평생교육

문화행복

미래·경제

복지·환경

시민·사회

국제

생활건강

영상뉴스

사진뉴스

특별취재

SNN칼럼

오피니언

오늘의 건강

여행 & 맛

포토에세이

생활 한자

지구촌산책

한국의 기차역

인물과 역사

디카교실

자연과 야생화

시사 상식

실버넷 만평

복지관소식

전국의 아름다운 길

은퇴 후 자산관리

외국어

기타

확대 l 축소

Nuclear Energy for Non-Electric Applications Key for Climate Change Mitigation

- 기후변화 완화를 위한 비 전기적 응용의 열쇠로서의 원자력 -

최근 IAEA의 인터넷 세미나에서 발표자들은, 수소 생산, 해수 담수화 및 건물난방을 하는데 원자력 에너지를 사용하는 것은 경제성의 실현을 신장시키면서 기후 대책에 원자력의 기여도를 크게 향상 시킬 수 있다고 말했다. 원자력은 전 세계 저탄소 전력생산의 삼 분의 일 정도를 차지한다.

그러나 수백만 가구의 가정과 사업체들에 전력을 공급할 뿐 아니라 원자력 발전소(NPPS)는 광범위한 산업응용 분야와 화학제품의 생산과 역사적으로 화력발전소에서 전력이 공급되는 공정에도 직접 사용할 수 있는 열을 생산한다.

러시아의 빌리비노 원전은 1974년부터 빌리비노 지역의 광산촌에
 전기와 열을 공급하고 있다. 'IAEA 뉴스센터 제공'

“기후변화의 경감을 위해서는 단지 저탄소 전기 시스템을 실현하는 것을 넘어 탈 탄소에로의 포괄적인 접근이 요구된다”고 IAEA의 선임 원자력 기술자 이브라힘 카미스는 말한다. 또한 “원자력 발전소에서 생산되는 열의 일부는 전력생산에서 건물 난방 공급, 산업생산용 및 그 이상으로 전용될 수 있다.” 원자력 열병합발전은 발전소를 담수화와 같은 다른 시스템과 결합 함으로서 비 전기응용 분야에 원자력 발전소(NPP)에서 발생하는 열의 일부를 사용하는 것을 포함한다. 이것은 일반적으로 화력발전소에 의존하는 분야에서 탄소 발생을 감소시키면서 원자력 에너지를 더 많이 사용함으로써 원자력 발전소의 전체적인 효율을 높인다.

여러 나라들이 미래를 위하여 저탄소 에너지 전략을 계획함으로써, 열병합발전은 원자력과 재생에너지의 결합을 포함하는 탄력적인 에너지 시스템의 효율과 이윤 모두를 향상하면서 탈 탄소를 위한 매력적인 선택으로 부상하고 있다. 지역난방 및 수소생산과 같은 분야에 원자력 발전에서 발생하는 열을 이용하는 것은 탄소 배출을 감소시킬 뿐만 아니라 원자력 발전소의 최종 실용성을 높이고 지속 가능성에 기여하면서 원자력 발전소 운영자에게 또 다른 수익원을 제공한다. 7월 22일 55개국 250여 명의 인원이 참석한 인터넷 세미나에서 캐나다와 일본의 발표자들은 열병합 발전의 가능성을 평가하고, 향후 원자력의 비 전기적 적용 분야에서 혁신을 추진하기 위해 그들의 연구조직이 무엇을 하고 있는지를 토론하였다.

캐나다 원자력 연구소(CNL)의 에너지 프로그램 책임자 지나 스트라티는 하이브리드 시스템을 열병합 발전소와 결합하는 것이 캐나다가 원거리 지역사회와 광산을 포함하여 그들의 에너지 수요를 충족시키는데 어떻게 도움을 줄 수 있는지에 대한 CNL의 분석 방법에 대하여 말했다. CNL의 하이브리드 에너지 시스템 최적화 모델은 2018년에 출범한 프로젝트의 일부로 개발된 것으로, 탄소배출 및 비용 최소화를 목적으로 서로 다른 에너지 혼합 시나리오를 평가하도록 설계되었다. 그 모델은 수소 생산과 다양한 저장 방법의 선택과 함께 전기와 열에너지 모두를 위한 수요를 고려한다.

수소는 합성 연료 생산, 반도체 제조, 연료전지 차량에 동력을 공급하는 등 다양한 분야에 사용된다. 연료전지 차량은 화석연료를 사용하는 자동차와 달리 운전 중에 오로지 물과 열만 방출한다.

“HESO 모델은 캐나다 내에서의 풍력 에너지의 확산, 온타리오 지방의 온수 히터의 전기화, 멀리 떨어진 지역에서의 지역난방 그리고 저탄소강 생산을 포함하는 시나리오를 분석하기 위하여 사용되어 왔다”고 스트라티는 말한다. “특히 전기 수요가 적을 때 수소를 생산하는 것을 포함하여 수소 생산은 자원 활용을 최대화하는 중요한 역할을 수행할 수 있다. CNL은 또한 수소의 생산, 저장, 안전 및 활용을 포함하여 수소에 대한 연구를 수행하고 있다.”고 그녀는 덧붙인다.

CNL의 청정에너지 개발 혁신 및 연구 단지는, 2020년대 중반까지는 가동될 것으로 기대되는데, 소형 모듈러 원자로(SMRs)와 함께 저탄소 하이브리드 에너지 시스템의 실행 가능성과 캐나다 전반에 걸친 에너지 수요의 폭을 충족시키는 데 도움을 줄 수 있는 능력을 시험하기 위한 열병합발전소의 시범단지로서 기여하게 될 것이다.

일본 원자력 기구의 원자로 계통 설계부의 칭얀 부국장은 진보된 원자로를 개발하는 데 있어서 일본의 업무는, 고온 가스냉각로(HTGR)와 고온의 공학적 시험로(HTTR)를 포함하여 원자력의 적용 범위 확장과 탄소 발생의 저감을 돕기 위한 것이라고 말한다. 매우 높은 온도에서 운전이 가능한 진보된 원자로는 전력을 생산할 뿐 아니라 동 원자로가 발생하는 고온의 열이 단시간 내에 더 많은 수소를 생산할 수 있도록 하는 것과 같이 공정의 효율성을 개선할 수 있는 만큼 비 전기분야의 적용을 위해서도 이상적일 수 있다.

“산업공정은 전체 탄소 배출량의 상당 부분을 차지하며, 원자력은 이러한 부담을 감소시킬 수 있는 잠재력이 크다. 일본에서 철강 제조만으로 일본의 전체 온실가스 발생량의 12%를 차지한다”고 얀은 말한다. “현재 전 세계적으로 원자력의 1%만이 비 전기적 분야에 사용되고 있으며 우리는 진보된 고온 원자로의 배치를 통하여 이 점유율을 많이 증가 시키기를 희망한다.”

일본 원자력 기구(JAEA)는 2016년 첫 번째 시도에서 31시간 동안 시간당 20리터의 수소를 생산하는 고온 열원으로 열화학적 수소 생산을 실행하였다. 계속된 기술의 발전으로 2020년에는 시간당 100리터의 시험이 계획되어 있다. 열화학적 방법은 수소를 생산하는 화학 반응을 일으키는 데 고온의 열을 사용한다. 이 과정은 매우 효율적이고 대규모의 지속가능한 수소생산을 위하여 이상적일 수 있다.

HTTR에 결합하기 위한 수소 열병합발전설비의 면허 전 단계의 기본설계는 2017년에 완료되었으며, 성능과 비용의 시연이 완료되고 나서 원자력 열병합 발전 면허를 받을 계획이다. GTHTR300으로 알려진 이 시스템은 다목적 열병합발전을 위하여 설계되고 있으며, 수소 생산과 마찬가지로 담수화 같은 곳에도 열 응용이 포함된다.

인터넷 세미나는 21세기를 위한 원자력 기술 돌파구의 시리즈에서 세 번째로 열린 것이다. 원자력-재생가능 에너지가 통합된 에너지 시스템에서의 전망과 문제에 관한 첫 회의의 인터넷 세미나 기록은 두 번째 회의에서의 통합된 에너지 시스템에서의 소형 모듈러 원자로에 대한 기록과 마찬가지로 여기에서 이용할 수 있다.


강태국 기자 kangtk49@silvernetnews.com


Original Text

Nuclear Energy for Non-Electric Applications Key for Climate Change Mitigation

07 Aug 2020

Matt Fisher, IAEA Department of Nuclear Energy

Using nuclear energy to produce hydrogen, desalinate seawater and heat buildings can further enhance nuclear power’s contribution to climate action while also boosting its economic viability, speakers at a recent IAEA webinar said.

Nuclear power accounts for around one-third of global low carbon electricity production. But in addition to powering millions of homes and businesses, nuclear power plants (NPPs) produce heat that can also be directly used for a wide range of industrial applications as well as the production of chemicals, processes which have historically been powered by fossil fuels. “Mitigating climate change requires a comprehensive approach to decarbonization beyond just implementing low carbon electricity systems,” said Ibrahim Khamis, a senior nuclear engineer at the IAEA. “Part of the heat produced at nuclear power plants can be redirected from electricity production to provide heat for buildings, drive industrial production, and more.”

Nuclear energy cogeneration involves using part of the heat from an NPP for non-electric applications by coupling the plant with other systems, such as for desalination. This enhances the NPP’s overall efficiency as more of its energy is utilized, while reducing carbon emissions in sectors which typically rely on fossil fuels.

As countries plan their low carbon energy strategies for the future, cogeneration is emerging as an attractive option for decarbonizing while enhancing both the efficiency and profitability of flexible energy systems involving a combination of nuclear and renewables. Utilizing the heat produced in NPPs for applications such as district heating and hydrogen production not only reduces carbon emissions, but it also provides another source of revenue for NPP operators, enhancing their bottom line and contributing to the sustainability of nuclear power.

During the webinar on 22 July, attended by more than 250 participants from 55 countries, speakers from Canada and Japan discussed what their research organizations are doing to assess the feasibility of cogeneration and push innovation in non-electric applications of nuclear power forward.

Gina Strati, Director of the Energy Program at Canadian Nuclear Laboratories (CNL), talked about how CNL is analysing how hybrid systems incorporating cogeneration can help Canada meet its energy needs, including in remote communities and at mines. CNL’s Hybrid Energy System Optimization (HESO) model, developed as part of a project launched in 2018, is designed to assess different energy mix scenarios with the aim of minimizing carbon emissions and cost. The model considers demand for both electricity and thermal energy as well as hydrogen production and various storage options.

Hydrogen is used for a variety of applications, including the production of synthetic fuels, the manufacture of semiconductors, and to power fuel cell vehicles. Fuel cell vehicles, unlike their fossil-fuel driven counterparts, only emit water and heat during operation.

“The HESO model has been used to analyse scenarios which include increased penetration of wind energy in Canada, the electrification of hot water heaters in Ontario province, electrification and district heating in remote communities and low carbon steel production,” said Strati. “Hydrogen production in particular can play an important role in maximizing resources, including by producing hydrogen when there is less demand for electricity.” CNL is also conducting research on hydrogen, including its production, storage, safety and utilization, she added.

CNL’s Clean Energy Development Innovation &Research (CEDIR) park, expected to be operational by the middle of this decade, will serve as a cogeneration demonstration site to test the viability of low carbon hybrid energy systems with small modular reactors (SMRs) and their capability to help meet a range of energy needs across Canada.

Xing Yan, Deputy Director of the Reactor Systems Design Department at the Japan Atomic Energy Agency (JAEA), discussed Japan's work in developing advanced reactors, including the High Temperature Gas Cooled Reactor (HTGR) and the High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR), to help expand applications of nuclear power and decrease carbon emissions. Advanced reactors capable of operating at very high uploaderatures may be ideal for not only power generation but also non-electric applications as the high uploaderature heat they produce can bolster the efficiency of processes such as hydrogen production, allowing for greater production in a shorter period of time.

"Industrial processes make up a significant share of overall carbon emissions, and there is great potential to abate these missions with nuclear power. In Japan, steelmaking alone accounts for around 12% of Japan's total greenhouse gas emissions," said Yan. "Only about 1% of nuclear energy worldwide is currently used for non-electric applications, and we hope to increase this share significantly with deployment of our advanced high uploaderature reactors.“

JAEA has carried out thermochemical hydrogen production with a high uploaderature heat source, producing 20 liters of hydrogen per hour over a 31-hour period in the first trial in 2016. With ongoing improvements in the technology, a 100 liter per hour test is planned for 2020. The thermochemical method uses high uploaderature heat to induce chemical reactions that produce hydrogen. This process is highly efficient and may be ideal for large scale, sustainable hydrogen production.

The pre-licensing basic design of a hydrogen cogeneration facility to connect to the HTTR was completed in 2017, and there are plans to license a nuclear cogeneration system once a demonstration of performance and cost has been completed. This system, known as the GTHTR300, is being designed for multiple cogeneration purposes, including heat applications such as desalination as well as hydrogen production.

The webinar was the third entry in a series on nuclear technology breakthroughs for the 21st century. Recordings of the first webinar, on prospects and issues in nuclear-renewable integrated energy systems, as well as the second on small modular reactors in integrated energy systems, are available here and here.


source from

https://www.iaea.org/newscenter/news/nuclear-energy-for-non-electric-applications-key-for-climate-change-mitigation

이전화면맨위로

확대 l 축소