DE3404853A1

DE3404853A1 - Kernkraftwerk mit notstromversorgung

Info

Publication number: DE3404853A1
Application number: DE19843404853
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 8757 Karlstein Seeliger
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1985-08-14

Description

Kernkraftwerk mit Notstromversorgung Die Erfindung betrifft ein Kernkraftwerk mit einem Kernreaktor, der einen Dampfkreis mit einer Dampfturbine zum Antrieb eines Generators speist, und mit einem zusätzlichen Notstromaggregat für die Bereitstellung der für die Notkühlung des Kernreaktors erforderlichen elektrischen Energie bei schwachen elektrischen Netzen.
Ublicherweise besteht die Notstromversorgung aus dieselmotorgetriebenen Generatoren von solcher Größe und Anzahl, daß die Leistung unter Berücksichtigung des Ausfalls eines Aggregats durch Einzelfehler mit einer zweiten durch Unverfügbarkeit wegen Reperatur/ Wartung ausreichend ist. Bei schwachen elektrischen Netzen reicht diese Auslegung aus der Sicht heutiger Risikobetrachtungen nicht mehr aus. Deshalb geht die Erfindung von der Aufgabe aus, die für Notfälle erforderliche Bereitstellung elektrischer Energie zusätzlich mit anderen Mitteln zu erreichen, um durch die Diversität eine Diskussion über "common mode failures" zu vermeiden, die eine weitere Vermehrung der Dieselgeneratoranzahl bewirken würde.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das Notstromaggregat einen Hilfsdampfkessel und eine schnellstartfähige Dampfkraftmaschine umfaßt. Ein solches System ist maschinenbaulich besonders robust und deshalb weniger wartungsbedürftig. Dies gilt besonders für eine schnellaufende Dampfkolbenmaschine, die im Auspuffbetrieb arbeitet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Hilfsdampfkessel im Reaktorbetrieb mit Wärme aus dem Kernreaktor gespeist. Dies geschieht vorzugsweise in der Form, daß die Wärme von einer Anzapfung der Dampfturbine geliefert wird, die mit dem Hilfsdampfkessel verbunden ist.
Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft mit einem Großwasserraumkessel als Hilfsdampfkessel verwirklichen, weil dieser zugleich eine gewisse Energiemenge gut speichern kann. Außerdem kann der Wasserinhalt eines solchen Kessels als Speisewasservorrat betrachtet werden. Dabei besteht noch die Möglichkeit, daß der Großwasserraumkessel einen Wärmetauscher zur Einbringung der Wärme des Reaktors aufweist. Als Weiterbildung kann der Wärmetauscher mit einem weiteren Wärmetauscher in Reihe liegen, der einem Speisewasserbehälter des Hilfsdampfkessels zugeordnet ist.
Die Erfindung kann auch mit einer Gegendruckturbine mit Getriebe als Dampfkraftmaschine verwirklicht werden. Sie kann ebenfalls im Auspuffbetrieb arbeiten.
Die Dampfkraftmaschinen können aber auch mit einer Luftkondensationsanlage verbunden sein, die zum Beispiel über ein Ventil wahlweise einschaltbar ist. Diese Bauweise ist besonders günstig für wasserarme Standorte, weil dabei die Dampfkraftanlage des Notstromaggregats als Dauerbetrieb im Kreislauf ohne Wasserzugabe betrieben werden kann.
Das bei der Erfindung vorgesehene Notstromaggregat könnte auch leistungsfähiger als mit Dieselmotoren hergestellt werden.
Für den Anfahrvorgang empfiehlt sich eine Schaltung, bei der anfänglich nur die Kessellüftung und -feuerung und sodann die Kesselspeisung des Hilfsdampfkessels an das Notstromaggregat angeschlossen werden können.
Danach kann man die Leistung des Notstromaggregats schnell auf die Werte bringen, die für die Notkühlung des Reaktors benötigt werden. Die erfindungsgemäße zusätzliche Notstromanlage ist also nschwarzstartfähig und allein durch Handmaßnahmen anzufahren.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Schaltplan ein Ausführungsbeispiel der zusätzlichen Notstromversorgung eines Siedewasserreaktors vereinfacht dargestellt, Fig. 1.
Das Notstromaggregat umfaßt aus Gründen der Redundanz zwei vorzugsweise gleiche öl- oder gasgefeuerte Hilfsdampfkessel 1 und 2, die als Großwasserraumkessel ausgebildet sind. Ihr Wasserraum enthält zum Beispiel 30 m3 Wasser und ist von Flamm- oder Rauchrohren durchzogen. Zusätzlich enthält jeder Kessel noch einen Wärmetauscher 3 bzw. 4. Sie werden über Ventile 6 und 7 von einem Dampfumformer 8 versorgt, der mit Anzapfdampf aus der Turbine 9 des Reaktors 10 gespeist wird, die einen Generator 11 für zum Beispiel 600 MW treibt. Das Kondensat des Heizdampfes des Dampfumformers 8 wird in den Turbinenkondensator 5 rückgeführt; es könnte zur besseren Wärmeausnutzung an passender Stelle in den Speisewasserkreislauf eingeleitet werden.
Jeder der Wärmetauscher 3 und 4 liegt mit einem weiteren Wärmetauscher 12 bzw. 13 in Reihe, die in einem Speisewasserbehälter 14 angeordnet sind. Der Auslaß der Wärmetauscher 12 und 13 führt über ein Konden- satventil 16 bzw. 17 zu einer Leitung 18, die in den Dampfwasserkreislauf des Kernkraftwerkes, zum Beispiel zum Turbinenkondensator 5 zurückführt. Uber die Leitung 18 und die Wärmetauscher 3, 4, 12, 13 ist eine ständige Erwärmung des Speisewassers der Hilfsdampfkessel 1 und 2 im Reaktorbetrieb ermöglicht.
Ein weitgehend ähnliches Notstromaggregat, allerdings für ein Kernkraftwerk mit einem Druckwasserreaktor, zeigt die Fig. 2. Dabei kann der Dampfumformer 8 entfallen, desgleichen die Wärmetauscher 3 und 4 in den Hilfsdampfkesseln, denn der inaktive Reaktordampf kann dort durch Düsen 3a,4a eingeleitet werden. Die weitere Schaltung ist gleich, die Hilfskesselabspeisung läuft dann über die Wärmetauscher 12, 14, sofern kein Rieselentgaser vorgesehen wird, sonst kann die Einleitung im Rieselentgaser über Sprüheinrichtungen erfolgen und die Ableitung des überschüssigen Wassers über Niveauregler, wie bei 13a, 17a gezeichnet ist.
An den Speisewasserbehälter 14 sind zwei elektrisch angetriebene Speisewasserpumpen 20 und 21 angeschlossen. Sie fördern beim Arbeiten des Notstromaggregats Speisewasser aus dem Hilfs-Speisewasserbehälter 14 über Leitungen 22, 23 in die Hilfsdampfkessel 1 und 2.
Das dort verdampfte Wasser strömt über Leitungen 24, 25 zu zwei Dampfturbinen 26 und 27, die über Getriebe 28, 29 Notstromgeneratoren 30, 31 antreiben. Von den Notstromgeneratoren werden die zwei Schienen 34, 35 je eines elektrischen Netzes gespeist, von denen jedes für die Notkühlung des Kernreaktors 10 ausreichend ist und jeweils die Eigenverbraucher der betreffenden zusätzlichen erfindungsgemäßen Notstromerzeugungsredundanz mit versorgt.
Aus den Hilfrdampfkesseln 1 und 2 kann ferner über ein Ventil 36 eine Dampfleitung 37 gespeist werden, die zu Hilfsdampfverbrauchern des Kernkraftwerkes führt, zum Beispiel die Verdampferanlagen der Abwasseraufbereitung, Aufheizung des Speisewasserbehälters, Dampfstrahler für Evakuieranlage, Heizung etc.
Die Auslaßleitungen 40, 41 der Turbinen 26, 27 führen auch zu einer Dampfverteilung 43 im Speisewasserbehälter 14, der damit gleichzeitig als Mischvorwärmer des Speisewassers ausgestaltet ist. Für den dargestellten Fall der Luftkondensationsanlage gelangt das entstandene Kondensat über Kondensatventile 49, 50 und Leitungen 51, 52 in den Speisewasserbehälter 14 zurück.
Eine Leitung 53, die von einer Vollentsalzungsanlage kommt, ermöglicht die Nachspeisung von Speisewasser.
Damit kann ein Speisewasserverlust ausgeglichen werden, der beim Starten zustande kommt, wenn die Turbinen 26, 27 durch Öffnen von Abblaseventilen 55 und 56 im Auspuffbetrieb gefahren werden, so daß praktisch kein Kondensat zurückgewonnen wird. Bei einer reinen Gegendruckanlage im Auspuffbetrieb muß dementsprechend ständig Wasser aus der Vollentsalzungsanlage nachgespeist werden.
In die Luftkondensationstürme 47 und 48 führen auch die Auslaßleitungen von Sicherheitsventilen 57 und 58, die an die Auslaßleitungen 40, 41 der Turbinen 26, 27 angeschlossen sind.
Beim Ausfall des vom Generator 11 des Reaktors 10 normalerweise gespeisten elektrischen Netzes, das der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, Ausfall des eigenen Kernkraftwerkes und der vorhandenen Notstromdiesel (die ebenfalls nicht dargestellt sind), wird das zusätzliche Notstromaggregat von Hand eingeschaltet. Dabei wird die Dampfkraftmaschine 26 und/ oder 27 aus dem ständig unter Druck gehaltenen Hilfskessel 1, 2 unter Ausnutzung der Energiespeicherung im Kesselwasser angefahren.
Nach dem Anfahren wird zunächst nur die Kessellüftung und -feuerung sowie die Kesselspeisung durch die Pumpen 20, 21 von dem elektrischen Netz 34, 35 gespeist.
Erst nach dem Erreichen des vollen Betriebsdruckes von zum Beispiel 15 bar werden nacheinander die einzelnen Verbraucher des für die Notkühlung des Reaktors 10 ausgewählten Leerlaufkühlkreises zugeschaltet. Wenn die Dampfkraftmaschinen 26, 27 im Auspuffbetrieb arbeiten, muß gegebenenfalls noch eine Vollentsalzungsanlage zur Nachlieferung des Speisewassers versorgt werden. Andernfalls kann auf die Luftkondensationstürme 47, 48 umgeschaltet werden, wenn die Entlüftungsventile 55, 56 geschlossen werden.
Die vorgeschlagene diversitäre Not stromerzeugung kann als spezielles Notstands system für Standorte mit schwachem elektrischen Versorgungsnetz angesehen werden. Da es sich jedoch um genügend reaktorferne Systeme handelt, kann deren Qualitätssicherung gemäß der niedrigsten Anforderungsstufe, dh. gemäß den Spezifikationen für konventionelle Systeme, ausgeführt werden, wobei Systeme und Komponenten gegebenenfalls für eine Erdbebenbeschleunigung zu bemessen sind.
10 Patentansprüche 2 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche Kernkraftwerk mit einem Kernreaktor, der einen Dampfkreis mit einer Dampfturbine zum Antrieb eines Generators speist, und mit einem zusätzlichen Notstromaggregat für die Bereitstellung der für die Notkühlung des Kernreaktors erforderlichen elektrischen Energie, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Notstromaggregat einen Hilfsdampfkessel (1,2) und eine schnellstartfähige Dampfkraftmaschine (26, 27) umfaßt.
2. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Hilfsdampfkessel (1, 2) im Reaktorbetrieb mit Wärme aus dem Kernreaktor (10) gespeist wird.
3. Kernkraftwerk nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Wärme von einer Anzapfung der Dampfturbine (9) geliefert wird, die mit dem Hilfsdampfkessel (i, 2) verbunden ist.
4. Kernkraftwerk nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hilfsdampfkessel (1, 2) ein Großwasserraumkessel ist.
5. Kernkraftwerk nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Großwasserraumkessel (1, 2) einen Wärmetauscher (3, 4) zur Einbringung der Wärme des Reaktors (10) aufweist.
6. Kernkraftwerk nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Wärmetauscher (3, 4) mit einem weiteren Wärmetauscher (3, 4) in Reihe liegt, der einem Speisewasserbehälter (14) des Hilfsdampfkessels (1, 2) zugeordnet ist.
7. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dampfkraftmaschine eine schnellaufende Dampfkolbenmaschine ist, die im Auspuffbetrieb arbeitet.
8. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dampfkraftmaschine eine Gegendruckturbine (26, 27) mit Getriebe (28, 29) ist, die vorzugsweise im Auspuffbetrieb arbeitet.
9. Kernkraftwerk nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Dampfkraftmaschine (26, 27) mit einer Luftkondensationsanlage (47, 48) verbunden ist.
10. Kernkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß Kessellüftung und -feuerung sowie Kesselspeisung (20, 21) des Hilfsdampfkessels (1, 2) an das Notstromaggregat angeschlossen sind0