特開 2022-175232 出力制御方法、制御装置及び原子力プラント

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022175232

(43)【公開日】2022-11-25

(54)【発明の名称】出力制御方法、制御装置及び原子力プラント

(51)【国際特許分類】

   G21D 3/00 20060101AFI20221117BHJP

   G21D 3/04 20060101ALI20221117BHJP

【ＦＩ】

G21D3/00 D

G21D3/04 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021081470

(22)【出願日】2021-05-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】大槻 昇平

(72)【発明者】

【氏名】住田 裕之

(57)【要約】

【課題】原子炉の出力変動を抑制しつつ、原子力プラントの出力変動に対応することができる出力制御処理を提供する。
【解決手段】出力制御方法は、原子力プラントの出力変動を要求する要求信号を取得するステップと、蒸気加減弁について、要求信号が要求する出力に対応する蒸気加減弁の第１開度を算出するステップと、算出された前記第１開度が、原子力プラントの定格出力における蒸気加減弁の開度よりも小さい場合、要求された出力に基づいて、タービンをバイパスするバイパス経路に設けられたタービンバイパス弁の第２開度を算出するステップと、を有し、第２開度を算出するステップでは、全開よりも小さい所定の開度を上限として第２開度を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子炉と、蒸気発生器と、タービンと、を含む原子力プラントの出力変動を要求する要求信号を取得するステップと、
前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路に設けられた蒸気加減弁について、前記要求信号が要求する前記出力変動後の出力に対応する前記蒸気加減弁の開度である第１開度を算出するステップと、
算出された前記第１開度が、前記原子力プラントの定格出力における前記蒸気加減弁の開度よりも小さい場合、前記出力に基づいて、前記タービンをバイパスするバイパス経路に設けられたタービンバイパス弁の開度である第２開度を算出するステップと、
を有し、
前記第２開度を算出するステップでは、全開よりも小さい所定の開度を上限として前記第２開度が算出される、
出力制御方法。

【請求項2】

前記所定の開度は、負荷遮断時に前記タービンへ供給する必要が無い余剰の蒸気を逃すことができる追加の弁開度を確保した開度である、
請求項１に記載の出力制御方法。

【請求項3】

前記第２開度を算出するステップでは、前記出力が小さい程、前記第２開度を大きく設定し、前記出力が大きい程、前記第２開度を小さく設定することを定め、且つ、前記第２開度が前記所定の開度に達すると、前記出力が小さくなっても前記所定の開度を維持することを定めた対応テーブル情報と、前記出力と、に基づいて前記第２開度を算出する、
請求項１または請求項２に記載の出力制御方法。

【請求項4】

前記第１開度を算出するステップでは、前記原子力プラントの出力を低下させる場合には、前記第１開度を減少させ、前記原子力プラントの出力を上昇させる場合には、前記第１開度を増加させる、
請求項３に記載の出力制御方法。

【請求項5】

前記原子力プラントの出力を低下させる場合、前記タービンバイパス弁の開度制御により達成することができる前記原子力プラントの出力低下分を除いた残りの出力の低下分を、前記原子炉の出力低下によって達成するように前記原子炉の出力制御を行うステップ、
をさらに有する請求項１から請求項４の何れか１項に記載の出力制御方法。

【請求項6】

原子炉と、蒸気発生器と、タービンと、を含む原子力プラントの出力変動を要求する要求信号を取得する信号取得部と、
前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路に設けられた蒸気加減弁について、前記要求信号が要求する前記出力変動後の出力に対応する前記蒸気加減弁の開度である第１開度を算出する蒸気加減弁制御部と、
算出された前記第１開度が、前記原子力プラントの定格出力における前記蒸気加減弁の開度よりも小さい場合、前記タービンをバイパスするバイパス経路に設けられたタービンバイパス弁の開度である第２開度を前記出力に基づいて算出するバイパス弁制御部と、
を有し、
前記バイパス弁制御部は、全開よりも小さい所定の開度を上限として前記第２開度を算出する、
制御装置。

【請求項7】

原子炉と、蒸気発生器と、タービンと、
前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路と、前記供給経路に設けられた蒸気加減弁と、
前記タービンをバイパスするバイパス経路と、前記バイパス経路に設けられたタービンバイパス弁と、
請求項６に記載の制御装置と、
を備える原子力プラント。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、出力制御方法、制御装置及び原子力プラントに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、原子力プラントは一定の出力で運転されることが多かったが、再生可能エネルギーの普及等を背景として、柔軟に出力を調整して運転することが求められるようになっている。原子力プラントの発電量を変動させるには、蒸気加減弁の開度を調節することによって、発電機を駆動するタービンへの蒸気の供給量を変動させる。具体的には、原子力プラントの発電量を低下させる場合、蒸気の供給量を減少させ、原子力プラントの発電量を上昇させる場合、蒸気の供給量を増加させる。特許文献１、２には、ＢＷＲ（Boiling Water Reactor）型の原子力プラントについて、蒸気加減弁の開度を調節することによって、負荷変更要求に対し負荷追従運転を行うことが開示されている。また、特許文献１、２には、蒸気加減弁の開度制御と合わせて、タービンをバイパスするように設けられた配管に設けられたタービンバイパス弁の開閉を行って、タービンへの蒸気の供給量を調整することが開示されている。

【0003】

タービンへの蒸気の供給量を増減させるためには、蒸気加減弁等の調整と並行して、蒸気発生器で生成される蒸気の量を増減させる制御が行われる。これは、原子炉の出力を増減させることによって実現される。即ち、原子炉の出力を上昇させると、蒸気発生器で発生される蒸気の量が増加し、原子炉の出力を減少させると、蒸気発生器で発生される蒸気の量が減少する。原子炉の出力制御は、一次冷却水のホウ素濃度の調節や制御棒の位置制御などの方法によって行われる。例えば、ホウ素濃度の上昇や制御棒の挿入によって、原子炉の出力は低下し、ホウ素濃度の低下や制御棒の引き抜きによって、原子炉の出力は上昇する。

【0004】

原子炉の出力を変動させることには様々な制限が付随する。例えば、制御棒の挿入具合によって原炉内の核反応に偏りが生じ、炉内の出力分布に偏りが生じるが、これを安全上問題ない範囲で運転する制約がある。また、制御棒を挿入した状態で原子を運転することは、制御棒に負担を掛け、制御棒の健全性を損なわせることにつながる。また、原子炉出力の変動は、蒸気加減弁等の開閉による出力調整に比べ時間を要する。特許文献１には、原子炉出力と原子力プラントの発電量のミスマッチを吸収するためにタービンバイパス弁を開くことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５－２２２２３０号公報

【特許文献2】特開２０１９－１４８５３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

原子炉の出力変動をできるだけ抑制しつつ、原子力プラントの発電量を変動させることができる制御方法が求められている。

【0007】

本開示は、上記課題を解決することができる出力制御方法、制御装置及び原子力プラントを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の出力制御方法は、原子炉と、蒸気発生器と、タービンと、を含む原子力プラントの出力変動を要求する要求信号を取得するステップと、前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路に設けられた蒸気加減弁について、前記要求信号が要求する前記出力変動後の出力に対応する前記蒸気加減弁の開度である第１開度を算出するステップと、算出された前記第１開度が、前記原子力プラントの定格出力における前記蒸気加減弁の開度よりも小さい場合、前記出力に基づいて、前記タービンをバイパスするバイパス経路に設けられたタービンバイパス弁の開度である第２開度を算出するステップと、を有し、前記第２開度を算出するステップでは、全開よりも小さい所定の開度を上限として前記第２開度が算出される。

【0009】

本開示の制御装置は、原子炉と、蒸気発生器と、タービンと、を含む原子力プラントの出力変動を要求する要求信号を取得する信号取得部と、前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路に設けられた蒸気加減弁について、前記要求信号が要求する前記出力変動後の出力に対応する前記蒸気加減弁の開度である第１開度を算出する蒸気加減弁制御部と、算出された前記第１開度が、前記原子力プラントの定格出力における前記蒸気加減弁の開度よりも小さい場合、前記タービンをバイパスするバイパス経路に設けられたタービンバイパス弁の開度である第２開度を前記出力に基づいて算出するバイパス弁制御部と、を有し、前記バイパス弁制御部は、全開よりも小さい所定の開度を上限として前記第２開度を算出する。

【0010】

本開示の原子力プラントは、原子炉と、蒸気発生器と、タービンと、前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路と、前記供給経路に設けられた蒸気加減弁と、前記タービンをバイパスするバイパス経路と、前記バイパス経路に設けられたタービンバイパス弁と、上記の制御装置と、を有する。

【発明の効果】

【0011】

上述の出力制御方法、制御装置及び原子力プラントによれば、原子炉の出力変動を抑制しつつ、原子力プラントの発電量の変動に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態に係る原子力プラントの概略を示す模式図である。

【図2】実施形態に係るタービンバイパス弁の制御について説明する図である。

【図3】実施形態に係るバイパスを流れる蒸気流量、原子炉出力およびタービン出力の関係を示す図である。

【図4】実施形態に係る出力制御の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

＜実施形態＞
以下、本開示の出力制御について、図１～図４を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。「ＸＸまたはＹＹ」とは、ＸＸとＹＹのうちいずれか一方の場合に限定されず、ＸＸとＹＹの両方の場合も含み得る。これは選択的要素が３つ以上の場合も同様である。

【0014】

（構成）
図１は、ＰＷＲ（Pressurized Water Reactor）型の原子力プラントの概略を示す模式図である。原子力プラント１００は、原子炉１と、蒸気発生器４と、タービン６と、復水器７と、制御装置１０と、を備える。

【0015】

原子炉１には、燃料クラスタ２と、複数の制御棒３と、が設けられている。複数の制御棒３は、炉心軸方向に上下させて原子炉１の出力を制御する。原子炉１の出力の目標値に対応する制御棒３の位置は予め定められている。後述するように本実施形態では、原子力プラント１００の発電量を同じ量だけ変動させる場合に、従来の制御方法よりも制御棒３の駆動量を小さくすることができ、原子炉１の出力変動を小さくすることができる。

【0016】

原子炉１と蒸気発生器４とは、配管Ｌ１、Ｌ２により接続されており、原子炉１と、配管Ｌ１と、蒸気発生器４と、配管Ｌ２とを通じて一次冷却材を循環させる。一次冷却材が循環する系統を一次冷却系統と呼ぶ。一次冷却系統には、一次冷却材に含まれるホウ素の濃度を調整するホウ素濃度調整装置９が設けられている。例えば、ホウ素濃度調整装置９から一次冷却材にホウ素を添加することにより、原子炉１の出力を低下させることができる。ホウ素濃度を希釈する場合、ホウ素濃度調整装置９から純水を一次冷却材に注入する。後述するように本実施形態では、原子力プラント１００の発電量を同じ量だけ変動させる場合に、従来の制御方法よりもホウ素濃度の希釈や濃縮に要するホウ素の添加量や純水の注入量を少なくすることができる。

【0017】

蒸気発生器４は、タービン６を含む二次冷却系統を流通する二次冷却水と、一次冷却系統を循環する一次冷却水とを熱交換させて、二次冷却水を加熱し、蒸気を発生させる。二次冷却系統は、蒸気発生器４とタービン６との間で、熱媒体（水蒸気又は水）を循環させる。二次冷却系統では、熱媒体を、蒸気発生器４と、配管Ｌ３と、タービン６と、配管Ｌ４と、復水器７と、配管Ｌ５と、を通して循環させている。蒸気発生器４が発生させた蒸気は、配管Ｌ３を通じてタービン６へ供給される。配管Ｌ３には、ガバナ弁（蒸気加減弁）５が設けられている。ガバナ弁５の開度を増加させるとタービン６へ供給される蒸気流量が増加し、ガバナ弁５の開度を減少させるとタービン６へ供給される蒸気流量が減少する。

【0018】

タービン６は、蒸気発生器４で発生させた蒸気によって、主軸が回転駆動される蒸気タービンである。このタービン６の主軸には、図示しない発電機が接続されている。発電機は、タービン６の主軸の回転エネルギーを電気エネルギーに変換し発電する。発電機で発電された電力は、例えば、原子力プラント１００の外部等に供給される。タービン６の出力は原子力プラント１００の発電量と対応している。

【0019】

タービン６の出力を上昇させる場合、ガバナ弁５の開度を増加させ、タービン６の出力を低下させる場合、ガバナ弁５の開度を減少させる。ガバナ弁５の開度制御に合わせ、一次冷却系統では、二次冷却系統で循環する熱媒体の流量（蒸気流量）とバランスを取るようにして原子炉１の出力が調整される。タービン６の出力を上昇させる場合、原子炉１の出力（熱出力）を上昇させて、蒸気発生器４が発生させる蒸気を増加させる。タービン６の出力を低下させる場合、原子炉１の出力（熱出力）を低下させ、蒸気発生器４が発生させる蒸気を減少させる。原子炉１の出力制御には、ホウ素濃度の調整や制御棒３の位置制御が用いられる。

【0020】

タービン６を経た蒸気は、配管Ｌ４を通じて復水器７へ送られる。復水器７は、タービン６から吐出された蒸気を冷却して復水（凝縮）させる。復水器７により凝縮された水は、配管Ｌ５を通して、蒸気発生器４に戻される。

【0021】

バイパス管Ｌ６は、タービン６をバイパスするように配管Ｌ３と配管Ｌ４とを連通する。つまり、二次冷却系統におけるタービン６およびガバナ弁５よりも上流側（蒸気発生器４に近い側）と、タービン６よりも下流側且つ復水器７の上流側とを接続している。バイパス管Ｌ６には、タービンバイパス弁８（以下、バイパス弁８と記載する場合がある。）が設けられている。バイパス弁８を閉とすると、蒸気発生器４で発生させた蒸気は全てタービン６へ供給され、バイパス弁８を開とすると、蒸気の一部はタービン６へ供給されることなく、復水器７へと送られる。バイパス管Ｌ６を通じて復水器７へと送られる蒸気は、タービン６の出力に寄与しない。通常、バイパス弁８は、閉状態に制御され、負荷遮断等の大きな外乱が発生したときに使用される。つまり、負荷遮断時など、短時間で大幅に原子力プラント１００の発電量を低下させる必要がある場合に、バイパス弁８を開として、蒸気を逃がし、急速にタービン６の出力を低下させる目的で使用される。

【0022】

制御装置１０は、原子力プラント１００を制御する。制御装置１０は、信号取得部１１と、制御部１２と、を備える。
信号取得部１１は、原子力プラント１００に要求する発電量の大きさを示すタービンガバナ弁開度要求信号を取得する。例えば、タービンガバナ弁開度要求信号（以下、要求信号と記載する場合がある。）には、１００％の定格出力（定格の発電量）での運転を要求する情報や、定格出力の５０％での運転を要求する情報などが含まれている。

【0023】

制御部１２は、制御棒３、ホウ素濃度調整装置９、ガバナ弁５、バイパス弁８などを動作させて、原子力プラント１００（タービン６）の発電量を、要求信号が示す値へ制御する。例えば、制御部１２は、要求信号が示す目標出力（目標発電量）に合わせて、ガバナ弁５の開度を変えて、タービン６へ供給する蒸気流量を調整する。また、制御部１２は、調整後の蒸気流量に応じた原子炉１の出力とすべく、制御棒３の位置や一次冷却水のホウ素濃度を調節する。タービンガバナ弁開度要求信号を取得した際に、当該要求信号が示すタービン６の目標出力に合わせてガバナ弁５の開度を制御してタービン６へ供給する蒸気流量を調節し、タービン６へ供給する蒸気流量とバランスするように原子炉１の出力を調整する制御は、ＰＷＲ型の原子力プラントにおける一般的な出力制御である。

【0024】

説明の便宜のため、以下では、一般的な出力制御により、原子力プラント１００の発電量（タービン６の出力）を定格出力のＸ％に低下させるためには、蒸気流量をＸ％にしなければならず、蒸気流量（蒸気発生器４による蒸気の発生量）をＸ％にするためには、原子炉１の出力をＸ％にしなければならないとする。すると、一般的な出力制御を用いて、タービン６の出力を定格出力の５０％にするためには、原子炉１の出力を５０％にしなければならない。原子炉１の出力を５０％低下させるためには、例えば、原子炉１の出力を８０％に低下させる場合と比較して、制御棒３の駆動量やホウ素濃度の希釈・濃縮の調整量が多く、一次冷却系統側の処理負担が大きい。また、出力が５０％にて整定するまでの時間も長くなりがちである。また、原子炉１の出力を低下させる程度が大きいと、それだけ制御棒３を深く挿入した状態で運転することになり、制御棒３の劣化などを招きやすくなる。これらのことを勘案すると、一次冷却系統側の出力変動をできるだけ抑制して、タービン６の出力を要求信号にて要求される出力に追従させることが好ましい。そこで、本実施形態では、バイパス弁８の本来の目的・役割を損なわない範囲で、タービン６の出力変動を達成するためにバイパス弁８を活用し、一次冷却系統側の処理負担を軽減する。また、その際、一般的な出力制御の際に用いられているタービンガバナ弁開度要求信号を流用する。

【0025】

制御部１２は、ガバナ弁制御部１３と、バイパス弁制御部１４と、を備える。バイパス弁制御部１４は、タービン６の出力を変動させる際に、目標出力に基づいて、ガバナ弁５と連動させてバイパス弁８の開度を変更する。ここで、図２を参照する。

【0026】

図２は、実施形態に係るタービンバイパス弁の制御について説明する図である。
図２にガバナ弁５の開度とバイパス弁８の開度の関係を示す。対応テーブル２１は、ガバナ弁５の開度とタービン６の出力との関係を定めている。対応テーブル２１の縦軸はガバナ弁５の開度、横軸はタービン６の出力を示している。対応テーブル２２は、バイパス弁８の開度とタービン６の出力との関係を定めている。対応テーブル２２の縦軸はバイパス弁８の開度、横軸はタービン６の出力を示している。制御部１２は、対応テーブル２１と対応テーブル２２を有している。制御部１２は、タービンガバナ弁開度要求信号を取得すると、ガバナ弁制御部１３とバイパス弁制御部１４にそれぞれ、ガバナ弁５とバイパス弁８の制御を指示する。ガバナ弁制御部１３は、対応テーブル２１に基づいて、ガバナ弁５の開度を決定する。図示するように、対応テーブル２１には、タービン６の出力が上昇すると、ガバナ弁５の開度が増加し、タービン６の出力が低下すると、ガバナ弁５の開度が低下するように設定されている。例えば、出力を５０％に低下させる場合、ガバナ弁制御部１３は、対応テーブル２１に基づいて、ガバナ弁５の開度をＡ％と算出する。ガバナ弁制御部１３は、ガバナ弁５の開度をＡ％に制御する。

【0027】

一方、バイパス弁制御部１４は、ガバナ弁制御部１３によるガバナ弁５の開度指令値（この例の場合、Ａ％）が定格出力に対応する開度（例えば、Ａ１％）よりも減少している場合、対応テーブル２２に基づいて、バイパス弁８の開度を算出する。図示するように、対応テーブル２２は、ガバナ弁５の開度が増加（タービン６の出力上昇）すると、バイパス弁８の開度が減少し、ガバナ弁５の開度が減少（タービン６の出力低下）すると、バイパス弁８の開度が増加するように設定されている。通常は閉状態のバイパス弁８を開き始める制御点Ｂは、出力１００％の位置になるべく近いこと（例えば、１００％位置と一致させてもよい。）が好ましい。つまり、タービン６の目標出力が定格出力から低下したときになるべく速やかにバイパス弁８が開き始めるように制御されることが好ましい。このように設定することにより、一次冷却系統の処理負担を軽減することができる（後述）。

【0028】

また、バイパス弁８の本来の目的は、送電系統の異常等で負荷遮断等が発生した際に、一定量の除熱量（蒸気流量の逃がし量）を確保することであり、負荷が接続されている運転状態においてバイパス弁８を全開としてしまうと、負荷遮断時に本来の役割を果たすことができない。バイパス弁８の開度は、タービン６の出力に応じて、負荷遮断発生時に必要な除熱量を確保可能な弁開度余裕を有している必要がある。この弁開度余裕を確保するために、図２の例では、負荷遮断が生じても最低限必要な徐熱量を確保することができる開度Ｃ％を上限として、バイパス弁８を開くことができるように定められている。

【0029】

本実施形態では、タービンガバナ弁開度要求信号を取得すると、ガバナ弁５とバイパス弁８の開度制御を並行して行うことにより、原子力プラント１００の出力変動（発電量の変動）に対応する。ここで再び図１を参照する。上記した例と同様に、原子力プラント１００の発電量（タービン６の出力）を定格出力の５０％まで低下させる場合について検討する。まず、一般的な出力制御と同様にして、原子炉１の出力を５０％まで低下させることを考える。上述のとおり、本実施形態では、タービン６の出力を低下させる場合、バイパス弁制御部１４が、対応テーブル２２に基づいてバイパス弁８を開く制御を行う。ここでは、一例として、対応テーブル２２に基づいてバイパス弁８を開くことにより、５０％に低下した蒸気流量のうちの２０％がバイパス管Ｌ６へ流れ、タービン６へは残りの３０％が供給されるとする。また、タービン６へ供給される蒸気流量が定格出力時の３０％に低下したときのタービン６の出力が定格出力の３０％であるとする。すると、本実施形態によれば、バイパス弁８の開度制御と合わせて、原子炉１の出力を５０％にすることにより、タービン６の出力を３０％にまで低下することができる。換言すれば、バイパス弁８の開度制御を加えることによって、タービン６の出力を定格出力の５０％に低下させるために、原子炉１の出力を５０％にまで低下させる必要が無くなる。

【0030】

例えば、ガバナ弁５とバイパス弁８の開度制御を並行して行うことにより、原子炉１の出力を８０％まで低下させることによって、タービン６の出力を５０％に低下させることができるとする。また、原子炉１の出力を８０％とすることに対応するガバナ弁５の開度が８０％であるとする。すると、制御部１２は、原子力プラント１００の発電量を５０％にすることを要求する要求信号を取得すると、対応テーブル２１に基づいて、この要求をガバナ弁５の開度８０％に換算する。つまり、対応テーブル２１には、従来のバイパス弁８を併用しない場合に必要となるガバナ弁５の開度ではなく、バイパス弁８を併用する場合のタービン６の出力とガバナ弁５の開度が対応付けられている。ここでタービン６の出力を低下させる場合、出力低下後のガバナ弁５の開度は、本実施形態の出力制御によるガバナ弁５の開度＞一般的な出力制御によるガバナ弁５の開度が成立する。また、対応テーブル２２には、ガバナ弁５の開度制御と併用してバイパス弁８の開度制御を行う場合に、目標出力（目標発電量）を達成する為のタービン６の出力とバイパス弁８の開度が対応付けられている。このような対応テーブル２１、２２に基づいて、ガバナ弁５とバイパス弁８の開度制御を並行して行うことで、従来に比べて原子炉１の出力を変動させること無く（ガバナ弁５の開度を大きく変更すること無く）、原子力プラント１００の出力を所望の値に制御することができる。また、ガバナ弁５とバイパス弁８を併用して、タービン６へ供給する蒸気流量を低下させることにより、速やかにタービン６の出力を低下させることができる。また、一次冷却系統の出力変動を抑制することによって、従来の制御方法で出力制御を行う場合に比べて安定した運転が可能になる。

【0031】

（動作）
次に図３、図４を参照して、本実施形態の出力制御における原子力プラント１００の動作について説明する。図３は、実施形態に係るバイパス配管Ｌ６を流れる蒸気流量、原子炉出力およびタービン出力の関係を示す図である。図４は、実施形態に係る出力制御の一例を示すフローチャートである。

【0032】

図３のグラフの縦軸は出力又は蒸気流量を示し、横軸は時間を示す。グラフ３１，３２，３３は、それぞれ、原子炉１の出力と、タービン６の出力と、バイパス弁８の開度変化の一例を示す。信号取得部１１は、ｔ＝０にタービン６の出力を定格出力の３０％まで低下させる要求信号を取得し、ｔ＝ｔ１にタービン６の出力を定格出力に戻すことを要求する要求信号を取得する。この場合の処理の流れを図４のフローチャートに沿って説明する。

【0033】

（ｔ０：出力低下）
時間ｔ０に信号取得部１１が出力を３０％まで低下させることを要求するタービンガバナ弁開度要求信号を取得すると（ステップＳ１）、信号取得部１１は、制御部１２へこの信号を出力する。制御部１２では、ガバナ弁制御部１３が、対応テーブル２１に基づいて、出力３０％に対応するガバナ弁５の開度を算出する（ステップＳ２）。ガバナ弁制御部１３は、ガバナ弁５の現在の開度とステップＳ２で算出した開度をバイパス弁制御部１４へ出力する。次にガバナ弁制御部１３は、ガバナ弁５の開度がステップＳ２で算出した開度となるよう制御する（ステップＳ３）。出力低下の場合、ガバナ弁制御部１３は、ガバナ弁５の開度を減少させる。この制御と連動して、制御部１２は、低下後のガバナ弁５の開度が示す蒸気流量に対応するだけの蒸気を蒸気発生器４にて発生させるように、原子炉１の出力を制御する（ステップＳ４）。これにより、原子炉１の出力がグラフ３１に示すように低下する。ここで、従来であれば、タービン６の出力を定格出力の３０％まで低下させる場合、原子炉１の出力を３０％まで低下させる必要があるが、本実施形態では、バイパス弁８の制御により達成することができるタービン６の出力低下分を考慮して、残りの出力低下分をガバナ弁５により制御するため、原子炉１の出力低下をグラフ３１に示すレベル（例えば５０％程度）に抑制することができる。

【0034】

これと並行して（バイパス弁８を開き始めるタイミングは、対応テーブル２２の制御点Ｂに依存する。）、バイパス弁制御部１４は、ガバナ弁制御部１３から取得した変更前のガバナ弁５の開度または変更後のガバナ弁５の開度が、定格出力におけるガバナ弁５の開度よりも小さい場合、対応テーブル２２に基づいて、出力変動に対応したバイパス弁８の開度を算出する（ステップＳ５）。バイパス弁制御部１４は、対応テーブル２２に基づいて、タービン６の出力を３０％まで低下させることに対応するバイパス弁８の開度を算出する。次にバイパス弁制御部１４は、バイパス弁８の開度がステップＳ５で算出した開度となるよう制御する（ステップＳ６）。バイパス弁制御部１４は、所定の開度（例えば、Ｃ％）を上限とする出力３０％に対応付けられた開度までバイパス弁８を開く。これによって、グラフ３３に示すように、バイパス配管Ｌ６を蒸気が流れるようになる。原子炉１の出力低下とバイパス管Ｌ６を流れる蒸気流量の増加により、タービン６の出力は定格出力の３０％まで低下する。

【0035】

（ｔ１：出力上昇）
時間ｔ１に信号取得部１１が出力を１００％まで上昇させることを要求するタービンガバナ弁開度要求信号を取得すると（ステップＳ１）、信号取得部１１はこの信号を制御部１２へ出力する。制御部１２では、ガバナ弁制御部１３が、対応テーブル２１に基づいて、出力１００％に対応するガバナ弁５の開度を算出する（ステップＳ２）。ガバナ弁制御部１３は、変更前と変更後のガバナ弁５の開度をバイパス弁制御部１４へ出力する。ガバナ弁制御部１３は、ガバナ弁５の開度がステップＳ２で算出した開度（例えば、Ａ１％）となるよう制御する（ステップＳ３）。この制御と連動して、制御部１２は、原子炉１の出力を定格出力に制御する（ステップＳ４）。これにより、原子炉１の出力がグラフ３１に示すように１００％まで回復する。タービン６の出力を３０％へ低下させたときに、原子炉１の出力を５０％までしか低下させていない為、従来よりも少ない処理負担（制御棒３の駆動量が少ない、ホウ素濃度制御におけるホウ素や純水の添加量が少ない、定格出力に整定させるまでに要する時間が短いなど。）で原子炉１の出力を定格出力まで回復させることができる。

【0036】

これと並行して、バイパス弁制御部１４は、ガバナ弁制御部１３から取得した変更前のガバナ弁５の開度または変更後のガバナ弁５の開度が定格出力における開度（Ａ１％）よりも小さいかどうかを確認する。この例の場合、変更前のガバナ弁５の開度が、定格出力における開度より小さい。バイパス弁制御部１４は、対応テーブル２２に基づいて、タービン６の定格出力に対応するバイパス弁８の開度を算出する（ステップＳ５）。バイパス弁制御部１４は、バイパス弁８の開度がステップＳ５で算出した開度となるよう制御する（ステップＳ６）。タービン６の出力が定格出力（１００％）となる場合のバイパス弁８の開度は０％であるから、バイパス弁８は閉状態となり、バイパス管Ｌ６を流れる蒸気流量は０になる。グラフ３２に示すように、時間ｔ２において、原子炉１の出力回復とバイパス管Ｌ６を流れる蒸気流量が０となることにより、タービン６の出力は定格出力まで回復する。

【0037】

（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、原子力プラント１００の出力変動時に、ガバナ弁５とバイパス弁８を併用して制御することにより、原子炉１の出力変動を抑制しつつ、原子力プラント１００の出力変動を達成することができる。また、本実施形態によれば、原子力プラント１００の出力変動に対応するために、定格出力で運転しているときには閉状態となっているバイパス弁８を開くが、所定の開度を上限として、開き代を残した状態でバイパス弁８を開くので、出力変動後の運転において負荷遮断が発生した場合でも、負荷遮断に対応して、残りの開き代の分だけバイパス弁８を開くことで、急激な出力低下の要求に対応することができる。また、従来の制御であれば、原子炉１が出力変動できるスピードに合わせて、原子力プラント１００の出力変動に対応しなければならないが、本実施形態によれば、原子炉１の出力変動を小さくし、さらにバイパス弁８を併用することで、従来に比べて短時間で原子力プラント１００の出力を変動させることができる。

【0038】

上述の制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、主記憶装置、補助記憶装置などを備えるコンピュータに実装され、上述した各機能は、プロセッサが、補助記憶装置が記憶するプログラムを実行することにより実現される。プロセッサは、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置に確保する。プロセッサは、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置に確保する。なお、制御部１２、ガバナ弁制御部１３、バイパス弁制御部１４の各処理のうち一部又は全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアが実行してもよい。

【0039】

以上のとおり、本開示に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0040】

＜付記＞
各実施形態に記載の出力制御方法、制御装置及び原子力プラントは、例えば以下のように把握される。

【0041】

（１）第１の態様に係る出力制御方法は、原子炉１と、蒸気発生器４と、タービン６と、復水器７と、を含む原子力プラント１００の出力（発電量）を変動させることを要求する出力変動信号（タービンガバナ弁開度要求信号）を取得するステップ（ステップＳ１）と、前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路に設けられた蒸気加減弁（ガバナ弁５）について、前記要求信号が要求する前記出力（発電量）に対応する前記蒸気加減弁の開度である第１開度を算出するステップと（ステップＳ２）、算出された前記第１開度が、前記原子力プラントの定格出力（定格の発電量）における前記蒸気加減弁の開度よりも小さい場合（出力低下時）、前記出力（発電量）に基づいて、前記タービンをバイパスするバイパス経路に設けられたタービンバイパス弁８の開度である第２開度を算出するステップと（ステップＳ５）、を有し、前記第２開度を算出するステップでは、全開よりも小さい所定の開度（Ｃ％）を上限として前記第２開度が算出される。
これにより、原子炉１の出力変動を抑制しつつ、原子力プラントの出力（発電量）変動に対応することができる。また、負荷遮断に対応することができる。

【0042】

（２）第２の態様に係る出力制御方法は、（１）の出力制御方法であって、前記所定の開度は、負荷遮断時に前記タービンへ供給する必要が無い余剰の蒸気を逃すことができる追加の弁開度を確保した開度である。
これにより、原子力プラントの発電量を変動する運転において、タービンバイパス弁８を開いたとしても負荷遮断に対応することができる。

【0043】

（３）第３の態様に係る出力制御方法は、（１）～（２）の出力制御方法であって、前記第２開度を算出するステップでは、前記出力（発電量）が小さい程、前記第２開度を大きく設定し、前記出力が大きい程、前記第２開度を小さく設定することを定め、且つ、前記第２開度が前記所定の開度に達すると、前記出力が小さくなっても前記所定の開度を維持することを定めた対応テーブル情報、と前記出力に基づいて前記第２開度を算出する。
出力低下の大きさに応じて、より多くの低下分をバイパス弁８の制御によって吸収することによって、一次冷却系統で対応しなければならない出力変動を軽減することができる。また、出力低下が大きくなってもバイパス弁８の開度を所定の開度に維持することで、負荷遮断に対応することができる。

【0044】

（４）第４の態様に係る出力制御方法は、（３）の出力制御方法であって、前記第１開度を算出するステップでは、前記原子力プラントの出力（発電量）を低下させる場合には、前記第１開度を減少させ、前記原子力プラントの出力（発電量）を上昇させる場合には、前記第１開度を増加させる。
原子力プラントの出力（発電量）に応じて、タービン６へ供給する蒸気の量を増減させる。そのうえで、（３）の出力制御を行うことにより、従来から実施されている原子力プラントの出力制御に大きな影響を与えることなく原子力プラントの出力（発電量）を制御することができる。

【0045】

（５）第５の態様に係る出力制御方法は、（１）～（４）の出力制御方法であって、前記原子力プラントの出力（発電量）を低下させる場合、前記タービンバイパス弁の開度制御により達成することができる前記原子力プラントの出力（発電量）低下分を除いた残りの出力（発電量）の低下分を、前記原子炉の出力低下によって達成するように前記原子炉の出力制御を行うステップ（ステップＳ４）、をさらに有する。
これにより、原子炉１の出力変動を抑制することができる。

【0046】

（６）第６の態様に係る制御装置１０は、原子炉と、蒸気発生器と、タービンと、復水器と、を含む原子力プラントの出力（発電量）変動を要求する出力変動信号を取得する信号取得部１１と、前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路に設けられた蒸気加減弁について、前記要求信号が要求する前記出力（発電量）に対応する前記蒸気加減弁の開度である第１開度を算出する蒸気加減弁制御部（ガバナ弁制御部１３）と、算出された前記第１開度が、前記原子力プラントの定格出力（定格の発電量）における前記蒸気加減弁の開度よりも小さい場合、前記タービンをバイパスするバイパス経路に設けられたタービンバイパス弁の開度である第２開度を前記出力（発電量）に基づいて算出するバイパス弁制御部１４と、を有し、前記バイパス弁制御部１４は、全開よりも小さい所定の開度を上限として前記第２開度を算出する。

【0047】

（７）第７の態様に係る原子力プラントは、原子炉と、蒸気発生器と、タービンと、復水器と、前記蒸気発生器から前記タービンへ供給される蒸気の供給経路と、前記供給経路に設けられた蒸気加減弁と、前記タービンをバイパスするバイパス経路と、前記バイパス経路に設けられたタービンバイパス弁と、（６）の制御装置と、を備える。

【符号の説明】

【0048】

１・・・原子炉
２・・・燃料クラスタ
３・・・制御棒
４・・・蒸気発生器
５・・・ガバナ弁
６・・・タービン
７・・・復水器
８・・・バイパス弁
９・・・ホウ素濃度調整装置
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５・・・配管
１０・・・制御装置
１１・・・信号取得部
１２・・・制御部
１３・・・ガバナ弁制御部
１４・・・バイパス弁制御部
２１、２２・・・対応テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】