국내 부지 특성을 반영한 확률론적 부지 리스크 평가에서의 호기 간 종속성 분석 방법론 개발

Abstract

After the Fukushima accident, interest in multi-unit accidents is growing. In Korea, due to the narrow site conditions, at least six nuclear reactors are installed per site. Therefore, the impact on multi-unit accidents may be large. Since the impact of such accidents should be evaluated at the site level, it is necessary to consider inter-unit dependencies that may affect multiple units on the site, including initiating events. In this study, a methodology was developed to analyze inter-unit dependency of initiating events, shared connection, identical component, and inter-unit seismic correlation, considering the site characteristics. For initiating events, possible events within the site are classified into Single Unit Initiator (SUI), Twin-unit Common-Cause Initiator (CCI) and site CCI considering the physical relationship. In addition, a unit group for each initiating event was defined by this relationship and a method of calculating the initiating event frequency using data collected from each group was presented. For AAC DG, a representative shared equipment between units, the probability of connecting AAC DG in each unit was calculated considering the combinations of the accident sequences in a Multi-unit Loss of Off-site Power (MULOOP). Reflecting this, AAC DG modeling method using IF-THEN logic was presented. For the off-site power recovery, the domestic LOOP history was divided into Single unit LOOP (SULOOP) and MULOOP, and the probability of failure of the off-site power recovery was re-evaluated. A method for off-site power recovery using the conditional failure probability was presented to consider the difference in available time due to different design characteristics. In addition, the identical component was analyzed by applying the concept of Common-Cause Failure (CCF). The inter-unit dependency level was determined by comparing the design and operational characteristics of units, and a method of calculating the inter-unit CCF probability using the conditional failure probability calculated by the Swain dependency model was presented. For inter-unit seismic correlation, the method established by Y. Ohtori et al. for a single unit was extended to multiple units and applied to calculate the inter-unit seismic correlation coefficient. In addition, a method of calculating the seismic CCF probability between units by reflecting this coefficient through the COREX (CORrelation EXplicit) program developed by W. S. Jung et al. was presented. In order to check the impact on the inter-unit dependency, the Probabilistic Site Risk Assessment (PSRA) for internal and seismic events was performed by considering various combinations of operation modes for 9 units installed in the reference site, the Kori site. In the case of internal events, the Multi-unit Core Damage Frequency (MUCDF) increased as the degree of inter-unit dependency in off-site power recovery and inter-unit CCF increased. In the case of seismic events, it was confirmed that the proportion of MUCDF among Site CDF (SCDF) was estimated relatively higher than that of internal events. In addition, as a result of changing the degree of inter-unit dependency to check the effect of inter-unit seismic correlation, SCDF decreased as the inter-unit dependency was set higher. However, the CDF in all units within the site was increased, and therefore the site risk may be large in terms of the impact of public health and safety. In this study, since the actual data required for the development of the methodology was insufficient, a methodology for analyzing the inter-unit dependency was developed assuming many assumptions. Therefore, in future work, it is necessary to collect as much data as possible and improve the methodology to reflect this. However, even with these limitations, the method of analyzing the inter-unit dependencies developed in this study can be used to develop site risk models for various sites not only in Korea but also abroad, and it is expected that it will be able to contribute to improving plant safety by deriving weaknesses not only from a single unit but also from a site.|일본 후쿠시마 원전 사고 이후, 다수기 동시사고에 대한 국내외 관심이 커지고 있다. 국내에서는 협소한 부지 여건으로 인해 최소 5개 이상의 원자로가 밀집해 있으며, 이로 인해 다수기 동시사고에 대한 영향이 클 수 있다. 이러한 사고는 부지 차원에서의 영향을 평가하여야 하므로 초기사건뿐만 아니라 부지 내 여러 호기에 영향을 줄 수 있는 호기 간 종속성을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 국내 부지 특성을 고려하여 초기사건, 공유 기기, 동일 기기에서의 호기 간 종속성 및 호기 간 지진상관성을 분석할 수 있는 방법론을 개발하였다. 초기사건에 대해서는 부지 내 발생가능한 사건을 단일기 초기사건(Single Unit Initiator, SUI)과 국내 부지 특성에 따른 물리적인 연관성을 고려하여 2개 호기 공통원인 초기사건(Common-Cause Initiator, CCI)과 부지 CCI로 분류하였다. 또한, 이러한 연관성을 반영하여 초기사건별 단위 그룹을 정의하고 각 그룹에서의 데이터를 이용하여 초기사건빈도를 계산하는 방법을 제시하였다. 공유 기기 측면에서는 대체교류 디젤발전기(Alternate AC Diesel Generator, AAC DG)와 소외전원 회복조치에서의 호기 간 종속성 분석 방법론을 개발하였다. 호기 간 대표 공유 기기인 AAC DG에 대해서는 다수기 소외전원 상실사고(Multi-unit Loss of Off-site Power, MULOOP)에서 발생가능한 호기별 사고경위 조합을 고려하여 조합별로 각 호기에서 AAC DG를 연결할 확률을 계산하였다. 이를 반영하여 각 호기에서의 AAC DG 이용가능성을 분석하였으며, IF-THEN 논리를 이용한 AAC DG 연결 확률 모델링 방법을 제시하였다. 소외전원 회복조치에서의 호기 간 종속성을 분석하기 위해, 국내 LOOP 이력을 단일기 소외전원 상실사고(Single unit LOOP, SULOOP) 및 MULOOP로 구분하여 각 사고에서의 소외전원 회복조치 실패확률을 재평가하였으며, 각기 다른 발전소 설계 특성에 따른 소외전원 회복 여유시간 차이를 고려할 수 있도록 시간별 조건부 실패확률을 이용한 소외전원 회복조치 모델링 방법을 제시하였다. 또한, 공통원인고장(Common-Cause Failure, CCF) 개념을 적용하여 동일 기기에서의 호기 간 종속성을 분석하였다. 호기 간 CCF 분석에서는 호기별 설계 및 운전 특성을 비교하여 호기 간 종속수준을 결정하고, Swain dependency model을 이용하여 계산한 종속수준별 조건부 CCF 발생확률을 이용하여 호기 간 CCF 확률을 계산하는 방법을 제시하였다. 호기 간 지진상관성은 단일기에 대해 정립된 Y. Ohtori et al.의 방법을 다수기로 확장하여 적용하고, 호기 간 지진상관계수를 계산할 수 있도록 하였다. 또한, W. S. Jung et al.이 개발한 COREX (CORrelation EXplicit) 프로그램을 통해 호기 간 지진상관계수를 반영하여 지진 CCF 확률을 도출하는 방법을 제시하였다. 호기 간 종속성 분석 방법론에 따른 영향을 확인하기 위해 고리 부지를 참조 부지로 하여 해당 부지 내 설치된 9개 호기를 대상으로 부지 내 다양한 운전모드 조합을 고려하여 내부사건, 지진사건에 대한 확률론적 부지 리스크 평가 모델을 개발하였다. 내부사건에서는 소외전원 회복조치와 호기 간 CCF에서의 호기 간 종속성이 증가할수록 다수기 노심손상빈도(Multi-unit Core Damage Frequency, MUCDF)가 증가하였다. 지진사건의 경우에는 부지 노심손상빈도(Site CDF, SCDF) 중 MUCDF가 차지하는 비중이 내부사건에 비해 상대적으로 높게 도출됨을 확인하였다. 또한 호기 간 지진상관성으로 인한 영향을 확인하기 위해 고려된 호기 간 종속성을 다르게 적용한 결과, 종속성을 높게 설정할수록 부지 노심손상빈도는 감소하지만 부지 내 모든 호기에서 노심손상이 발생하는 빈도가 크게 도출되어 발전소 외부의 사고영향 측면에서의 위험성이 클 수 있다. 따라서, 설계 개선 등을 통해 이와 관련된 호기 간 종속성을 낮추면 부지 안전성 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 방법론 개발에 필요한 실제 데이터가 부족한 상황이므로 많은 가정사항을 전제로 호기 간 종속성 분석 방법론을 개발하였다. 따라서 향후 연구에서는 최대한 많은 데이터를 확보하여 이를 반영한 방법론 개선이 필요하다. 하지만 이러한 한계점을 가지고 있다고 하더라도 본 연구에서 개발한 호기 간 종속성 분석 방법론은 국내뿐만 아니라 해외의 다양한 발전소 부지에서의 부지 리스크 모델을 개발하는 데 활용될 수 있으며, 단일기뿐만 아니라 부지 관점에서의 취약점을 도출하여 부지 안전성을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.