CN105940190A - 使用核电站发电的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种借助于核电站(3)和液体蒸发设备来用于发电的方法涉及借助于该核电站产生热能，并且使用该热能来使水蒸发或者加热水蒸气，使所形成的水蒸气在第一涡轮机(T1)中膨胀并且使用该第一涡轮机来驱动发电机(G1)以产生电力，蒸发来自于低温储存器(S)的液化气体(15)以产生加压气体(17)，用旨在用于该核电站的第一涡轮机的水蒸气的一部分再加热该加压气体并且使该加压流体在第二涡轮机(T2)中膨胀以产生电力。

Description

使用核电站发电的方法和设备
本发明涉及一种使用核电站发电的方法和设备。本发明还可以涉及一种用于发电的方法，该方法允许通过使气体液化来储存能量。本发明还涉及用于实施此类方法的设备。
本发明的第一目的是以改进的效率发电。
本发明的第二目的是使用电站并且结合使用液化气体的电能储存设施来降低由发电方法产生的能量的储存成本。
许多核电站是压水反应堆。
这些核电站包含至少两个互相独立的水回路：初级回路和次级回路。
初级回路的功能是从核反应捕获热量。热量通过铀原子的裂变以非常大的量产生。
被置于反应容器中、在该初级回路中的水在链式反应期间已经被加热后由此达到约320°的温度。
该水没有沸腾，因为它被非常高度地加压。然后，该水由反应堆芯按指定路线送到为闭合回路的初级回路。
在该初级回路中的水经由蒸汽发生器加热在次级回路中的水，这允许在两个独立的回路之间的热交换。在该初级回路中的管通过接触加热在该次级回路中的水以形成水蒸气。
在该次级回路中的水处于更低的压力下，并且因此被转化为蒸汽。这种蒸汽驱动反应堆涡轮机。该涡轮机的旋转进而驱动该发电机，由此允许产生电力。
其他核电站只具有一个初级回路，并且通过核反应加热的水被蒸发以形成水蒸气。
出人意料地观察到，当由该电站产生的热量的一部分不是用于该电站的蒸汽涡轮机中，而是用于预加热有待进料到涡轮机中的气体时，发电更有效。
根据本发明，另外在电力被供给到电力网中时，使用通常用于在电站中发电的主要的(而不是剩余的)热能。与电站的蒸汽涡轮机的蒸汽循环相比，该蒸发的空气(或大气气体)循环的优异效率用来将更多的能量递送到电力网。
在低电力消耗的时段期间，有时需要储存由该电站产生的热能。用于这个目的所需要的热能储存设施是体积庞大的、昂贵的并且相当难以实施的。
本发明提出消除或减少这些储存设施的尺寸，并且通过用于使空气或大气气体液化的系统至少部分地替代它。
US-A-2012151961描述了一种用于用于储存液化空气的方法。在低电力需求阶段期间，空气被液化并且储存。在高电力需求阶段期间，液态空气在优化回收冷量的系统中蒸发以产生驱动涡轮机产生电力的加压流体。如果在膨胀前使用余热加热该流体，所获得的能量(以及因此储存效率)是更有效的。
在Revue Générale du Froid中作者为Dubettier等人的文章“用于能量储存和能量供给优化的低温解决方案(Cryogenic Solutions for EnergyStorage and the Optimization of Energy Supply)”描述了使用余热加热蒸发的空气，或借助于天然气燃烧器来增加由空气的膨胀产生的能量。
在现有技术中描述的解决方案是如下：
-在低需求的阶段期间：
·使用电能产生液态空气
·储存可供使用的热能的一部分用于高需求的时刻，并且用于在膨胀前加热加压气体
-并且在高需求的阶段期间：
·使液化气体蒸发，伴随冷量的回收，以产生加压气体
·使用之前储存的热能加热该加压气体
·使该气体膨胀以产生电力
在此提出了：不是在低需求阶段期间储存热能，而是应该导出在高需求阶段期间通过电站产生的热能的一部分：这降低了由该热电站产生的电力，但是允许由该加压流体产生的电能的大量增加，该加压流体已经通过由此导出的热能加热。
尽管在这种情况下该能量效率性能稍微受损，但是可以避免非常大规模的投资以及高度昂贵的热能储存设施。
本发明的一个目的是通过消除对于储存设施的需要而降低发电设备的成本。
根据本发明的一个目的，提出了一种借助于核电站和液体蒸发设备发电的方法，其中：
a)借助于该核电站产生热能，并且该热能用来使水蒸发或者加热水蒸气，使所形成的水蒸气在第一涡轮机中膨胀，并且该第一涡轮机用来驱动一个发电机以产生电力
b)蒸发源自低温储存设施的液化气体以产生一种加压气体
c)加热该加压气体，并且
d)使该加压流体在第二涡轮机中膨胀以产生电力
e)为了加热该加压流体，使用在步骤a)中产生的热能的一部分来加热该加压流体，通过使用有待递送到该核电站的第一涡轮机的水蒸气的一部分、或有待递送到该核电站的第一涡轮机的水蒸气的热量的一部分来加热该加压流体，
f)通过由核反应产生的热量加热一种流体，该加热的流体的热能的一部分用来预加热有待递送到该第二涡轮机的流体，并且该加热的流体的热能的另一部分用来加热递送到该第一涡轮机的水或水蒸气，在该第一涡轮机中该水或水蒸气膨胀发电，并且
g)由该核反应加热的流体的第一部分加热有待递送到该第一涡轮机的水或水蒸气，并且由该核反应加热的流体的第二部分加热有待递送到该第二涡轮机的加压气体，其中该流体的第二部分的流量不超过该第一和第二部分的总和的30％。
根据另外的任选的方面：
-由该核反应产生的水蒸气的第一部分在该第一涡轮机中膨胀，并且由该核反应产生的水蒸气的第二部分用来预加热有待递送到该第二涡轮机的加压气体，其中该水蒸气的第二部分的流量不超过该第一和第二部分的总和的30％。
-该第一和第二涡轮机结合产生的电力比分别使用该加热的流体或这些气体的全部热能加热有待递送到该第一涡轮机的水或水蒸气通过该第一涡轮机单独本将产生的电力更多。
-通过该第一和/或该第二涡轮机产生的电力被输送到电力网中。
-在该第二涡轮机中膨胀的唯一的气体是该加压流体。
根据本发明的另一目的，提出了一种用于发电和储存能量的方法，其中：
i)在第一时段期间，如上进行操作
ii)在第二时段期间
a)借助于该核电站产生热能，并且该热能用来发电
b)使用由该电站产生的电能和/或机械能来液化该气体，
c)将经液化的气体储存在一个储存设施中。
根据另外的任选的方面
-该第二时段对应于一个具有更低的电力需求的时段和/或一个其中电价比在该第一时段中更低的时段。
-在该第二时段期间，该第一涡轮机发电，该电力用来液化该气体。
-在该第一时段期间，该气体不被液化。
-在该第一时段中，在该第二涡轮机中该储存的液体不被蒸发和/或该加压流体不被膨胀。
根据本发明的另一个目的，提供了一种集成的发电设备，该集成的发电设备包含具有一个第一涡轮机的核电站，该第一涡轮机是被连接到用于发电的装置上的蒸汽涡轮机，具有第二涡轮机的用于液化气体并且蒸发该液化的气体的一个设备，该第二涡轮机是一种用于使蒸发的液化气体膨胀的涡轮机、被连接到用于发电的装置上，用于由从该电站到该液化设备转移电能或机械能的装置，以及用于在该膨胀涡轮机上游预加热蒸发的液化气体(en amont)的装置，其特征在于该集成的发电设备包含如下装置，该装置用于将以下各项传送到用于预加热经蒸发的液化气体的装置：
i)由该核反应产生和/或加热的并且源自该核电站的水蒸气，或
ii)由该核反应加热的、源自该核电站的一种流体。
将参照附图更详细地描述本发明，这些附图展示了根据本发明的一种方法。图1示出了根据本发明的一种方法的示意以及部分的表示，并且图2示出了根据本发明的方法的一个变体的细节。
在图1中，为了实施一种用于发电的方法，与液体蒸发设备V一起使用电站3，该电站可以是在其中发生核反应的核电站。
热能是通过电站3产生的。
该电站3是一个核电站，在其中核反应直接或间接地加热并且蒸发水以产生水蒸气5。
水蒸气5的一部分13，包含流量5的至少70％，在第一涡轮机T1中膨胀，由此经膨胀的水蒸气19然后总体上在冷凝器C中冷凝，然后返回到电站3，并且该第一涡轮机用来驱动发动机G1以产生电力。
剩下的水蒸气9，包含流量5的不超过30％，用来加热经蒸发的低温液体17，该低温液体可以是例如空气或氮气。经蒸发的液体17由该水蒸气在该热交换器E中加热到超过周围温度的温度，并且被递送到第二涡轮机T2。该第二涡轮机用来驱动一个发电机G2。如果经蒸发的液体17的膨胀在多个步骤中进行，经蒸发的液体17可以在每个步骤之前被加热。
这代表本发明的实施例的最简单的形式。在这种情况中，在第二涡轮机T2中膨胀的空气或氮气可以被排放到大气中。在热交换器E中已经加热过气体17的水蒸气9可以被送回到电站3中，在适当情况下在冷凝器中冷凝后，该水蒸气可以与在涡轮机T1下游(冷凝器C)使用的、或排放到大气中的水蒸气相同。
由这两个发电机G1、G2产生的电力的量超过如果所有的蒸汽5被递送到该第一涡轮机T1并且只有发电机G1在工作时本将产生的电力的量。
可以通过采用源自电站3的机械能或电能7来运行用于液化大气气体(例如空气或氮气)的设备L来以更集成的方式运用该方法。将液化气体储存在一个储存设施S中，并且该储存的液体被导出用于在蒸发器V中的蒸发，以便提供有待在第二涡轮机T2中膨胀的气体。
该液化气体可以是除了大气气体之外的气体，例如天然气或二氧化碳。
优选地，在第一时段期间，不使用液化设备L，并且该储存的液体被蒸发，由蒸汽9加热并且被递送到第二涡轮机T2。该时段对应于一个具有更高的电力需求的时段和/或一个其中电价更高的时段。只有该蒸汽的一部分13被递送到第一涡轮机T1。该部分13构成流量5的至少70％。
在第二时段期间，该时段是一个更低的电力需求的时段和/或其中电价比在该第一时段中更低的时段，全部量的蒸汽5被递送到第一涡轮机T1，构成流量13，该液化设备接收用于使气体液化的能量7并且储存经液化的气体。该蒸发器V和涡轮机T2不使用。没有该蒸汽的部分被递送到该热交换器E。
不是将水蒸气5分为两部分用于供给涡轮机T1和该热交换器E，另一种可能性将是在水蒸气5在第一涡轮机T1中膨胀之前，将该水蒸气首先进料到热交换器E中。
用于加热热交换器E的水蒸气9可以源自在第一涡轮机T1中的中间阶段。
如在图2中示出的，可以使用多个在不同温度的水蒸气的流以便在不同的阶段加热经蒸发的液体17。
为了改进热交换效率，在图1中涡轮机T1包含高压涡轮机T1’、中压涡轮机T1”和低压涡轮机T1”’。水蒸气13在这三个串联的涡轮机中膨胀，并且该蒸汽在八个不同的压力水平下被导出。这些蒸汽流中的每一个在热交换器E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8中加热经蒸发的液体17以便产生递送到涡轮机T2的加热的流。这些热交换器E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8履行在图1中的E的作用。同样，根据以上描述的原则，涡轮机T2可以包含多个膨胀阶段，在每次膨胀之前被再加热。
蒸汽流再次被结合并且递送到冷凝器C，在那里由最后的涡轮机T1”’排出的蒸汽19被冷凝。如在图1中示出的，在冷凝器C中冷凝的蒸汽可以被输送到该电站3中。

Claims (12)

1.一种借助于核电站(3)和液体蒸发设备来发电的方法，其中：
a)借助于该核电站(5)产生热能，并且使用该热能来使水蒸发或者加热水蒸气，所形成的水蒸气在第一涡轮机(T1)中膨胀，并且使用该第一涡轮机来驱动一个发电机(G1)以产生电力
b)蒸发源自一个低温储存设施(S)的液化气体(15)以产生一种加压气体(17)
c)加热该加压气体，并且
d)使该加压流体在第二涡轮机(T2)中膨胀以产生电力
e)为了加热该加压流体，使用在步骤a)中产生的热能的一部分来加热该加压流体，通过使用有待递送到该核电站的第一涡轮机的水蒸气的一部分、或有待递送到该核电站的第一涡轮机的水蒸气的热量的一部分来用于加热该加压流体
f)通过由核反应产生的热量加热一种流体，该加热的流体的热能的一部分被用来预加热有待递送到该第二涡轮机(T2)的流体，并且该加热的流体的热能的另一部分被用来加热递送到该第一涡轮机(T1)的水或水蒸气，在该第一涡轮机中该水或水蒸气膨胀发电，并且
g)由该核反应加热的流体的第一部分加热有待递送到该第一涡轮机(T1)的水或水蒸气，并且由该核反应加热的流体的第二部分加热有待递送到该第二涡轮机(T2)的加压气体，其中该流体的第二部分的流量不超过该第一和第二部分的总和的30％。
2.如权利要求1所述的方法，其中由该核反应产生的水蒸气的第一部分在该第一涡轮机(T1)中膨胀，并且由该核反应产生的水蒸气的第二部分被用来预加热有待递送到该第二涡轮机(T2)的加压气体，其中该水蒸气的第二部分的流量不超过该第一和第二部分的总和的30％。
3.如前述权利要求之一所述的方法，其中该第一和第二涡轮机(T1，T2)组合产生的电力比单独由该第一涡轮机(T1)分别使用该加热的流体或这些气体的全部热能来加热有待递送到该第一涡轮机的水或水蒸气而本将产生的电力更多。
4.如以上权利要求之一所述的方法，其中在该第二涡轮机(T2)中膨胀的唯一气体是该加压流体(17)。
5.一种用于发电和储存能量的方法，其中：
i)在第一时段期间，进行如以上权利要求之一所述的操作
ii)在第二时段期间
a)借助于该核电站(3)产生热能，并且使用该热能来发电
b)使用由该电站产生的电能和/或机械能来液化该气体(7)，
c)将经液化的气体(15)储存在一个储存设施(S)中。
6.如权利要求5所述的方法，其中该第二时段对应于更低电力需求的时段和/或其中电价比在该第一时段中更低的时段。
7.如权利要求5和6之一所述的方法，其中，在该第二时段期间，该第一涡轮机(T1)产生用于液化该气体的电力。
8.如权利要求5、6和7之一所述的方法，其中，在该第一时段期间，该气体不被液化。
9.如权利要求6至8之一所述的方法，其中，在该第一时段期间，所储存的液体(15)不被蒸发。
10.如权利要求6至9之一所述的方法，其中，在该第一时段期间，在该第二涡轮机(T2)中该加压流体不被膨胀。
11.一种集成的发电和储能设备，包括：具有第一涡轮机(T1)的核电站或热电站，该第一涡轮机是被连接到用于发电的装置(G1)上的蒸汽涡轮机，具有第二涡轮机(T2)的用于液化气体并且蒸发该液化的气体的一个设备(L，V)，该第二涡轮机是用于使蒸发的液化气体膨胀的涡轮机、被连接至用于发电的装置(G2)，用于从该电站到该液化设备转移电能或机械能的装置，以及用于在该膨胀涡轮机上游预加热蒸发的液化气体(17)的装置(E)，其特征在于，该集成的发电和储能设备包括如下装置：该装置用于将由该核反应产生和/或加热的并且源自该核电站的水蒸气传送到用于预加热经蒸发的液化气体的装置。
12.一种集成的发电和储能设备，包括：具有第一涡轮机(T1)的核电站或热电站，该第一涡轮机是被连接到用于发电的装置(G1)上的蒸汽涡轮机，具有第二涡轮机(T2)的用于液化气体并且蒸发该液化的气体的一个设备(L，V)，该第二涡轮机是用于使蒸发的液化气体膨胀的涡轮机、被连接至用于发电的装置(G2)，用于从该电站到该液化设备转移电能或机械能的装置，以及用于在该膨胀涡轮机上游预加热蒸发的液化气体(17)的装置(E)，其特征在于，该集成的发电和储能设备包括如下装置：该装置用于将由该核反应加热的、源自该核电站的流体传送到用于预加热经蒸发的液化气体的装置。
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