張 琪，張 力，胡雙進(jìn)，范譜林，馬以文

海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方法研究

張 琪，張 力，胡雙進(jìn)，范譜林，馬以文

（武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所， 武漢 430064）

我國正在進(jìn)行海洋核動(dòng)力平臺(tái)國家示范工程項(xiàng)目，電力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)是其電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。本文分析了海洋核動(dòng)力平臺(tái)電力負(fù)荷的特點(diǎn)，提出了適用于海洋核動(dòng)力平臺(tái)的電力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方法，為電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。

海洋核動(dòng)力平臺(tái) 電力負(fù)荷 統(tǒng)計(jì)方法

0 引言

隨著海上電力需求的不斷增加，水上移動(dòng)式核電站已經(jīng)逐漸成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。我國正在進(jìn)行海洋核動(dòng)力平臺(tái)國家示范工程項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)在國內(nèi)尚屬首次，因此其設(shè)計(jì)存在許多難點(diǎn)。電力負(fù)荷計(jì)算是海洋核動(dòng)力平臺(tái)示范工程的一項(xiàng)很重要的工作，其目的是確定海洋核動(dòng)力平臺(tái)正常電源和應(yīng)急電源的容量與配置。如果計(jì)算不準(zhǔn)確，選擇的發(fā)電機(jī)組不恰當(dāng)，將直接影響海洋核動(dòng)力平臺(tái)用電設(shè)備的正常工作和電源運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與可靠性。

由于海洋核動(dòng)力平臺(tái)屬國內(nèi)首創(chuàng)，且其運(yùn)行工況紛繁眾多，電力負(fù)荷綜合了船舶負(fù)載和核電站負(fù)載的特點(diǎn)，因此加大了其電力系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算的難度。因此，要得到比較準(zhǔn)確的平臺(tái)電力系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，必須對(duì)各個(gè)用電設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷以及具體使用情況做周密細(xì)致的調(diào)研研究，全面地加以考慮和分析。

1 常用的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方法

目前，計(jì)算船舶電力負(fù)荷的方法較多，常用的計(jì)算方法有：需要系數(shù)法；三類負(fù)載法；日夜負(fù)載法；概率分析計(jì)算法等。這些計(jì)算方法都略有不同，不同類型的船舶選擇的計(jì)算方法都不盡相同。即使是同一種方法，當(dāng)應(yīng)用于不同用途的船舶上時(shí)，使用方法也有些差別。盡管計(jì)算的方法各種各樣，但是其基本思路是類似的，即計(jì)算船舶在各工況下用電設(shè)備所需的功率。

在上述方法中，目前需要系數(shù)法和三類負(fù)載法應(yīng)用最多。如果能夠選取合適的需要系數(shù)、負(fù)荷系數(shù)或同時(shí)系數(shù)等參數(shù)，這兩種計(jì)算方法可以得到比較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

1.1 三類負(fù)荷法

三類負(fù)荷法是使用最多的一種計(jì)算電力負(fù)荷的方法。它將用電負(fù)荷按其使用特點(diǎn)分成了三類，首先計(jì)算出各用電設(shè)備在各工況下的實(shí)際使用功率，在計(jì)算過程中考慮了各設(shè)備的負(fù)荷系數(shù)和同時(shí)系數(shù)；然后再計(jì)算出各工況下各類負(fù)荷的實(shí)際使用總功率；最后分別選取各類負(fù)荷的總同時(shí)使用系數(shù)，計(jì)算出總負(fù)荷。由于數(shù)據(jù)充分三類負(fù)荷法能求得較精確的計(jì)算結(jié)果。

1.2 需要系數(shù)法

需要系數(shù)法較適合于中、小型船舶的電力負(fù)荷的計(jì)算。所謂需要系數(shù)，就是指設(shè)備使用時(shí)需要的最大功率與其額定所需總功率之比，需要系數(shù)綜合考慮了用電設(shè)備的負(fù)荷狀態(tài)、工作制以及該類設(shè)備同時(shí)工作等方面的情況，一般是根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)所得，一些設(shè)備的需要系數(shù)可參考相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)與規(guī)范。

為得到負(fù)載實(shí)際需要的總功率，首先選擇計(jì)算工況，確定各工況下需要使用的電氣設(shè)備，然后再確定各用電設(shè)備的額定功率和需要系數(shù)，最后計(jì)算出各工況下的總功率。

2 海洋核動(dòng)力平臺(tái)負(fù)荷分類

由于海洋核動(dòng)力平臺(tái)配置了兩個(gè)相互獨(dú)立的核反應(yīng)堆機(jī)組，因此本文按照各設(shè)備功能將海洋核動(dòng)力平臺(tái)的用電設(shè)備分為三類。

1）單個(gè)反應(yīng)堆用電設(shè)備：指與核反應(yīng)堆相關(guān)，兩個(gè)堆各自獨(dú)立配置一套的核動(dòng)力裝置用電設(shè)備，這些設(shè)備的使用情況與核反應(yīng)堆的運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)。屬于這類的用電設(shè)備如一回路系統(tǒng)的反應(yīng)堆冷卻劑泵、二回路系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)組輔助設(shè)備、電動(dòng)給水泵及循環(huán)冷卻水泵等。

2）兩個(gè)反應(yīng)堆共用設(shè)備：兩個(gè)反應(yīng)堆共用的設(shè)備不專屬于某一反應(yīng)堆機(jī)組，但是參與兩個(gè)反應(yīng)堆機(jī)組的運(yùn)行。該類用電設(shè)備的使用情況同樣與核反應(yīng)堆的運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)，如反應(yīng)堆空調(diào)系統(tǒng)即屬于該類設(shè)備。

3）平臺(tái)公用用電設(shè)備：指與反應(yīng)堆無關(guān)的平臺(tái)其他系統(tǒng)非核動(dòng)力裝置用電設(shè)備，包括舾裝系統(tǒng)、艙室環(huán)境控制系統(tǒng)、保障系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通信導(dǎo)航系統(tǒng)、綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、單點(diǎn)系泊系統(tǒng)等。該類用電設(shè)備的運(yùn)行情況與反應(yīng)堆的狀態(tài)沒有直接關(guān)系，其功能不直接影響核反應(yīng)堆機(jī)組的運(yùn)行，不論反應(yīng)堆是否運(yùn)行都需投入使用。

3 海洋核動(dòng)力平臺(tái)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方法

海洋核動(dòng)力平臺(tái)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)分為正常電力負(fù)荷計(jì)算與應(yīng)急電力負(fù)荷計(jì)算兩部分。正常電力負(fù)荷計(jì)算的目的是針對(duì)在正常工況下電力負(fù)荷的定量分析，作為確定輔汽輪發(fā)電機(jī)組功率和數(shù)量。應(yīng)急電力負(fù)荷計(jì)算的目的是針對(duì)發(fā)生核動(dòng)力裝置事故停堆時(shí)的余熱排出等各種應(yīng)急工況下的電力負(fù)荷定量分析，作為確定電力系統(tǒng)配置蓄電池組、柴油發(fā)電機(jī)組等應(yīng)急電源設(shè)備功率和數(shù)量。

由于海洋核動(dòng)力平臺(tái)屬于國內(nèi)首創(chuàng)，沒有母型船可以參考，難以得到較準(zhǔn)確的需要系數(shù)，因此本文主要采用三類負(fù)荷法對(duì)海洋核動(dòng)力平臺(tái)的負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時(shí)海洋核動(dòng)力平臺(tái)結(jié)合了核電站和船舶的特點(diǎn)，需要綜合考慮兩者的負(fù)荷特點(diǎn)。

本文根據(jù)海洋核動(dòng)力平臺(tái)的負(fù)荷分類情況，將全平臺(tái)的電力負(fù)荷分為兩大類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，第一類是與核反應(yīng)堆運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的單個(gè)反應(yīng)堆用電設(shè)備和兩個(gè)反應(yīng)堆共用的設(shè)備，第二類是平臺(tái)公用用電設(shè)備。

單個(gè)反應(yīng)堆用電設(shè)備和兩個(gè)反應(yīng)堆共用的設(shè)備與核電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，因此這兩類負(fù)荷按照反應(yīng)堆的運(yùn)行狀態(tài)分為啟堆、正常運(yùn)行、正常停堆、事故停堆、換料等幾種工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

平臺(tái)公用設(shè)備與反應(yīng)堆的狀態(tài)無關(guān)，則按照船舶的分類分為以下三種工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：

1）正常要求工況：平臺(tái)處于正常作業(yè)和正常居住要求下。

2）最低要求工況：平臺(tái)處于正常作業(yè)，但居住條件只能滿足人員的最基本需求。即對(duì)于炊事、取暖、食品冷凍、機(jī)械通風(fēng)、衛(wèi)生、淡水等設(shè)備只能提供最低限度的滿足。

3）應(yīng)急工況：平臺(tái)已處于應(yīng)急狀態(tài)，只能保證應(yīng)急工況下平臺(tái)操縱、安全相關(guān)設(shè)備如應(yīng)急消防泵、應(yīng)急艙底泵、救生艇救助艇、廣播等設(shè)備的供電。

為得到某種工況下海洋核動(dòng)力平臺(tái)的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，首先將單個(gè)反應(yīng)堆用電設(shè)備和兩個(gè)反應(yīng)堆共用的設(shè)備在該工況下的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果相加，若平臺(tái)處于正常作業(yè)狀態(tài)，則再加上平臺(tái)公用設(shè)備在正常作業(yè)工況下的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，若平臺(tái)進(jìn)入應(yīng)急工況，則加上應(yīng)急工況的平臺(tái)公用負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果。將三種類型的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)結(jié)果按照工況分類合理的相加后，最終得到我們所需的電力負(fù)荷情況。

4 結(jié)語

本文就目前的船舶電力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行了一些探討，綜合考慮了海洋核動(dòng)力平臺(tái)負(fù)荷的特點(diǎn)，將海洋核動(dòng)力平臺(tái)的負(fù)荷進(jìn)行分類，提出了適用于海洋核動(dòng)力平臺(tái)的電力負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方法，為確定海洋核動(dòng)力平臺(tái)正常電源和應(yīng)急電源的容量以及電力系統(tǒng)的配置奠定了基礎(chǔ)。

[1] 龐科旺. 船舶電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.

[2] 船舶設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2013.

[3] 中國國家能源局. NB-T 20051-2011核電廠廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[S]. 北京: 中國國家能源局, 2011.

Research on Power Load Statistic Method at Offshore Nuclear Power Station

Zhang Qi, Zhang Li, Hu Shuangjin, Fan Pulin, Ma Yiwen

（Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China）

TM714

A

1003-4862（2018）01-0049-02

2017-11-15

張琪(1992-)，女，工程師。研究方向：電力系統(tǒng)。E-mail: 443544615@qq.com