CN108457712A - 熔盐堆能量转换系统及能量转换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种熔盐堆能量转换系统及能量转换方法。该系统如下：熔盐堆与第一换热器的一次侧通道串联形成第一熔盐回路，其用于将核裂变能传递至第二熔盐回路以及第三熔盐回路；第二换热器的二次侧通道与发电设备串联形成发电工质回路；第一换热器的二次侧通道与第二换热器的一次侧通道串联形成第二熔盐回路，其用于将第二熔盐回路的热量传递至发电工质回路；第一换热器的二次侧通道在用电低谷时还与储能换热器的一次侧通道串联形成第三熔盐回路，其用于将第三熔盐回路的热量传递至储能换热器的二次侧通道内的熔盐；冷熔盐储罐用于在用电低谷时向储能换热器的二次侧熔盐通道提供熔盐。该系统及方法能够有效解决电网负荷波动问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种熔盐堆能量转换系统及能量转换方法。
背景技术
目前，电网负荷变化在5％内波动时是核电站可接受的范围。当电网负荷变化超过5％时，核电站常常通过降低核电站运行功率的方法，来满足电网负荷变化的需求，这种降功率调节负荷的方法使得核电站的运行极度地不具备经济性。
而熔盐堆作为四代高温核反应堆候选堆型，具有经济、安全、可持续、防核扩散、固有安全、可采用固态燃料或液态燃料等优点，一直是国内外研发的热点。熔盐是很好的传热介质、大的比热容和高沸点，可以兼做传热流体和蓄热储能载体。
可以想象，如果能够充分利用熔盐的优势，开发一种能够有效解决电网负荷波动问题的能量转换系统，对于提高电厂运行效率和经济性将会具有非常重大的意义。
然而，现有技术中却没有这样的能量转换系统。因此，开发一种能够有效解决电网负荷波动问题的熔盐堆能量转换系统是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的核电站调峰技术不足的缺陷，而提供一种新型的熔盐堆能量转换系统及能量转换方法。该熔盐堆能量转换系统及能量转换方法，能够将电网负荷波动引起的剩余电力直接存储在热熔盐罐中，并能够使得输出电力负荷满足电网需求，有效解决电网负荷波动问题，并实现电网调峰的目的。此外，该熔盐堆能量转换系统及能量转换方法，可兼顾储能和发电两个过程，能够实现熔盐堆可持续的满功率运行，使得热能的利用更加合理，进而提高核电站的发电效率。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
本发明提供一种熔盐堆能量转换系统，所述熔盐堆能量转换系统包括熔盐堆、第一换热器和第二换热器；所述熔盐堆与所述第一换热器的一次侧通道串联形成第一熔盐回路；所述第二换热器的二次侧通道与发电设备串联形成发电工质回路；
所述熔盐堆能量转换系统还包括储能换热器、热熔盐储罐和冷熔盐储罐；所述第一换热器的二次侧通道与所述第二换热器的一次侧通道串联形成第二熔盐回路；
所述第一换热器的二次侧通道在用电低谷时还与所述储能换热器的一次侧通道串联形成第三熔盐回路；
所述冷熔盐储罐用于在用电低谷时向所述储能换热器的二次侧熔盐通道提供熔盐、并将所述熔盐储存至所述热熔盐储罐中；
所述第一熔盐回路用于将所述熔盐堆的核裂变能传递至所述第二熔盐回路以及用电低谷时的所述第三熔盐回路；
所述第二熔盐回路用于将所述第二熔盐回路的热量传递至所述发电工质回路；
所述第三熔盐回路用于在用电低谷时将所述第三熔盐回路的热量传递至所述储能换热器的二次侧通道内的熔盐。
本发明中，用电低谷时，启动所述第三熔盐回路，所述熔盐堆的核裂变能先传递至所述第一换热器，随后，一部分热量传递至所述第二换热器，并经所述第二换热器传递至所述发电设备用于发电，因电网负荷波动引起的未被消耗的热量经所述储能换热器的一次侧传递至所述储能换热器的二次侧通道中的熔盐，随后储存在所述热熔盐储罐中，从而实现热能存储调峰。
本发明中，所述熔盐堆可为熔盐作为冷却剂的堆型，例如可为采用液态熔盐燃料的液体燃料熔盐堆或采用熔盐冷却的固体燃料高温熔盐堆。
本发明中，所述第一换热器按本领域常规为间壁式换热器，所述第二换热器按本领域常规为间壁式换热器，所述储能换热器按本领域常规为间壁式换热器。
本发明中，较佳地，所述第二换热器的一次侧通道在用电高峰时还与所述储能换热器的一次侧通道串联形成第四熔盐回路，且所述第四熔盐回路用于从所述储能换热器的二次侧吸收热量、并将吸收的热量传递至所述发电工质回路；所述热熔盐储罐用于在用电高峰时向所述储能换热器的二次侧熔盐通道提供熔盐、并将所述熔盐储存至所述冷熔盐储罐中。用电高峰时，所述热熔盐储罐内的熔盐流经所述储能换热器，将热量传递至所述储能换热器的一次侧通道内的熔盐；所述储能换热器的一次侧通道内的熔盐沿所述第四熔盐回路流动，流经所述第二换热器时将热量传递至所述第二换热器的二次侧通道内的发电工质，并用于发电，从而实现储能发电。
本发明中，较佳地，所述第一熔盐回路和所述第二熔盐回路的连接关系使得所述第一换热器的一次侧通道中的熔盐和所述第一换热器的二次侧通道中的熔盐逆流换热。
本发明中，较佳地，所述第二熔盐回路和所述发电工质回路的连接关系使得所述第二换热器的一次侧通道中的熔盐和所述第二换热器的二次侧通道中的发电工质逆流换热。
本发明中，当发电工质为超临界水时，所述发电工质回路上沿所述发电工质的流动方向例如可依次设有涡轮机、冷却器和凝结水泵。其中，所述涡轮机可替换为汽轮机。
本发明中，当发电工质为气体时，所述发电工质回路上沿所述发电工质的流动方向例如可依次设有涡轮机、冷凝器和压缩机。其中，所述涡轮机可替换为汽轮机。
本发明还提供一种采用前述的熔盐堆能量转换系统的能量转换方法，所述能量转换方法包括如下步骤：
所述熔盐堆中的熔盐携带核裂变能沿所述第一熔盐回路流动，流经所述第一换热器时，将核裂变能传递至所述第一换热器的二次侧通道内的熔盐；
在用电低谷时，所述第一换热器的二次侧通道内的熔盐分为两股，一股沿所述第二熔盐回路流动，另一股沿所述第三熔盐回路流动；
沿所述第三熔盐回路流动的熔盐流经所述储能换热器时，将所述熔盐的热量传递至所述储能换热器的二次侧通道内的熔盐，所述储能换热器的二次侧通道内的熔盐吸收热量后储存于所述热熔盐储罐内；
沿所述第二熔盐回路流动的熔盐流经所述第二换热器时，将所述熔盐的热量传递至所述第二换热器的二次侧通道内的发电工质，所述发电工质经发电设备后返回至所述第二换热器。
本发明中，较佳地，在用电高峰时，所述热熔盐储罐内的熔盐流经所述储能换热器，将热量传递至所述储能换热器的一次侧通道内的熔盐；所述储能换热器的一次侧通道内的熔盐沿所述第四熔盐回路流动，流经所述第二换热器时将热量传递至所述第二换热器的二次侧通道内的发电工质，所述发电工质经所述发电设备后返回至所述第二换热器。
在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供一种熔盐堆能量转换系统及能量转换方法。该熔盐堆能量转换系统及能量转换方法，能够将电网负荷波动引起的剩余电力直接存储在热熔盐罐中，并能够使得输出电力负荷满足电网需求，有效解决电网负荷波动问题，并实现电网调峰的目的。此外，该熔盐堆能量转换系统及能量转换方法，可兼顾储能和发电两个过程，能够实现熔盐堆可持续的满功率运行，使得热能的利用更加合理，进而提高核电站的发电效率。
附图说明
图1是实施例1的熔盐堆能量转换系统的结构示意图及能量转换方法在用电低谷时的工艺流程图；
图2是实施例1的熔盐堆能量转换系统的结构示意图及能量转换方法在用电高峰时的工艺流程图；
图3是实施例2的熔盐堆能量转换系统的结构示意图及能量转换方法在用电低谷时的工艺流程图；
图4是实施例2的熔盐堆能量转换系统的结构示意图及能量转换方法在用电高峰时的工艺流程图。
附图标记说明：
熔盐堆 10
第一换热器 20
第一熔盐回路 30
第二换热器 40
发电工质回路 50
涡轮机 51
冷却器 52
凝结水泵 53
冷凝器 54
压缩机 55
储能换热器 60
热熔盐储罐 70
冷熔盐储罐 80
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中，第一换热器为间壁式换热器，第二换热器为间壁式换热器，储能换热器为间壁式换热器。
实施例1
(1)熔盐堆能量转换系统
如图1及图2所示的熔盐堆能量转换系统，熔盐堆能量转换系统包括熔盐堆10、第一换热器20和第二换热器40；熔盐堆10与第一换热器20的一次侧通道串联形成第一熔盐回路30；第二换热器40的二次侧通道与发电设备串联形成发电工质回路50；
熔盐堆能量转换系统还包括储能换热器60、热熔盐储罐70和冷熔盐储罐80；第一换热器20的二次侧通道与第二换热器40的一次侧通道串联形成第二熔盐回路；
第一换热器20的二次侧通道在用电低谷时还与储能换热器60的一次侧通道串联形成第三熔盐回路；
冷熔盐储罐80用于在用电低谷时向储能换热器60的二次侧熔盐通道提供熔盐、并将熔盐储存至热熔盐储罐70中；
第一熔盐回路30用于将熔盐堆10的核裂变能传递至第二熔盐回路以及用电低谷时的第三熔盐回路；
第二熔盐回路用于将第二熔盐回路的热量传递至发电工质回路50；
第三熔盐回路用于在用电低谷时将第三熔盐回路的热量传递至储能换热器60的二次侧通道内的熔盐。
其中，第二换热器40的一次侧通道在用电高峰时还与储能换热器60的一次侧通道串联形成第四熔盐回路，且第四熔盐回路用于从储能换热器60的二次侧吸收热量、并将吸收的热量传递至发电工质回路50；热熔盐储罐70用于在用电高峰时向储能换热器60的二次侧熔盐通道提供熔盐、并将熔盐储存至冷熔盐储罐80中。
其中，第一熔盐回路30和第二熔盐回路的连接关系使得第一换热器20的一次侧通道中的熔盐和第一换热器20的二次侧通道中的熔盐逆流换热。
其中，第二熔盐回路和发电工质回路50的连接关系使得第二换热器40的一次侧通道中的熔盐和第二换热器40的二次侧通道中的发电工质逆流换热。
其中，发电工质为超临界水，发电工质回路50上沿发电工质的流动方向依次设有涡轮机51、冷却器52和凝结水泵53。
(2)能量转换方法
如图1所示的能量转换方法包括如下步骤：
熔盐堆10中的熔盐携带核裂变能沿第一熔盐回路30流动，流经第一换热器20时，将核裂变能传递至第一换热器20的二次侧通道内的熔盐；
在用电低谷时，第一换热器20的二次侧通道内的熔盐分为两股，一股沿第二熔盐回路流动，另一股沿第三熔盐回路流动；
沿第三熔盐回路流动的熔盐流经储能换热器60时，将熔盐的热量传递至储能换热器60的二次侧通道内的熔盐，储能换热器60的二次侧通道内的熔盐吸收热量后储存于热熔盐储罐70内；
沿第二熔盐回路流动的熔盐流经第二换热器40时，将熔盐的热量传递至第二换热器40的二次侧通道内的发电工质，发电工质经发电设备后返回至第二换热器40。
其中，如图2所示，在用电高峰时，热熔盐储罐70内的熔盐流经储能换热器60，将热量传递至储能换热器60的一次侧通道内的熔盐；储能换热器60的一次侧通道内的熔盐沿第四熔盐回路流动，流经第二换热器40时将热量传递至第二换热器40的二次侧通道内的发电工质，发电工质经发电设备后返回至第二换热器40。
效果：该熔盐堆能量转换系统及能量转换方法，能够将电网负荷波动引起的剩余电力直接存储在热熔盐罐中，并能够使得输出电力负荷满足电网需求，有效解决电网负荷波动问题，并实现电网调峰的目的。此外，该熔盐堆能量转换系统及能量转换方法，可兼顾储能和发电两个过程，能够实现熔盐堆可持续的满功率运行，使得热能的利用更加合理，进而提高核电站的发电效率。
实施例2
(1)熔盐堆能量转换系统
如图3及图4所示的熔盐堆能量转换系统，熔盐堆能量转换系统包括熔盐堆10、第一换热器20和第二换热器40；熔盐堆10与第一换热器20的一次侧通道串联形成第一熔盐回路30；第二换热器40的二次侧通道与发电设备串联形成发电工质回路50；
熔盐堆能量转换系统还包括储能换热器60、热熔盐储罐70和冷熔盐储罐80；第一换热器20的二次侧通道与第二换热器40的一次侧通道串联形成第二熔盐回路；冷熔盐储罐80依次与储能换热器60的二次侧通道及热熔盐储罐70连通；
第一换热器20的二次侧通道在用电低谷时还与储能换热器60的一次侧通道串联形成第三熔盐回路；冷熔盐储罐80用于在用电低谷时向储能换热器60的二次侧熔盐通道提供熔盐、并将熔盐储存至热熔盐储罐70中；
第一熔盐回路30用于将熔盐堆10的核裂变能传递至第二熔盐回路以及用电低谷时的第三熔盐回路；第二熔盐回路用于将第二熔盐回路的热量传递至发电工质回路50；第三熔盐回路用于在用电低谷时将第三熔盐回路的热量传递至储能换热器60的二次侧通道内的熔盐。
其中，第二换热器40的一次侧通道在用电高峰时还与储能换热器60的一次侧通道串联形成第四熔盐回路，且第四熔盐回路用于从储能换热器60的二次侧吸收热量、并将吸收的热量传递至发电工质回路50；热熔盐储罐70用于在用电高峰时向储能换热器60的二次侧熔盐通道提供熔盐、并将熔盐储存至冷熔盐储罐80中。
其中，第一熔盐回路30和第二熔盐回路的连接关系使得第一换热器20的一次侧通道中的熔盐和第一换热器20的二次侧通道中的熔盐逆流换热。
其中，第二熔盐回路和发电工质回路50的连接关系使得第二换热器40的一次侧通道中的熔盐和第二换热器40的二次侧通道中的发电工质逆流换热。
其中，发电工质为气体，发电工质回路50上沿发电工质的流动方向依次设有涡轮机51、冷凝器54和压缩机55。
(2)能量转换方法
如图3所示的能量转换方法包括如下步骤：
熔盐堆10中的熔盐携带核裂变能沿第一熔盐回路30流动，流经第一换热器20时，将核裂变能传递至第一换热器20的二次侧通道内的熔盐；
在用电低谷时，第一换热器20的二次侧通道内的熔盐分为两股，一股沿第二熔盐回路流动，另一股沿第三熔盐回路流动；
沿第三熔盐回路流动的熔盐流经储能换热器60时，将熔盐的热量传递至储能换热器60的二次侧通道内的熔盐，储能换热器60的二次侧通道内的熔盐吸收热量后储存于热熔盐储罐70内；
沿第二熔盐回路流动的熔盐流经第二换热器40时，将熔盐的热量传递至第二换热器40的二次侧通道内的发电工质，发电工质经发电设备后返回至第二换热器40。
其中，如图4所示，在用电高峰时，热熔盐储罐70内的熔盐流经储能换热器60，将热量传递至储能换热器60的一次侧通道内的熔盐；储能换热器60的一次侧通道内的熔盐沿第四熔盐回路流动，流经第二换热器40时将热量传递至第二换热器40的二次侧通道内的发电工质，发电工质经发电设备后返回至第二换热器40。
效果：该熔盐堆能量转换系统及能量转换方法，能够将电网负荷波动引起的剩余电力直接存储在热熔盐罐中，并能够使得输出电力负荷满足电网需求，有效解决电网负荷波动问题，并实现电网调峰的目的。此外，该熔盐堆能量转换系统及能量转换方法，可兼顾储能和发电两个过程，能够实现熔盐堆可持续的满功率运行，使得热能的利用更加合理，进而提高核电站的发电效率。
Claims (9)
1.一种熔盐堆能量转换系统，所述熔盐堆能量转换系统包括熔盐堆、第一换热器和第二换热器，所述熔盐堆与所述第一换热器的一次侧通道串联形成第一熔盐回路，所述第二换热器的二次侧通道与发电设备串联形成发电工质回路，其特征在于，所述熔盐堆能量转换系统还包括储能换热器、热熔盐储罐和冷熔盐储罐；所述第一换热器的二次侧通道与所述第二换热器的一次侧通道串联形成第二熔盐回路；所述第一换热器的二次侧通道在用电低谷时还与所述储能换热器的一次侧通道串联形成第三熔盐回路；
所述冷熔盐储罐用于在用电低谷时向所述储能换热器的二次侧熔盐通道提供熔盐、并将所述熔盐储存至所述热熔盐储罐中；
所述第一熔盐回路用于将所述熔盐堆的核裂变能传递至所述第二熔盐回路以及用电低谷时的所述第三熔盐回路；
所述第二熔盐回路用于将所述第二熔盐回路的热量传递至所述发电工质回路；
所述第三熔盐回路用于在用电低谷时将所述第三熔盐回路的热量传递至所述储能换热器的二次侧通道内的熔盐。
2.如权利要求1所述的熔盐堆能量转换系统，其特征在于，所述第二换热器的一次侧通道在用电高峰时还与所述储能换热器的一次侧通道串联形成第四熔盐回路，且所述第四熔盐回路用于从所述储能换热器的二次侧吸收热量、并将吸收的热量传递至所述发电工质回路；所述热熔盐储罐用于在用电高峰时向所述储能换热器的二次侧熔盐通道提供熔盐、并将所述熔盐储存至所述冷熔盐储罐中。
3.如权利要求1所述的熔盐堆能量转换系统，其特征在于，所述第一熔盐回路和所述第二熔盐回路的连接关系使得所述第一换热器的一次侧通道中的熔盐和所述第一换热器的二次侧通道中的熔盐逆流换热。
4.如权利要求1所述的熔盐堆能量转换系统，其特征在于，所述第二熔盐回路和所述发电工质回路的连接关系使得所述第二换热器的一次侧通道中的熔盐和所述第二换热器的二次侧通道中的发电工质逆流换热。
5.如权利要求1所述的熔盐堆能量转换系统，其特征在于，所述发电工质为超临界水，所述发电工质回路上沿所述发电工质的流动方向依次设有涡轮机、冷却器和凝结水泵。
6.如权利要求1所述的熔盐堆能量转换系统，其特征在于，所述发电工质为气体，所述发电工质回路上沿所述发电工质的流动方向依次设有涡轮机、冷凝器和压缩机。
7.如权利要求5或6所述的熔盐堆能量转换系统，其特征在于，所述涡轮机可替换为汽轮机。
8.一种采用如权利要求1-7任一项所述的熔盐堆能量转换系统的能量转换方法，其特征在于，所述能量转换方法包括如下步骤：
所述熔盐堆中的熔盐携带核裂变能沿所述第一熔盐回路流动，流经所述第一换热器时，将核裂变能传递至所述第一换热器的二次侧通道内的熔盐；
在用电低谷时，所述第一换热器的二次侧通道内的熔盐分为两股，一股沿所述第二熔盐回路流动，另一股沿所述第三熔盐回路流动；
沿所述第三熔盐回路流动的熔盐流经所述储能换热器时，将所述熔盐的热量传递至所述储能换热器的二次侧通道内的熔盐，所述储能换热器的二次侧通道内的熔盐吸收热量后储存于所述热熔盐储罐内；
沿所述第二熔盐回路流动的熔盐流经所述第二换热器时，将所述熔盐的热量传递至所述第二换热器的二次侧通道内的发电工质，所述发电工质经所述发电设备后返回至所述第二换热器。
9.如权利要求8所述的能量转换方法，其特征在于，所述能量转换方法采用如权利要求2所述的熔盐堆能量转换系统，在用电高峰时，所述热熔盐储罐内的熔盐流经所述储能换热器，将热量传递至所述储能换热器的一次侧通道内的熔盐；所述储能换热器的一次侧通道内的熔盐沿所述第四熔盐回路流动，流经所述第二换热器时将热量传递至所述第二换热器的二次侧通道内的发电工质，所述发电工质经发电设备后返回至所述第二换热器。
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