(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】P2023076833
(43)【公開日】2023-06-05
(54)【発明の名称】原子力プラント及びその運転方法
(51)【国際特許分類】
G21D 9/00 20060101AFI20230529BHJP
G21D 5/02 20060101ALI20230529BHJP
G21D 3/12 20060101ALI20230529BHJP
【ＦＩ】
G21D9/00
G21D5/02
G21D3/12 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021189781
(22)【出願日】2021-11-24
(71)【出願人】
【識別番号】507250427
【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】片桐 幸徳
(72)【発明者】
【氏名】村上 洋平
(57)【要約】
【課題】負荷要求に応じて電力系統への出力を調整しつつ原子炉の熱出力の有効活用及び変化抑制が可能な原子力プラント及びその運転方法を提供する。
【解決手段】原子力プラントは、負荷要求に対して原子炉の熱出力に余剰が無い場合、原子炉の熱出力の全量を蒸気タービンに導入して発電させ水素製造システムを停止させる第１運転を行い、原子炉の熱出力に余剰が有り且つ熱出力の余剰分が水素製造システムの上限以下の場合、原子炉の熱出力を維持すると共に熱出力の一部を蒸気タービンに導入して発電させ残りを水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行い、原子炉の熱出力の余剰分が水素製造システムの上限を超える場合、熱出力の余剰分が水素製造システムの上限以下となるよう原子炉の熱出力を低下させると共に熱出力の一部を蒸気タービンに導入して発電させ残りを水素製造システムに供給して水素を製造させる第３運転を行う。
【選択図】 図６
【解決手段】原子力プラントは、負荷要求に対して原子炉の熱出力に余剰が無い場合、原子炉の熱出力の全量を蒸気タービンに導入して発電させ水素製造システムを停止させる第１運転を行い、原子炉の熱出力に余剰が有り且つ熱出力の余剰分が水素製造システムの上限以下の場合、原子炉の熱出力を維持すると共に熱出力の一部を蒸気タービンに導入して発電させ残りを水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行い、原子炉の熱出力の余剰分が水素製造システムの上限を超える場合、熱出力の余剰分が水素製造システムの上限以下となるよう原子炉の熱出力を低下させると共に熱出力の一部を蒸気タービンに導入して発電させ残りを水素製造システムに供給して水素を製造させる第３運転を行う。
【選択図】 図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力系統に接続され、原子炉で発生した蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電する原子力発電システムと、
前記原子炉で発生した蒸気が供給可能に構成され、前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成すると共に生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造システムと、
前記原子力発電システムに要求される前記電力系統への発電出力を指示する負荷要求が外部から入力され、前記負荷要求を基に前記原子力発電システム及び前記水素製造システムを制御するプラント制御装置とを備え、
前記プラント制御装置は、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が無い場合には、前記原子炉の熱出力の全量を前記蒸気タービンに導入して発電させる一方、前記水素製造システムの水素製造を停止状態にする第１運転を行い、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの受け入れ可能な上限以下である場合には、前記原子炉の熱出力を維持すると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行い、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限を超えている場合には、前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限以下となるように前記原子炉の熱出力を低下させると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第３運転を行う
ことを特徴とする原子力プラント。
前記原子炉で発生した蒸気が供給可能に構成され、前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成すると共に生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造システムと、
前記原子力発電システムに要求される前記電力系統への発電出力を指示する負荷要求が外部から入力され、前記負荷要求を基に前記原子力発電システム及び前記水素製造システムを制御するプラント制御装置とを備え、
前記プラント制御装置は、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が無い場合には、前記原子炉の熱出力の全量を前記蒸気タービンに導入して発電させる一方、前記水素製造システムの水素製造を停止状態にする第１運転を行い、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの受け入れ可能な上限以下である場合には、前記原子炉の熱出力を維持すると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行い、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限を超えている場合には、前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限以下となるように前記原子炉の熱出力を低下させると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第３運転を行う
ことを特徴とする原子力プラント。
【請求項2】
請求項１に記載の原子力プラントにおいて、
前記水素製造システムは、
前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成し、生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造装置と、
前記原子炉から供給される蒸気の熱エネルギの貯蔵及び貯蔵している熱エネルギの前記水素製造装置への供給が可能な蓄熱設備とを含んでいる
ことを特徴とする原子力プラント。
前記水素製造システムは、
前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成し、生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造装置と、
前記原子炉から供給される蒸気の熱エネルギの貯蔵及び貯蔵している熱エネルギの前記水素製造装置への供給が可能な蓄熱設備とを含んでいる
ことを特徴とする原子力プラント。
【請求項3】
請求項２に記載の原子力プラントにおいて、
前記プラント制御装置は、前記第１運転を行う場合には、前記蓄熱設備に貯蔵されている熱エネルギを前記水素製造装置に供給して前記水素製造装置を保温する保温運転を同時に行う
ことを特徴とする原子力プラント。
前記プラント制御装置は、前記第１運転を行う場合には、前記蓄熱設備に貯蔵されている熱エネルギを前記水素製造装置に供給して前記水素製造装置を保温する保温運転を同時に行う
ことを特徴とする原子力プラント。
【請求項4】
請求項２に記載の原子力プラントにおいて、
前記水素製造システムの前記上限は、前記水素製造装置の受け入れ可能な上限と前記蓄熱設備の受け入れ可能な上限とを合算したものであり、
前記プラント制御装置は、前記第２運転を行う場合において、
前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造装置の前記上限以下である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの全量を前記水素製造装置で利用する制御を行い、
前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造装置の前記上限を超えている場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの一部を前記水素製造装置で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを前記蓄熱設備に貯蔵する制御を行う
ことを特徴とする原子力プラント。
前記水素製造システムの前記上限は、前記水素製造装置の受け入れ可能な上限と前記蓄熱設備の受け入れ可能な上限とを合算したものであり、
前記プラント制御装置は、前記第２運転を行う場合において、
前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造装置の前記上限以下である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの全量を前記水素製造装置で利用する制御を行い、
前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造装置の前記上限を超えている場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの一部を前記水素製造装置で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを前記蓄熱設備に貯蔵する制御を行う
ことを特徴とする原子力プラント。
【請求項5】
請求項２に記載の原子力プラントにおいて、
前記プラント制御装置は、前記第３運転を行う場合において、
前記蓄熱設備が熱エネルギを貯蔵可能な状態である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの一部を前記水素製造装置で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを前記蓄熱設備に貯蔵する制御を行い、
前記蓄熱設備が満蓄状態に達して熱エネルギを貯蔵不能な状態である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの全量を前記水素製造装置で利用する制御を行う
ことを特徴とする原子力プラント。
前記プラント制御装置は、前記第３運転を行う場合において、
前記蓄熱設備が熱エネルギを貯蔵可能な状態である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの一部を前記水素製造装置で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを前記蓄熱設備に貯蔵する制御を行い、
前記蓄熱設備が満蓄状態に達して熱エネルギを貯蔵不能な状態である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの全量を前記水素製造装置で利用する制御を行う
ことを特徴とする原子力プラント。
【請求項6】
請求項２に記載の原子力プラントにおいて、
前記水素製造システムは、前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギが必ず前記蓄熱設備を介して前記水素製造装置に伝達されるように構成されている
ことを特徴とする原子力プラント。
前記水素製造システムは、前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギが必ず前記蓄熱設備を介して前記水素製造装置に伝達されるように構成されている
ことを特徴とする原子力プラント。
【請求項7】
請求項１に記載の原子力プラントにおいて、
前記プラント制御装置は、前記水素製造システムの水素製造に対して前記電力系統から電力を供給するように制御する
ことを特徴とする原子力プラント。
前記プラント制御装置は、前記水素製造システムの水素製造に対して前記電力系統から電力を供給するように制御する
ことを特徴とする原子力プラント。
【請求項8】
原子炉で発生した蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電する原子力発電システムと前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造システムとを備えた原子力プラントを、外部から与えたれる電力系統の負荷要求を基に運転する原子力プラントの運転方法であって、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が無い場合には、前記原子炉の熱出力の全量を前記蒸気タービンに導入して発電させる一方、前記水素製造システムの水素製造を停止状態にする第１運転を行い、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの受け入れ可能な上限以下である場合には、前記原子炉の熱出力を維持すると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行い、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限を超えている場合には、前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限以下となるように前記原子炉の熱出力を低下させると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第３運転を行う
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が無い場合には、前記原子炉の熱出力の全量を前記蒸気タービンに導入して発電させる一方、前記水素製造システムの水素製造を停止状態にする第１運転を行い、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの受け入れ可能な上限以下である場合には、前記原子炉の熱出力を維持すると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行い、
前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限を超えている場合には、前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限以下となるように前記原子炉の熱出力を低下させると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第３運転を行う
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項9】
請求項８に記載の原子力プラントの運転方法において、
前記水素製造システムは、
前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成し、生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造装置と、
前記原子炉から供給される蒸気の熱エネルギの貯蔵及び貯蔵している熱エネルギの前記水素製造装置への供給が可能な蓄熱設備とを含んでいる
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
前記水素製造システムは、
前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成し、生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造装置と、
前記原子炉から供給される蒸気の熱エネルギの貯蔵及び貯蔵している熱エネルギの前記水素製造装置への供給が可能な蓄熱設備とを含んでいる
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項10】
請求項９に記載の原子力プラントの運転方法において、
前記第１運転を行う場合には、前記蓄熱設備に貯蔵されている熱エネルギを前記水素製造装置に供給して前記水素製造装置を保温する保温運転も同時に行う
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
前記第１運転を行う場合には、前記蓄熱設備に貯蔵されている熱エネルギを前記水素製造装置に供給して前記水素製造装置を保温する保温運転も同時に行う
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項11】
請求項９に記載の原子力プラントの運転方法において、
前記水素製造システムの前記上限は、前記水素製造装置の受け入れ可能な上限と前記蓄熱設備の受け入れ可能な上限とを合算したものであり、
前記第２運転を行う場合において、
前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造装置の前記上限以下である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの全量を前記水素製造装置で利用し、
前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造装置の前記上限を超えている場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの一部を前記水素製造装置で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを前記蓄熱設備に貯蔵する
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
前記水素製造システムの前記上限は、前記水素製造装置の受け入れ可能な上限と前記蓄熱設備の受け入れ可能な上限とを合算したものであり、
前記第２運転を行う場合において、
前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造装置の前記上限以下である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの全量を前記水素製造装置で利用し、
前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造装置の前記上限を超えている場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの一部を前記水素製造装置で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを前記蓄熱設備に貯蔵する
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項12】
請求項９に記載の原子力プラントの運転方法において、
前記第３運転を行う場合において、
前記蓄熱設備が熱エネルギを貯蔵可能な状態である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギのうちの一部を前記水素製造装置で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを前記蓄熱設備に貯蔵し、
前記蓄熱設備が満蓄状態に達して熱エネルギを貯蔵不能な状態である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの全量を前記水素製造装置で利用する
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
前記第３運転を行う場合において、
前記蓄熱設備が熱エネルギを貯蔵可能な状態である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギのうちの一部を前記水素製造装置で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを前記蓄熱設備に貯蔵し、
前記蓄熱設備が満蓄状態に達して熱エネルギを貯蔵不能な状態である場合には、前記原子炉から前記水素製造システムに供給される蒸気の熱エネルギの全量を前記水素製造装置で利用する
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【請求項13】
請求項８に記載の原子力プラントの運転方法において、
前記水素製造システムの水素製造に前記電力系統からの電力を用いる
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
前記水素製造システムの水素製造に前記電力系統からの電力を用いる
ことを特徴とする原子力プラントの運転方法。
【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、詳しくは、原子炉で発生した蒸気を用いて電力及び水素の併産が可能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】
原子力プラントにおいて水素を製造する手法として、固体酸化物形電解セル（Solid Oxide Electrolysis Cell：ＳＯＥＣ）の適用が検討されている。ＳＯＥＣは、イオンを通す電解質の両面を水素極と酸素極とで挟みこんだ構造体のセルを積層したものであり、各セルの水素極に水蒸気を供給して両極に電圧を印加することで水素極から水素を取り出すと共に酸素極から酸素を取り出す装置である。ＳＯＥＣを用いた水蒸気の電気分解は、エネルギ消費量を低く抑えることができるという特徴がある。そのため、原子力プラントにおける非化石燃料由来の原子力の熱エネルギを用いてＳＯＥＣを作動させて水素を製造することで、地球温暖化の主要因とされる温室効果ガスの排出量の削減および水素社会に向けた燃料供給の両立が期待されている。
【0003】
原子力プラントにおいて水素を製造する手法としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載の水素製造方法を行う原子力プラントでは、タービンを回転させる原子炉（熱源）の蒸気（冷却材）の一部を水蒸気発生装置に導いてこの蒸気（冷却材）の熱エネルギにより水蒸気を発生させ、当該水蒸気を熱交換器（第１加熱手段）で昇温させた後に電熱器（第２加熱手段）で電気エネルギにより更に昇温させ、昇温した水蒸気を水蒸気電解装置に導入して水素を生成する。すなわち、当該原子力プラントは、原子炉の蒸気の熱エネルギを利用して水蒸気を発生させる水蒸気発生装置、水蒸気発生装置で生じた水蒸気を昇温させる熱交換器および電熱器、熱交換器および電熱器で昇温した水蒸気を電気分解して水素を生成する水蒸気電解装置を含む水素製造システムを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００６－３０７２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、国内の送電網（電力系統）には、先に述べた原子力プラントにほかに、火力発電や水力発電、太陽光発電、風力発電などの各種の発電プラントが接続されている。電力系統は、前述の発電プラント群の電力供給量が日々の電力需要と常に一致するよう運用されている。太陽光発電や風力発電等に代表される再生可能エネルギ発電は昼夜や天候・気候によって発電量が時々刻々変化するので、主として火力発電が電力系統における需要と供給をバランスさせている。しかしながら、火力発電が温室効果ガスの主たる排出源であることから、火力発電プラントの稼働を停止させることを想定する必要がある。この場合、原子力プラントが電力系統における需要と供給をバランスさせる手段の候補となる。すなわち、原子力プラントは、外部（例えば、中央給電指令所）から与えられる負荷要求に応じて電力系統への発電出力を調整する運転が求められる。
【0006】
原子力プラントの運転では、目標出力の変化に対して実出力の遅れが顕著である。これは、原子炉内の核反応度を調整する手段（例えば、制御棒）の動作開始から実際に核反応が増減するまでの遅れや増減した核反応により核燃料内で発生した熱が冷却水に伝わるまでの遅れに起因している。このため、原子力プラントは、負荷要求に応じて原子炉の熱出力を急速に変化させることは難しい。
【0007】
また、特許文献１に記載の水素製造方法を行う原子力プラントを電力系統の需給バランスの手段として運用する場合を想定する。この場合、当該原子力プラントに対する負荷要求が低下したときに、原子炉の熱出力の一部が余剰となることがある。原子炉の熱出力の定格は、一般的に、水素製造システムが受け入れ可能な上限に比べて大幅に大きい。そのため、特許文献１に記載の原子力プラントにおいては、原子炉の熱出力の余剰分を水素製造システムが利用することができないことがある。この場合、原子炉の熱出力を有効に活用することができずに原子力プラントの効率低下を招いてしまう。
【0008】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、負荷要求に応じて電力系統に対する発電出力を調整しつつ、原子炉の熱出力の有効活用及び原子炉の熱出力の変化抑制が可能な原子力プラント及びその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいる。その一例を挙げるならば、電力系統に接続され、原子炉で発生した蒸気によって蒸気タービンを駆動させることで発電する原子力発電システムと、前記原子炉で発生した蒸気が供給可能に構成され、前記原子炉で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成すると共に生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造システムと、前記原子力発電システムに要求される前記電力系統への発電出力を指示する負荷要求が外部から入力され、前記負荷要求を基に前記原子力発電システム及び前記水素製造システムを制御するプラント制御装置とを備え、前記プラント制御装置は、前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が無い場合には、前記原子炉の熱出力の全量を前記蒸気タービンに導入して発電させる一方、前記水素製造システムの水素製造を停止状態にする第１運転を行い、前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの受け入れ可能な上限以下である場合には、前記原子炉の熱出力を維持すると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行い、前記負荷要求に対して前記原子炉の熱出力に余剰が有り且つ前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限を超えている場合には、前記原子炉の熱出力の余剰分が前記水素製造システムの前記上限以下となるように前記原子炉の熱出力を低下させると共に、前記原子炉の熱出力の一部を前記蒸気タービンに導入して前記負荷要求に応じた電力を前記電力系統に送出し、前記原子炉の熱出力の残りを前記水素製造システムに供給して水素を製造させる第３運転を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、負荷要求に対して、原子炉の熱出力に余剰が無い場合、原子炉の熱出力に余剰が有り且つ原子炉の熱出力の余剰分が水素製造システムの上限以下である場合、原子炉の熱出力に余剰が有り且つ原子炉の熱出力の余剰分が水素製造システムの上限を超えている場合の３つの条件に応じて、原子炉の熱出力を維持または変化させると共に蒸気タービン及び水素製造システム対する原子炉の熱出力の配分を変更するので、負荷要求に応じて電力系統に対する原子力発電システムの発電出力を調整しつつ、原子炉の熱出力の有効活用及び原子炉の熱出力の変化抑制が可能となる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１の実施の形態に係る原子力プラントの概略構成を示すブロック図である。
【図6】第１の実施の形態に係る原子力プラントの運転方法における原子炉の熱出力（熱負荷）の配分を示す説明図である。
【図7】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る原子力プラントの概略構成を示すブロック図である。
【図8】本発明の第２の実施の形態に係る原子力プラントの概略構成を示すブロック図である。
【図13】第２の実施の形態に係る原子力プラントの運転方法における原子炉の熱出力（熱負荷）の配分を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の原子力プラント及びその運転方法の実施の形態について図面を用いて説明する。以下で説明する実施の形態は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）を備える原子力プラントに適用した例である。また、各図は、本発明を十分に理解できる程度に概略的に示したものであり、図示例のみに限定されるものではない。
【0013】
【0014】
図１において、本実施の形態に係る原子力プラント１は、原子力を用いることで発電及び水素製造を行う電力水素併産型のプラントである。原子力プラント１は、原子力の熱エネルギにより発生した蒸気を用いて発電する原子力発電システム２と、原子力発電システム２から供給される電力及び蒸気の熱エネルギを用いて原水から水素を製造する水素製造システム３とを備えている。
【0015】
原子力発電システム２は、主要な構成として、核燃料の核分裂のエネルギにより生じた熱エネルギを用いて蒸気を発生させる原子炉１１と、原子炉１１で発生した蒸気が導入されることで回転駆動する蒸気タービン１２と、蒸気タービン１２に機械的に連結されて発電する発電機１３とを備えている。発電機１３は、電力系統１００に電気的に接続されており、発電した電力を電力系統１００に送出する。原子力発電システム２は、原子炉１１で発生した蒸気の一部（蒸気タービン１２への流入を除いた余剰分）を水素製造システム３に供給可能かつ発電機１３が発電した電力を水素製造システム３に供給可能に構成されている。
【0016】
水素製造システム３は、主要な構成として、外部から供給された原水を加熱することで水蒸気を生成し生成した水蒸気を電気分解することで水素を製造する水素製造装置３１と、水素製造装置３１によって製造された水素を貯蔵する水素貯蔵装置３２とを備えている。さらに、水素製造システム３は、原子力発電システム２（原子炉１１）から供給される蒸気の熱エネルギを貯蔵すると共に、貯蔵した熱エネルギを水素製造装置３１に供給する蓄熱設備３３を備えている。すなわち、本実施の形態の水素製造システム３は、原子炉１１から供給される蒸気の熱エネルギを蓄熱設備３３を介して水素製造装置３１に供給するように構成されている。
【0017】
水素製造装置３１は、原子炉１１で発生する蒸気の温度よりも高温（例えば、８００～１０００℃）の水蒸気（過熱蒸気）を電気分解するものである。本実施の形態に係る水素製造装置３１は、蓄熱設備３３から供給される熱エネルギを用いて原水を加熱することで低温の水蒸気（飽和蒸気）を生成し、生成された低温の水蒸気に対して原子力発電システム２から供給される電力を用いて加熱することで高温の水蒸気（過熱蒸気）を生成するように構成されている。水素製造装置３１の具体的な構成は後述する。
【0018】
蓄熱設備３３は、原子炉１１から供給される蒸気の熱エネルギを受け取ると共に、受け取った熱エネルギを水素製造装置３１に移送する熱媒体を有している。蓄熱設備３３は、例えば、原子炉１１からの蒸気の熱エネルギを貯蔵可能な蓄熱材を内部に有しており、蓄熱材を介して熱エネルギを熱媒体に伝達するように構成されている。すなわち、蓄熱設備３３は、原子炉１１から供給される蒸気の熱エネルギを熱媒体を介して水素製造装置３１に伝達するものである。
【0019】
次に、第１の実施の形態に係る原子力プラントの詳細構成について図１～図３を用いて説明する。図２は図１に示す第１の実施の形態に係る原子力プラントの詳細構成を示す系統図である。図３は図１に示す第１の実施の形態に係る原子力プラントにおける水素製造装置の構成を示すブロック図である。
【0020】
原子力発電システム２における原子炉１１は、内部に燃料体（燃料棒）を装荷しており、冷却水を一定水位まで満たす圧力容器である。原子炉１１は、原子炉１１の出力を制御する手段として、燃料体の核分裂反応を制御するための制御棒１１ａと、燃料体と冷却水との熱交換量を制御する再循環システム１１ｂとを備えている。制御棒１１ａは、駆動機構によって炉心に対して出し入れされるものである。制御棒１１ａの駆動（制御棒１１ａの駆動機構）は、プラント制御装置５の後述の制御棒位置指令Ｃｒにより制御される。再循環システム１１ｂは、原子炉１１の下部から冷却水の一部を抜き出して原子炉１１の中央部へと還流させるものである。再循環システム１１ｂでは、循環する冷却水の流量を再循環ポンプ１１ｃにより調整する。再循環ポンプ１１ｃの駆動（流量）は、プラント制御装置５の後述の再循環流量指令Ｃｐにより制御される。
【0021】
原子力発電システム２における蒸気タービン１２は、例えば、原子炉１１で発生した蒸気が導入される高圧タービン１２ａと、高圧タービン１２ａの下流に位置する低圧タービン１２ｂとで構成されている。高圧タービン１２ａと低圧タービン１２ｂは、タービンシャフト１２ｃで機械的に接続されており、タービンシャフト１２ｃを介して発電機１３を回転駆動する。高圧タービン１２ａと低圧タービン１２ｂとを接続する流路には、加熱器１４が配置されている。加熱器１４は、高圧タービン１２ａから排出された蒸気を原子炉１１から供給される蒸気を用いて再加熱するものであり、再加熱された蒸気を低圧タービン１２ｂに供給する。
【0022】
原子力発電システム２は、前述の原子炉１１、蒸気タービン１２、発電機１３の他に、蒸気タービン１２（低圧タービン１２ｂ）から排出された蒸気を凝縮させて生じた水を再び原子炉１１に供給する復水給水系統を備えている。復水給水系統は、蒸気タービン１２から排出される蒸気を凝縮させて復水として貯留する復水器１５と、復水器１５から供給された復水を加温する低圧給水加熱器１６と、低圧給水加熱器１６から供給された復水を加温する高圧給水加熱器１７とを含んでいる。復水給水系統は、また、復水器１５に貯留されている復水を低圧給水加熱器１６に送出する復水ポンプ１８と、低圧給水加熱器１６の復水を加圧して高圧給水加熱器１７に供給し、原子炉１１に給水として送出する給水ポンプ１９とを含んでいる。低圧給水加熱器１６及び高圧給水加熱器１７には、それぞれ低圧タービン１２ｂ及び高圧タービン１２ａから抽出された蒸気が加熱源として供給される。
【0023】
原子力発電システム２は、図１及び図２に示すように、原子炉１１で発生した蒸気が主蒸気管２１を介して高圧タービン１２ａ（蒸気タービン１２）へ供給されるように構成されている。また、主蒸気管２１からバイパスライン２２が分岐して水素製造システム３の蓄熱設備３３に接続されている。すなわち、原子力発電システム２は、原子炉１１で発生した蒸気の一部（余剰蒸気）をバイパスライン２２を介して蓄熱設備３３に供給するように構成されている。また、原子力発電システム２は、蓄熱設備３３に供給された蒸気を戻りライン２３を介して復水器１５に導くことで当該システム２に回収するように構成されている。すなわち、原子力発電システム２は、原子炉１１で発生した放射線源が含まれる蒸気を水素製造システム３に供給するが当該システム２の閉じた系の中で循環するように構成されている。
【0024】
主蒸気管２１には蒸気加減弁２５が設けられていると共に、バイパスライン２２にはバイパス弁２６が設けられている。蒸気加減弁２５は、原子炉１１から高圧タービン１２ａ（蒸気タービン１２）に供給される蒸気流量を調節するものであり、その開度がプラント制御装置５の後述の開度指令Ｃｖ１により制御される。バイパス弁２６は、原子炉１１から水素製造システム３（蓄熱設備３３）に供給される蒸気流量を調節するものであり、その開度がプラント制御装置５の後述の開度指令Ｃｖ２により制御される。
【0025】
原子力発電システム２には、原子炉１１内の圧力を検出する圧力センサ２８が設置されていると共に、発電機１３の発電出力を検出する電力計２９が設置されている。圧力センサ２８及び電力計２９はそれぞれ、検出した圧力値に応じた検出信号Ｐｓ及び検出した電力値に応じた検出信号Ｅｓをプラント制御装置５に出力する。
【0026】
水素製造システム３の水素製造装置３１は、プラント制御装置５の後述の電力要求指令Ｃｅに応じて原子力発電システム２の発電機１３から供給される電力が制御されることで、水素の製造量が調節される。水素製造装置３１は、蓄熱設備３３から供給される熱エネルギ（熱媒体）及び原子力発電システム２から供給される電力を用いて原水から高温（例えば、８００～１０００℃）の水蒸気（過熱水蒸気）を生成し、生成した高温の水蒸気を原子力発電システム２から供給される電力を用いて電気分解することで水素を製造するものである。水素製造装置３１は、例えば図３に示すように、上流側から順に、蒸気発生器４１、熱交換器４２、蒸気加熱器４３、水蒸気電解装置４４、水素分離装置４５を備えている。
【0027】
蒸気発生器４１は、蓄熱設備３３から供給される熱エネルギを用いて原水から水蒸気（飽和蒸気）を生成するものであり、生成した水蒸気（飽和蒸気）を熱交換器４２に導入する。蓄熱設備３３に貯蔵されている熱エネルギは、元々、原子力発電システム２の原子炉１１から供給された蒸気の熱エネルギなので、蒸気発生器４１は原子炉１１から供給された蒸気の熱エネルギを用いて原水から水蒸気（飽和蒸気）を生成するものであるとも言い換えられる。蒸気発生器４１への熱エネルギの供給（熱媒体の流量）は、調整弁３５（図１及び図２を参照）によって調節される。
【0028】
熱交換器４２は、蒸気発生器４１で生成された飽和水蒸気を加熱することで昇温して過熱蒸気を生成するものであり、昇温した水蒸気を蒸気加熱器４３に導入する。熱交換器４２には、水蒸気電解装置４４から排出される後述の混合気体が加熱源として導入される。すなわち、熱交換器４２は、水蒸気電解装置４４から排出される混合気体の熱エネルギを再利用して蒸気発生器４１からの飽和水蒸気を加熱するものである。
【0029】
蒸気加熱器４３は、熱交換器４２で昇温された水蒸気を原子力発電システム２から供給される電力を用いて更に加熱することで水蒸気電解装置４４の作動温度まで昇温させるものであり、昇温した高温水蒸気を水蒸気電解装置４４に導入する。蒸気加熱器４３は、例えば、電力を熱エネルギに変換する電熱器によって構成されている。
【0030】
水蒸気電解装置４４は、蒸気加熱器４３で昇温された高温水蒸気を電力系統１００から供給される電力を用いて電気分解することで水素を生成するものである。水蒸気電解装置４４は、例えば、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）を含むものであり、８００～１０００℃で作動する。ＳＯＥＣは、イオンを通す電解質を水蒸気から水素を取り出す水素極（カソード）と酸素を取り出す酸素極（アノード）とで挟んだ構造体のセルを積層したものである。ＳＯＥＣでは、両極に電圧を印加すると、酸素極に酸素が発生する一方、水素極に水素が発生する。水蒸気電解装置４４で発生した水素及び酸素、並びに、電気分解されずに残った未利用の水蒸気を含む混合気体は、高温の状態のままである。そこで、水蒸気電解装置４４から排出される混合気体（水素を含む水蒸気及び酸素を含む水蒸気）は、熱交換器４２に導入されて熱交換器４２の加熱源として利用される。
【0031】
水素分離装置４５は、水蒸気電解装置４４から排出された混合気体から水素を分離するものである。水素分離装置４５は、分離した水素を水素貯蔵装置３２（図１参照）へ送出する一方、水素が分離された水蒸気を蒸気発生器４１で発生した飽和蒸気に合流させるように構成されている。
【0032】
上述した構成の水素製造装置３１においては、水素分離装置４５によって水素が除去された水蒸気を熱交換器４２及び蒸気加熱器４３を介して水蒸気電解装置４４に再び導入して電気分解する循環サイクルが構築されている。また、水素製造装置３１は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合、水蒸気電解装置４４が停止されると共に、水素製造装置３１の各構成機器が停止中に保温されるように構成されている。例えば、水蒸気電解装置４４には、停止中におけるセルの急激な冷却や当該装置内の蒸気のドレン化を抑制するために、図示しない断熱材などが用いられている。また、水蒸気電解装置４４以外の周辺機器である蒸気発生器４１や熱交換器４２は、蓄熱設備３３から供給される熱エネルギ（貯蔵した原子炉１１の蒸気の熱エネルギ）を用いることで温度の低下を抑制するように構成されている。このように、停止中の水素製造装置３１の各構成機器４１、４２、４３、４４を保温すること及び水素製造装置３１を循環する水蒸気を保温することで、停止中の水蒸気電解装置４４を短時間で作動温度まで復帰させ、水素製造装置３１による速やかな水素製造の再開が可能となる。
【0033】
図２に戻り、蓄熱設備３３は、原子炉１１で発生した蒸気の一部（余剰蒸気）がバイパスライン２２及びバイパス弁２６を介して供給されるように構成されている。蓄熱設備３３の貯蔵する熱エネルギはバイパス弁２６によって調節される。蓄熱設備３３は、原子炉１１（原子力発電システム２）から供給された蒸気を戻りライン２３を介して復水器１５（原子力発電システム２）に戻すように構成されている。また、蓄熱設備３３は、貯蔵している熱エネルギ（原子炉１１からの蒸気の熱エネルギ）を調節弁３５を介して水素製造装置３１に供給するように構成されている。調節弁３５は、蓄熱設備３３から水素製造装置３１に供給される熱エネルギ量、すなわち熱媒体の流量を調節するものであり、その開度がプラント制御装置５の後述の加熱量指令Ｃｈにより制御される。蓄熱設備３３には、蓄熱設備３３の蓄熱量を検出する熱量センサ３６が設置されている。熱量センサ３６は、検出した蓄熱量に応じた検出信号Ｔｓをプラント制御装置５に出力する。熱量センサ３６の検出値は、蓄熱設備３３の満蓄状態の有無を判断する指標となる。
【0034】
蓄熱設備３３は、次の２つの機能を有している。第１の機能は、原子炉１１で発生した蒸気の熱エネルギを回収し、回収した熱エネルギを水素製造装置３１における水素源の水蒸気の生成のための熱エネルギとして供給するものである。原子炉１１で発生した蒸気には核燃料に由来する放射線源が含まれており、原子炉１１からの蒸気を直接熱電解して水素を生成することは安全上問題がある。そのため、原子炉１１の蒸気とは異なる水蒸気を電気分解して水素を製造する必要があり、原水から水蒸気を発生させるための熱エネルギが必要となる。第２の機能は、原子炉１１で発生した蒸気の熱エネルギを一時的に貯蔵しておき、貯蔵している熱エネルギを用いて停止中の水素製造装置３１を保温する機能である。水素製造装置３１では、停止中に各構成機器４１、４２、４３、４４の温度が低下してしまうと、水素製造装置３１の再起動時に水蒸気電解装置４４の温度を作動温度に復帰させるまで時間を要することになり、水蒸気電解装置４４による水素製造の再開が遅れてしまう。水素製造装置３１の停止中に各構成機器４１、４２、４３、４４を保温するために、蓄熱設備３３が貯蔵する熱エネルギを利用することで、水蒸気電解装置４４の水素製造の速やかな再開が可能となる。
【0035】
プラント制御装置５には、原子力発電システム２に要求される電力系統１００への発電出力を指示する負荷要求が外部（例えば、図示しない中央給電指令所）から入力される。また、圧力センサ２８により検出された原子炉１１の圧力に対応する検出信号Ｐｓ及び電力計２９より検出された発電機１３の発電出力に対応する検出信号Ｅｓが入力される。また、蓄熱設備３３の熱量センサ３６により検出された蓄熱設備３３の蓄熱量に対応する検出信号Ｔｓが入力される。
【0036】
プラント制御装置５は、入力された負荷要求、圧力センサ２８の検出値（原子炉１１の圧力）、電力計２９の検出値（発電機１３の発電出力）、熱量センサ３６の検出値（蓄熱設備３３の蓄熱量）に基づき、原子力発電システム２及び水素製造システム３を制御するものである。プラント制御装置５の原子力発電システム２の制御は、制御棒１１ａの駆動機構に対する制御棒位置指令Ｃｒ及び再循環ポンプ１１ｃに対する再循環流量指令Ｃｐを基に原子炉１１の熱出力（発生蒸気量）を制御すると共に、蒸気加減弁２５に対する開度指令Ｃｖ１を基に蒸気タービン１２（発電機１３）の出力を制御するものである。プラント制御装置５の水素製造システム３の制御は、バイパス弁２６に対する開度指令Ｃｖ２及び調節弁３５に対する加熱量指令Ｃｈを基に、原子炉１１から水素製造装置３１及び蓄熱設備３３に供給する蒸気の熱エネルギ量（原子炉１１の熱出力）を制御すると共に、水素製造装置３１に対する電力要求指令Ｃｅを基に水素製造装置３１に供給する電力を制御することで、水素製造装置３１の出力（水素製造）及び蓄熱設備３３の蓄放熱を制御するものである。プラント制御装置５による原子力プラント１の具体的な運転方法の詳細は後述する。
【0037】
次に、第１の実施の形態に係る原子力プラントにおけるプラント制御装置のハード構成及び機能構成について図４を用いて説明する。図４は図２に示す第１の実施の形態に係る原子力プラントにおけるプラント制御装置の構成を示すブロック図である。
【0038】
図４において、プラント制御装置５は、ハード構成として例えば、ＲＯＭやＲＡＭ等からなる記憶装置５１とＣＰＵやＭＰＵ等からなる処理装置５２とを備えている。記憶装置５１には、原子力発電システム２及び水素製造システム３の制御を行うために必要なプラグラムや各種情報が予め記憶されている。処理装置５２は、記憶装置５１から各種プログラムや各種情報を適宜読み込み、当該プログラムに従って処理を実行することで各種機能を実現する。
【0039】
本実施の形態のプラント制御装置５は、原子炉１１の熱出力（原子炉１１で発生する蒸気の熱エネルギ）を基本的に一定に保持して運転する熱出力一定運転を行う。さらに、プラント制御装置５は、負荷要求を満たすことを最優先として、原子炉１１の熱出力を蒸気タービン１２と水素製造システム３（水素製造装置３１及び蓄熱設備３３）とに適切に配分する運転を行う。水素製造システム３における原子炉１１の熱出力の配分は、蓄熱設備３３の蓄熱よりも水素製造装置３１の水素製造が優先される。すなわち、プラント制御装置５は、原子力発電システム２が電力系統１００に対して負荷要求を満たす電力を出力することを最優先する運転を行い、負荷要求の状況によっては原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造システム３で利用することで水素を製造すると共に場合によっては原子炉１１からの蒸気の熱エネルギを貯蔵する運転を行う。また、プラント制御装置５は、負荷要求に対する原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限を超える場合には、原子炉１１の熱出力一定運転を変更して原子炉１１の熱出力を下げることで、原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造システム３の受け入れ可能な上限以下にする運転を行う。また、プラント制御装置５は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合には、水素製造システム３の水素製造装置３１の水素製造を停止させると共に蓄熱設備３３が貯蔵している熱エネルギを用いて水素製造装置３１を保温する保温運転を行う。
【0040】
プラント制御装置５は、上述の運転を実行するために、次のような機能部を有している。プラント制御装置５は、概略的に、原子力発電システム２を制御する原子力発電システム制御部６０と、水素製造システム３を制御する水素製造システム制御部７０の機能部を有している。原子力発電システム制御部６０は、プラント総括負荷演算部６１と原子炉出力制御部６２とタービンガバナ制御部６３の機能部で構成されている。水素製造システム制御部７０は、水素製造制御部７１と蓄熱制御部７２の機能部で構成されている。
【0041】
原子力発電システム制御部６０のプラント総括負荷演算部６１には、負荷要求が外部から入力されると共に、電力計２９の検出値Ｅｓである発電機１３の発電出力及び熱量センサ３６の検出値Ｔｓである蓄熱設備３３の蓄熱量が入力される。プラント総括負荷演算部６１は、入力された負荷要求と電力計２９の検出値Ｅｓと熱量センサ３６の検出値Ｔｓとを基に、原子力プラント１の各構成装置の熱負荷、すなわち、原子炉１１の熱負荷Ｑ１（目標熱出力）、蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２（目標出力）、水素製造装置３１の水素製造に必要な熱負荷Ｑ３、蓄熱設備３３に貯蔵する熱エネルギ又は蓄熱設備３３から放出する熱エネルギ（単位時間当たり）としての熱負荷Ｑ４を演算する。プラント総括負荷演算部６１は、演算結果の原子炉１１の熱負荷Ｑ１（以下、原子炉負荷Ｑ１と称することがある）を原子炉出力制御部６２へ、演算結果の蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２（以下、タービン負荷Ｑ２と称することがある）をタービンガバナ制御部６３へ、演算結果の水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３（以下、水素製造負荷Ｑ３と称することがある）を水素製造システム制御部７０の水素製造制御部７１へ、演算結果の蓄熱設備３３の熱負荷Ｑ４（以下、蓄熱負荷Ｑ４と称することがある）を蓄熱制御部７２へ出力する。プラント総括負荷演算部６１の演算内容の詳細については後述する。
【0042】
原子炉出力制御部６２には、圧力センサ２８の検出値Ｐｓである原子炉１１の圧力が入力されると共に、プラント総括負荷演算部６１の演算結果である原子炉負荷Ｑ１が入力される。原子炉出力制御部６２は、圧力センサ２８の検出値Ｐｓが予め設定された設定圧力値に一致すると共に原子炉１１の実際の熱出力が原子炉負荷Ｑ１に一致するように原子炉１１を制御する。具体的には、原子炉出力制御部６２は、制御棒位置指令Ｃｒを制御棒１１ａの駆動装置へ出力して制御棒１１ａの位置を制御すると共に、再循環流量指令Ｃｐを再循環ポンプ１１ｃへ出力して再循環システム１１ｂの再循環流量を制御することで、上記の原子炉１１の制御を実現する。なお、設定圧力値は、例えば、記憶装置５１に予め記憶されている。
【0043】
タービンガバナ制御部６３には、プラント総括負荷演算部６１の演算結果であるタービン負荷Ｑ２が入力される。タービンガバナ制御部６３は、蒸気タービン１２の出力がタービン負荷Ｑ２に一致するように蒸気タービン１２の駆動を制御する。具体的には、開度指令Ｃｖ１を蒸気加減弁２５へ出力して蒸気加減弁２５の開度を制御することで、上記の蒸気タービン１２の出力制御を実現する。
【0044】
水素製造システム制御部７０の水素製造制御部７１には、プラント総括負荷演算部６１の演算結果である水素製造負荷Ｑ３が入力される。水素製造制御部７１は、水素製造負荷Ｑ３を基に水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓ及び電力要求指令Ｃｅを演算する。水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓは、水素製造装置３１の蒸気発生器４１で原水を加熱して低温の蒸気を発生させるために必要な熱エネルギ（単位時間当たり）であり、原子炉１１から蓄熱設備３３を介して水素製造装置３１に供給すべき蒸気の熱エネルギ（蒸気の流量）に相当するものである。電力要求指令Ｃｅは、水素製造装置３１の蒸気加熱器４３としての電熱器が低温の水蒸気を水蒸気電解装置４４の作動温度まで加熱するために必要な電力及び水蒸気電解装置４４が水蒸気を電気分解するために必要な電力を要求するものである。水素製造制御部７１は、演算結果の水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓを蓄熱制御部７２へ出力すると共に、演算結果の電力要求指令Ｃｅを水素製造装置３１へ出力する。水素製造制御部７１は、電力要求指令Ｃｅに応じた電力を水素製造装置３１に供給させることで水素製造を制御する。
【0045】
蓄熱制御部７２には、水素製造制御部７１の演算結果である水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓ及びプラント総括負荷演算部６１の演算結果である蓄熱負荷Ｑ４が入力される。蓄熱制御部７２は、水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓが０でない場合には、原子炉１１から蓄熱設備３３に供給される蒸気の熱エネルギ（蒸気の流量）が水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓと蓄熱負荷Ｑ４の合計値と一致するように制御する。具体的には、水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓ及び蓄熱負荷Ｑ４に応じた開度指令Ｃｖ２をバイパス弁２６へ出力して蒸気加減弁２５の開度を制御することで、上記の蓄熱設備３３への熱供給制御を実現する。さらに、蓄熱制御部７２は、蓄熱設備３３から水素製造装置３１に供給される熱エネルギ（熱媒体の流量）が水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓと一致するように制御する。具体的には、水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓに応じた加熱量指令Ｃｈを調節弁３５へ出力して調節弁３５の開度を制御することで、原子炉１１から蓄熱設備３３を介した水素製造装置３１への熱供給制御を実現する。なお、蓄熱設備３３への熱供給制御による熱エネルギの供給量と水素製造装置３１への熱供給制御による熱エネルギの供給量との差分が蓄熱設備３３の蓄熱となる。すなわち、蓄熱制御部７２は、蓄熱設備３３への熱供給制御及び水素製造装置３１への熱供給制御を行うことで、蓄熱設備３３の蓄熱制御を実現している。また、蓄熱制御部７２は、水蒸気生成熱負荷Ｑ３Ｓが０である場合には、蓄熱設備３３への熱供給制御を実行せずに、蓄熱負荷Ｑ４に応じた水素製造装置３１への熱供給制御のみを実行することで、蓄熱設備３３の放熱による水素製造装置３１の保温制御を実現している。
【0046】
次に、第１の実施の形態に係る原子力プラントにおけるプラント制御装置のプラント総括負荷演算部の演算について図５を用いて説明する。図５は図４に示す第１の実施の形態に係る原子力プラントのプラント制御装置におけるプラント総括負荷演算部の演算手順の一例を示すフローチャートである。
【0047】
図５において、プラント制御装置５のプラント総括負荷演算部６１（図４参照）は、先ず、負荷要求ＱｅＤ（電力の単位）に対応する原子炉１１の熱負荷Ｑｔ１Ｄを演算する（ステップＳ１０）。この演算は、原子力発電システム２の発電機１３が負荷要求ＱｅＤの電力を出力するために必要となる、原子炉１１で単位時間当たりに発生させる蒸気の熱エネルギを演算することに相当する。
【0048】
次に、原子炉１１の熱出力の定格値Ｑｔ１ＲがステップＳ１０の演算結果である原子炉１１の熱負荷Ｑｔ１Ｄよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０）。原子炉１１の定格値Ｑｔ１Ｒは、例えば、記憶装置５１に予め記憶されている。本実施の形態においては、原子炉１１の熱出力を定格で一定に保持して運転することを基本としている。つまり、上記判定は、負荷要求に対する原子炉１１の熱出力の余剰の有無を判定するものである。原子炉１１の熱出力の定格値Ｑｔ１Ｒが演算結果の熱負荷Ｑｔ１Ｄ以下である場合（ＮＯの場合）にはステップＳ３０に進む一方、原子炉１１の熱出力の定格値Ｑｔ１Ｒが演算結果の熱負荷Ｑｔ１よりも大きい場合（ＹＥＳの場合）にはステップＳ４０に進む。
【0049】
ステップＳ２０にてＮＯの場合（Ｑｔ１Ｒ≦Ｑｔ１Ｄの場合）、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰がない場合、プラント総括負荷演算部６１は、原子炉１１の熱負荷Ｑ１（目標熱出力）を定格値Ｑｔ１Ｒに設定する。また、蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２（目標出力）を原子炉１１の熱出力（発生蒸気）の全量（すなわち、原子炉１１の熱負荷Ｑ１である定格値Ｑｔ１Ｒに相当）を蒸気タービン１２に導入した場合として設定する。また、水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３を水素製造装置３１の水素製造の停止状態に相当するように設定する。すなわち、水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３を０に設定する。また、蓄熱設備３３の熱負荷Ｑ４を水素製造装置３１の保温状態に設定する。すなわち、ステップＳ３０は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰がない場合に、原子炉１１の熱出力の全量を蒸気タービン１２に導入して発電させる一方、水素製造システム３の水素製造を停止状態にする第１運転を行うと同時に、蓄熱設備３３の放熱により水素製造装置３１を保温する保温運転を行うことを設定するものである。
【0050】
ステップＳ２０にてＹＥＳの場合（Ｑｔ１Ｒ＞Ｑｔ１Ｄの場合）、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有る場合において、原子炉１１の熱出力の定格値Ｑｔ１Ｒが、ステップＳ１０の演算結果である熱負荷Ｑｔ１Ｄと水素製造装置３１の定格稼働時における熱負荷Ｑｔ３Ｒとの合計値よりも大きい（Ｑｔ１Ｒ＞Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒ）か否かを判定する（ステップＳ４０）。上記判定は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有るときに、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の水素製造装置３１の受け入れ可能な上限を超えているか否かを判定するものである。Ｑｔ１Ｒ≦Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒである場合（ＮＯの場合）にはステップＳ５０に進む一方、Ｑｔ１Ｒ＞Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒである場合（ＹＥＳの場合）にはステップＳ６０に進む。
【0051】
ステップＳ４０にてＮＯ（Ｑｔ１Ｒ≦Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒ）の場合、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有る場合であって、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の水素製造装置３１の受け入れ可能な上限以下である場合、プラント総括負荷演算部６１は、原子炉１１の熱負荷Ｑ１を定格値Ｑｔ１Ｒに設定する。すなわち、原子炉１１の熱出力に余剰が有る場合であっても、プラント原子炉１１の熱出力を定格で一定に保持する定格熱出力一定運転を維持する。また、水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３を（Ｑｔ１Ｒ－Ｑｔ１Ｄ）に設定する。蓄熱設備３３の熱負荷Ｑ４を蓄熱も放熱も無い状態である０に設定する。また、蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２を負荷要求ＱｅＤに対応する熱負荷Ｑｔ１Ｄに水素製造装置３１の水素製造に必要な電力を加味して設定する。
【0052】
すなわち、ステップＳ５０は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限以下である場合に、原子炉１１の熱出力を維持すると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して発電させ、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行うことを設定するものである。更に詳しくは、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造装置３１の上限以下である場合に、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの全量を水素製造装置３１で利用する制御を行うことを設定するものである。
【0053】
ステップＳ４０にてＹＥＳ（Ｑｔ１Ｒ＞Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒ）の場合、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有る場合であって、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の水素製造装置３１の受け入れ可能な上限を超えている場合に、原子炉１１の熱出力の定格値Ｑｔ１Ｒが、ステップＳ１０の演算結果である熱負荷Ｑｔ１Ｄと水素製造装置３１の定格稼働時における熱負荷Ｑｔ３Ｒと蓄熱設備３３の定格の蓄熱時における熱負荷Ｑｔ４Ｒとの合計値よりも大きい（Ｑｔ１Ｒ＞Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒ＋Ｑｔ４Ｒ）か否かを判定する（ステップＳ６０）。上記判定は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有るときに、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３（水素製造装置３１及び蓄熱設備３３）の受け入れ可能な上限を超えているか否かを判定するものである。Ｑｔ１Ｒ≦Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒ＋Ｑｔ４Ｒである場合（ＮＯの場合）にはステップＳ７０に進む一方、Ｑｔ１Ｒ＞Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒ＋Ｑｔ４Ｒである場合（ＹＥＳの場合）にはステップＳ８０に進む。
【0054】
ステップＳ６０にてＮＯ（Ｑｔ１Ｒ≦Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒ＋Ｑｔ４Ｒ）の場合、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有る場合、且つ、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限以下ではあるが水素製造装置３１の受け入れ可能な上限を超えている場合において、プラント総括負荷演算部６１は、原子炉１１の熱負荷Ｑ１を定格値Ｑｔ１Ｒに設定する。すなわち、原子炉１１の熱出力に余剰が有る場合であっても、プラント原子炉１１の熱出力を定格で一定に保持する定格熱出力一定運転を維持する。また、水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３を定格Ｑｔ３Ｒに設定する。また、蓄熱設備３３の熱負荷Ｑ４を（Ｑｔ１Ｒ－Ｑｔ１Ｄ－Ｑｔ３Ｒ）に設定する。また、蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２を負荷要求ＱｅＤに対応する熱負荷Ｑｔ１Ｄに水素製造装置３１の水素製造に必要な電力を加味して設定する。
【0055】
すなわち、ステップＳ７０は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限以下である場合に、原子炉１１の熱出力を維持すると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して発電させ、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システムに供給して水素を製造させる第２運転を行うことを設定するものである。更に詳しくは、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造装置３１の上限を超えている場合に、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの一部を水素製造装置３１で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを記蓄熱設備３３に貯蔵する制御を行うことを設定するものである。プラント総括負荷演算部６１は、ステップＳ７０の処理後、ステップＳ９０に進む。
【0056】
ステップＳ６０にてＹＥＳ（Ｑｔ１Ｒ＞Ｑｔ１Ｄ＋Ｑｔ３Ｒ＋Ｑｔ４Ｒ）の場合、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有る場合且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限を超えている場合には、プラント総括負荷演算部６１は、原子炉１１の熱負荷Ｑ１を定格値Ｑｔ１Ｒから（Ｑ１ｔＲ－Ｑｔ１Ｄ－Ｑｔ３Ｒ－Ｑｔ４Ｒ＝ΔＱ１ｖ）分だけ下げるように設定する。すなわち、原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造システム３で全て利用することができない場合には、原子炉１１の熱出力一定運転を変更して原子炉１１の熱出力を下げる運転を行う。また、水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３を定格Ｑｔ３Ｒに設定する。また、蓄熱設備３３の熱負荷Ｑ４を定格Ｑｔ４Ｒに設定する。また、蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２を負荷要求ＱｅＤに対応する熱負荷Ｑｔ１Ｄに水素製造装置３１の水素製造に必要な電力を加味して設定する。
【0057】
すなわち、ステップＳ８０は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限を超えている場合に、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限以下となるように原子炉１１の熱出力を低下させると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して発電させ、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３（水素製造装置３１及び蓄熱設備３３）に供給して水素を製造させる第３運転を行うことを設定するものである。プラント総括負荷演算部６１は、ステップＳ８０の処理後、ステップＳ９０に進む。
【0058】
次に、プラント総括負荷演算部６１は、蓄熱設備３３が満蓄状態に達して蓄熱不能な状態（熱エネルギを貯蔵不能な状態）であるか否かを判定する（ステップＳ９０）。プラント制御装置５が蓄熱設備３３の蓄熱制御を長時間行うと、蓄熱設備３３が満蓄状態に達して蓄熱不能な状態になることがある。上記判定は、この状況を考慮したものである。蓄熱設備３３が蓄熱不能な状態である場合（ＹＥＳの場合）にはステップＳ１００に進んだ後にリターンしてステップＳ１０に戻る一方、蓄熱設備が蓄熱可能（熱エネルギを貯蔵可能）な状態である場合場合（ＮＯの場合）にはリターンしてステップＳ１０に戻る。
【0059】
ステップＳ９０にてＹＥＳの場合、プラント総括負荷演算部６１は、原子炉１１の熱負荷Ｑ１を定格値Ｑｔ１Ｒから（Ｑ１ｔＲ－Ｑｔ１Ｄ－Ｑｔ３Ｒ＝ΔＱ１ｆ）分だけ下げるように設定する。すなわち、蓄熱設備３３の蓄熱のために供給されていた蓄熱設備３３の熱負荷Ｑ４の分だけ原子炉１１の熱出力が更に余剰となるので、原子炉１１の熱出力を下げる運転を行う。また、水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３を定格Ｑｔ３Ｒに設定する。また、蓄熱設備３３の熱負荷Ｑ４を蓄熱も放熱も無い状態である０に設定する。また、蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２を負荷要求ＱｅＤに対応する熱負荷Ｑｔ１Ｄに水素製造装置３１の水素製造に必要な電力を加味して設定する。
【0060】
すなわち、ステップＳ１００は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限を超えている場合であって、蓄熱設備３３が熱エネルギの貯蔵可能な上限に達して蓄熱不能な状態である場合には、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限以下となるように原子炉１１の熱出力を低下させると共に、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの全量を水素製造装置３１で利用する制御を行うものである。
【0061】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る原子力プラントの運転方法について図５及び図６を用いて説明する。図６は第１の実施の形態に係る原子力プラントの運転方法における原子炉の熱出力（熱負荷）の配分を示す説明図である。
【0062】
プラント制御装置５は、プラント総括負荷演算部６１が図５に示すフローチャートの演算処理を行うことで設定した原子炉１１の熱負荷Ｑ１（目標熱出力）と蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２（目標出力）と水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３と蓄熱設備３３の熱負荷Ｑ４に基づいて原子力プラント１の運転を行う。プラント制御装置５による原子力プラント１の運転は、原子炉１１の熱出力を次のように配分することで、原子力発電システム２の発電制御と水素製造システム３の水素製造及び蓄熱の制御を行うものである。なお、ここでの説明は、原子炉１１の熱出力が基本的に定格値である場合を想定したものである。
【0063】
第１に、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合には、図６の最上段の特性図に示すように、原子炉１１の熱出力の全量、すなわち、原子炉１１の熱出力の定格値Ｑｔ１Ｒを蒸気タービン１２に導入して発電させる一方、水素製造システム３の水素製造を停止状態にする第１運転を行う。第１運転は、プラント総括負荷演算部６１の図５に示すステップＳ３０の設定に基づくものであ、原子炉１１の熱出力を一定（定格値Ｑｔ１Ｒ）に維持しつつ、原子力発電システム２が電力系統１００に対して負荷要求に応じて電力を出力する運転形態である。すなわち、第１運転は、通常の原子力発電プラントの運転形態に相当する。
【0064】
第２に、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限以下である場合には、図６における上から２番目又は３番目の特性図に示すように、原子炉１１の熱出力を定格値Ｑｔ１Ｒに維持すると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して負荷要求に応じた電力を電力系統１００に送出し、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３に供給して水素を製造させる第２運転を行う。第２運転は、原子炉１１の熱出力を一定（定格値Ｑｔ１Ｒ）に維持しつつ、電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を負荷要求に応じて調整すると共に原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造に利用する電力水素併産の運転形態である。第２運転は、さらに、２つの運転形態に分けられる。
【0065】
具体的には、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造装置３１の受け入れ可能な上限以下である場合には、図６の２番目の特性図に示すように、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの全量を水素製造装置３１で利用する制御を行う。当該運転は、プラント総括負荷演算部６１の図５に示すステップＳ５０の設定に基づくものであり、電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を負荷要求に応じて調整すると共に原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造のみに利用する電力水素併産の運転形態である。
【0066】
また、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造装置３１の受け入れ可能な上限を超えている場合には、図６の３番目の特性図に示すように、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの一部を水素製造装置３１で利用して水素を製造すると共に残りの蒸気の熱エネルギを蓄熱設備３３に貯蔵する制御を行う。当該運転は、プラント総括負荷演算部６１の図５に示すステップＳ７０の設定に基づくものである。すなわち、当該運転は、電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を負荷要求に応じて調整すると共に原子炉１１の熱出力の余剰分の一部を水素製造に利用する電力水素併産の運転に加えて、原子炉１１の熱出力の余剰分の残りを蓄熱設備３３に貯蔵する蓄熱運転を同時に行う運転形態である。
【0067】
第３に、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限を超えている場合には、図６における上から４番目又は５番目の特性図に示すように、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限以下となるように原子炉１１の熱出力を低下させると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して負荷要求に応じた電力を電力系統１００に送出し、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３に供給して水素を製造させる第３運転を行う。第３運転は、電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を負荷要求に応じて調整すると共に原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造に利用する電力水素併産の運転形態である。ただし、原子炉１１の熱出力をそのまま一定に維持すると、原子炉１１の熱出力の余剰分の一部を水素製造システム３で利用不能な状態となる。そのため、第３運転は、原子炉１１の熱出力の余剰分の全量を水素製造システム３で利用可能となるように原子炉１１の熱出力を抑制的に調整する運転形態である。第３運転は、さらに、２つの運転形態に分けられる。
【0068】
具体的には、蓄熱設備３３が熱エネルギを貯蔵可能な状態である場合には、図６の４番目の特性図に示すように、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギのうちの一部を水素製造装置３１で利用して水素を製造する水素製造制御を行うと共に、残りを蓄熱設備３３に貯蔵する蓄熱制御を行う。当該運転は、プラント総括負荷演算部６１の図５に示すステップＳ８０の設定に基づくものである。すなわち、当該運転は、電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を負荷要求に応じて調整すると共に原子炉１１の熱出力の余剰分の一部を水素製造に利用する電力水素併産の運転に加えて、原子炉１１の熱出力の余剰分の残りを蓄熱設備３３に貯蔵する蓄熱運転を同時に行う運転形態である。当該運転は、蓄熱設備３３の蓄熱を行う分、原子炉１１の熱出力の下げ幅を少なくすることができる。
【0069】
また、蓄熱設備３３が満蓄状態に達して熱エネルギを貯蔵不能な状態である場合には、図６の５番目の特性図に示すように、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの全量を水素製造装置３１で利用して水素を製造する水素製造制御を行う。当該運転は、プラント総括負荷演算部６１の図５に示すステップＳ１００の設定に基づくものである。すなわち、当該運転は、電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を負荷要求に応じて調整すると共に原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造に利用する電力水素併産の運転形態である。当該運転は、蓄熱設備３３の蓄熱を行うことができない分、原子炉１１の熱出力の下げ幅を大きくする必要がある。
【0070】
上述したように、第１の実施の形態に係る原子力プラント１は、電力系統１００に接続され、原子炉１１で発生した蒸気によって蒸気タービン１２を駆動させることで発電する原子力発電システム２と、原子炉１１で発生した蒸気が供給可能に構成され、原子炉１１で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成すると共に生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造システム３と、原子力発電システム２に要求される電力系統１００への発電出力を指示する負荷要求が外部から入力され、負荷要求を基に原子力発電システム２及び水素製造システム３を制御するプラント制御装置５とを備える。プラント制御装置５は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合には、原子炉１１の熱出力の全量を蒸気タービン１２に導入して発電させる一方、水素製造システム３の水素製造を停止状態にする第１運転を行う。また、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限以下である場合には、原子炉１１の熱出力を維持すると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して負荷要求に応じた電力を電力系統１００に送出し、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３に供給して水素を製造させる第２運転を行う。また、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限を超えている場合には、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限以下となるように原子炉１１の熱出力を低下させると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して負荷要求に応じた電力を電力系統１００に送出し、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３に供給して水素を製造させる第３運転を行う。
【0071】
この構成によれば、負荷要求に対して、原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合、原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限以下である場合、原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限を超えている場合の３つの条件に応じて、原子炉１１の熱出力を維持または変化させると共に蒸気タービン１２及び水素製造システム３対する原子炉１１の熱出力の配分を変更するので、負荷要求に応じて電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を調整しつつ、原子炉１１の熱出力の有効活用及び原子炉１１の熱出力の変化抑制が可能となる。
【0072】
また、本実施の形態に係る水素製造システム３は、原子炉１１で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から水蒸気を生成し、生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造装置３１と、原子炉１１から供給される蒸気の熱エネルギの貯蔵及び貯蔵している熱エネルギの水素製造装置への供給が可能な蓄熱設備３３とを含んでいる。
【0073】
この構成によれば、水素製造システム３が蓄熱設備３３を備えているので、蓄熱設備３３が貯蔵する熱エネルギを用いて水素製造を停止中の水素製造装置３１を保温することが可能となる。また、原子炉１１の熱出力の余剰分を蓄熱設備３３に貯蔵させることができるので、原子炉１１の熱出力の更なる有効活用を図ることができる。
【0074】
また、本実施の形態におけるプラント制御装置５は、第１運転を行う場合には、蓄熱設備３３に貯蔵されている熱エネルギを水素製造装置３１に供給して水素製造装置３１を保温する保温運転を同時に行うように構成されている。
【0075】
この構成によれば、停止中の水素製造装置３１を保温しているので、停止中の水素製造装置３１を短時間で作動温度まで復帰させることができ、水素製造装置３１による速やかな水素製造の再開が可能となる。
【0076】
また、本実施の形態に係る原子力プラント１においては、水素製造システム３の上限は水素製造装置３１の受け入れ可能な上限と蓄熱設備３３の受け入れ可能な上限とを合算したものである。また、プラント制御装置５は、第２運転を行う場合において、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造装置３１の上限以下である場合には、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの全量を水素製造装置３１で利用する制御を行う。一方、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造装置３１の上限を超えている場合には、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの一部を水素製造装置３１で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを蓄熱設備３３に貯蔵する制御を行う。
【0077】
この構成によれば、水素製造装置３１の上限に対する原子炉１１の熱出力の余剰分の大小関係に応じて、水素製造装置３１及び蓄熱設備３３に供給される蒸気の熱エネルギの配分を変更するので、原子炉１１の熱出力を変化させることなく、原子炉１１の熱出力の余剰分の有効活用を図ることができる。
【0078】
また、本実施の形態に係る原子力プラント１においては、プラント制御装置５が第３運転を行う場合において、蓄熱設備３３が熱エネルギを貯蔵可能な状態である場合には、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギのうちの一部を水素製造装置３１で利用すると共に残りを蓄熱設備３３に貯蔵する制御を行う。一方、蓄熱設備３３が満蓄状態に達して熱エネルギを貯蔵不能な状態である場合には、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの全量を水素製造装置３１で利用する制御を行う。
【0079】
この構成によれば、蓄熱設備３３の熱エネルギの貯蔵状態に応じて、水素製造装置３１及び蓄熱設備３３に供給される蒸気の熱エネルギの配分を変更するので、原子炉１１の熱出力の余剰分の有効活用を図りつつ、原子炉１１の熱出力を低下させる量を抑制することが可能となる。
【0080】
また、本実施の形態に係る原子力プラント１は、原子炉１１で発生した蒸気の熱エネルギが必ず蓄熱設備３３を介して水素製造装置３１に伝達されるように構成されている。
【0081】
この構成によれば、原子炉１１の蒸気を直接的に水素製造装置３１に供給するラインが必要ないので、水素製造装置３１に熱エネルギを供給する構成を簡素化することができる。
【0082】
また、上述した第１の実施の形態に係る原子力プラント１の運転方法は、原子炉１１で発生した蒸気によって蒸気タービン１２を駆動させることで発電する原子力発電システム２と原子炉１１で発生した蒸気の熱エネルギを利用して原水から生成した水蒸気を電気分解して水素を製造する水素製造システム３とを備えた原子力プラント１を、外部から与えたれる電力系統の負荷要求を基に運転するものである。この運転方法は、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合には、原子炉１１の熱出力の全量を蒸気タービン１２に導入して発電させる一方、水素製造システム３の水素製造を停止状態にする第１運転を行うものである。また、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の受け入れ可能な上限以下である場合には、原子炉１１の熱出力を維持すると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して負荷要求に応じた電力を電力系統１００に送出し、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３に供給して水素を製造させる第２運転を行うものである。また、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限を超えている場合には、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限以下となるように原子炉１１の熱出力を低下させると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して負荷要求に応じた電力を電力系統１００に送出し、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３に供給して水素を製造させる第３運転を行うものである。
【0083】
この方法によれば、負荷要求に対して、原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合、原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限以下である場合、原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３の上限を超えている場合の３つの条件に応じて、原子炉１１の熱出力を維持または変化させると共に蒸気タービン１２及び水素製造システム３対する原子炉１１の熱出力の配分を変更するので、負荷要求に応じて電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を調整しつつ、原子炉１１の熱出力の有効活用及び原子炉１１の熱出力の変化抑制が可能となる。
【0084】
また、本実施の形態に係る原子力プラント１の運転方法は、第１運転を行う場合には、蓄熱設備３３に貯蔵されている熱エネルギを水素製造装置３１に供給して水素製造装置３１を保温する保温運転も同時に行うものである。
【0085】
この方法によれば、停止中の水素製造装置３１を保温することで、停止中の水素製造装置３１を短時間で作動温度まで復帰させることができるので、水素製造装置３１による速やかな水素製造の再開が可能となる。
【0086】
また、本実施の形態に係る原子力プラント１の運転方法においては、水素製造システム３の上限が水素製造装置３１の受け入れ可能な上限と蓄熱設備３３の受け入れ可能な上限とを合算したものである。また、本運転方法は、第２運転を行う場合において、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造装置３１の上限以下である場合には、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの全量を水素製造装置３１で利用する制御を行うものである。一方、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造装置３１の上限を超えている場合には、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの一部を水素製造装置３１で利用すると共に残りの蒸気の熱エネルギを蓄熱設備３３に貯蔵する制御を行うものである。
【0087】
この方法によれば、水素製造装置３１の上限に対する原子炉１１の熱出力の余剰分の大小関係に応じて、水素製造装置３１及び蓄熱設備３３に供給される蒸気の熱エネルギの配分を変更するので、原子炉１１の熱出力を変化させることなく、原子炉１１の熱出力の余剰分の有効活用を図ることができる。
【0088】
また、本実施の形態に係る原子力プラント１の運転方法は、第３運転を行う場合において、蓄熱設備３３が熱エネルギを貯蔵可能な状態である場合には、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギのうちの一部を水素製造装置３１で利用すると共に残りを蓄熱設備３３に貯蔵する制御を行うものである。一方、蓄熱設備３３が満蓄状態に達して熱エネルギを貯蔵不能な状態である場合には、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギの全量を水素製造装置３１で利用する制御を行うものである。
【0089】
この方法によれば、蓄熱設備３３の熱エネルギの貯蔵状態に応じて、水素製造装置３１及び蓄熱設備３３に供給される蒸気の熱エネルギの配分を変更するので、原子炉１１の熱出力の余剰分の有効活用を図りつつ、原子炉１１の熱出力を低下させる量を抑制することが可能となる。
【0090】
［第１の実施の形態の変形例］
次に、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る原子力プラントについて図７を用いて説明する。図７は本発明の第１の実施の形態の変形例に係る原子力プラントの概略構成を示すブロック図である。なお、図７において、図１～図６に示す符号と同符合のものは、同様な部分であるので、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る原子力プラントについて図７を用いて説明する。図７は本発明の第１の実施の形態の変形例に係る原子力プラントの概略構成を示すブロック図である。なお、図７において、図１～図６に示す符号と同符合のものは、同様な部分であるので、詳細な説明は省略する。
【0091】
図７に示す第１の実施の形態の変形例に係る原子力プラント１Ａが第１の実施の形態と相違する点は、水素製造システム３Ａの水素製造に必要な電力を、原子力発電システム２から受電するのではなく、電力系統１００から受電することである。詳細には、水素製造装置３１Ａの水素製造装置３１Ａにおける電熱器としての蒸気加熱器４３（図３参照）には電力系統１００から電力を供給される。同様に、水蒸気電解装置４４（図３参照）には電力系統１００から電力が供給される。それ以外の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【0092】
原子力プラント１Ａの運転方法も、水素製造装置３１Ａの水素製造の電力供給元が発電システム２から電力系統１００に変更されるだけである。ただし、この場合、原子力発電システム２の発電出力は、第１の実施の形態における水素製造装置３１への出力分が不要となるので、第１の実施の形態の場合よりも低くて済む。例えば、図５に示すフローチャートのステップＳ５０、Ｓ７０、Ｓ８０、Ｓ１００における蒸気タービンの熱負荷Ｑ２は、水素製造装置３１Ａの水素製造の電力を加味する必要がなくなる。
【0093】
本変形例においては、電力系統１００に接続されている再生可能エネルギ発電所１１０から優先的に購入した電力を水素製造装置３１Ａに供給するように構成している。電力は系統の託送料金を含め有償なので、別系統の安価な電力を用いることが望ましい。本変形例においては、既存の再生可能エネルギ発電を活用した電力水素の併産が可能となる。
【0094】
上述した第１の実施の形態の変形例に係る原子力プラント１Ａ及びその運転方法によれば、第１の実施の形態の場合と同様に、負荷要求に対して、原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合、原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ａの上限以下である場合、原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ａの上限を超えている場合の３つの条件に応じて、原子炉１１の熱出力を維持または変化させると共に蒸気タービン１２及び水素製造システム３Ａに対する原子炉１１の熱出力の配分を変更するので、負荷要求に応じて電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を調整しつつ、原子炉１１の熱出力の有効活用及び原子炉１１の熱出力の変化抑制が可能となる。
【0095】
また、本変形例に係る原子力プラント１Ａにおいては、水素製造システム３の水素製造に対して電力系統１００から電力が供給されるように制御される。
【0096】
また、本変形例に係る原子力プラント１Ａの運転方法は、水素製造システム３の水素製造に電力系統１００からの電力を用いるものである。
【0097】
この構成及び方法によれば、水素製造システム３の水素製造に安価な電力を用いることが可能となる。また、既存の再生可能エネルギ発電からの電力を利用することで、再生可能エネルギを活用した電力水素の併産が可能となる。
【0098】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る原子力プラント及びその運転方法について説明する。まず、第２の実施の形態に係る原子力プラントの構成について図８～図１０を用いて説明する。図８は本発明の第２の実施の形態に係る原子力プラントの概略構成を示すブロック図である。図９は図８に示す第２の実施の形態に係る原子力プラントの詳細構成を示す系統図である。図１０は図８に示す第２の実施の形態に係る原子力プラントにおける水素製造装置の構成を示すブロック図である。なお、図８～１０において、図１～図７に示す符号と同符合のものは、同様な部分であるので、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る原子力プラント及びその運転方法について説明する。まず、第２の実施の形態に係る原子力プラントの構成について図８～図１０を用いて説明する。図８は本発明の第２の実施の形態に係る原子力プラントの概略構成を示すブロック図である。図９は図８に示す第２の実施の形態に係る原子力プラントの詳細構成を示す系統図である。図１０は図８に示す第２の実施の形態に係る原子力プラントにおける水素製造装置の構成を示すブロック図である。なお、図８～１０において、図１～図７に示す符号と同符合のものは、同様な部分であるので、詳細な説明は省略する。
【0099】
第２の実施の形態に係る原子力プラント１Ｂ及びその運転方法が第１の実施の形態と相違する点は、図８及び図９に示す水素製造システム３Ｂが蓄熱設備（図１及び図２参照）を備えていないこと及び蓄熱設備が無いことで蓄熱運転が行われないことである。詳細には、水素製造システム３Ｂは、図８及び図９に示すように、原子炉１１から供給される蒸気の熱エネルギを直接的に水素製造装置３１Ｂに供給するように構成されている。水素製造システム３Ｂの水素製造装置３１Ｂにはバイパスライン２２Ｂ及び戻りライン２３Ｂが接続されている。より詳しくは、図１０に示すように、バイパスライン２２Ｂ及び戻りライン２３Ｂは、水素製造装置３１Ｂの蒸気発生器４１Ｂに接続されている。原子力プラント１Ｂでは、原子炉１１で発生した蒸気の一部（余剰蒸気）がバイパスライン２２を介して水素製造装置３１Ｂに供給されると共に、水素製造装置３１Ｂに供給された蒸気が復水器１５に回収される。図８及び図９に戻り、水素製造装置３１Ｂへの蒸気の供給量は、バイパス弁２６によって調節される。
【0100】
図９に示すプラント制御装置５Ｂは、原子炉１１の熱出力（原子炉１１で発生する蒸気の熱エネルギ）を基本的に一定に保持して運転する熱出力一定運転を行う。さらに、原子力発電システム２が電力系統１００に対して負荷要求を満たす電力を出力することを最優先する運転を行い、負荷要求の状況によっては原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造システム３Ｂの水素製造装置３１Ｂで利用することで水素を製造する運転を行う。ここでは、蓄熱設備がないので、蓄熱制御運転がない。また、プラント制御装置５Ｂは、負荷要求に対する原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂの水素製造装置３１Ｂの受け入れ可能な上限を超える場合には、原子炉１１の熱出力一定運転を変更して原子炉１１の熱出力を下げることで、原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造装置３１Ｂの受け入れ可能な上限以下にする運転を行う。また、プラント制御装置５Ｂは、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合には、水素製造装置３１Ｂの水素製造を停止させる運転を行う。
【0101】
次に、第２の実施の形態に係る原子力プラントにおけるプラント制御装置の機能構成について図１１を用いて説明する。図１１は図９に示す第２の実施の形態に係る原子力プラントにおけるプラント制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【0102】
図１１に示す本実施の形態のプラント制御装置５Ｂの機能部が第１の実施の形態のプラント制御装置５の機能部と異なる主要な点は、蓄熱制御部７２の機能部がないことである。また、蓄熱制御部７２が無いことで、プラント制御装置５Ｂの機能部のうち、プラント総括負荷演算部６１Ｂの演算処理が異なると共に、水素製造制御部７１Ｂの制御対象が異なる。
【0103】
プラント総括負荷演算部６１Ｂは、第１の実施の形態とは異なり、負荷要求と電力計２９の検出値Ｅｓとを基に、原子炉１１の熱負荷Ｑ１（目標熱出力）と蒸気タービン１２の熱負荷Ｑ２（目標出力）と水素製造装置３１の熱負荷Ｑ３を演算する。
【0104】
水素製造制御部７１Ｂは、プラント総括負荷演算部６１Ｂの演算結果である水素製造負荷Ｑ３を基に開度指令Ｃｖ２及び電力要求指令Ｃｅを演算する。開度指令Ｃｖ２は、水素製造装置３１Ｂの蒸気発生器４１Ｂで原水を加熱して低温の蒸気を発生させるために必要な熱エネルギ（単位時間当たり）に応じたバイパス弁２６の開度を指令するものである。水素製造制御部７１Ｂは、バイパス弁２６の開度を開度指令Ｃｖ２により制御して水素製造装置３１Ｂに必要な熱エネルギを原子炉１１から供給させると共に電力要求指令Ｃｅに応じた電力を水素製造装置３１Ｂに供給させることで水素製造を制御する。
【0105】
次に、第２の実施の形態に係る原子力プラントにおけるプラント制御装置のプラント総括負荷演算部の演算について図１２を用いて説明する。図１２は図１１に示す第２の実施の形態に係る原子力プラントのプラント制御装置におけるプラント総括負荷演算部の演算手順の一例を示すフローチャートである。
【0106】
図１２に示す第２の実施の形態に係るプラント制御装置５Ｂのプラント総括負荷演算部６１Ｂの演算手順のフローチャートが第１の実施の形態に係るプラント制御装置５のプラント総括負荷演算部６１の演算手順が異なる点は、水素製造システム３Ｂが蓄熱設備を備えていないことで、図５に示す第１の実施の形態のプラント総括負荷演算部６１の演算処理のステップＳ６０、Ｓ７０、Ｓ９０、Ｓ１００が削除されることである。また、図１２に示すフローチャートのステップＳ３０Ｂ、Ｓ５０Ｂ、Ｓ８０Ｂにおける設定が異なることである。
【0107】
具体的には、ステップＳ３０Ｂにおいては、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰がない場合には、原子炉１１の熱出力の全量を蒸気タービン１２に導入して発電させる一方、水素製造システム３Ｂの水素製造を停止状態にする第１運転を行う。このとき、水素製造システム３Ｂが蓄熱設備を備えていないので、水素製造装置３１Ｂを保温する保温運転の実行が不能である。
【0108】
また、ステップＳ５０Ｂにおいては、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有る場合であって、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）の受け入れ可能な上限以下である場合には、原子炉１１の熱出力を維持すると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して発電させ、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）に供給して水素を製造させる第２運転を行うことを設定するものである。ただし、水素製造システム３Ｂが蓄熱設備を備えていないので、蓄熱設備の熱負荷の設定が不要である。
【0109】
また、ステップＳ８０Ｂにおいては、すなわち、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）の受け入れ可能な上限を超えている場合には、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）の上限以下となるように原子炉１１の熱出力を低下させると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して発電させ、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）に供給して水素を製造させる第３運転を行うことを設定するものである。具体的には、原子炉１１の熱負荷Ｑ１を定格値Ｑｔ１Ｒから（Ｑ１ｔＲ－Ｑｔ１Ｄ－Ｑｔ３Ｒ＝ΔＱ１ｖ）分だけ下げるように設定する。
【0110】
次に、第２の実施の形態に係る原子力プラントの運転方法について図１２及び図１３を用いて説明する。図１３は第２の実施の形態に係る原子力プラントの運転方法における原子炉の熱出力（熱負荷）の配分を示す説明図である。
【0111】
第２の実施の形態に係るプラント制御装置５Ｂによる原子力プラント１Ｂの運転は、原子炉１１の熱出力を次のように配分することで、原子力発電システム２の発電制御と水素製造システム３の水素製造制御を行うものである。
【0112】
第１に、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合には、図１３の上段の特性図に示すように、原子炉１１の熱出力の全量、すなわち、原子炉１１の熱出力の定格値Ｑｔ１Ｒを蒸気タービン１２に導入して発電させる一方、水素製造システム３の水素製造を停止状態にする第１運転を行う。第１運転は、プラント総括負荷演算部６１Ｂの図１２に示すステップＳ３０Ｂの設定に基づくものであ、原子炉１１の熱出力を一定（定格値Ｑｔ１Ｒ）に維持しつつ、原子力発電システム２が電力系統１００に対して負荷要求に応じて電力を出力する運転形態である。
【0113】
第２に、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）の受け入れ可能な上限以下である場合には、図１３の中段の特性図に示すように、原子炉１１の熱出力を定格値Ｑｔ１Ｒに維持すると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して負荷要求に応じた電力を電力系統１００に送出し、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）に供給して水素を製造させる第２運転を行う。第２運転は、原子炉１１の熱出力を一定（定格値Ｑｔ１Ｒ）に維持しつつ、電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を負荷要求に応じて調整すると共に原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造に利用する電力水素併産の運転形態である。
【0114】
第３に、負荷要求に対して原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）の受け入れ可能な上限を超えている場合には、図１３の下段の特性図に示すように、原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）の上限以下となるように原子炉１１の熱出力を低下させると共に、原子炉１１の熱出力の一部を蒸気タービン１２に導入して負荷要求に応じた電力を電力系統１００に送出し、原子炉１１の熱出力の残りを水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）に供給して水素を製造させる第３運転を行う。第３運転は、電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を負荷要求に応じて調整すると共に原子炉１１の熱出力の余剰分を水素製造に利用する電力水素併産の運転形態である。第３運転は、原子炉１１の熱出力の余剰分の全量を水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）で利用可能となるように原子炉１１の熱出力を抑制的に調整する運転形態である。
【0115】
上述した第２の実施の形態に係る原子力プラント１Ｂ及びその運転方法によれば、第１の実施の形態の場合と同様に、負荷要求に対して、原子炉１１の熱出力に余剰が無い場合、原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）の上限以下である場合、原子炉１１の熱出力に余剰が有り且つ原子炉１１の熱出力の余剰分が水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）の上限を超えている場合の３つの条件に応じて、原子炉１１の熱出力を維持または変化させると共に蒸気タービン１２及び水素製造システム３Ｂ（水素製造装置３１Ｂ）に対する原子炉１１の熱出力の配分を変更するので、負荷要求に応じて電力系統１００に対する原子力発電システム２の発電出力を調整しつつ、原子炉１１の熱出力の有効活用及び原子炉１１の熱出力の変化抑制が可能となる。
【0116】
［その他］
なお、本発明は、上述した第１～第２の実施の形態及びその変形例に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
なお、本発明は、上述した第１～第２の実施の形態及びその変形例に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【0117】
例えば、上述した実施の形態においては、原子炉１１が沸騰水型原子炉で構成されている例を示した。しかし、原子炉は加圧水型原子炉で構成することも可能である。
【0118】
また、上述した第１の実施の形態においては、原子力発電システム２の原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気の熱エネルギが水素製造システム３の蓄熱設備３３に一度貯蔵されてから熱媒体を介して水素製造装置３１に供給されるように構成された原子力プラント１の例を示した。しかし、原子力プラント１は、原子炉１１から水素製造システム３に供給される蒸気が蓄熱設備３３を迂回して直接的に水素製造装置３１に供給される構成も可能である。
【符号の説明】
【0119】
１、１Ａ、１Ｂ…原子力プラント、 ２…原子力発電システム、 ３、３Ａ、３Ｂ…水素製造システム、 ５、５Ｂ…プラント制御装置、 １１…原子炉、 １２…蒸気タービン、 ３１、３１Ａ、３１Ｂ…水素製造装置、 ３３…蓄熱設備、 １００…電力系統
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】