視によりその信頼性を確認して術評価

高経年化に関する技を実施して，最新知見に基づいてプラントいくことになる．の健全性を総合的かつ網羅的に評価するとともに，（b）機器の寿命が 60 年と同等レベルと評価された

その結果に基づいてその後 10 年間の保全計画を策機器については，点検や状態監視に加えて，劣化定することになっている．

緩和措置や補修といった予防保全が有効であると
プラントライフ 60 年と想定

各機器の状態と劣化メカニズムを踏まえ…

検査，監視による健全性の確認

機器寿命＞ 60 年

機器の重要度に応じた合理化
機器の健全性確認（余寿命評価）検査結果に基づく詳細評価

機器寿命＜ 60 年

保全技を術支える＊2

神戸造船所原子力保全技術部次長
神戸造船所原子燃料・バックエンド設計部次長

劣化緩和や取替による信頼性の確保
機器リニューアル
高度化も視野に入れた対応

検査・モニタリング技術

健全性評価技術

劣化緩和・補修技術

図１＊1

予防保全による機器寿命の確保

機器寿命〜 60 年

高経年化対策の考え方

経済性評価
取替技術

三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 200842

考えられる．

ラントを構成する設備や機器について，その信頼性を（c）一方，機器の寿命が 60 年よりも短いと評価され過去の保全実績や最新知見に基づいて評価するとともた機器については，劣化緩和や補修に加えて，一に，必要に応じて保全内容や点検間隔を見直すことに括取替えなどの保全方法が有効な選択肢となる．

よって高経年化対策では，このように機器の状態に応じのとき，安全性確保という観点からは，安全上重要なて適切な保全メニューを選定することが重要と考え設備や機器に対して重要度を考慮した手厚い保全を行られるが，そのためには，これらを支える保全技術，うなど，その重要度に応じた保全を行うことが重要ですなわちあり，また，保全活動の実効性を高めるという観点か

評価・解析技術 ， 検査・監視技術 ， 劣化緩和・補修技術 ， 取替技術などの個々の保全技術をタイムリーに提供することが必要となる．

保全の最適化を図ることが必要となる．こらは，保全の実績（パフォーマンス）に応じて保全の内容を継続的に見直していくこと，すなわち日々の保全活動の PDCA サイクル（PDCA：Plan, Do, Check,（2）プラントの安全性，信頼性を支える保全技術
これらの個々の保全技術は，原子力プラントの保Action）を有効に回すことが重要であるといえる．

全活動の現場において，例えば，機器や配管の非破このような観点から，現在，各電気事業者において，壊検査を高速かつ高精度に行う検査装置として，ま保全活動全体を網羅的かつ体系的に整理する作業が進た，欠陥指示が確認された場合には当該欠陥を除去められており，当社は，プラントメーカの立場から全して信頼性の高い材料で溶接補修を遠隔自動で行う面的に顧客の支援を行っている．

補修装置として具体化され，事故を未然に防ぐための予防保全活動に活用されている．

高経年化対策に限らず，原子力プラントの安全性，Action信頼性を高い次元で確保してゆくためには，質の高い予防保全を実現することが求められるが，そのためには，保全エンジニアリング ，開発・製造技術
地施工技術

現改善

Plan

保全計画策定の３つの技術分野を高い次元で統合する当社の総合的な技術力が非常に重要であるといえる．

Check

Do

保全エンジニアリング
・劣化事象解明
・寿命評価
・保全計画策定

開発・製造技術・点検・補修装置
・取替用の機器保全の有効性評価

点検・補修の実施

図３

保全の PDCA

現地施工技術・点検・検査・劣化緩和
・補修
・大型機器の取替

3．燃料の燃焼効率の向上に向けて同じ燃焼度制限，すなわち，同じウラン濃縮度の条件で，長サイクル運転を実施すると取替燃料体数が増

図２

高度な保全を支える３つの技術分野加するため，燃料の燃焼効率が低下する．そこで，燃料の燃焼効率を向上させるために，ウラン濃縮度を高2．保全最適化によるプラント稼働率の向上に向けて
我が国の原子力プラントでは，現在 13 ヶ月毎にプラントを停止して定期検査を行っているが，海外でのくして取出し時の燃焼度を高くする高燃焼度化に取り組んでいる．燃焼の高燃焼度化により１体当たりに発生するエネルギー量が増加すれば，取替燃料体数が減少するため，燃料の燃焼効率が良くなり，燃料経済性向上につながる．

実績などを踏まえて，停止間隔を延長してプラントのPWR 燃料の燃料集合体最高燃焼度は，39 GWd/t

稼働率を向上させる長サイクル運転の検討が進められから 48 GWd/t を経て，現在は 55 GWd/t の燃料が順ている．

次導入されているが，更なる燃焼効率向上に向けて，長サイクル運転に当たっては，プラントの安全性，信頼性を確保することが前提条件となることから，プ60 GWd/t を超える燃焼度まで使用可能な燃料の開発に取り組んでいる．

三菱重工技報 VOL.45 NO.1: 2008

1.4

：MDA
：MHMDA-SR
100：MHMDA-RX：Zry-4（＊1）
80：MDA（＊1）：ZIRLO（＊1）
60 （＊1）The other program data

：MHMDA-SR：MHMDA-RX：MDA：Zry-4（＊1）
1.0：MDA（＊1）
0.8：ZIRLO（＊1）（＊1）The other program data
0.61.2

燃料棒伸び（％）

最大酸化膜厚さ（μm）

120

4340200.40.201020304050600.07006810122

高速中性子照射量（10 n/m ，E＞1MeV）

被覆管腐食量

燃料の高燃焼度化に伴う課題の一つに炉内使用期

425燃料棒平均燃焼度（MWd/kgU）

図４2

図５

燃料棒伸び

Zr-Nb の二元系合金である J-AlloyTM の開発を国内産間の長期化に伴う燃料被覆管の腐食量の増加がある．

業界共同で実施しており，スペイン PWR プラントにPWR 燃料被覆管の材料としては，従来はジルカロイおいて照射試験を実施中である．

-４と呼ばれる材料が使用されてきたが，高燃焼度燃

これらの被覆管は実用化時期，燃焼度，線出力密度料では被覆管の耐食性向上が不可欠であり，合金成などの使用条件に応じ適切に使用していく予定であ分を変更するなどの改良を進めて来た．高燃焼度化

る．

ステップ２燃料（55 GWd/t 燃料）には，燃料被覆管として当社が開発した MDA（Mitsubishi DevelopedAlloy）とウェスチングハウス社が開発した ZIRLOTM

4．まとめ

地球環境への関心が高まる中，既設の原子力発電プラントを安全かつ効率的に運転することは，温暖化抑を採用している．
今後の更なる高燃焼度化対応として，当社は MDA制効果などの観点から重要な課題となっている．の合金成分を調整した M-MDA （Modiﬁed MDA）

当社は，今後とも，最新の保全技術により，個別のを開発した．M-MDATM は，MDA よりも優れた耐食設備や機器の信頼性向上を図るとともに，様々な技術性を有しており，一方で，その他の機械特性は従来材を統合した総合的な保全技術により，既設の原子力発料（MDA 及びジルカロイ-４）と同等である．その性電プラントの有効活用に向けて，安全性，信頼性の確能を確認するため，スペイン PWR プラントにおける保と効率の向上に取り組んでいく予定である．

TM照射試験を実施し，燃料棒燃焼度 70 GWd/t 以上まで到達して完了した．図４に最大酸化膜厚さを示すが，燃料被覆管に用いる M-MDATM-SR 被覆管の外面腐食量は MDA と比較して十分に小さくなる見通しが得ら( )れている 1（SR：応力除去焼鈍材，RX：再結晶焼鈍材）．
また，図５に照射に伴う燃料棒伸びデータを示すが，

参 考 文 献（1）S. Watanabe, et al., Proc. 2007 Internationl
LWR Fuel Performance Meeting, San
Francisco, October（2007）

従来材料と比較して寸法安定性が高い結果が得られて( )いる 1 ．今後，ホットセル照射後試験などにより健全性などの確認を実施し，更なる高燃焼度化へ対応して行けるよう開発を継続していく．
また，同様に耐食性の優れた被覆管材料として，

宮口仁一

関一哉