CN111262273A - 一种风能反应堆系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种风能反应堆系统及其工作方法，该系统包括核反应堆系统、风能发电系统和平衡能量系统，其中核反应堆系统采用一体化模块式小堆设计，平衡能量系统选择生物质储能系统或制氢系统或海水淡化装置；反应堆保持额定满功率运行，产生的电量通过功率控制器进行调节分配，大部分电量用于平滑风能发电的波动性，过剩电量用于生物质生产或制氢或海水淡化。本发明在控制风力发电的波动性的同时，无需舍弃部分过剩风电，同时还可保证反应堆始终处于额定功率运行，无需进行频繁的功率调整，具有较高的能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及新能源与可再生能源应用领域，具体涉及一种风能反应堆系统及其工作方法。
背景技术
随着能源短缺和环境污染问题的日益严重，开发利用可再生清洁能源成为各个国家关注重点。其中，风能和太阳能发展迅速，其发电技术也趋于成熟，但受气象环境等因素影响，风光出力不能准确预测，不可随机调度，难以维持稳定的出力过程，并网后会对电网系统的安全稳定运行造成很大压力。为提高风光发电质量，增加其发电效益，需要寻求一种补偿措施，对其进行有效调节。
多能源系统是一种有效的解决办法，多能源系统协同运行多种形式能源，发挥不同能源的优势和潜能，实现资源的优化配置和可再生能源利用的最大化。目前，天然气、柴油、生物质、太阳能、风能、氢能、水能等能源的联合应用是研究热点。核能是一种高效清洁的能源，越来越受到公众的接受，作为一个能源大国大力发展核能是解决我国能源问题的必经之路。但是，民众对核能接受程度的起伏和国家政策的变化，核能的未来也充满不确定性。
中国专利申请号CN 201911188910.6公开了一种新型风、光、热联合发电系统。该系统包括电力调控单元、电力检测单元、储电单元以及发电单元，所发电力汇集于电力调控单元，电力调控单元用于调节电力的波动和幅度，并用于调配风电、光电和热电的电力输出。该发明解决传统需要考虑多日风、光功率预测的不确定性的问题，能对风、光、热联合发电进行调控，从而避免外部环境对发电造成影响。该发明中，电网中输入电力的稳定性是通过根据风能和太阳能的波动，使用电力调控单元对各部分电力输出进行调控进行的，该方法一方面需要平衡三种能源输出，对调节系统的能力要求较高，调控难度较大，目前该类型的调节系统还处于初级研究阶段，达到工程应用还需进一步研究；另一方面，该方法虽然有效减少了风电和光电的波动，但是依然存在部分弃风弃电的必要，能源经济性未达到最高。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种风能反应堆系统及其工作方法，将风力发电与核能发电结合起来，在保证经济性的前提下解决风能发电的波动问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种风能反应堆系统，包括核反应堆系统、风能发电系统和电力调配系统；所述核反应堆系统包括反应堆1、高压缸2、汽水分离再热器3、低压缸4、冷凝器5、凝结水泵6、低压加热器7、除氧器8、给水泵9、高压加热器10和核能发电机12，所述反应堆1堆芯出口通过管道与高压缸2的进汽口连通，高压缸2的排汽口连通汽水分离再热器3的蒸汽入口，汽水分离再热器3的蒸汽出口与低压缸4的进汽口连通，汽水分离再热器3的液体出口通过疏水泵11与除氧器8的一个进水口连通，低压缸4的排汽口依次连接冷凝器5、凝结水泵6和低压加热器7的入口，低压加热器7的出口与除氧器8的另一个进水口连通，除氧器8的出口依次连接给水泵9和高压加热器10的入口，高压加热器10的出口与反应堆1的入口连通，所述高压缸2和低压缸4分别与核能发电机12通过轴承连接；所述风能发电系统包括风机13、增速器14、风力发电机15和控制系统16，所述风机13与增速器14通过轴承连接，增速器14与风力发电机15通过轴承连接，控制系统16与风机13、增速器14和风能发电机15之间均有信号通路；所述电力调配系统包括功率控制器17、平衡能量系统18、变压器19和电网20，所述核能发电机12通过电力通路与功率控制器17的入口连接，功率控制器17的两个出口分别与平衡能量系统18和变压器19的一个入口连接，风力发电机15与变压器19的另一个入口连接，变压器19的出口与电网20连接。
所述反应堆1的出口为过热蒸汽，过热蒸汽进入高压缸2中做功后进入汽水分离再热器3，分离出的液态水经疏水泵11进入除氧器8，剩余气体继续进入低压缸4中做功，低压缸4中排出的低压低温蒸汽进入冷凝器5冷凝为液态水，经凝结水泵6驱动进入低压加热器7加热，加热后的液体和汽水分离再热器3中分离出的液体一同进入除氧器8除氧，再经过给水泵9驱动进入高压加热器10中加热到预定温度，回到反应堆1，再度被加热为过热蒸汽从反应堆1出口排出；所述高压缸2和低压缸4所做功用于核能发电机12发电；所述风机13由风力驱动做功，经增速器14增速后用于风力发电机15发电，控制系统16用于系统整体调控；所述功率控制器17对核能发电机12产生的电力进行分配，大部分用于平滑风力发电机的发电波动，与风力发电合并后经变压器19变压后进入电网20，另一部分余电用于平衡能量系统18进行生物质生产或制氢或海水淡化。
优选地，所述反应堆1采用一体化模块式小堆(SMR)，数量可选用单个或多个，数量越多，经济性可能下降，但平滑风力发电随机波动性效果更好。
优选地，所述平衡能量系统18为生物质储能系统或制氢系统或海水淡化装置。
作为本发明的优选实施方式，在该系统中，反应堆1保持额定满功率运行，一部分热量用于推动高压缸2和低压缸4做工，产生的电量既可用于平滑风能发电的波动，也可用于生物质生产，提高了核电的有效利用率。
和现有技术相比较，本发明具备以下优点：
1、本发明采用核能和风力发电进行联合工作，核能功率高，可以有效填补风能发电的波动，不需要舍弃多余风电，提高了风能的利用率；
2、本发明中反应堆采用一体化模块式小堆，避免了因管道破口引起的失水事故，降低了堆芯熔化的几率，提高了反应堆的固有安全性，同时提高了本发明系统的使用范围，可用于海上风电或偏远地区供电。
3、本发明中反应堆满功率额定运行，所发出电力同时用于平滑风力发电波动和生物质生产或制氢或海水淡化，反应堆经济性大幅度提高。
4、本发明中平衡能量系统采用的是生物质生产系统，实际上还可依据实际用途，采用海水淡化装置和制氢储氢等其他系统，具有灵活性和适应性高的优点。
附图说明
图1为本发明风能反应堆系统示意图。
图中：1-核反应堆；2-高压缸；3-汽水分离再热器；4-低压缸；5-冷凝器；6-凝结水泵；7-低压加热器；8-除氧器；9-给水泵；10-高压加热器；11-疏水泵；12-核能发电机；13-风机；14-增速器；15-风力发电机；16-控制系统；17-功率控制器；18-能量平衡系统；19-变压器；20-电网。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明：
如图1所示，一种风能反应堆系统，包括核反应堆系统、风能发电系统和电力调配系统；所述核反应堆系统包括反应堆1、高压缸2、汽水分离再热器3、低压缸4、冷凝器5、凝结水泵6、低压加热器7、除氧器8、给水泵9、高压加热器10和核能发电机12，所述反应堆1堆芯出口通过管道与高压缸2的进汽口连通，高压缸2的排汽口连通汽水分离再热器3的蒸汽入口，汽水分离再热器3的蒸汽出口与低压缸4的进汽口连通，汽水分离再热器3的液体出口通过疏水泵11与除氧器8的一个进水口连通，低压缸4的排汽口依次连接冷凝器5、凝结水泵6和低压加热器7的入口，低压加热器7的出口与除氧器8的另一个进水口连通，除氧器8的出口依次连接给水泵9和高压加热器10的入口，高压加热器10的出口与反应堆1的入口连通，所述高压缸2和低压缸4分别与核能发电机12通过轴承连接；所述风能发电系统包括风机13、增速器14、风力发电机15和控制系统16，所述风机13与增速器14通过轴承连接，增速器14与风力发电机15通过轴承连接，控制系统16与风机13、增速器14和风能发电机15之间均有信号通路；所述电力调配系统包括功率控制器17、平衡能量系统18、变压器19和电网20，所述核能发电机12通过电力通路与功率控制器17的入口连接，功率控制器17的两个出口分别与平衡能量系统18和变压器19的一个入口连接，风力发电机15与变压器19的另一个入口连接，变压器19的出口与电网20连接。
所述反应堆1的出口为过热蒸汽，过热蒸汽进入高压缸2中做功后进入汽水分离再热器3，分离出的液态水经疏水泵11进入除氧器8，剩余气体继续进入低压缸4中做功，低压缸4中排出的低压低温蒸汽进入冷凝器5冷凝为液态水，经凝结水泵6驱动进入低压加热器7加热，加热后的液体和汽水分离再热器3中分离出的液体一同进入除氧器8除氧，再经过给水泵9驱动进入高压加热器10中加热到预定温度，回到反应堆1，再度被加热为过热蒸汽从反应堆1出口排出；所述高压缸2和低压缸4所做功用于核能发电机12发电；所述风机13由风力驱动做功，经增速器14增速后用于风力发电机15发电，控制系统16用于系统整体调控；所述功率控制器17对核能发电机12产生的电力进行分配，大部分用于平滑风力发电机的发电波动，与风力发电合并后经变压器19变压后进入电网20，另一部分余电用于平衡能量系统18进行生物质生产或制氢或海水淡化。
本实例中，反应堆1采用单个一体化模块式小堆(SMR)。平衡能量系统选择生物质生产系统。
本实例实际运行中，反应堆1保持额定满功率运行，一部分热量用于推动高压缸2和低压缸4做工，产生的电量既可用于平滑风能发电的波动，也可用于生物质生产，提高了核电的有效利用率。
本实例中平衡能量系统采用的是生物质生产系统，实际上还可依据实际用途，采用海水淡化装置和制氢储氢系统等其他热能系统。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域中的普通技术人员来说，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上所述实施例的变化和变型都应当视为在本发明的权利要求书范围内。
Claims (5)
1.一种风能反应堆系统，其特征在于：包括核反应堆系统、风能发电系统和电力调配系统；所述核反应堆系统包括反应堆(1)、高压缸(2)、汽水分离再热器(3)、低压缸(4)、冷凝器(5)、凝结水泵(6)、低压加热器(7)、除氧器(8)、给水泵(9)、高压加热器(10)和核能发电机(12)，所述反应堆(1)堆芯出口通过管道与高压缸(2)的进汽口连通，高压缸(2)的排汽口连通汽水分离再热器(3)的蒸汽入口，汽水分离再热器(3)的蒸汽出口与低压缸(4)的进汽口连通，汽水分离再热器(3)的液体出口通过疏水泵(11)与除氧器(8)的一个进水口连通，低压缸(4)的排汽口依次连接冷凝器(5)、凝结水泵(6)和低压加热器(7)的入口，低压加热器(7)的出口与除氧器(8)的另一个进水口连通，除氧器(8)的出口依次连接给水泵(9)和高压加热器(10)的入口，高压加热器(10)的出口与反应堆(1)的入口连通，所述高压缸(2)和低压缸(4)分别与核能发电机(12)通过轴承连接；所述风能发电系统包括风机(13)、增速器(14)、风力发电机(15)和控制系统(16)，所述风机(13)与增速器(14)通过轴承连接，增速器(14)与风力发电机(15)通过轴承连接，控制系统(16)与风机(13)、增速器(14)和风能发电机(15)之间均有信号通路；所述电力调配系统包括功率控制器(17)、平衡能量系统(18)、变压器(19)和电网(20)，所述核能发电机(12)通过电力通路与功率控制器(17)的入口连接，功率控制器(17)的两个出口分别与平衡能量系统(18)和变压器(19)的一个入口连接，风力发电机(15)与变压器(19)的另一个入口连接，变压器(19)的出口与电网(20)连接。
2.根据权利要求1所述的一种风能反应堆系统，其特征在于：所述反应堆(1)采用一体化模块式小堆SMR，数量采用单个或多个。
3.根据权利要求1所述的一种风能反应堆系统，其特征在于：所述平衡能量系统(18)为生物质储能系统或制氢系统或海水淡化装置。
4.根据权利要求1所述的一种风能反应堆系统，其特征在于：在该系统中，反应堆(1)保持额定满功率运行，一部分热量用于推动高压缸(2)和低压缸(4)做工，产生的电量既用于平滑风能发电的波动，也用于平衡能量系统进行生物质生产或制氢或海水淡化，提高了核电的有效利用率。
5.权利要求1至4任一项所述的一种风能反应堆系统的工作方法，其特征在于：所述反应堆(1)出口为过热蒸汽，过热蒸汽进入高压缸(2)中做功后进入汽水分离再热器(3)，分离出的液态水经疏水泵(11)进入除氧器(8)，剩余气体继续进入低压缸(4)中做功，低压缸(4)中排出的低压低温蒸汽进入冷凝器(5)冷凝为液态水，经凝结水泵(6)驱动进入低压加热器(7)加热，加热后的液态水和汽水分离再热器(3)中分离出的液态水一同进入除氧器(8)除氧，再经过给水泵(9)驱动进入高压加热器(10)中加热到预定温度，回到反应堆(1)，再度被加热为过热蒸汽从反应堆(1)出口排出；所述高压缸(2)和低压缸(4)所做功用于核能发电机(12)发电；所述风机(13)由风力驱动做功，经增速器(14)增速后用于风力发电机(15)发电，控制系统(16)用于系统整体调控；所述功率控制器(17)对核能发电机(12)产生的电力进行分配，大部分用于平滑风力发电机的发电波动，与风力发电合并后经变压器(19)变压后进入电网(20)，另一部分余电用于平衡能量系统(18)进行生物质生产或制氢或海水淡化。
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- 2020-03-02 CN CN202010134599.3A patent/CN111262273A/zh active Pending
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