6 高温ガス炉水素・熱利用研究

高温ガス炉とこれによる水素製造・熱利用技術の研究開発

図6-1 高温ガス炉の特長とHTTR熱利用試験計画(HTTR-GT/H2試験)

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図6-1 高温ガス炉の特長とHTTR熱利用試験計画(HTTR-GT/H2試験)

高温ガス炉は、ヘリウムガス冷却、黒鉛減速の熱中性子炉で、優れた固有の安全性を有しており、水素製造や発電などの多様な熱利用に用いることができ、また、エネルギー基本計画のエネルギー政策の基本的視点(3E+S)に応えることが可能です。私たちは、日本初の高温ガス炉HTTRに熱利用系(ガスタービン及び水素製造設備)を接続し、原子炉と熱利用系の接続を実証することを目標としています。

 


エネルギー資源に乏しい我が国では、海外からの化石資源の依存度を下げ、さらに地球温暖化問題解決に向けて二酸化炭素の排出量を低減するために、安全性の確保を大前提として原子力エネルギーの利用を進めることを基本方針としています。高温ガス炉は、ヘリウムガスタービンによる高効率発電、水素製造、さらにはガスタービンの廃熱を利用した海水淡水化等の多様な産業利用に応えることができる原子炉です(図6-1)。2018年7月に閣議決定された第5次エネルギー基本計画の「第3節 技術開発の推進 2. 取り組むべき技術課題」においては、「水素製造を含めた多様な産業利用が見込まれ、固有の安全性を有する高温ガス炉など、安全性の高度化に貢献する技術開発を、海外市場の動向を見据えつつ国際協力の下で推進する」と記載されています。

文部科学省の高温ガス炉技術研究開発作業部会の提言に基づいて設置された高温ガス炉産学官協議会では、高温ガス炉の実用化戦略、海外戦略等の検討が進められており、特に、ポーランドの高温ガス実験炉及び商用炉に向けた協力方針、国内体制等が定められました。茨城県大洗町にある日本初の高温ガス炉HTTRの設計、安全審査、建設、運転、メンテナンス、さらには新規制基準に基づく安全評価等を通して養ってきた世界最先端の我が国の高温ガス炉技術を、海外のプラントを用いて維持させ、将来我が国へ戻すことが狙いです。

HTTRは、国産技術により建設され、2004年に950 ℃の熱を取り出すことに世界で唯一成功、2010年に950 ℃で50日間の連続運転により、安定に高温核熱を供給できることを実証しました。また、同じ年に原子炉の冷却機能が喪失し、原子炉停止に失敗する異常事象を模擬した試験を実施した結果、原子炉出力が自然に静定し、安定な状態に維持されることを実証しました。

現在、私たちは、高温ガス炉技術の開発として、環境負荷低減に向けた超ウラン元素の多重リサイクルに関する研究、HTTRの知見を活用した蒸気供給用高温ガス炉の導入を目指した実験炉の概念設計、高温ガス炉の安全性のさらなる向上を目的とした耐酸化燃料の製造技術開発及びHTTR試験結果に基づく高温ガス炉の熱負荷変動吸収性に関する研究を進めています(トピックス6-16-26-36-4)。また、高温ガス炉の熱を利用した革新的水素製造技術である熱化学法ISプロセスの研究においては、ISプロセスの高効率化のための設計研究、耐食機器の信頼性向上のためのガラスライニング材の品質管理手法の開発及び水素製造効率向上を目的としたイオン交換膜の開発を行いました(トピックス6-56-66-7)。

HTTRは、新規制基準に係る適合性確認において、高温ガス炉が持つ固有の安全性から、大規模な改造・補強なしで運転再開が認められる見込みで、これに伴い運転再開に向けた最終準備を着々と進めています。



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