一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统的制作方法

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1.本实用新型涉及核电热电联供和储能技术领域，尤其涉及一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统。


背景技术：

2.热电联产是指从大型核电站的汽轮机或管道中抽取部分热量，作为城市供热的热源，有的以发电为主、供热为辅，有的以供热为主、发电为辅。截至2016年年底，我国北方地区城乡建筑取暖面积约206亿平方米，取暖用煤约4亿吨标煤，等效排放二氧化碳10.48亿吨、二氧化硫340万吨、氮氧化物296万吨。取暖用煤量占煤电发电用煤的27.49％，占全社会用煤量的10％。核能是清洁取暖的一种重要形式，核能供热是一项安全、简单、成熟、可靠的技术，如能成功用于北方地区城市供热并推广应用，将有助于缓解燃煤供暖引发的雾霾问题。
3.20世纪60—70年代，国际上就开始核供热技术研发，至今已具有一定规模，主要采用核电机组热电联供方式。目前，世界约有57座商用反应堆(占总数的11.6％)在发电的同时产生热水或蒸汽用于区域供热，主要分布于寒冷的东欧。核能供热的安全性与可靠性已经得到验证，至今积累了超过1000堆
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年的应用经验，未发生与核安全相关的事件和事故。目前，我国也在开展在北方地区实施核电站热电联供的可行性研究。
4.以火电、核电机组为主的传统机组调频主要表现为响应速度慢、爬坡速率低，从而不能快速达到试试调度目标，不能快速响应再调度任务，故只能提供部分区域控制误差的校正。另外，较慢的爬坡速率是的调频方向无法快速改变，甚至造成反向调节，进而增加了区域控制误差。同时外部环境的大规模可再生能源发电处理的随机波动又加重了系统对调频资源的需求。为应对调频资源日益减少、电网调频能力不足而使频率特性恶化的困境，寻求新的调频手段有着重要的现实意义。
5.随着储能技术的进步，储能调峰近年来在电厂调峰系统中扮演着越来越重要的角色。通过在热电联供系统中增加储能模块，不但可以实现热电解耦，降低控制系统维度，另一方面还可以拓宽机组的负荷调节范围，具有一举两得的效果。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供，以解决现有技术的不足。
7.本实用新型由如下技术方案实施：一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统，其特征在于：所述系统包括核电站一、二回路系统，电热式化学链储热系统，抽背式汽轮发电系统，多路减温减压供汽系统和内电网系统。
8.更进一步地，所述核电站一回路系统包括核反应堆，所述核反应堆通过一回路出口连接蒸汽发生器入口，所述蒸汽发生器一回路出口连接主循环泵。所述蒸汽发生器主蒸汽出口连接汽轮机高压缸入口，所述汽轮机高压缸出口连接汽水分离再热器进口，汽水分离再热器加热侧自主蒸汽抽出蒸汽用来加热高压缸出口蒸汽，加热蒸汽冷却后形成疏水自
口流出。经加热后的蒸汽自抽汽三通调阀一路进入低压缸做功发电，另一路进入供暖首站。
9.更进一步地，所述低压缸出口连接冷凝器，所述冷凝器出口依次连接冷凝水泵，低压加热器、除氧器，给水自除氧器出口分流，一路依次进入给水泵，高压加热器，并经给水入口l回到蒸汽发生器；另一路经变频增压泵经给水入口进入电热式化学链储热罐。所述供暖首站放热后的蒸汽经疏水泵与冷凝水泵给水汇合。
10.更进一步地，所述内电网系统主要设备包括两台发电机和两台变压器，所述电热式化学链储热罐电加热端连接至上述内电网。蒸汽输出端依次经小机进汽阀组、多路供汽阀组和辅汽阀分流。其中，一路蒸汽经小机进汽阀组经入口进入抽背式汽轮机做功发电，并经所述抽背式汽轮机多路抽汽口进入多路减温器组，将不同压力蒸汽输出至工业供汽热网。另一路蒸汽经多路供汽阀组进入多路减压器组逐级减压后，分多路与上述抽汽汇合，经多路减温器组再进入工业供汽热网。第三路，即经辅汽阀的蒸汽，仅在机组启动需要时进入减温减压器，经入口进入厂用辅汽联箱，并经出口供给厂用汽系统如除氧器、轴封用汽等。换言之，即所述电热式化学链储热罐可作为机组的启动锅炉。
11.更进一步地，抽背式汽轮机排汽出口与低压缸入口三通调阀分支汇合后连接供暖首站入口，经放热后由出口流出，最终经疏水泵汇入主给水管道。
12.更进一步地，所述内电网包括第一发电机，所述第一发电机连接第一变压器，与外部电网连接；所述内电网还包括第二发电机，所述第二发电机连接第二变压器，并最终通过第一变压器连接外部电网。
13.更进一步地，所述电热式化学链储热罐储热能量由电加热锅炉提供，电加热锅炉分别经第一发电机和第二变压器后连接电网，实现对整个系统的电力消纳。
14.本实用新型的优点：
15.本实用新型的核电站为压水堆，一回路系统采用高压水循环构成，蒸汽发生器内部经一回路加热后，产生的饱和蒸汽自二回路系统循环进入核电汽轮机发电。二回路系统中自除氧器输出的给水一路进入所述电热式化学链储热罐，根据电网的功率需求来控制储热罐吸热或放热，自储热罐输出的蒸汽可用于抽背式汽轮机发电或厂用以及工业用汽需求，可实现整个系统热电控制解耦或调峰功能，储热罐还可作为机组的启动锅炉。本实用新型针对核电机组热电联供系统强耦合、大惯性的控制特点，通过采用电热式化学链储热罐的高效储热解耦特性，实现了复杂机组的热电联供，具有显著的经济效益、社会效益和工程应用前景。
附图说明：
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
18.其中，1.高压缸，2.低压缸，3.第一发电机，4.抽汽三通调阀，5.汽水分离再热器，6.冷凝器，7.冷凝水泵，8.低压加热器，9.除氧器，10.给水泵，11.高压加热器，12.一回路主循环泵，13.核反应堆，14.蒸汽发生器，15.第一变压器，16.外电网，17.供暖首站，18.疏水
泵，19.变频增压泵，20.电热式化学链储热罐，21.第二变压器，22.第二发电机，23.抽背式汽轮机，24.小机进汽阀组，25.多路供汽阀组，26.辅汽阀，27.减温减压器，28.厂用辅汽联箱，29.低压工业供汽热网，30.中压工业供汽热网，31.高压工业供汽热网，32.多路减温器组，33.多路减压器组。
具体实施方式：
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.如图1所示，一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统，在本实施例中，所述系统包括核电站一、二回路系统，电热式化学链储热系统，抽背式汽轮发电系统，多路减温减压供汽系统和内电网系统。如图1所示，各主要输入、输出口代表意义如下：
21.汽水分离再热器进口，b.汽水分离再热器出口，c.汽水分离再热器疏水口，d.除氧器给水进口，e.除氧器补水口，f.除氧器出口，g.高压缸进口，h.核反应堆进口，i.核反应堆出口，j.蒸汽发生器一回路进口，k.蒸汽发生器一回路出口，l.蒸汽发生器给水入口，m.蒸汽发生器主蒸汽出口，n.厂用辅汽联箱出口，o.厂用辅汽联箱进口，p.供暖首站进口，q.供暖首站出口，r.电热式化学链储热罐给水进口，s.电热式化学链储热罐出口，t.抽背式汽轮机进口。
22.本实施例中，核电站一回路系统包括核反应堆13，核反应堆通过一回路出口i连接蒸汽发生器入口j，蒸汽发生器一回路出口k连接主泵12，主循环泵12连接核反应堆进口h。
23.本实施例中，核电站二回路系统包括蒸汽发生器14，蒸汽发生器主蒸汽出口m连接汽轮机高压缸1入口g，汽轮机高压缸出口连接汽水分离再热器5进口a，汽水分离再热器加热侧自主蒸汽抽出蒸汽用来加热高压缸出口蒸汽，加热蒸汽冷却后形成疏水自c口流出。经加热后的蒸汽自抽汽三通调阀4一路进入低压缸2做功发电，另一路进入供暖首站17，供暖首站放热后的蒸汽经疏水泵18与冷凝水泵7给水汇合。低压缸出口连接冷凝器6，冷凝器出口一次连接冷凝水泵7，低压加热器8除氧器9，给水自除氧器出口f分流，一路依次进入给水泵10，高压加热器11，并经给水入口l回到蒸汽发生器14；另一路经变频增压泵19经给水入口r进入电热式化学链储热罐20。
24.本实施例中，内电网系统主要由两台发电机(第一发电机3、第二发电机22)和两台变压器(第一变压器15、第二变压器21)构成，电热式化学链储热罐电加热端连接至上述内电网。蒸汽输出端s依次经小机进汽阀组24、多路供汽阀组25和辅汽阀26分流。其中，一路蒸汽经小机进汽阀组24经入口t进入抽背式汽轮机23(可为单台多段可调式抽汽背压式汽轮机，也可是多台背压机或抽背机的串、并联组合)做功发电，并经抽背式汽轮机多路抽汽口进入多路减温器组32，将不同压力蒸汽输出至工业供汽热网。另一路蒸汽经多路供汽阀组25进入多路减压器33组逐级减压后，分多路与上述抽汽汇合，经多路减温器组32再进入工业供汽热网。第三路，即经辅汽阀26的蒸汽，仅在机组启动需要时进入减温减压器27，经入口o进入厂用辅汽联箱，并经出口n供给厂用汽系统如除氧器、轴封用汽等。换言之，即电热式化学链储热罐可作为机组的启动锅炉。
25.本实施例中，抽背式汽轮机排汽出口与低压缸入口三通调阀分支汇合后连接供暖首站入口p，经放热后有出口q流出，最终经疏水泵18汇入主给水管道。
26.本实施例中，电热式化学链储热罐20由电加热(电锅炉)、化学链储热、水加热蒸发等系统组成。蓄热时，该装置接通由电锅炉对蓄热介质进行加热，蓄热介质发生化学反应储热(化学能+显热)；放热时，该装置进高压水，水被蓄热介质加热(同时可电加热)后变为蒸汽输出。当电网需要机组输出较低电功率时，可保持发电机功率不变或少变，多出的电能用于该装置加热给水产生蒸汽，或加热蓄热介质储热；当电网需要机组输出较高功率时，为了保证供热，该装置蓄热介质放热，加热给水产生蒸汽。并且，该储热罐装置还可作为机组的启动锅炉使用。这样不仅可实现热电解耦，而且还可拓宽核电汽轮机组的负荷调节范围，具有重要的理论研究和工程应用价值。
27.本实用新型通过采用核电站热电联供系统与电热式化学链储热罐相结合的形式，实现了对整个系统的热电调峰解耦控制。蓄热时，该装置接通，由电锅炉对蓄热介质进行加热，蓄热介质发生化学反应储热(化学能+显热)；放热时，该装置进高压水，水被蓄热介质加热(同时可电加热)后变为蒸汽输出。当电网需要机组输出较低电功率时，可保持发电机功率不变或少变，多出的电能用于该装置，加热给水产生蒸汽、或加热蓄热介质储热；当电网需要机组输出较高功率时，为了保证供热，该装置蓄热介质放热，加热给水产生蒸汽。这样不仅可实现热电解耦，而且还可拓宽核电汽轮机组的负荷调节范围。另外，该储热装置储能密度高，是显热储热设备的2～10倍，还可作为机组的启动锅炉使用。具有良好的理论研究和工程实用意义。
28.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统，其特征在于，包括核电站一回路系统、核电站二回路系统、内电网系统；所述核电站一回路系统包括核反应堆(13)，所述核反应堆(13)通过一回路出口i连接蒸汽发生器(14)入口j，所述蒸汽发生器(14)一回路出口k连接主循环泵(12)，所述主循环泵(12)连接核反应堆进口h，所述核电站二回路系统包括蒸汽发生器(14)，所述蒸汽发生器(14)主蒸汽出口m连接汽轮机高压缸(1)入口g，所述汽轮机高压缸(1)出口连接汽水分离再热器(5)进口a，所述汽水分离再热器(5)加热侧自主蒸汽抽出蒸汽用来加热高压缸出口蒸汽，加热蒸汽冷却后形成疏水自c口流出，经加热后的蒸汽自抽汽三通调阀(4)一路进入低压缸(2)做功发电，另一路进入供暖首站(17)；所述低压缸(2)出口连接冷凝器(6)，所述冷凝器(6)出口依次连接冷凝水泵(7)、低压加热器(8)、除氧器(9)，给水自除氧器出口f分流，一路依次进入给水泵(10)、高压加热器(11)，并经蒸汽发生器(14)给水入口l回到蒸汽发生器(14)；另一路经变频增压泵(19)经电热式化学链储热罐(20)给水入口r进入电热式化学链储热罐(20)，所述供暖首站(17)放热后的蒸汽经疏水泵(18)与冷凝水泵(7)给水汇合；所述内电网系统包括第一发电机(3)、第二发电机(22)和第一变压器(15)、第二变压器(21)，所述电热式化学链储热罐(20)电加热端连接至所述内电网系统；所述电热式化学链储热罐(20)蒸汽输出端s依次经小机进汽阀组(24)、多路供汽阀组(25)和辅汽阀(26)分流；其中，第一路蒸汽经小机进汽阀组(24)经入口t进入抽背式汽轮机(23)做功发电，并经所述抽背式汽轮机(23)多路抽汽口进入多路减温器组(32)，将不同压力蒸汽输出至工业供汽热网；第二路蒸汽经多路供汽阀组(25)进入多路减压器(33)组逐级减压后，分多路与所述抽背式汽轮机(23)汇合，经多路减温器组(32)再进入工业供汽热网；第三路蒸汽经辅汽阀(26)在机组启动需要时进入减温减压器(27)，经厂用辅汽联箱(28)入口o进入厂用辅汽联箱(28)，并经厂用辅汽联箱(28)出口n供给厂用汽系统如除氧器、轴封用汽。2.根据权利要求1所述的一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统，其特征在于，所述抽背式汽轮机(23)排汽出口与低压缸(2)入口三通调阀分支汇合后连接供暖首站(17)入口p，经放热后由出口q流出，最终经疏水泵(18)汇入冷凝水泵(7)、低压加热器(8)之间的主给水管道。3.根据权利要求1所述的一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统，其特征在于，所述内电网包括第一发电机(3)，所述第一发电机(3)通过第一变压器(15)与外部电网(16)连接；所述内电网还包括第二发电机(22)，所述第二发电机(22)连接第二变压器(21)，并最终通过第一变压器第一变压器(15)连接外部电网(16)。4.根据权利要求1所述的一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统，其特征在于，所述电热式化学链储热罐(20)储热能量由电加热锅炉提供，电加热锅炉分别经第一发电机(3)、第二变压器(21)后连接外部电网(16)。

技术总结
本实用新型公开了一种基于化学链储能的核电机组解耦联供系统，其核电站为压水堆，一回路系统采用高压水循环构成，蒸汽发生器内部经一回路加热后，产生的饱和蒸汽自二回路系统循环进入核电汽轮机发电。二回路系统中自除氧器输出的给水一路进入电热式化学链储热罐，根据电网的功率需求来控制储热罐吸热或放热，自储热罐输出的蒸汽可用于抽背式汽轮机发电或厂用以及工业用汽需求，可实现整个系统热电控制解耦或调峰功能，储热罐还可作为机组的启动锅炉。本实用新型针对核电机组热电联供系统强耦合、大惯性的控制特点，通过采用电热式化学链储热罐的高效储热解耦特性，实现了复杂机组的热电联供，具有显著的经济效益、社会效益和工程应用前景。工程应用前景。工程应用前景。


技术研发人员：陈辉 张雪桢 韩劲松 田延贵 李世聪 徐钢 李嘉娜 唐敏 王占芳
受保护的技术使用者：吉能国际能源有限公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/6/28