「原子力発電 福島の対応 とこれからの原子力発電・エネルギーの多様化」

１．原子力発電の概要２．地震の話３．福島第一原子力発電所で何が起きたのか４．当面の対策と長期計画５．過去の事故と比べて６．エネルギーの多様化を考える－これからの社会・経済を考える

日本機械学会・日本トライボロジー学会・日本設備管理学会 合同研究会 ＠三菱電機株式会社 名古屋製作所

２０１１年８月１日

法政大学大学院 システムデザイン研究科客員教授

日本保全学会 特別顧問 宮野 廣

原子力発電システムの種類－ＢＷＲとＰＷＲ－

・沸騰水型炉（ＢＷＲ：Boilng Water Reactor）

・加圧水型炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）

原子炉で直接蒸気を発生させ、その蒸気で発電タービンを回す。構造はＰＷＲよりシンプルであるが、発電タービンのところまで放射能を持った水（水蒸気）が回る

原子炉では沸騰しないように高圧の水を循環させ、その高温の水の熱を使って別な場所（蒸気発生器）で蒸気を発生させ、発電用タービンを回す。発電タービンのところには放射能を持った水（水蒸気）は来ないが、構造が複雑

・冷却材 ： 軽水（普通の水）

・減速材 ： 軽水（普通の水）

流量によりボイドを制御

ホウ酸を注入して制御

制御棒は下から挿入

制御棒は上から挿入

原子炉に水面あり

原子炉に水面なし

原子力発電システム －BWRとPWR－

BWR （Boilng Water Reactor）

・アメリカのゼネラル・エレクトリック（ＧＥ）社が開発したＢＷＲを技術輸入し、東京電力、東北電力、中部電力、中国、北陸電力が使用

・BWR＝GE＋東芝＋日立

原子炉型式と電力会社、メーカー

PWR （ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）・アメリカのウェスチングハウス（ＷＨ）社が開発したＰＷＲを技術輸入し、関西、四国、九州、北海道電力が使用・PWR＝東芝・WH Gr＋三菱・ＰＷＲは世界で使われている発電用原子炉の主流であり、もともとの技術は原子力潜水艦用

日本の原子力発電所の運転・建設状況

1 2東京電力(株)柏崎刈羽原子力発電所

北陸電力(株)志賀原子力発電所

日本原子力発電(株)敦賀発電所

関西電力(株)美浜発電所

関西電力(株)大飯発電所

中国電力(株)上関原子力発電所

九州電力(株)玄海原子力発電所

東北電力(株)東通原子力発電所 北海道電力(株)泊発電所

東京電力(株)東通原子力発電所

九州電力(株)川内原子力発電所

電源開発(株)大間原子力発電所

東北電力(株)女川原子力発電所

東北電力(株)浪江･小高原子力発電所

東京電力(株)福島第一原子力発電所

東京電力(株)福島第二原子力発電所

日本原子力発電(株)東海第二発電所

中部電力(株)浜岡原子力発電所

四国電力(株)伊方発電所

出力規模

100万kW以上100万kW未満50万kW未満 着工準備中

建設中

運転中基 数 合計出力(万kW)

運 転 中 54 4884.7

建 設 中 2 275.6

着工準備中 12 1,655.2

合 計 68 6,815.5

1 2 1 2 3

3 4 5

2 3 41

6 7 83 4 51 2

31 2

1 2

1 2

2 3 41 5 6 7

21

2 3 41

31 2

2 3 41

関西電力(株)高浜発電所

3 41 2

中国電力(株)島根原子力発電所

1 2 3

21

1 2 3 4

運転終了：日本原子力発電（株）東海発電所 1998.3.31／中部電力（株）浜岡原子力発電所1、2号機 2009.1.30

6

（商業用・2010年3月末現在）

3

3

出典：資源エネルギー庁「原子力2010」

４号機

３号機

２号機

１号機

６号機

５号機

共用プール

東京電力福島第一発電所の位置と概略仕様

号機 炉型 出力(万kW)

炉心内燃料

（体）

使用済燃料プール内燃料（体）

運開

1号機 BWR 46.0 400 392 1971.3

2号機 BWR 78.4 548 615 1974.7

3号機 BWR 78.4 548 566 1976.3

4号機 BWR 78.4 0 1535 1978.10

5号機 BWR 78.4 548 994 1978.4

6号機 BWR 110 764 940 1979.10

地震について

世界全体の M6 以上の地震の約20%が日本及びその周辺で発生。

2004 ｽﾏﾄﾗ島沖地震M9.0

2011 東北地方太平洋沖地震M9.0

1952 ｶﾑﾁｬｯｶ地震M9.0

1957 ｱﾝﾄﾞﾚｱﾉﾌ地震M9.1

1964 ｱﾗｽｶ地震M9.2

2010 チリ中部地震M8.8

1960 チリ地震M9.5

大地震 例

地震の話

地震の強さ (地震ﾏｸﾞﾆﾁｭｰﾄﾞ)

MR = Log A + Log BA ：地震計の最大振幅 (μm),

Log B ：地震波減衰の補正項：100kmで0 (B=1)

例）震源から100km地点の地震計の最大振幅が1cmの時、M = Log 10000 + Log 1

= 4（1cmは10000μm）

マグニチュードは 4（推定）

代表的な地震マグニチュードMR：リヒターのマグニチュードMJ： 気象庁マグニチュードMw： モーメントマグニチュード

地震ﾏｸﾞﾆﾁｭｰﾄﾞとｴﾈﾙｷﾞｰ（体積が地震ｴﾈﾙｷﾞｰを表す）

H19年7月16日 中越沖地震

M ９.０

H23年3月11日東北地方太平洋沖地震

M ６.８H19年1月17日 兵庫県南部地震

M ７.２

２０１１年３月１１日１４時４６分 深さ２４Km M ８．８（後訂正 M ９）

地表最大加速度分布114gal

316gal

229gal

570gal

570gal

411gal

317gal

568gal

296gal

304gal

329gal

212gal

東北地方太平洋沖地震の状況 （１）

２０１１年３月１１日１４時４６分 深さ２４Km M ８．８（後訂正 M ９）

５１０Km

２１０Kmすべり量と方向

東北地方太平洋沖地震の状況 （２）

福島第一原子力発電所で起きたこと

福島第一原子力発電所でなにが起きたのか

沸騰水型原子力プラント（BWR）

格納容器

使用済み燃料プール

圧力抑制室（ｺﾝﾀｲﾝﾒﾝﾄﾁｬﾝﾊﾞｰ）

原子炉建屋（作業ﾌﾛｱｰ)

機器プール

圧力容器

福島第一原子力発電所の各号機の基本構造

４６m

４４m ４２m

津波への対策

原子力発電所では、敷地周辺で過去に発生した津波の記録を十分調査するとともに、過去最大の津波を上回る、地震学的に想定される最大級の津波を数値シミュレーションにより評価し、重要施設の安全性を確認しています。また、発電所敷地の高さに余裕を持たせるなどの様々な安全対策を講じてきた。しかし、

５．７ｍ

実際の津波の波高１４ｍ超

＋１０m

１－４号機

地震後の津波

原子炉停止後時間 （秒）

定格出力に対する比（％）

定格出力

緊急停止

地震の発生

「止める」 「冷やす」 「閉じ込める」

「冷やす」

全電源喪失（SBO)

１号機：460MW２－４号機

：784MW

福島第一原子力発電所で起きていること

507gal

原子力発電の安全の基本「止める」「冷やす」「閉じ込める」

福島第一原子力発電所 １－４号機の被害と現況

５，６号機は健全冷温停止状態を保持

１－４号機は

水素爆発などにおる損傷、

燃料の冷却不足など発生

福島第一原子力発電所で起きたこと

17

3.11 14:46地震発生

原子炉停止

3.11 15:42津波襲来

外部電源喪失

非常用電源起動

放射能放出

２号機格納容器破損

非常用電源停止

1,2,3号機ベント

1,3号機水素爆発

海水注入真水注入

窒素封入

循環冷却浄化システム

冷温停止（冷やす）

大気汚染

汚染水流出

海洋汚染

汚染水移送建屋カバー

建屋補修

浄化システム

水棺化

ＥＣＣＳ注水不能

4号機使用済燃料プール爆発

気体を閉じ込める

液体を閉じ込める

止める

地震発生からロードマップ（工程表）終了までの道のり

国際原子力事象評価尺度（INES)“ International Nuclear Event Scale “

算定放出量が５０万テラベクレルト程度なり、レベル７と決定したが・・・

1. 当初心配された最悪の事態は回避された。

2. 今後懸念されるリスクは放射性物質の大量放出と余震による被害

3. 工程表の見直し（常に適切に見直し公開）

4. 余震対策

①系統強化（２系統の相互バックアップ化）

②水源強化（水源の２系統化）

③津波対策（非常用電源の高台移設、移動電源車

の高台待機）

５．炉心の冷温停止対策の実施

６．閉じ込め機能回復対策の実施（地下水、海水対策？）19

福島原発の事故対策はこれからどうなるか

当面の対策と長期計画

燃料プールへの放水→ 冷却システム

炉心への真水の注入→ 冷却システム

タービン建屋内に溢水の排除→ 除染・排水

放射性瓦礫の撤去→ 囲い工事撤去除染

注入 排出 熱交換器 海真水

ダム

貯水池

海水

炉心（RPV/PCV)

燃料プール

排出水（海水）の除染

１．冷却システムの構築炉心の燃料の冷却燃料プールの燃料の冷却

２．建屋の保護・作業環境の整備囲い工事 ← 飛散防止換気工事（除染装置） ← 汚染低減重機の設置

３．燃料・汚染材料の保管・搬出

冷却システム

これから何をしなければならないか

21

敷地のクリーンアップ

廃棄物のクリーンアップ

土壌の除染

使用済燃料プールの燃料撤去

塩分廃棄物処理

全ての事後処理には10～30年を要する

周辺地域のクリーンアップ

周辺住民の健康影響の継続的調査

事故処理にあたった作業者の

健康影響の継続的調査

海水、空気、土壌、食品の継続的モニタリング

原子炉のクリーンアップ

炉心燃料の撤去

建屋、設備の除染 瓦礫の撤去

地下水の除染 セシウム廃棄物処理

ヨウ素廃棄物処理

デブリ廃棄物処理

解体廃棄物処理

土壌廃棄物処理

放射能マッピング

原子炉解体・撤去

クリーンアップ技術の開発

土壌の洗浄

健康のアフタケア

国際的クリーンアップセンター（仮称）

処分までの中間貯蔵

最終処分

海底土壌の除染

地震・津波安全技術の開発

国際的耐震・津波安全研究センター（仮称）

22

スリーマイル島事故の炉心

炉心上部と中央が溶融してした。周囲と下部は冷却されていたため原形をとどめていた。溶融した燃料の一部は圧力容器の下部プレナムに溜まっていた。

チェルノブイリ事故の炉心

爆発で炉心にあった190トンのウラン、1.5億テラベクレルの放射能の内、およそ40％が外部に放出され、炉心は空になっていた。残った約60％の燃料は下部に流れ出て、いわゆる”象の足”化していた。

左図は炉心内部のスケッチ図

出典：ウィキペディア他

スリーマイル島事故とチェルノブイリ事故

過去の事故と比べて

23

シビアアクシデントとは何か放射線物質の放出

24

ＩＡＥＡの基準（IAEA User's Manual 2008 Editionより）レベル７＝放射能の放出 ５～６×1016Bq以上（ヨウ素換算）レベル６＝放射能の放出 ５×1015Bq以上（ヨウ素換算）レベル５＝放射能の放出 ５×1014Bq以上（ヨウ素換算）

または閉じ込め機能の喪失

（注）福島事故についてはヨウ素、セシウム以外の放出放射能の発表がないため、その他の核種の放出量をゼロと仮定して計算した。

①INESの事故評価レベルの決め方がおかしい。②チェルノブイリ事故の放出量は福島事故よりは桁違いに多い。③チェルノブイリ事故はレベル10と言うべきである。

チェルノブイリ事故 福島事故 スリーマイル島事故

放出放射能 ヨウ素換算値 放出放射能 ヨウ素換算値 放出放射能 ヨウ素換算値

大気放出

ヨウ素131 1.76×1018Bq 1.76×1018Bq 1.5×1017Bq 1.5×1017Bq 5.55×1011Bq 5.55×1011Bq

セシウム137 8.5×1016Bq 3.4×1018Bq 1.2×1016Bq 4.8×1017Bq - -

その他 6.87×1018Bq 2.69×1019Bq － － 9.25×1016Bq 0

小 計 8.7×1018Bq 3.21×1019Bq 1.6×1017Bq 6.3×1017Bq 9.25×1016Bq 5.55×1011Bq

海洋放出

ヨウ素131 － － 2.8×1015Bq 2.8×1015Bq － －

セシウム134,137 － － 1.9×1015Bq 7.5×1016Bq － －

小 計 － － 4.7×1015Bq 1.0×1017Bq － －

合計 8.7×1018Bq 3.21×1019Bq 1.7×1017Bq 7.3×1017Bq 9.25×1016Bq 5.55×1011Bq

INESレベルヨウ素換算の放出放射能が

5～6×1016Bqを超えているため、レベル７となる

ヨウ素換算の放出放射能が5～6×1016Bqを

超えているため、レベル７となる

ヨウ素換算の放出放射能が５×1014Bqを

超えていないが閉じ込め機能を喪失したため、レベル５となる

0 10000000 20000000 30000000 40000000

チェルノブイリ

スリーマイル島

チェルノブイリ福島スリーマイル島

放出放射能 870000017000092500

ヨウ素換算 321000007300000.555

チェルノブイル福島第一

スリーマイル島

25

赤い範囲は1480～3700kBq／㎡

26

10万ミリベクレル／平方メートル 10ミリベクレル／平方メートル

大気圏核実験によるフォールアウトによる放射性セシウムが多かった

昔の放射性セシウムの濃度は１万倍だった！

27出典：文科省の測定データよりhttp://www.mext.go.jp.cache.yimg.jp/a_menu/saigaijohou/syousai/1303956.htm

3/19-3/25 3/26-4/1 4/2-4/8 4/9-4/15

茨城県 3,673,714 95,429 14,571 273,457

東京都 913,857 31,486 8,971 28,300

神奈川県 61,957 15,657 1,114 0

100

1,000

10,000

100,000

1,000,000

10,000,000

mBq/㎡茨城県

東京都

神奈川県

1950-1960年代のフォールアウト

エネルギーリスクと資源 －資源の見通し－

1900 2000 2100 2200 2300 24000

50

100

150

180化石エネルギー

需要（全需要の 90%） 石油＋ＬＮＧ石油＋ＬＮＧ

石炭石炭

天然ガス天然ガス石油石油

不足分

西暦年西暦年

億トン（石油換算）

人工は120億人で飽和人工は120120億人で飽和120120

主要国の発電電力量と原子力発電の割合

世界の原子力発電の展望

１００万KWクラス

で１５６基

（１基 ３０００－５０００億円）

２０１１年月１１日以前の計画見通し

日本の電力消費と電源の割合

太陽光発電 地熱発電

その他 風力発電

エネルギーの多様化によるリスク回避

バイオマス発電波力発電揚水発電太陽熱発電振動発電

燃料電池

エネルギー源と発電

熱エネルギー位置エネルギー

新エネルギー

回転エネルギー

電気エネルギー

火力、原子力（石炭、石油、天然ガス）

太陽光

水力自然エネルギー

風力

地熱

再生可能エネルギー

バイオ 水素

エネルギーと発電

蒸気

水

タービン

復水器ポンプ

冷却水

熱源

発電機

火力、原子炉、地熱

熱エネルギーを上期に換えて利用する発電システム

回転エネルギー

熱エネルギー

ボイラー

電気エネルギー

広野火力発電所 出典 ： 東京電力 HP より

横浜火力発電所

アメリカ ガイザー発電所

コンバインド発電コンベンショナル火力発電

地熱発電

米国カリフォルニア州の風力発電

欧州の風力発電

米国の大規模太陽光発電

原子力発電

スウエーデン：フォルスマーク原子力発電所３号機 BWR

フランス：カットノン原子力発電所 PWR

世界で４３５基 ３．９億kW

これからの社会・経済を考える

１．豊かになりすぎた日本・世界無駄な電気は使わない？生活のスタイルを見直す機会か？

２．それでも産業を支えるのは電気発電を何に頼るか

３．日本の産業革命と原子力産業の輸出戦略４．日本がリーダシップを取れるのはなにか。５．復興のための産業再生６．原子力発電の問題点を考える。

リスクとベネフィット、リスクヘッジを考えた社会を構築する

１０００年先の地球を見据えて、原子力を・・・・・・