基于燃氣輪機的移動應急電源在核電站的應用可行性研究

柳成華，李彬，李興群

中廣核研究院有限公司

基于燃氣輪機的移動應急電源在核電站的應用可行性研究

柳成華，李彬，李興群

中廣核研究院有限公司

本文介紹了燃氣輪發電機組和柴油發電機組的區別及發展現狀，以及核電站移動應急電源的要求，提出基于燃氣輪機的移動應急電源的一種設計方案和在核電站的應用可行性。

核電站；移動應急電源；燃氣輪機

1.引言

日本福島核事故中，電站因地震和海嘯失去含應急柴油發電機組（以下簡稱“EDG”）的所有廠內外電源，專設安全設施功能喪失，大量放射性物質外泄。事故讓人類對核電廠用電可靠性提出了新的要求，通過增設移動應急電源提高廠用電可靠性成為首選。

2.核電站移動應急電源的要求

專設安全設施屬應急負荷。正常由主發電機供電；發電機檢修或故障時，由主電網供電；當發電機和主電網均失電時，由輔助電網供電；當發電機、主電網和輔助電網均失電時，由EDG應急啟動供電。

福島核事故中，僅5/6號機組因6號機組的一臺EDG未損壞，保障了專設安全設施供電，實現冷停堆；1～4號機組均遭到嚴重破壞。在EDG不可用時，如有移動應急電源頂替EDG供電，事故將有可能減輕。

3.燃氣輪發電機組和柴油發電機組

燃氣輪機以連續流動的氣體為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為機械能，由壓氣機、燃燒室和燃氣透平組成，通過齒輪箱或聯軸器驅動發電機發電，構成燃氣輪機發電機組。柴油機以四沖程循環將柴油燃燒轉換為機械能，通過聯軸器帶動發電機發電，構成柴油發電機組。燃氣輪機一般轉速較高，轉速調節和輔助系統相對復雜，但功率密度大，更適合功率要求高的場合。

4.增設燃氣輪機式移動電源的可行性

核電站EDG功率約為6000kWe；已配備的移動應急電源均為柴油機式，單機組功率約800～3000kWe，采用并機運行以滿足大功率的需求。

目前國內有QD100、QD128、410A三款燃氣輪機功率接近核電站EDG功率。其中，QD100實為GE的GE10-1燃氣輪機，國外制造、國內成套；QD128和410A均由軍用發動機改裝而成。因QD128為國產且在某些油田有固定式發電機組使用經驗，故選作進行移動應急電源設計。

電源機組采用箱裝體結構，分為機組箱體（燃氣輪機、發電機、輔助系統設備等）和燃料箱體（燃油箱和相關輸油裝置等），通過定制半掛車裝載，由拖車拖動。機組箱體尺寸約16m×3.3m×4.3m，重約110t；燃料箱體尺寸由機組無補油的運行時限確定。機組通過專用接口與電廠快速連接。

移動應急電源如能完全頂替EDG，對電廠運行和安全大有好處，QD128移動應急電源（以下簡稱MTG）額定功率11155kWe，完全滿足要求，使用移動柴油發電機組并機滿足大功率使用要求，靈活性不及MTG。MTG使用一臺交流馬達和液壓啟動裝置啟動機組，啟動+加載至滿載小于600s，相比移動柴油發電機組的啟動時間較長，但相比于機組運輸、電氣和工藝連接等時間是可接受的。MTG可使用輕柴油作為燃料，額定功率油耗約為480g/kW·h，相比柴油機油耗較高，但MTG配置帶在線補油接口的燃料箱體，滿足連續運行需要。MTG大修間隔≥12000h，移動電源運行主要分定期試驗（月度/季度/年度）和緊急運行，定期試驗每次運行數小時；緊急情況僅在電廠失去所有電源情況下才會使用。故滿足核電站壽期使用要求。

5.總述

以QD128燃氣輪機為例，介紹燃氣輪機式移動電源的設計，從尺寸、功率、啟動、油耗和維護等方面，分析燃氣輪機式移動電源滿足核電站的使用要求，同時在尺寸和功率等方面優于柴油機式移動電源。綜上，燃氣輪機式移動電源可為核電站提供靈活、可靠的移動應急電力供應，可在在建、在運核電站推廣使用。