CN111594287A - 一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统 - Google Patents

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卜一凡
赵俊明
王辉
郑智文
陈洪港
李翔宇
冀文慧
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Abstract

一种核能‑空气布雷顿回热循环分布式供能系统，属于核能发电技术领域。本发明包括热源系统，空气布雷顿回热循环动力转换系统和储能系统，热源系统用于加热压缩空气，空气布雷顿回热循环动力转换系统将热能转换为机械能，带动发电机转换为电能，储能系统包括蓄电池储能和压缩空气储能，作为负荷平衡设备和备用电源为分布式供能系统能源供能的安全性和可靠性提供了保障。本发明有效地利用资源，避免资源被浪费，且将核燃料的原子能转换为电能和热能，可灵活满足用户的热电需求。

Description

一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统
技术领域
本发明涉及一种核能-空气布雷顿回热循环分布供能系统，属于核能发电技术领域。
背景技术
核燃料尺寸小，能量密度大，环境适应能力强，是一种清洁能源，不会造成空气污染，新一代的核反应高温堆，设计出口温度高达750℃～900℃，高温条件具备组成高效的布雷顿循环，压缩空气储能技术是一种基于燃气轮机技术的储能系统，在电网负荷低估期将电能用于压缩空气，在电网负荷高峰期释放压缩空气推动汽轮机发电的储能方式，压缩空气储能系统具有储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等优点。目前随着我国经济快速稳定发展，我国能源消耗总量也在大幅增加，传统的供能系统存在有以下缺陷：
1.传统的供能系统的发展模式面临资源过度消耗的瓶颈；
2.传统的供能系统电能输出稳定性较差，且系统的适应能力低，安全性与可靠性较低，不具备储能系统。
3.能源产业面临能源利用率低，结构不合理，传统的储能系统电能输出稳定性低，调度灵活性差，系统故障率过高。
综上所述，亟需一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统来解决上述问题。
发明内容
本发明解决了目前的供能系统处在的缺陷问题。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，包括热源系统、空气布雷顿回热循环动力转换系统和储能系统；
所述热源系统包括核反应堆、压力容器和中间换热器，核反应堆放置在压力容器中，压力容器出口与中间换热器的热端入口连接，中间换热器的热端出口与压力容器的入口连接；
所述空气布雷顿回热循环动力转换系统包括电动机、离心压气机、向心透平、发电机和回热器，向心透平与离心压气机的连接轴上设有离合器，离心压气机与回热器的冷端入口连接，离心压气机与回热器的连接轴上设有第一阀门，回热器的冷端出口与中间换热器的冷端入口连接，电动机与离心压气机连接，向心透平与发电机连接。
所述储能系统包括蓄电池储能和压缩空气储能，蓄电池储能包括蓄电池组和双向储能变流器，电动机通过双向储能变流器与蓄电池组连接，发电机通过双向储能变流器与蓄电池组连接，压缩空气储能包括储能罐，离心压气机的出口与储能罐连接。
进一步的，所述离心压气机的出口与中间换热器的冷端入口连接，中间换热器的冷端出口与向心透平的入口连接，向心透平的出口与回热器热端入口连接。
进一步的，所述离心压气机与中间换热器的连接轴上设有第三阀门。
进一步的，所述离心压气机与储能罐的连接轴上设有第二阀门。
进一步的，所述回热器和离心压力机为一体式布置。
本发明的有益效果：
1.本发明的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统可以有效地利用资源，避免资源被浪费。
2.本发明中的储能设备作为符合平衡设备和备用电源为分布式供能系统能源供应的安全性和可靠性提供了保障。
3.本发明通过储能设备的蓄电池储能和压缩空气储能，可提高系统整体的电能输出稳定性，调度灵活性同时解决了系统故障率高等问题，系统内部的蓄电池为电动机供电，可满足机组冷态启动要求，实现机组的自启动。
附图说明
图1为一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统的常规布置示意图；
图2为一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统中回热器与离心压气机一体式布置示意图。
图中1-核反应堆，2-压力容器，3-中间换热器，4-电动机，5-离心压气机，6-向心透平，7-发电机，8-回热器，9-第一阀门，10-第二阀门，11-第三阀门，12-双向储能变流器，13-蓄电池组，14-储能罐，15-离合器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明的概念。
具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，包括热源系统、空气布雷顿回热循环动力转换系统和储能系统，热源系统用于加热压缩空气，空气布雷顿回热循环动力转换系统将热能转换为机械能，带动发电机转换为电能，储能系统作为负荷平衡设备和备用电源为分布式供能系统能源的安全性和可靠性提供了保障；
所述热源系统包括核反应堆1、压力容器2和中间换热器3，核反应堆1放置在压力容器2中，压力容器2出口与中间换热器3的热端入口连接，中间换热器3的热端出口与压力容器2的入口连接。核反应堆1的热量在压力容器2中释放，传递给中间换热器3；
所述空气布雷顿回热循环动力转换系统包括电动机4、离心压气机5、向心透平6、发电机7和回热器8，向心透平6与离心压气机5的连接轴上设有离合器15，离心压气机5与回热器8的冷端入口连接，离心压气机5与回热器8的连接轴上设有第一阀门9，回热器8的冷端出口与中间换热器3的冷端入口连接，电动机4与离心压气机5连接，向心透平6与发电机7连接，首先空气在离心压气机5中被压缩，压缩完成的带压空气先进入回热器8中吸收透平余热，在进入热源系统吸收热量后，进入向心透平6膨胀做工，向心透平6排气道回热器8中冷却后经排气系统排出罩壳外部进入余热回收系统中，向心透平6与离心压气机5的连接轴(即连接管道)上设有离合器15，通过离合器15关闭/开启实现向心透平6通用离心压气机5的分离和结合，离合器15在常规发电运行模式下位开启状态，向心透平6带动离心压气机5同轴运行，并带动发电机7发电，输出电能；
所述储能系统包括蓄电池储能和压缩空气储能，蓄电池储能包括蓄电池组13和双向储能变流器12，电动机4通过双向储能变流器12与蓄电池组13连接，发电机7通过双向储能变流器12与蓄电池组13连接，压缩空气储能包括储能罐14，离心压气机5的出口与储能罐14连接，在用电低谷时，将多余的电能储存在蓄电池组13或压缩空气中，蓄电池组13通过双向储能变流器12与发电机7和电动机4连接，双向储能变流器12控制蓄电池组13充电或者放电的工作状态，压缩空气储能投入运行时，将离合器15打开，向心透平6与离心压气机5分离，需要储能时，多余电力通过电动机4驱动离心压气机5，将空气压缩并储存在储气罐14中，需要电能时，打开储能罐14，将压缩空气连接到热源系统进行加热，高温高压空气进入向心透平6做工，带动发电机7发电。
具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，所述离心压气机5的出口与中间换热器3的冷端入口连接，中间换热器3的冷端出口与向心透平6的入口连接，向心透平6的出口与回热器8热端入口连接，离心压气机5直接与热源系统连接，空气在离心压气机5中压缩后，压缩空气直接与热源系统连接，向心透平6排气与余热利用设备相连，提高系统热效率，能源综合利用与，经过热源系统加热后的压缩空气进入向心透平6中膨胀做功，带动发电机7对外发电。
具体实施方式三：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，所述离心压气机5与中间换热器3的连接轴上设有第三阀门11。
具体实施方式四：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，所述离心压气机5与储能罐14的连接轴上设有第二阀门10。
具体实施方式五：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，所述回热器8和离心压气机5为一体式布置。如此设置，节省了部分空间，且回热器8与离心压气机5一体式布置后提高了做功效率。
本发明的工作原理：
空气在离心压气机5中被压缩后，根据需求选择运行模式，打开第一阀门9，关闭第二阀门10和第三阀门11，压缩空气进入回热器8的冷端入口，在回热器8中吸收透平余热后通过回热器冷端出口进入中间换热器3的冷端入口，压缩空气在中间换热器3加热后通过中间换热器3的冷端出口输入到向心透平6中，在向心透平6的膨胀做功下带动发电机7发电，发电机7多余的电能储存在蓄电池组13中；当打开第二阀门10，关闭第一阀门9和第三阀门11时，压缩空气进入储能罐14中储存；打开第三阀门11，关闭第二阀门10和第一阀门9，压缩空气直接进入中间换热器3加热后输入向心透平6发电，还可以通过调节第一阀门9对回热器8的回热度进行调节，回热器8的回热度可从0-0.9之间调节，当热负荷需求大时，将第一阀门9完全闭合时，回热器8的回热度为0，此时压缩空气不经过回热器8，直接进入热源系统加热或进入储能罐14储存，当电负荷需求大时，将第一阀门9完全打开时，回热器8的回热度为0.9，此时压缩空气全部进入回热器8中，系统输出电能最大，通过调节回热器8的回热度可以实现发电量与供热量的调节。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (5)

1.一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，其特征在于：包括热源系统、空气布雷顿回热循环动力转换系统和储能系统；
所述热源系统包括核反应堆(1)、压力容器(2)和中间换热器(3)，核反应堆(1)放置在压力容器(2)中，压力容器(2)出口与中间换热器(3)的热端入口连接，中间换热器(3)的热端出口与压力容器(2)的入口连接；
所述空气布雷顿回热循环动力转换系统包括电动机(4)、离心压气机(5)、向心透平(6)、发电机(7)和回热器(8)，向心透平(6)与离心压气机(5)的连接轴上设有离合器(15)，离心压气机(5)与回热器(8)的冷端入口连接，离心压气机(5)与回热器(8)的连接轴上设有第一阀门(9)，回热器(8)的冷端出口与中间换热器(3)的冷端入口连接，电动机(4)与离心压气机(5)连接，向心透平(6)与发电机(7)连接；
所述储能系统包括蓄电池储能和压缩空气储能，蓄电池储能包括蓄电池组(13)和双向储能变流器(12)，电动机(4)通过双向储能变流器(12)与蓄电池组(13)连接，发电机(7)通过双向储能变流器(12)与蓄电池组(13)连接，压缩空气储能包括储能罐(14)，离心压气机(5)的出口与储能罐(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，其特征在于：所述离心压气机(5)的出口与中间换热器(3)的冷端入口连接，中间换热器(3)的冷端出口与向心透平(6)的入口连接，向心透平(6)的出口与回热器(8)热端入口连接。
3.根据权利要求2所述的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，其特征在于：所述离心压气机(5)与中间换热器(3)的连接轴上设有第三阀门(11)。
4.根据权利要求1所述的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，其特征在于：所述离心压气机(5)与储能罐(14)的连接轴上设有第二阀门(10)。
5.根据权利要求1所述的一种核能-空气布雷顿回热循环分布式供能系统，其特征在于：所述回热器(8)和离心压气机(5)为一体式布置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113914951A (zh) * 2021-10-15 2022-01-11 西安热工研究院有限公司 一种基于压缩空气储能的核电厂调峰系统及运行方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090241543A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Cummins, Inc. Rankine cycle load limiting through use of a recuperator bypass
WO2012147792A1 (ja) * 2011-04-25 2012-11-01 Fukuda Ryosuke 発電システム及びその運転方法
CN104265500A (zh) * 2014-07-25 2015-01-07 天津大学 柴油机高温余热回收系统
CN109356679A (zh) * 2018-11-30 2019-02-19 西安交通大学 一种核能蒸汽-布雷顿联合循环发电系统
CN111128410A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 中国核动力研究设计院 一种热管反应堆系统及其能量转换方式

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090241543A1 (en) * 2008-03-31 2009-10-01 Cummins, Inc. Rankine cycle load limiting through use of a recuperator bypass
WO2012147792A1 (ja) * 2011-04-25 2012-11-01 Fukuda Ryosuke 発電システム及びその運転方法
CN104265500A (zh) * 2014-07-25 2015-01-07 天津大学 柴油机高温余热回收系统
CN109356679A (zh) * 2018-11-30 2019-02-19 西安交通大学 一种核能蒸汽-布雷顿联合循环发电系统
CN111128410A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 中国核动力研究设计院 一种热管反应堆系统及其能量转换方式

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113914951A (zh) * 2021-10-15 2022-01-11 西安热工研究院有限公司 一种基于压缩空气储能的核电厂调峰系统及运行方法
CN113914951B (zh) * 2021-10-15 2024-01-19 西安热工研究院有限公司 一种基于压缩空气储能的核电厂调峰系统及运行方法

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