基于燃气轮机的移动应急电源在核电站的应用可行性研究

柳成华，李彬，李兴群

中广核研究院有限公司

基于燃气轮机的移动应急电源在核电站的应用可行性研究

柳成华，李彬，李兴群

中广核研究院有限公司

本文介绍了燃气轮发电机组和柴油发电机组的区别及发展现状，以及核电站移动应急电源的要求，提出基于燃气轮机的移动应急电源的一种设计方案和在核电站的应用可行性。

核电站；移动应急电源；燃气轮机

1.引言

日本福岛核事故中，电站因地震和海啸失去含应急柴油发电机组（以下简称“EDG”）的所有厂内外电源，专设安全设施功能丧失，大量放射性物质外泄。事故让人类对核电厂用电可靠性提出了新的要求，通过增设移动应急电源提高厂用电可靠性成为首选。

2.核电站移动应急电源的要求

专设安全设施属应急负荷。正常由主发电机供电；发电机检修或故障时，由主电网供电；当发电机和主电网均失电时，由辅助电网供电；当发电机、主电网和辅助电网均失电时，由EDG应急启动供电。

福岛核事故中，仅5/6号机组因6号机组的一台EDG未损坏，保障了专设安全设施供电，实现冷停堆；1～4号机组均遭到严重破坏。在EDG不可用时，如有移动应急电源顶替EDG供电，事故将有可能减轻。

3.燃气轮发电机组和柴油发电机组

燃气轮机以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为机械能，由压气机、燃烧室和燃气透平组成，通过齿轮箱或联轴器驱动发电机发电，构成燃气轮机发电机组。柴油机以四冲程循环将柴油燃烧转换为机械能，通过联轴器带动发电机发电，构成柴油发电机组。燃气轮机一般转速较高，转速调节和辅助系统相对复杂，但功率密度大，更适合功率要求高的场合。

4.增设燃气轮机式移动电源的可行性

核电站EDG功率约为6000kWe；已配备的移动应急电源均为柴油机式，单机组功率约800～3000kWe，采用并机运行以满足大功率的需求。

目前国内有QD100、QD128、410A三款燃气轮机功率接近核电站EDG功率。其中，QD100实为GE的GE10-1燃气轮机，国外制造、国内成套；QD128和410A均由军用发动机改装而成。因QD128为国产且在某些油田有固定式发电机组使用经验，故选作进行移动应急电源设计。

电源机组采用箱装体结构，分为机组箱体（燃气轮机、发电机、辅助系统设备等）和燃料箱体（燃油箱和相关输油装置等），通过定制半挂车装载，由拖车拖动。机组箱体尺寸约16m×3.3m×4.3m，重约110t；燃料箱体尺寸由机组无补油的运行时限确定。机组通过专用接口与电厂快速连接。

移动应急电源如能完全顶替EDG，对电厂运行和安全大有好处，QD128移动应急电源（以下简称MTG）额定功率11155kWe，完全满足要求，使用移动柴油发电机组并机满足大功率使用要求，灵活性不及MTG。MTG使用一台交流马达和液压启动装置启动机组，启动+加载至满载小于600s，相比移动柴油发电机组的启动时间较长，但相比于机组运输、电气和工艺连接等时间是可接受的。MTG可使用轻柴油作为燃料，额定功率油耗约为480g/kW·h，相比柴油机油耗较高，但MTG配置带在线补油接口的燃料箱体，满足连续运行需要。MTG大修间隔≥12000h，移动电源运行主要分定期试验（月度/季度/年度）和紧急运行，定期试验每次运行数小时；紧急情况仅在电厂失去所有电源情况下才会使用。故满足核电站寿期使用要求。

5.总述

以QD128燃气轮机为例，介绍燃气轮机式移动电源的设计，从尺寸、功率、启动、油耗和维护等方面，分析燃气轮机式移动电源满足核电站的使用要求，同时在尺寸和功率等方面优于柴油机式移动电源。综上，燃气轮机式移动电源可为核电站提供灵活、可靠的移动应急电力供应，可在在建、在运核电站推广使用。