超臨界CO2タービン高速炉発電システムにおける圧力水準の検討

抄録

超臨界二酸化炭素（CO2）タービンサイクルを用いる発電システムは、超臨界点近傍で圧縮仕事が低減されることにより、高速炉で実用化されている温度領域（500-600℃）において蒸気タービンよりも高い熱効率を達成できる可能性がある。しかしながら、これには20MPa程度の高いタービンガス圧力を必要としており、直接サイクルでは原子炉圧力容器の設計において、また間接サイクルではIHXの構造設計において困難が生じる。これを解決する方法として、超臨界を必要とする圧縮機及び高圧タービンのみを高圧として、原子炉またはIHX及び低圧タービンの圧力を若干下げる方法（2段タービンサイクルと呼ぶ）が考えられ、これについて達成し得る熱効率の計算を行った。原子炉出口温度527℃の場合に、サイクル熱効率の値は、圧力20MPa、2段タービンサイクル（高圧タービン20MPa／低圧タービン12.5MPa）、12.5MPaの各ケースに対して、42.62%、43.92%、45.06%となった。この結果、2段タービンサイクルの熱効率は、20MPaの場合よりは低いものの12.5MPaの場合よりは1.3%高く有用であることが明らかになった。