Loading article…
改良型ガス冷却炉（AGR ）は、英国が設計・運用する原子炉の一種である。これらは英国製のガス冷却炉の第2世代にあたり、中性子減速材として黒鉛、冷却材として二酸化炭素を使用している。 1980年代以降、英国の原子力発電設備の中核を担ってきた。
AGRは、英国の第一世代原子炉設計であるマグノックス原子炉から開発されました。最初のマグノックス設計はプルトニウム生成に最適化されていたため[ 2 ]、発電には最も経済的ではない特徴がありました。その中でも主なものは、天然ウランで運転する必要があり、そのためには中性子断面積の小さい冷却材（この場合は二酸化炭素）と効率的な中性子減速材である黒鉛が必要でした。また、マグノックス設計は他の発電設計に比べてガス温度が比較的低く、その結果、蒸気条件の効率が低下しました。
AGR設計では、マグノックスの黒鉛減速材と二酸化炭素冷却材はそのままに、冷却ガスの運転温度を上げて蒸気条件を改善した。これらは石炭火力発電所のものと同一に作られており、同じ設計のタービンと発電設備を使用することができた。初期設計段階で、燃料被覆材をベリリウムからステンレス鋼に変更する必要があることが判明した。しかし、鋼は中性子断面積が大きいため、この変更を補うために濃縮ウラン燃料を使用する必要があった。この変更により、燃料1トンあたり18,000 MW t日という高い燃焼度が得られ、燃料交換の頻度を減らすことができた。
プロトタイプのウィンドスケール先進ガス冷却炉は1962年にウィンドスケールで稼働を開始したが[ 3 ]、最初の商用AGRが稼働したのは1976年になってからだった。1976年から1988年の間に、6つのサイトに合計14基のAGR原子炉が建設された。これらはすべて1つの建屋に2基の原子炉が配置されており、各原子炉の設計熱出力は1,500 MWtで、 660 MWeのタービン発電機セットを駆動する。さまざまなAGR発電所は、運転上の制約により設計出力よりも低い出力で運転されているものもあるため、 555 MWeから670 MWeの範囲の出力を生産している[ 4 ] 。
AGRは、ボイラー停止弁での最終蒸気条件が従来の石炭火力発電所と同じになるように設計されており、そのため同じ設計のタービン発電機プラントを使用することができました。原子炉炉心から出る高温冷却材の平均温度は648 ℃（1,198 °F）となるように設計されました。これらの高温を実現しつつ、黒鉛炉心の寿命を確保するため（黒鉛は高温でCO2と反応するため）、ボイラー出口温度278 ℃の冷却材の再流入流を利用して黒鉛を冷却し、黒鉛炉心温度がマグノックス発電所で見られる温度と大きく変わらないようにしています。過熱器出口温度と圧力は、 2,485psi（170bar）と543 ℃となるように設計されました。
燃料はステンレス鋼管に充填された、2.5～3.5%に濃縮された二酸化ウランペレットです。AGRの当初の設計コンセプトは、ベリリウムベースの被覆材を使用することでした。脆性破壊のためこれが不適切であることが判明したため、[ 5 ]ステンレス鋼被覆材のより高い中性子捕獲損失を許容するために燃料の濃縮度が引き上げられました。これにより、AGRで生成される電力のコストが大幅に増加しました。二酸化炭素冷却材は炉心内を循環し、640 °C (1,184 °F)および約 40 bar (580 psi) の圧力に達し、その後、炉心外の鋼製ライニングされた鉄筋コンクリート圧力容器内にあるボイラー (蒸気発生器) アセンブリを通過します。制御棒は黒鉛減速材を貫通し、二次システムでは、制御棒が炉心に入り込まなかった場合に熱中性子を吸収して核分裂プロセスを停止するために、冷却材に窒素を注入します。制御棒を十分に下げずに原子炉を減圧しなければならない場合に備えて、原子炉内にホウ素ビーズを注入する三次停止システムが備えられている。これは、窒素圧力を維持できないことを意味する。[ 6 ] [ 7 ]
AGRは、約41%という高い熱効率（発電量/発熱量の比）を持つように設計されており、これは一般的な熱効率が34%である現代の加圧水型原子炉（PWR）よりも優れています。 [ 8 ]これは、ガス冷却で実用的な冷却材出口温度が約640 ℃（1,184 °F）と、PWRの約325 ℃（617 °F）よりも高いためです。しかし、同じ出力を得るためには原子炉炉心を大きくする必要があり、排出時の燃料燃焼度はタイプ2燃料で1トンあたり27,000MW（th）日、堅牢燃料で1トンあたり最大34,000MW （th）日であり、PWRの1トンあたり40,000MW（th）日よりも低いため、燃料の使用効率が低くなり[ 9 ] 、熱効率の利点が相殺されます。
マグノックス、CANDU、IPHWR、RBMK原子炉と同様に、軽水炉とは対照的に、AGRは最初に停止することなく燃料交換ができるように設計されている（オンライン燃料交換を参照）。この運転中の燃料交換は、他の原子炉タイプよりもAGRを選択する経済的根拠の重要な部分であり、1965年には中央電力発電公社（CEGB）と政府が、AGRは最高の石炭火力発電所よりも安価に電力を生産できると主張することができた。しかし、全負荷運転中の燃料交換中に燃料集合体の振動問題が発生したため、1988年に全負荷運転での燃料交換は1990年代半ばまで中断され、その後の試験で燃料棒が原子炉炉心に詰まるという事態が発生した。現在、AGRでは部分負荷運転時または停止時にのみ燃料交換が行われている。
プレストレストコンクリート製の圧力容器には、原子炉炉心とボイラーが収容されている。容器への貫通部の数を最小限に抑え（ひいては破損箇所を減らすため）、ボイラーは貫流式設計となっており、沸騰と過熱はすべてボイラー管内で行われる。そのため、蒸発器内での塩分蓄積とそれに伴う腐食問題を最小限に抑えるには、超純水を使用する必要がある。
AGRは、アメリカの軽水炉設計に代わる、より優れたイギリス製の代替案となることを意図して開発されました。運用面では（経済的にはともかく）成功を収めたマグノックス設計の発展形として推進され、ヘリウム冷却超高温原子炉、蒸気発生重水炉、高速増殖炉といったイギリス国内の競合する代替案、そしてアメリカの軽水加圧水型原子炉（PWR）と沸騰水型原子炉（BWR）、カナダのCANDU設計など、数多くの選択肢の中から選ばれました。CEGBは競合する設計案の詳細な経済評価を実施し、ダンジネスBに提案されたAGRが最も安価な電力を発電し、競合するどの設計案よりも安価で、石炭火力発電所としても最高水準の発電量を実現すると結論付けました。
AGR設計には大きな期待が寄せられていた。[ 10 ]ダンジネスB、ヒンクリーポイントB、ハンターストンB、ハートリプール、ヘイシャム の5つのツイン原子炉ステーションの野心的な建設プログラムが迅速に展開され、輸出注文が熱心に期待されていた。
政治的な理由から、CEGBは「第一世代」の発注を3つの異なる「設計・建設」コンソーシアムと多数の主要下請け業者に分散させるよう指示された。その結果、最初の3つのCEGB発電所は、同じ設計コンセプトと燃料ピン設計を共有しながらも、詳細設計は全く異なっていた。このため、3つのコンソーシアムは限られた数の専門スタッフを巡って競争しなければならず、各設計には独自の（そして非常に複雑な）安全評価が必要となり、プログラム期間中は3つ（後に4つ）の異なるAGR原子炉設計をサポートする必要が生じた。
AGR発電所は複雑で建設が困難であることが判明した。当時の悪名高い労働関係も問題に拍車をかけた。先頭の発電所であるダンジネスBは1965年に発注され、1970年の完成を目指していた。原子炉設計のほぼすべての面で問題が発生した後、13年遅れの1983年にようやく発電を開始した。[ 10 ]
1、2年後に発注されたヒンクリー・ポイントとハンターストンの原子炉設計は、ダンジネスの設計よりもはるかに優れていることが証明され、実際にダンジネスよりも先に稼働を開始した。ヘイシャム1とハートリプールに建設された次のAGR設計は、発電所の設置面積と補助システムの数を減らすことで、設計全体のコスト削減を目指した。しかし、これが建設上の困難を招いた。
トーネスとヘイシャム2の最後の2機のAGRは、はるかに大きな耐震マージンを備えた、改良され「デバッグ」されたヒンクリー設計に戻り、艦隊の中で最も成功した性能を発揮することが証明されました。[ 11 ]元財務省経済顧問のデイビッド・ヘンダーソンは、AGRプログラムを、コンコルドと並んで、英国政府が支援したプロジェクトの中で最も費用のかかった2つの失敗の1つと評しました。[ 12 ]
1980年代に政府が電力発電産業の民営化を開始した際、潜在的な投資家向けのコスト分析により、実際の運営コストが長年にわたって隠蔽されていたことが明らかになった。特に廃止措置コストは大幅に過小評価されていた。こうした不確実性のため、当時、原子力発電は民営化の対象から除外された。 [ 10 ]
セラフィールドにある小型プロトタイプAGR （ウィンドスケール）は2010年に廃止措置が完了し、炉心と圧力容器は撤去され、現在は「ゴルフボール」と呼ばれる建屋だけが残っている。このプロジェクトは、原子炉を安全に廃止措置するために必要な事項を研究する目的でもあった。
2016年10月、原子炉の黒鉛炉心の安定性に関する懸念から、ハンターストンBとヒンクリーポイントBに超関節式制御棒が設置されることが発表された。2018年初頭、ハンターストンB原子炉3号機で計画停止中に、モデル化よりもわずかに高い割合で新たなキー溝根元亀裂が観測され、EDFは2018年5月に、さらなる調査、分析、モデリングのために停止期間を延長すると発表した。[ 13 ]
2018年にONRがダンジネスBで命じた検査では、耐震拘束装置、配管、貯蔵容器が「許容できないほど腐食している」ことが判明し、これは原子炉が稼働していた時の状態であったと考えられます。ONRはこの事故を国際原子力事象評価尺度でレベル2の事故と分類しました。[ 14 ]
2026年1月現在、建設された7基のAGR発電所のうち4基が稼働しており、それぞれ2基の原子炉を備えている。[ 15 ]すべての発電所はEDF Energyが所有・運営している。
2005年、ブリティッシュ・エナジーはダンジネスBの10年間の寿命延長を発表し、同発電所は2018年まで稼働を続けることになった[ 16 ]。また、2007年にはヒンクリー・ポイントBとハンターストンBの5年間の寿命延長を発表し、2016年までとしている[ 17 ]。他のAGRの寿命延長は、予定されている閉鎖日の少なくとも3年前に検討される。
2006年以降、ヒンクリーポイントBとハンターストンBは、ボイラー関連の問題によりボイラー温度を下げて運転する必要があるため、通常のMWe出力の約70%に制限されている。[ 17 ] 2013年には、プラントの改修により、これら2つの発電所の出力は通常の出力の約80%に増加した。[ 18 ]
2006年、AGRは、ガーディアン紙が2000年情報公開法に基づいて入手した文書によってニュースになった。その文書には、ブリティッシュ・エナジー社が自社の原子炉の炉心にある黒鉛ブロックのひび割れの程度を認識していなかったと書かれていた。また、ブリティッシュ・エナジー社はひび割れがなぜ発生したのか分からず、原子炉を停止せずに炉心を監視することもできなかったとも主張されていた。ブリティッシュ・エナジー社は後に声明を発表し、黒鉛ブロックのひび割れは広範囲にわたる中性子照射の既知の症状であり、監視の問題の解決策に取り組んでいることを確認した。また、原子炉は「法定停止」の一環として3年ごとに検査されているとも述べた。[ 19 ]
2010年12月17日、EDFエナジーはヘイシャム1号機とハートプール発電所の両方の稼働期間を5年間延長し、2019年まで発電を継続できるようにすると発表した。[ 20 ]
2012年2月、EDFは、最近寿命が延長されたヘイシャム1号機とハートリプールを含むすべてのAGRで平均7年間の寿命延長が見込まれると発表した。これらの寿命延長は詳細なレビューと承認の対象であり、上記の表には含まれていない。[ 21 ] [ 22 ]
2012年12月4日、EDFはヒンクリー・ポイントBとハンターストンBの運転期間が2016年から2023年までの7年間延長されたと発表した。[ 23 ]
2013年11月5日、EDFはハートリプール発電所の稼働期間が2019年から2024年までの5年間延長されたと発表した。[ 24 ]
2013年、ヘイシャムA1原子炉の8基のポッドボイラーのうち1基で定期検査により欠陥が発見された。原子炉はこのポッドボイラーを停止した状態で出力レベルを下げて運転を再開したが、2014年6月に詳細な検査でボイラーの胴体に亀裂があることが確認された。予防措置として、ヘイシャムA2と姉妹発電所であるハートリプールも8週間の検査のため停止された。[ 25 ] [ 26 ]
2014年10月、ハンターストンB原子炉の黒鉛減速材レンガに新たな種類の亀裂が発見された。このキー溝根元亀裂は以前から理論的には予測されていたが、観測されたことはなかった。このタイプの亀裂の存在は、原子炉の安全性に直ちに影響を与えるものではないが、亀裂の数が閾値を超えると、亀裂は修復できないため、原子炉は廃炉となる。[ 27 ] [ 28 ]
2015年1月、ダンジネスBは制御室のコンピュータシステムのアップグレードと洪水防御の改善により、10年間の寿命延長が認められ、会計上の終了日は2028年となった。[ 29 ]
2016年2月、EDFは英国にある8基の原子力発電所のうち4基の寿命を延長した。ヘイシャム1号機とハートリプール号機は寿命が5年間延長され2024年までとなった一方、ヘイシャム2号機とトーネス号機は閉鎖日が7年間延期され2030年となった。[ 30 ]
2021年6月7日、EDFは、2018年9月から長期停止状態にあったダンジネスB原子力発電所が直ちに燃料抜き取り段階に入ると発表した。[ 31 ]
2021年12月15日、EDFはヘイシャム2とトーネスが2028年3月に閉鎖される予定であると発表した。[ 32 ]
2022年1月7日、ハンターストンB原子炉4号機が最後に停止され、約47年間の運転を終えた。3号機は2021年11月に燃料抜き取り段階に入っていた。[ 33 ]
2022年8月1日にヒンクリーポイントBの3号炉が停止され、4号炉は2022年7月6日に停止された。[ 34 ]
2024年12月3日、EDFは英国に残る4基のAGR原子力発電所の寿命延長を発表した。ヘイシャム2号機とトーネス号機は2030年までさらに2年間延長され、ヘイシャム1号機とハートリプール号機は2027年まで1年間延長された。[ 35 ]
2025年1月、EDFは「発電所の検査と規制当局の監督を条件として、これらの日付以降も発電を続けることを目指している」と発表したが、「2030年代半ばまでに7つのAGR発電所すべてが英国政府の所有となる（廃止措置のため）」と予想している。[ 36 ]
ウィンドスケールAGRはプロトタイプとして設計されたものではなかった。ウィンドスケール原子炉の主な目的は、燃料要素の試験であった。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）