【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及轻水反应堆(lwr)领域，更具体地，涉及压水反应堆(pwr)领域。更具体地，本专利技术涉及包括这种核反应堆的热电联产站。在这里以及本专利技术的上下文中，术语“热电联产”是指同时或以其他方式产生电力和有用的热量。本专利技术的目的是利用核反应堆一次回路中的所有热量，同时在发电方面保持相同的服务水平，从而限制或甚至消除由从环境中提取液态水/将液态水排放到环境中引起的反应堆的任何环境影响。尽管参考压水反应堆进行描述，但本专利技术适用于被称为第二代、第三代和第四代(gen iv)反应堆的反应堆类别中具有间接热力循环的任何核反应堆。本专利技术特别适用于属于gen iv反应堆类别的称为fnr-na或sfr(钠快堆)的类型的用液态金属(尤其是液态钠)冷却的快中子反应堆。
技术介绍
1、在气候和能源转型的背景下，核工业未来面临着许多挑战。为了应对明天的能源和社会需求，需要设计核反应堆，这些核反应堆使能够在不损害站盈利的情况下，通过从提供的新服务中获利或通过显著增加每天的发电量来实现以下：
2、-限制对“环境”冷却液来源(河流、河口、海洋)的需求以及向环境中的相关排放；
3、-更灵活地运行，从而补充被称为“可再生能源”(考虑到这些可再生能源的间歇性)的其他形式的能源，以满足功率的波动需求；
4、-通过向使用热量的行业(海水淡化厂、热网、氢气生产等)供应热量，使工艺碳减排；
5、-捕获大气中的co2以限制气候变暖的影响，并有助于关闭作为工业过程的碳源的碳循环。
6、压水反应堆(
7、一次回路1是一个闭环流体回路，主要包括反应堆堆芯2、至少一个蒸汽发生器(sg)(用作所谓的一次交换器3)和用于循环传热流体的液压泵4，传热流体是在反应堆的热操作范围(在正常操作中通常在320℃-330℃左右)内保持液态的水。其他配件、例如加压器和用于确保在必要的安全条件下运行的一组装置在此不作描述。
8、因此，一次回路的高度加压水收集通过反应堆1的堆芯中的铀核的裂变以热量的形式供应的能量。
9、这种在高压和高温下(通常为155巴和320℃-330℃)的水然后进入中间交换器3，并将其能量传输到二次回路5，二次回路5也使用加压水作为闭合环路中的传热流体。
10、该二次回路5包括中间交换器3、包括高压气缸60和低压气缸61的涡轮机6、冷凝器7和液压泵8，该液压泵8用于使作为传热流体的蒸汽形式的水循环。
11、因此，在该二次回路5中，在高压下(通常约70巴)的蒸汽形式的水在涡轮机的高压气缸中膨胀，然后在进一步膨胀之前在低压气缸61中被过热化。涡轮机驱动产生电力的交流发电机9。
12、然后，来自二次回路的水在第三循环(即冷却循环10)中经由冷凝器7冷凝，以用作所谓的“低温”源。该循环10主要包括湿空气冷却塔11，其是具有中空中心的塔，在该塔中自然形成进入下部并从上部离开的空气流。当它通过塔时，该空气流收集冷却回路水中所含的热量，并以水蒸气云的形式将其分散到大气中。该操作不断重复，水以细液滴的形式分布，在水和空气之间提供良好的热交换，从而使水的温度接近环境空气的温度，同时也使在塔中循环的向上的空气流充满水蒸气。一些水流在塔11中蒸发，而剩余的水流像雨一样落入塔下方的水池中，从水池中被泵回以冷却冷凝器7。蒸发的水被从河口、河流或海洋抽上来的第三级水(称为“环境”水)取代。这大大提高了这些水道的温度；因此，在较热的时期和/或水道流量减少的时期，核电站运营者可能不得不降低功率水平，或甚至关闭核电站。
13、如图1所示，例如，pwr的热力学效率约为33％至34％，冷凝器7入口处的水温约为20℃，出口处的水温约为35℃。
14、在传统的pwr系统中，反应堆分为以下主要用途类别：
15、-“发电”反应堆，仅专门用于发电；
16、-“发热”反应堆，仅专门用于发热；
17、-“热电联产”反应堆，专用于发电和发热(无论是否同时发生)。
18、如[1]所详述的，基于核反应堆的热电联产的原理是修改能量转换循环，以便热量在低温源处释放，释放的温度使其能够被利用。为了限制全球变暖，需要在各个层面上最大限度地减少热量损失，特别是在热力站的低温源层面。热电联产的这一目标对于核反应堆来说尤其重要，因为工业或家庭用途的热量通常是通过燃烧造成温室气体排放的化石燃料来获得的。
19、为了实现这一目的，第一配置在于修改pwr站的发电系统的部件，以便调节低温源处的水温。
20、然而，在图1所示的传统配置中，这种修改是有限的。它对高压涡轮机60没有影响，而仅对在朗肯循环中操作的低压涡轮机61有影响。如图2所示，这种修改包括将低压涡轮机61的工作点p的压力提高到约1巴，而不是约50毫巴，从而使离开冷凝器的水处于足够高的温度(通常为70℃)，以用于例如热网12中。这种修改最初伴随着电力输出的减少，因为热力学效率变为27％。冷凝器7中的压力也有所增加。
21、然而，该第一热电联产配置有两个重要缺点。
22、首先，如上所述，利用低温源的热量会降低站的电效率：在电力方面提供的服务显著降低。这是因为，如热力学第二定律所述，提高低温源的温度会降低转换循环的效率。随着低温源温度的升高，电效率降低的该现象如图3中根据温度的下降曲线所示，该曲线由[2]获得。
23、另一个重要缺点是，当不再有任何热量需求时，或者当热网不可用时，仍然需要从河口、河流或海洋提取的液态水形式的低温源来供应冷却塔11。这也导致了废水向环境的排放以及对遵守排放标准所需的操作的相关限制。
24、第二热电联产配置是这样一种配置，其中不是从低温源而是通过抽取热蒸汽而直接从涡轮机6的气缸60、61提取热量：参见[3]和[4]。如图4所示，第二配置在两个气缸60、61之间或这些气缸内具有排出管s，其优点是具有比从低温源获取热量时获得的温度更高的温度，通常高于100℃。这些更高的温度潜在地与工业应用兼容，如果所抽取的热功率仍然有限，则不会显著降低电效率。然而，该第二配置具有仅允许抽取有限量的热功率的缺点，以避免电效率的不可接受的降低，并避免限制用于冷却转换回路的环境液态水需求。因此，在这种配置中，水需求和相关的排放仍然非常重要。
25、文献中已经提出了旨在通过增加能量储存装置来限制热电联产系统的固有问题的概念。这些概念可以分组为两个主要类别，如下所述。
26、第一类涉及用于提高反应堆可操作性的系统，换句话说，旨在通过临时增加供应给电网的电力水平以使其与需求相匹配来使反应堆的发电比目前更灵活。在文献中，这些系统是用发电反应堆实现的，但这种方法也适用于热电联产反应堆：见[5]，专利申请jp2020197468a。
27、这种系统的一个示例如图5示意性所示。被配置为热量储存环路13的补充流体回路布置在发生能量转换的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核热电联产站，包括：
2.根据权利要求1所述的热电联产站，所述干燥空气冷却设备是干燥空气冷却塔。
3.根据权利要求1或2所述的热电联产站，所述干燥空气冷却设备作为连接旁路连接到城市热网(12)。
4.根据权利要求3所述的热电联产站，所述冷凝器(7)的入口温度T1为至少40℃，所述冷凝器(7)的出口温度T2为至少70℃。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热电联产站，所述低温储存器和所述高温储存器中的每一者的体积为10000m3至30000m3。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热电联产站，所述热量储存环路的传热流体是熔融盐或熔融盐的混合物，所述熔融盐或熔融盐的混合物适于在100℃至350℃的温度范围内保持液相，相对于所述热量储存环路的最大工作温度有40℃的裕度。
7.根据权利要求6所述的热电联产站，所述传热流体具有以下化学组成：7％的NaNO3、40％的NaNO2、53％的KNO3。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热电联产站，一个或多个所述涡轮机不具有低压气缸。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种核热电联产站，包括：
2.根据权利要求1所述的热电联产站，所述干燥空气冷却设备是干燥空气冷却塔。
3.根据权利要求1或2所述的热电联产站，所述干燥空气冷却设备作为连接旁路连接到城市热网(12)。
4.根据权利要求3所述的热电联产站，所述冷凝器(7)的入口温度t1为至少40℃，所述冷凝器(7)的出口温度t2为至少70℃。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热电联产站，所述低温储存器和所述高温储存器中的每一者的体积为10000m3...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·安富，JB·德罗因，
申请(专利权)人：原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：
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