日本原子力学会シニアネットワーク（SNW）
第21回（2021年）シンポジウム「脱炭素電源である原子力発電の更なる活用に向けて」

カーボンニュートラル実現に向けた三菱重工 原子力事業の取組み

2021年9月15日
三菱重工業株式会社

原子力セグメント

加藤 顕彦© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

目次

１．カーボンニュートラル実現に向けた三菱重工 原子力事業の取組み
２．次世代炉開発の取組み

３．将来炉開発の取組み© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

1１．カーボンニュートラル実現に向けた三菱重工 原子力事業の取組み© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

カーボンニュートラルに向けた原子力事業の取組み➢ 原子力はカーボンフリーかつ大規模・安定電源であり、エネルギーセキュリティ上の観点も含め重要なベースロード電源。2050年カーボンニュートラル(CN)の達成に向け、将来に亘って原子力の活用は必須➢ 一方、国内では、東日本大震災以降、国民の原子力に対する信頼は低下しており、その信頼回復が最重要課題であり、当社は既設プラントの再稼働支援/継続的な安全性向上に取組むことで信頼回復に努める。
更に世界最高水準の安全性を実現する次世代軽水炉の実用化により脱炭素社会の実現に貢献していく◼ 【短期】既設プラント（PWR、BWR）の再稼働/特重※1設置の推進、燃料サイクルの確立、更に次世代軽水炉により発電分野のCO2排出を大幅削減◼ 【中期】多様化する社会ニーズに応じて小型炉、高温ガス炉、高速炉等を開発・実用化◼ 【長期】恒久的な”夢のエネルギー源”である核融合炉の実用化へ挑戦
既設軽水炉

既設プラントの再稼働推進

次世代軽水炉次世代軽水炉
研究開発
将来炉(小型炉、高温ガス炉、高速炉他)

将来炉
核融合炉

原型炉

ITER計画※2

核融合炉(©ITER Organization, http://www.iter.org/)

2020

2030

2040

2050

※1 特定重大事故等対処施設：プラントとは完全に独立し、航空機衝突やテロ等の際に安全に運転停止できる大規模施設※2 ITER計画：核融合炉実験炉実現に向け7極(日,EU,米,露,中,韓,印)政府により進められている大型国際PJ© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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既設プラント再稼働/特重設置の推進➢ 世界最高水準の新規制基準に適合させるべく、各種解析・評価・試験等により電力事業者殿を支援➢ 国内PWRプラントならびにBWRプラントも含め、再稼働に向けて多数の安全対策※工事、特重施設の設置を推進中※安全設備/電源設備の強化、自然ハザードに対する耐性強化(耐震補強、竜巻対策)等➢ 国内初の40年超運転となる関西電力・美浜３号機の再稼働実現（2021年６月）を支援
PWR:
BWR:
サイクル施設:＜再稼働対応の状況＞

稼働(予定):

設置許可済:※：特重工事完了後に運転再開© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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核燃料サイクルの確立に向けた取組み➢ 原子力の長期活用、エネルギーセキュリティ確保の為には、燃料サイクルの確立が必須であり、六ケ所再処理工場、MOX燃料加工工場の早期竣工に向けて、主幹会社として工事推進中➢ 使用済燃料の再処理までの中間貯蔵対策として、輸送・貯蔵兼用キャスク(設計/製造他)も積極的に対応⇒六ケ所施設竣工後の安全・安定運転も支援するべく、竣工後の保全計画策定を推進【再処理工場】【MOX燃料加工工場】＜六ケ所体制＞日本原燃(株)殿再処理事業部

総括調整業務

2020

2021

2022

2023

2024

▼7.29事業変更許可

安全審査

RRP

▼12.24設工認申請

新規制対応工事

設工認審査▼竣工(2022/上期)▼12.9事業変更許可

安全審査

J-MOX

▼12.24設工認申請

三菱重工【主要業務】➢設工認申請書
作成支援➢規制審査対応
支援➢軽水炉工認
実績の提供

総括調整業務
設工認
対応部門

工事
対応部門

各施設担当部門

三菱重工【主要業務】➢共通工事の標準化支援➢全体工程調整支援➢メーカ間横断検討業務支援

元請メーカ各社

設工認審査新規制対応工事

竣工(2024/上期) ▼※ RRP; 六ケ所再処理工場、J-MOX; MOX燃料加工工場© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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２．次世代炉開発の取組み© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

次世代軽水炉開発の意義➢ 原子力はカーボンニュートラルの切り札であり、将来のエネルギー安定供給（セキュリティ、技術自給率）の観点から国内新増設は不可欠と認識➢ 2030年代半ばの実用化を目標に、高い経済性に加え、革新技術を採用した世界最高水準の安全性を実現する次世代軽水炉の開発を推進➢ 世界に誇る日本の原子力技術、産業基盤維持のためにも早期の新増設計画の具体化が必要

超安全・安心地震／津波／テロに高い耐性を持ち、放射性物質を閉じ込め、影響を発電所内に限定
出力：120万kW級

世界最高水準の安全炉➢ 国内24基に及ぶPWRプラント建設の集大成➢ 最新の知見、革新的技術の導入➢ 世界最高水準の安全性・安心を追求© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

地球に優しくCO2を出さず、柔軟な出力調整で再生可能エネルギーと共存

大規模な電気を安定供給
国際情勢、天候に左右されない準国産エネルギー7次世代軽水炉の特徴➢ 地震・津波その他自然災害への耐性強化、大規模航空機衝突・テロ対策、シビアアクシデント対策等の世界最高水準の安全対策に加え、社会ニーズを踏まえて自然エネルギーとの共存性を考慮したプラント
機能向上

放射性物質放出防止

セキュリティ高度化

大型航空機衝突への対策

万一の事故時にも、事故影響を発電所敷地内に限定

最先端技術を適用した
サイバーセキュリティ

航空機衝突に耐えうる格納容器
外部遮蔽壁の強靭化
原子炉格納容器

多重性・多様性

吸着塔

炉心冷却のための設備、電源等の多重性・多様性を強化
２系列 ⇒ 3系列＋シビアアクシデント(SA)専用システム

耐震性・
津波耐性

格納容器スプレイ

蒸気発生器
凝縮タンク

高性能蓄圧タンク

加圧器(高圧注入系)

竜巻・台風・火山等の自然災害への耐性を強化(低圧注入系/格納容器スプレイ系)

溶融炉心対策
炉心溶融が起こってしまった
場合でも、最終障壁である格納容器を防護

原子炉容器
燃料取替用水ピット
代替炉心注水/代替スプレイポンプ© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

補助給水ピット

その他
自然災害への耐性

一次冷却材
ポンプ

コアキャッチャ

補助給水ポンプ

再生可能エネルギーとの共存
出力調整機能（周波数制御、負荷追従）の強化
8耐震性・津波耐性等の強化➢ 福島第一原子力発電所事故の反省を踏まえ、国内の厳しい地震条件にも余裕を持った耐震設計、津波影響を受けないドライサイト設計の採用➢ 建屋頑健化や火山灰侵入防止対策等により、その他の外部事象（台風や火山等）に対する耐性を大幅に強化

耐震性強化
格納容器

国内の厳しい地震条件（1000gal）での耐震成立性
原子炉建屋■強固な岩盤に建屋を埋込むことで、耐震性を強化

タービン建屋

参考： 東日本大震災時の福島第一原子力発電所内の最大地震動は、約450gal*＊gal： 地震の揺れの大きさを表す加速度の単位

防波堤

表層地盤

岩盤に埋込み岩盤

津波耐性強化
津波の侵入を防止するドライサイト設計の実現■津波到達高さよりも高いグランドレベル■地上1階層の建屋水密化© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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セキュリティ高度化・テロ対策➢ 最先端技術の導入により、発電所の安全運転・保守・管理に係るプラント情報等を発電所外部の重要拠点とも共有・連携するなどDX※1を推進➢ 高度なセキュリティが求められる重要なシステムについては、サイバー空間で多層化構成とし、システム間の伝送を一方向とするなど、多様な手段で防護することで、プラント安全系システムへの侵入を阻止※1 DX：Digital Transformation

セキュリティ
データ

設備情報

データダイオード※2

位置情報

ネットワーク情報※2 データダイオード
データを物理的に一方向にしか通信できないようにする
ネットワークデバイス© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

10多重性・多様性等の強化➢ 国内の新規制基準へ完全に適合した新しい安全設計の採用、多重性・多様性強化等により、世界最高水準の安全性、信頼性を実現

故障要因の徹底排除・安全性の追求◼ 安全系設備の多重性を強化（２系列 ⇒ 3系列＋シビアアクシデント（SA）専用システム）◼ アクティブ／パッシブのベストミックス（高性能蓄圧タンクの採用）◼ 火災や内部溢水に対して重要機器の同時故障要因を徹底排除する区画分離設計

非常用発電機（ガスタービン）

非常用発電機（ディーゼル）
高性能蓄圧タンク安全系システム【A】

SA専用システム

安全系システム【B】

安全系システム【C】◼ SA専用設備・区画の採用◼ 事故対応設備の多様性の強化
例：電源の多様化対策
非常用発電機（ディーゼル駆動）とSA専用発電機（ガスタービン駆動）を設置© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

非常用発電機（ディーゼル）

非常用発電機（ディーゼル）11

格納容器閉じ込め機能強化➢ 鋼製格納容器と強靭化した外部遮蔽壁の２重構造の採用、コアキャッチャ等の最新技術の導入により、大型航空機衝突（APC*）耐性や、最終障壁となる格納容器の閉じ込め機能を強化＊APC： Air Plane Crash

格納容器破損防護対策

溶融炉心対策強化◼ 外部遮蔽壁と鋼製格納容器の2重構造を採用◼ シビアアクシデント時専用設備（コアキャッチャ等）を設置し、万一の炉心溶融事故時にも格納容器の破損を防止

外部遮蔽壁：航空機衝突に耐えうる強靭性
格納容器：高張力鋼板採用による耐圧・耐漏洩機能
格納容器（高張力鋼板）

コアキャッチャ
(拡散槽)

外部遮蔽壁
遮蔽壁厚さ
従来の約2倍© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

12放射性物質放出防止➢ 万一の事故時対応として、放射性希ガスを除去する放射性物質放出防止システムを導入➢ 周辺環境への放射性物質の大量放出を防止し、事故影響を発電所敷地内に限定
世界初の放射性物質放出防止システムの導入

貯留タンク

放射性物質放出防止システム

システム構成例

凝縮タンク

吸着塔
線量率の低減効果*UPZ：Urgent Protective action Planning Zone
（緊急時防護措置を準備する区域；国内発電炉では概ね30km圏内と設定）© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

13安全性の向上（格納容器破損頻度）➢ 福島第一原子力発電所事故を踏まえた種々の安全対策、格納容器破損防護策の採用により、最終障壁である格納容器の破損頻度は従来炉と比べて大幅に低減【参考：一般的なインシデントリスクとの比較】

10-5
格
納容器
破損
頻度
／炉年

（発生頻度高）1

新規制基準対応、シビアアクシデント対策等
による安全性向上

10-1
従来炉：1000万年に数回起こるか起こらないかの水準

10-6

従来比
1/10以下10-7

次世代軽水炉：1億年に1回未満

10-8

10-2

◆がんによる死亡リスク

10-3
10-4 ◆交通事故（死亡事故）
10-5◆航空機事故（墜落等の重大事故）

10-6
10-9
従来軽水炉
（震災前）従来軽水炉
次世代軽水炉（新規制基準対応）

10-7 ◆従来軽水炉（新規制基準対応）の格納容器破損頻度
10-8 ◆次世代軽水炉の格納容器破損頻度(目標)10-9（発生頻度低）© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

14再生可能エネルギーとの共存➢ 再生可能エネルギーとの共存性を高めるため、出力調整機能（周波数制御、負荷追従）を強化➢ 再生可能エネルギーの拡大に伴う夜間・荒天時等の出力変動や電力系統不安定化等の課題に対し、カーボンフリー電源である原子力での対応も可能
周波数制御運転
出力抑制

電力

電力

電力需要
太陽光発電

太陽光発電

火力発電

原子力発電

原子力発電
時刻

原子力発電所

風力発電所

従来炉（ベースロード運転）
次世代軽水炉

一日単位の電力需要変化に合わせて出力調整

出力

電力系統

時刻

日負荷追従運転

100%

火力発電所

火力発電

日負荷追従運転と周波数制御運転

ベースロード電源と太陽光発電の出力制御

水力発電所

秒~分単位の小幅な電力
需要変化に合わせて出力調整

太陽光発電所時間

再生可能エネルギーとの共存© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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（参考）原子力技術を支えるサプライチェーンについて➢ 原子力プラントを支える高度な技術が国内企業に集積しており、産業基盤(技術・人材・サプライチェーン)維持の観点からも早期の新増設が必要➢ 原子力は裾野も広く高い技術を有する分野※であり、長期に亘り培ってきた国産の技術・品質は重要な財産であり、他国に劣後する訳にはいかず、新増設によってこれを維持・向上する必要あり※ 原子力特有の技術を持つ企業は約400社以上。東電福一事故以降厳しい経営状態が続き、事業撤退は拡大傾向
原子力プラントの建設工程の例
計画開始

許認可申請

立地調査・許認可準備

プラント建設期間の例(約10年間以上)

安全審査・設工認
着工

基本設計

詳細設計

運開
製作

据付・試運転

調達開始
[社]

調達

201002012 131415161718

19 2020 [年度]

ものづくり

プラント建設は10年以上の長期間に亘るプロジェクトであるため、今、新設計画が開始しても、製品の調達・ものづくりは少なくとも6~7年遅れて開始となる

震災後に撤退したサプライヤー数（累計）© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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３．将来炉開発の取組み© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

小型軽水炉の開発（概要）➢ 大規模グリッドが整備された地域等では、出力規模が大きい中・大型炉の方が発電コスト面で優位となるが、イニシャルコストが安い分散型電源として小型炉が注目されている➢ 将来の多様化する社会ニーズに応じて小規模グリッド向け発電炉や、離島向けモバイル電源・災害非常用電源などに適用する船舶搭載炉への展開を見据えた小型軽水炉開発を自社技術で推進中
発電用小型軽水炉(～30万kW)•原子炉内自然循環による炉心冷却•外部電源を必要としない静的安全システム•二重格納等を採用した安全・安心の追及•完全地下立地による災害/テロ耐性強化© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

船舶搭載用小型軽水炉(～3万kW)•モバイル利用を実現する超コンパクト原子炉•メンテナンスを最少化する長寿命炉心•海上運用を想定した搖動/傾斜対策18

小型軽水炉の開発（発電用小型炉の特徴）➢ 自然循環冷却によって冷却材ポンプを不要とし、原子炉容器内に蒸気発生器等を内蔵する一体型原子炉を採用して主冷却材配管を削除することにより、冷却材喪失等の事故発生を原理的に排除➢ 事故時に動的機器を使用しないパッシブ安全システムの採用により、安全性を向上➢ 原子炉建屋を完全地下立地とすることによる航空機衝突等への耐性強化や、二重格納の採用によって放射性物質の閉じ込め機能を強化し、安全・安心を徹底追及
従来炉

小型炉
制御棒
駆動装置

蒸気発生器

蒸気発生器

加圧器
約21m

約18m

✓ 原子炉建屋の完全地下立地

約12m

原子炉容器

一次冷却材ポンプ

主機一体原子炉✓ 主機一体原子炉の採用（主冷却材配管の削除）➡ 冷却材喪失事故等の排除© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

自然循環冷却
炉心燃料➡ 航空機衝突等への耐性強化✓ 二重格納の採用➡ 放射性物質の閉じ込め機能強化
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小型軽水炉の開発（開発実績）➢ 国内PWR24基の設計・建設・保守を通じて培った三菱PWR技術をベースに、2000年代から一体型モジュラー炉（IMR※1）の開発を行い、自然循環冷却試験、安全システム検証試験等※1 IMR: Integrated Modular Water Reactor
によって開発に必要な要素技術を実証➢ これらの開発経験・知見に基づき、2019年度より国のイノベーション事業を活用して多目的利用を実現する小型軽水炉を展開～1990「むつ」の開発/運転
国産小型軽水炉技術開発の実績と展開

原子力船むつ2001～20112040～

一体型モジュラー炉（IMR）の開発/概念設計(国プロ/電共研※2)

多目的利用を実現する
小型軽水炉開発※2 経済産業省公募事業、日本原子力発電殿委託等

発電用小型軽水炉

IMR要素技術試験の実施例【原子炉自然循環冷却試験】© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

2019～

実用化への展開

船舶搭載用小型軽水炉【パッシブ安全システム検証試験】20高温ガス炉の開発➢ 高温ガス炉は、超高温（900℃以上）の核熱利用※1を特徴とし、原子力エネルギーを高温熱源として利用可能。また、万一の事故により冷却材を失った場合でも、炉心の熱が原子炉外表面から自然に放熱・除去され、炉心溶融を起こさない優れた安全性（固有の安全性）を有する※1： 日本の高温ガス炉技術は、世界最高の950℃を達成しており、他国に比べて優位な技術を保有➢ 当社は水素製造に必要な熱源を供給する高温ガス炉を開発、大量かつ安定的な水素製造を実現し、鉄鋼業界※2をはじめとした産業界の脱炭素化に貢献※2： 鉄鋼業界では、水素還元製鉄への転換を目指した取組みが進められており、その実現には大量の水素が必要
当社取組み

鉄鋼業界

高温ガス炉
• CO２を発生しない高温(900℃以上)熱源

水素製造
熱高温ガス炉・水蒸気改質法↓将来的に↓
・CO2フリー水素製造技術
水素製造システム

水素還元製鉄水素• 高炉に投入するコークス(C)の一部を水素で代替、段階的に水素の添加割合を高め、CO2を低減• 将来は100%水素還元を目標

H2

高温ヘリウムガスによる熱供給© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

図引用：日本製鉄株式会社,
https://www.nipponsteel.com/
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高速炉の開発➢ 国は、核燃料サイクル政策の下、資源有効利用、高レベル放射性廃棄物の減容化、有害度の低減の観点から引き続き、高速炉開発を推進していく方針➢ 当社は、1970年代から実験炉“常陽”、原型炉“もんじゅ”開発、建設等の国家プロジェクトに参画。
2007年に国の高速炉開発の中核企業に選定されて以降、最も実績があるMOX燃料※1ナトリウム冷却高速炉を念頭に、21世紀半ば頃の高速炉運転開始を目標に開発を推進➢ 日仏国際協力にも参画し、ここで得た知見をベースに、厳しい地震条件などを考慮した国内にも適用可能な日本独自のプラント概念を開発中※1 MOX（混合酸化物；Mixed Oxide ）燃料：使用済燃料の再処理から得られるプルトニウムとウランを混合した燃料高速炉開発の意義

高速炉プラント概念（例）

電気出力65万kW

燃料

MOX燃料（混合酸化物燃料）（経済産業省からの受託事業である“高速炉の国際協力等に関する技術開発”の成果を含みます）© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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マイクロ炉の開発➢ エネルギーセキュリティ（備蓄）、離島・僻地・災害地用電源、宇宙開発など多目的利用を可能とするポータブル原子炉（コンテナ内に収納可能）を米国と協調しながら開発中➢ 燃料交換が不要で長期間の遠隔・自動運転、メンテナンスフリーを実現➢ 高熱伝導体※1を用いた全固体原子炉（環境へのリーク、事故原因を排除）
発熱部
（炉心）

制御ドラム
（原子炉の出力制御）
反射体

コンテナ内に原子炉＋発電設備を収納※1 黒鉛系材料

熱出力/電気出力1MWt/～500kWe

原子炉容器

炉心停止用制御棒
高熱伝導体（固体による炉心冷却）

宇宙© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

エネルギーセキュリティ（備蓄）

僻地・極地

災害地
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核融合炉の開発➢ 2050年以降も見据えた長期的視野に立ち、”地上の太陽”とも言われ、恒久的な夢のエネル
ギー源である核融合炉の開発を世界の主要な先進国と共同※1で推進中➢ 大型国際PJ ITER計画※2において、2025年のファーストプラズマに向けて、高度な詳細設計・製造技術を活かした主要機器の製造等を通じて引き続き貢献していく➢ 更にITER計画に続いて、核融合実現に必要な原型炉概念設計等の活動にも参画中※1 :7極(日,EU ,米,露,中,韓,印)政府、※2 :核融合実験炉の実現に向けた大型国際PJ

プロトタイプ製作を受注済
水平ランチャ（プラズマ加熱装置）

ダイバータ（外側ターゲット）(©ITER Organization, http://www.iter.org/)

世界に先駆け
初号機を出荷(右写真：完成式典の様子)

トロイダル磁場コイル© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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まとめ
◆ 原子力は確立したカーボンフリーかつ大規模・安定電源であり、エネルギーセキュリティ上の観点も含め重要なベースロード電源。2050年カーボンニュートラル達成に向け、将来に亘って原子力の活用が必須と認識◆ 原子力の持続的活用によって将来のエネルギー安定供給等に貢献するためには、新増設・リプレースは不可欠であり、世界に誇る日本の原子力技術、産業基盤を維持するためにも早期の新設計画の具体化が望まれる◆ 三菱重工は、既設プラントの再稼働支援/継続的な安全性向上に取り組むことで国民の信頼回復に努め、さらに世界最高水準の安全性を実現する次世代軽水炉の実用化により、カーボンニュートラルの実現に貢献していく◆ さらに、その先を見据えて、将来の多様化する社会ニーズに応える小型軽水炉、高温ガス炉、高速炉、マイクロ炉の開発や、恒久的な夢のエネルギー源である核融合炉の実用化への挑戦を続けていく© MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. All Rights Reserved.

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