The Application of a Small Modular Reactor as a Power Source for Commercial Ships

Abstract

Today ships take control 90% for global cargo traffic. Like this, ships have become more important role for cargo transfer and their importance is continuously increasing. However, ship operations are faced with major difficulty due to three emerging issues; 1) oil price increasing, 2) fuel cost increase with speed and 3) CO2 emission reduction. In order to solve these issues, alternative fuels are needed. Future requirements of alternative fuel are low fuel cost, low fuel consumption, high speed support and little CO2 emission. Considering these future demands the nuclear power is very suitable because it has low cost, none of CO2 emission. However, the nuclear power has some unsolved barriers like safety, security, proliferation and cost. With these barriers we study the many types of reactor like PWR (Pressurized Water Reactor), LFR (Lead-bismuth cooled Fast Reactor), SFR (Sodium cooled Fast Reactor) are examined for their features in commercial ship applying. The new ship reactor needs some requirements those are enhanced safety and long refueling cycle. Therefore we conclude that an LFR is the most suitable reactor for commercial ship because of safety enhancing and long refueling cycle. However there are still barriers for applying LFR to commercial ships. Those are safety, proliferation & security, cost and international acceptance. Using the URANUS reactor as a small modular LFR combined with new innovative ship designs, it is expected to overcome the barriers. Based on the feasibility study on small modular reactors for commercial ships and experimental validation with HELIOS it is concluded that it is economically feasible to apply an LFR to commercial ships by adopting a lease system to overcome the initial cost barrier.

선박은 화물의 운반 수단으로써 널리 사용되어 왔다. 또한, 현재 선박은 전세계 화물 물동량의 90% 이상을 차지하고 있다. 이와 같이 선박은 화물 수송 부분에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있으며 그 중요성은 더욱 커지고 있다. 그러나, 선박 운영은 3가지 문제점으로 인해 많은 어려움에 처해있다. 3가지의 문제점은 유가 상승, 속도 그리고 이산화탄소 배출량 감소 필요성이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 현재 사용중인 화석 연료 (석유, 천연가스 등)를 대체할 수 있는 새로운 연료가 필요하다. 새로운 대체 연료로 필요한 미래 요구조건은 연료 가격, 연료 소모율, 고속 운전과 적은 이산화탄소 배출량이다. 이러한 요구조건들을 고려해서 새로운 대체 연료에 대한 연구를 진행하였다. 그 결과, 원자력이 적은 비용과 이산화탄소 배출량이 없기 때문에 새로운 대체 연료로써 적합하다. 그러나, 원자력은 안전성, 보안, 핵확산과 비용이라는 장애물이 있다. 이러한 장애물을 해결하기 위해서 우리는 PWR, LFR 그리고 SFR 형태의 원자로를 연구하여 결론을 도출하였다. 새로운 선박용 원자로는 안전성 향상과 긴 연료 재장전 주기와 같은 요구조건을 필요로 한다. 따라서, 우리는 안전성이 크게 증대되고 연료 재장전 주기가 긴 LFR을 선박용 원자로로 선정하였다. 그러나 LFR을 상업용 선박 원자로로 적용하기 위해서는 몇 가지 장애물이 존재한다. 이 장애물들은 안전성, 핵확산 및 보안, 비용과 국제적 수용성이다. 우리 연구실에서 개발한 URANUS를 이용하고 혁신적인 선박 설계방안을 적용하면 이러한 장애물들을 극복할 수 있다. 본 논문의 목표는 URANUS 원자로를 상업용 선박의 동력원으로 적용하고 HELIOS 실험 루프에서의 실험활동을 통하여 납-비스무스 냉각재의 실현 가능성을 연구하며, URANUS 추진 선박에 대한 비용 분석 및 리스 시스템을 도입하여 초기 비용 등 전체적인 비용을 감소하는 것이다.