CN112967827B - 一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统及发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统及发电方法，包括一回路、储能回路以及二回路；所述一回路包括聚变堆和连接在聚变堆的氦气出口的蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的出气口与所述聚变堆的入气口连接；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述二回路连接；所述储能回路包括与所述聚变堆的氦气出口连接的储热换热器、同时与所述储热换热器连接的热熔盐罐和冷熔盐罐。本发明的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的运行持续性、安全性、稳定性高，使得聚变堆具有持续稳定输出能力，确保二回路蒸汽参数的稳定性，进一步保障汽轮发电机持续稳定输出，提高发电品质。

Description

一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统及发电方法

技术领域

本发明涉及核能技术应用领域，具体涉及一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统及发电方法。

背景技术

聚变堆，即核聚变反应堆，在高温、高压和高密度的条件下，两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，反应的同时会释放出巨大能量的新型核反应堆型。核聚变(nuclear fusion)，又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质量小的原子，主要是指氘/氚，在一定条件下(如超高温、高压、高密度——三重积条件)，只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核(如氦)，在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出大量电子和中子，与此同时伴随着巨大的能量释放。

可控核聚变，指的是在一定约束区域内，有控制地产生并进行轻核聚变。核聚变均由能量密度大、清洁、燃料丰富、安全性高等突出优点，其中可控核聚变，俗称“人造小太阳”，将是人类未来开发利用的终极能源。现有技术中主要受控核聚变方式有：磁约束核聚变(托卡马克)、激光约束(惯性约束)核聚变、超声波核聚变等，目前可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置。

托卡马克(Tokamak)，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)，是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代首先发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，约束并加热腔体中的等离子体，当满足三重积条件(温度、压力、密度)时，即发生可控聚变反应。

在核聚变反应过程中，需要对核聚变产生的热量不断的冷却；具体设置为聚变堆包层，指核聚变堆中包围在反应堆外层的保护冷却层，作用是对聚变堆进行不断冷却，并将反应堆热量带出。其中，按冷却剂形式，可有多种包层冷却介质，其中应用发电领域的主要考虑水冷包层与氦冷包层，即分别采用水、氦气作为冷却介质。

聚变堆发电，指利用核聚变反应产生的热量转换为电力的技术，即聚变堆包层循环冷却介质输送出核聚变的反应热，通过换热器加热水并使之转换为较高参数的蒸汽，蒸汽进而驱动汽轮机发电的技术。

熔盐，又称熔融盐，无机盐在高温下熔化形成的液态盐，常见的熔融盐包括硝酸盐、氯化盐、氟化盐、碳酸盐和混合熔融盐等，可用作高温下的传热蓄热介质。熔盐一般物性：凝固点在120～250℃，最高工作温度在450～585℃。

目前聚变反应有多种形式，包括氘-氘(D-D)反应，氘-氚(D-T)反应，氘-氦3(D-He3)反应等，而目前聚变界普遍认为(D-T)反应是最容易实现的聚变反应，因为它要求的三重积最低，也就是说要求的反应条件最容易达到，是当前主流科研应用方向，例如可控聚变堆的试验研究以及工程应用。

核聚变的工程应用面非常广阔，正在探索工程应用的可行性，其中聚变堆发电是重点关注领域。由于聚变堆控制技术尚不成熟，仍处于研究阶段，且聚变堆的反应要求及其苛刻，聚变堆可控性或者稳定性存在一定问题，也给聚变堆发电应用带来一定困难。

目前核聚变的包层设计主要考虑水冷包层与氦冷包层，即采用水或者氦气作为核聚变的冷却介质，带出核聚变所产生的热量。这部分热量可通过换热器，可以将水转换为水蒸汽，并将水蒸气送入到蒸汽轮机中进行做功，从而产生电能。聚变堆采用水作为包层冷却介质，则介质温度范围为290～325℃；若采用氦气作为包层冷却介质，则氦气介质为290～600℃。

采用托克马克的聚变堆耦合发电技术中聚变堆的能量输出特性难以与常规发电机组运行要求相匹配，也无法满足电网稳定性要求。而且，在一定时期内聚变堆(托克马克)的脉冲式输出特性难以得到根本性改变。且具有以下缺点：聚变堆具有能量输出间断性特性，该特性使得汽轮发电机无法保障持续稳定输出，发电品质较差；聚变堆间断性输出，使得二回路蒸汽参数波动较大，常规汽轮发电机组难以适用，需要进行特殊设计或改造，造成设备成本较高。且这种长期运行状态，对汽轮发电机的安全运行造成影响，对发电设备形成巨大冲击，缩减设备寿命，也会造成后期设备运维管理费用；聚变堆周期性输出，发电机组发电负荷也随之周期性变化，这对电网也形成巨大震荡冲击，可能引起电网的不稳定。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统；本发明的另外一个目的在于提供一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的发电方法。

本发明的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的技术方案为：

一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统，包括一回路、储能回路以及二回路；

所述一回路包括聚变堆和连接在聚变堆的氦气出口的蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的出气口与所述聚变堆的入气口连接；

所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述二回路连接；

所述储能回路包括与所述聚变堆的氦气出口连接的储热换热器、同时与所述储热换热器连接的热熔盐罐和冷熔盐罐；

所述聚变堆工作时产生的一部分高温氦气流动至蒸汽发生器后与二回路的水换热，所述聚变堆产生的另外一部分高温氦气流动至储热换热器内，所述冷熔盐罐内的冷熔盐进入所述储热换热器内与所述高温氦气换热之后进入所述热熔盐罐内储能；

所述聚变堆间歇停止时所述蒸汽发生器产生的低温氦气进入所述储热换热器内，所述热熔盐罐内的热熔盐进入所述储热换热器内与所述低温氦气换热后形成高温氦气，该高温氦气流动至蒸汽发生器后与二回路的水换热，高温氦气的流量分配通过储热换热器出口的调节阀进行控制；

所述蒸汽发生器的氦气出口和所述储热换热器的冷氦气出口均通过氦气风机与聚变堆的入气口连接。

作为优选方案，所述聚变堆的氦气出口与所述蒸汽发生器的氦气入口之间的管路上设有第一气阀，所述聚变堆的氦气出口与所述储热换热器之间的管路上设有第二气阀，所述储热换热器与所述蒸汽发生器的氦气入口之间的管路上设有第三气阀，所述储热换热器的氦气出口与所述聚变堆的入气口之间的管路上设有第四气阀；

所述聚变堆工作时，所述第一气阀、所述第二气阀和所述第四气阀均开启，所述第三气阀关闭；

所述聚变堆间歇停止时，所述第一气阀和所述第四气阀关闭，所述第二气阀和所述第三气阀开启。

作为优选方案，所述冷熔盐罐与所述储热换热器之间的管路上设有冷熔盐泵和与冷熔盐泵并联的冷熔盐旁路，所述冷熔盐旁路上设有第一旁路阀，所述冷熔盐泵的入口处设有冷熔盐泵前阀，所述冷熔盐泵的出口处设有冷熔盐泵后阀；

所述热熔盐罐与所述储热换热器之间的管路上设有热熔盐泵和与热熔盐泵并联的热熔盐旁路，所述热熔盐旁路上设有第二旁路阀，所述热熔盐泵的入口处设有热熔盐泵前阀，所述热熔盐泵的出口处设有热熔盐泵后阀；

所述聚变堆工作时，所述冷熔盐泵前阀、所述冷熔盐泵后阀和所述第二旁路阀开启，冷熔盐由冷熔盐泵驱动至储热换热器内，所述第一旁路阀、所述热熔盐泵前阀和所述热熔盐泵后阀关闭，热熔盐由储热换热器流动至热熔盐罐内；

所述聚变堆间歇停止时，所述热熔盐泵前阀、所述热熔盐泵后阀和所述第一旁路阀开启，热熔盐由热熔盐泵驱动至储热换热器内，所述第二旁路阀、所述冷熔盐泵前阀和所述冷熔盐泵后阀关闭，冷熔盐由储热换热器流动至冷熔盐罐内。

一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的发电方法，

S1，在第一时段，聚变堆工作时产生的一部分高温氦气流动至蒸汽发生器，蒸汽发生器内注入冷水与高温氦气换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电；

S2，在第一时段，聚变堆工作时产生的另外一部分高温氦气流动至储热换热器内，同时冷熔盐罐内的冷熔盐进入储热换热器内与高温氦气换热，换热之后形成的热熔盐进入所述热熔盐罐内储能；

S3，在第二时段，聚变堆间歇停止时蒸汽发生器产生的低温氦气进入储热换热器内，热熔盐罐内的热熔盐进入储热换热器内与低温氦气换热后形成高温氦气，该高温氦气流动至蒸汽发生器后与二回路的水换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电。

作为优选方案，所述聚变堆的氦气出口与所述蒸汽发生器的氦气入口之间的管路上设有第一气阀，所述聚变堆的氦气出口与所述储热换热器之间的管路上设有第二气阀，所述储热换热器与所述蒸汽发生器的氦气入口之间的管路上设有第三气阀，所述储热换热器的氦气出口与所述聚变堆的入气口之间的管路上设有第四气阀；

所述聚变堆工作时，所述第一气阀、所述第二气阀和所述第四气阀均开启，所述第三气阀关闭；

所述聚变堆间歇停止时，所述第一气阀和所述第四气阀关闭，所述第二气阀和所述第三气阀开启。

作为优选方案，所述冷熔盐罐与所述储热换热器之间的管路上设有冷熔盐泵和与冷熔盐泵并联的冷熔盐旁路，所述冷熔盐旁路上设有第一旁路阀，所述冷熔盐泵的入口处设有冷熔盐泵前阀，所述冷熔盐泵的出口处设有冷熔盐泵后阀；

所述热熔盐罐与所述储热换热器之间的管路上设有热熔盐泵和与热熔盐泵并联的热熔盐旁路，所述热熔盐旁路上设有第二旁路阀，所述热熔盐泵的入口处设有热熔盐泵前阀，所述热熔盐泵的出口处设有热熔盐泵后阀；

所述聚变堆工作时，所述冷熔盐泵前阀、所述冷熔盐泵后阀和所述第二旁路阀开启，冷熔盐由冷熔盐泵驱动至储热换热器内，所述第一旁路阀、所述热熔盐泵前阀和所述热熔盐泵后阀关闭，热熔盐由储热换热器流动至热熔盐罐内；

所述聚变堆间歇停止时，所述热熔盐泵前阀、所述热熔盐泵后阀和所述第一旁路阀开启，热熔盐由热熔盐泵驱动至储热换热器内，所述第二旁路阀、所述冷熔盐泵前阀和所述冷熔盐泵后阀关闭，冷熔盐由储热换热器流动至冷熔盐罐内；

所述蒸汽发生器的氦气出口和所述第四气阀均通过氦气风机与聚变堆的入气口连接。

有益效果：本发明的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统包括一回路、储能回路以及二回路；一回路包括聚变堆和连接在聚变堆的氦气出口的蒸汽发生器，蒸汽发生器的氦气出口与聚变堆的氦气入口连接；蒸汽发生器的蒸汽出口与二回路连接；储能回路包括与聚变堆的氦气出口连接的储热换热器、同时与储热换热器连接的热熔盐罐和冷熔盐罐。具体的，聚变堆工作时产生的一部分高温氦气流动至蒸汽发生器后与二回路的水换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电；聚变堆产生的另外一部分高温氦气流动至储热换热器内，冷熔盐罐内的冷熔盐进入储热换热器内与高温氦气换热之后进入热熔盐罐内储能，这样在聚变堆工作的时候，能够同时达到了发电和储能的目的；在聚变堆间歇停止时蒸汽发生器产生的低温氦气进入储热换热器内，热熔盐罐内的热熔盐同时进入储热换热器内与低温氦气换热后形成高温氦气，该高温氦气流动至蒸汽发生器后与二回路的水换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电；这样实现了在聚变堆间歇停止工作时也能够发电的目的。

本发明用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统是一种适用于氦冷包层聚变堆间断输出特性的储能系统，形成一种与一回路耦合的、具有运行持续性、安全性、稳定性的储能发电技术方案，使得氦冷包层聚变堆应用于发电领域成为现实。通过本发明技术方案，采用与聚变堆能量输出特性以及一回路参数相适应的储能系统，使得聚变堆具有持续稳定输出能力，确保二回路蒸汽参数的稳定性，进一步保障汽轮发电机持续稳定输出，提高发电品质；汽轮发电机可以采用常规机组设备，无需进行特殊设计或改造，在保障设备的安全性的同时，降低了设备采购成本以及运维费用，避免缩减设备寿命，也会造成后期设备运维管理费用；且储能系统能将平滑聚变堆周期性输出特性，使得发电机组发电负荷能够维持稳定，可以规避机组对电网造成的震荡冲击，增强电网接入稳定性。

附图说明

图1为本发明的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的示意图；

图2为本发明的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的储能与释能的切换示意图。

图中：1、聚变堆；11、第一气阀；12、第二气阀；13、第三气阀；14、第四气阀；2、蒸汽发生器；3、储热换热器；4、冷熔盐罐；5、热熔盐罐；51、热熔盐泵；52、热熔盐旁路；53、第二旁路阀；54、热熔盐泵前阀；55、热熔盐泵后阀；6、冷熔盐泵；7、冷熔盐旁路；8、第一旁路阀；9、冷熔盐泵前阀；10、冷熔盐泵后阀；101、氦气风机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

为达到采用聚变堆的进行维持稳定发电的目的，需要考虑储能方案以及介质的选择：

(1)储能系统运行方案的设计

在聚变堆发电系统中的一回路侧增设储能系统，即考虑在聚变堆输出热功率期间时，将一部分部分能量储存到储能系统中，另外一部分直接进入蒸汽发生器与二回路进行换热；在聚变堆间歇停止时，即将原来储存在储能系统中的能量输送出来，并通过蒸汽发生器转换到二回路侧。这种储能方式需要与一回路耦合运行，即简称为储能耦合系统。

(2)储能介质选择

由于本申请的储能系统是针对氦冷包层设计的，即需要考虑储能系统的储能介质必须满足一回路介质(氦气)的参数变化范围，即储能介质需要与一回路进行换热，则必须适应一回路氦气温度变化范围。氦冷包层聚变堆一回路氦气的工作温度范围为290～600℃，而混合熔盐的最高工作范围可以达到585℃，凝固点范围为120～250℃，即考虑换热端差的情况下可以适应一回路氦气的温度变化范围。本方案采用混合熔融盐，相关方案描述中无特殊说明，均简称“熔盐”。

由上，本发明的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的实施例，如图1-2所示，包括一回路、储能回路以及二回路；一回路包括聚变堆1和连接在聚变堆1的氦气出口的蒸汽发生器2，蒸汽发生器2的氦气出口与聚变堆1的氦气入口连接；蒸汽发生器2的蒸汽出口与二回路连接；储能回路包括与聚变堆1的氦气出口连接的储热换热器3、同时与储热换热器3连接的热熔盐罐5和冷熔盐罐4；蒸汽发生器2的氦气出口和储热换热器3的冷氦气出口均通过氦气风机与聚变堆的入气口连接。氦气风机101用于将冷氦气传输至聚变堆内用于再次使用。

具体的，聚变堆1工作时产生的一部分高温氦气流动至蒸汽发生器2后与二回路的水换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电；聚变堆1产生的另外一部分高温氦气流动至储热换热器3内，冷熔盐罐4内的冷熔盐进入储热换热器3内与高温氦气换热之后进入热熔盐罐5内储能，这样在聚变堆1工作的时候，能够同时达到了发电和储能的目的；在聚变堆1间歇停止时蒸汽发生器2产生的低温氦气进入储热换热器3内，热熔盐罐5内的热熔盐同时进入储热换热器3内与低温氦气换热后形成高温氦气，该高温氦气流动至蒸汽发生器2后与二回路的水换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电；这样实现了在聚变堆1间歇停止工作时也能够发电的目的。高温氦气的流量分配通过储热换热器出口的调节阀进行控制；

其中，聚变堆1的氦气出口与蒸汽发生器2的氦气入口之间的管路上设有第一气阀11，聚变堆1的氦气出口与储热换热器3之间的管路上设有第二气阀12，储热换热器3与蒸汽发生器2的氦气入口之间的管路上设有第三气阀13，储热换热器3的冷的氦气出口与聚变堆1的氦气之间的管路上设有第四气阀14；管路具体为氦气管。具体在聚变堆1工作时，第一气阀11、第二气阀12和第四气阀14均开启，第三气阀13关闭，聚变堆正常工作时，第四气阀14开启使得储能换热后的一回路氦气回至聚变堆。聚变堆1产生的高温介质分别通过管路进入到蒸汽发生器2和储热换热器3内。聚变堆1间歇停止时，第一气阀11和第四气阀14关闭，第二气阀12和第三气阀13开启，储热换热器3内的被储热介质加热后的高温氦气可以进入到蒸汽发生器2内用于与冷水换热产生蒸汽。在聚变堆间歇停止时，一回路氦气需绕过第一气阀11(关闭状态)，并通过第二气阀12与储能换热器3换热后，经过第三气阀13进入蒸汽发生器2。此时，第四气阀14必须关闭，避免换热后的高温氦气未进入蒸汽发生器2直接回至聚变堆。

进一步的，冷熔盐罐4与储热换热器3之间的管路上设有冷熔盐泵6和与冷熔盐泵6并联的冷熔盐旁路7，冷熔盐旁路7上设有第一旁路阀8，冷熔盐泵6的入口处设有冷熔盐泵前阀9，冷熔盐泵6的出口处设有冷熔盐泵后阀10；热熔盐罐5与储热换热器3之间的管路上设有热熔盐泵51和与热熔盐泵51并联的热熔盐旁路52，热熔盐旁路52上设有第二旁路阀53，热熔盐泵51的入口处设有热熔盐泵前阀54，热熔盐泵51的出口处设有热熔盐泵后阀55；其中，具体的管路为熔盐管，热熔盐旁路52以及冷熔盐旁路7均设置为熔盐管。

具体的，聚变堆1工作时，冷熔盐泵前阀9、冷熔盐泵后阀10和第二旁路阀53开启，冷熔盐由冷熔盐泵6驱动至储热换热器3内与高温氦气换热形成热熔盐，第一旁路阀8、热熔盐泵前阀9和热熔盐泵后阀10关闭，热熔盐由储热换热器3流动至热熔盐罐5内实现储能；在聚变堆1间歇停止时，热熔盐泵前阀54、热熔盐泵后阀55和第一旁路阀8开启，热熔盐罐5内的热熔盐由热熔盐泵51驱动至储热换热器3内与低温氦气换热实现释能，使热熔盐降温再次变成冷熔盐，同时第二旁路阀53、冷熔盐泵前阀9和冷熔盐泵后阀10关闭，冷熔盐由储热换热器3流动至冷熔盐罐4内。

本发明用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统是一种适用于氦冷包层聚变堆间断输出特性的储能系统，形成一种与一回路耦合的、具有运行持续性、安全性、稳定性的储能发电技术方案，使得氦冷包层聚变堆应用于发电领域成为现实。通过本发明技术方案，采用与聚变堆能量输出特性以及一回路参数相适应的储能系统，使得聚变堆具有持续稳定输出能力，确保二回路蒸汽参数的稳定性，进一步保障汽轮发电机持续稳定输出，提高发电品质；汽轮发电机可以采用常规机组设备，无需进行特殊设计或改造，在保障设备的安全性的同时，降低了设备采购成本以及运维费用；且储能系统能将平滑聚变堆周期性输出特性，使得发电机组发电负荷能够维持稳定，可以规避机组对电网造成的震荡冲击，增强电网接入稳定性。

一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的发电方法的实施例，包括步骤：

S1，在第一时段，聚变堆1工作时产生的一部分高温氦气流动至蒸汽发生器2，蒸汽发生器2内注入冷水与高温氦气换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电；

S2，在第一时段，聚变堆1工作时产生的另外一部分高温氦气流动至储热换热器3内，同时冷熔盐罐4内的冷熔盐进入储热换热器3内与高温氦气换热，换热之后形成的热熔盐进入所述热熔盐罐5内储能；

S3，在第二时段，聚变堆1间歇停止时蒸汽发生器2产生的低温氦气进入储热换热器3内，热熔盐罐5内的热熔盐进入储热换热器3内与低温氦气换热后形成高温氦气，该高温氦气流动至蒸汽发生器2后与二回路的水换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电。

其中，聚变堆1的氦气出口与蒸汽发生器2的氦气入口之间的管路上设有第一气阀11，聚变堆1的氦气出口与储热换热器3之间的管路上设有第二气阀12，储热换热器3与蒸汽发生器2的氦气入口之间的管路上设有第三气阀13，储热换热器3的氦气出口与聚变堆1的氦气入口之间的管路上设有第四气阀14；

聚变堆1工作时，第一水阀11、第二水阀12和第四水阀14开启，第三水阀13关闭；

聚变堆1间歇停止时，第一水阀11和所述第四水阀14关闭，第二水阀12和第三水阀13开启。

其中，冷熔盐罐4与储热换热器3之间的管路上设有冷熔盐泵6和与冷熔盐泵6并联的冷熔盐旁路7，冷熔盐旁路7上设有第一旁路阀8，冷熔盐泵6的入口处设有冷熔盐泵前阀9，冷熔盐泵6的出口处设有冷熔盐泵后阀10。

热熔盐罐5与储热换热器3之间的管路上设有热熔盐泵51和与热熔盐泵51并联的热熔盐旁路52，热熔盐旁路52上设有第二旁路阀53，热熔盐泵51的入口处设有热熔盐泵前阀54，热熔盐泵51的出口处设有热熔盐泵后阀55；

聚变堆1工作时，冷熔盐泵前阀9、冷熔盐泵后阀10和第二旁路阀53开启，冷熔盐由冷熔盐泵6驱动至储热换热器3内，第一旁路阀8、热熔盐泵前阀54和热熔盐泵后阀55关闭，热熔盐由储热换热器3流动至热熔盐罐5内；

聚变堆1间歇停止时，热熔盐泵前阀54、热熔盐泵后阀55和第一旁路阀8开启，热熔盐由热熔盐泵51驱动至储热换热器3内，第二旁路阀53、冷熔盐泵前阀9和冷熔盐泵后阀10关闭，冷熔盐由储热换热器3流动至冷熔盐罐4内。

本申请采用导热熔盐进行储能的储热温度范围能达到120～585℃，储热输送泵采用立式泵，介质沿泵轴向排出；为应对系统停运时工质逐步冷却可能发生凝固，设有防凝加热系统；并设有疏盐系统，以便于在由于机组事故停机或长时间检修停机时，要求将设备及管道中的熔盐疏放排空；并且由于熔盐的工作温度下限一般高于给水温度，需要增加启动电加热器(用于启动和低负荷时加热给水设置)、低负荷预热器、外部启动循环泵等装置避免熔融盐发生凝固。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统，其特征在于，包括一回路、储能回路以及二回路；

所述一回路包括聚变堆和连接在聚变堆的氦气出口的蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的出气口与所述聚变堆的入气口连接；

所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述二回路连接；

所述储能回路包括与所述聚变堆的氦气出口连接的储热换热器、同时与所述储热换热器连接的热熔盐罐和冷熔盐罐；

所述聚变堆工作时产生的一部分高温氦气流动至蒸汽发生器后与二回路的水换热，所述聚变堆产生的另外一部分高温氦气流动至储热换热器内，所述冷熔盐罐内的冷熔盐进入所述储热换热器内与所述高温氦气换热之后进入所述热熔盐罐内储能，高温氦气的流量分配通过储热换热器出口的调节阀进行控制；

所述聚变堆间歇停止时所述蒸汽发生器产生的低温氦气进入所述储热换热器内，所述热熔盐罐内的热熔盐进入所述储热换热器内与所述低温氦气换热后形成高温氦气，该高温氦气流动至蒸汽发生器后与二回路的水换热；

所述蒸汽发生器的氦气出口和所述储热换热器的冷氦气出口均通过氦气风机与聚变堆的入气口连接；所述聚变堆的氦气出口与所述蒸汽发生器的氦气入口之间的管路上设有第一气阀，所述聚变堆的氦气出口与所述储热换热器之间的管路上设有第二气阀，所述储热换热器与所述蒸汽发生器的氦气入口之间的管路上设有第三气阀，所述储热换热器的氦气出口与所述聚变堆的入气口之间的管路上设有第四气阀；

所述聚变堆工作时，所述第一气阀、所述第二气阀和所述第四气阀均开启，所述第三气阀关闭；

所述聚变堆间歇停止时，所述第一气阀和所述第四气阀关闭，所述第二气阀和所述第三气阀开启。

2.根据权利要求1所述的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统，其特征在于，所述冷熔盐罐与所述储热换热器之间的管路上设有冷熔盐泵和与冷熔盐泵并联的冷熔盐旁路，所述冷熔盐旁路上设有第一旁路阀，所述冷熔盐泵的入口处设有冷熔盐泵前阀，所述冷熔盐泵的出口处设有冷熔盐泵后阀；

所述热熔盐罐与所述储热换热器之间的管路上设有热熔盐泵和与热熔盐泵并联的热熔盐旁路，所述热熔盐旁路上设有第二旁路阀，所述热熔盐泵的入口处设有热熔盐泵前阀，所述热熔盐泵的出口处设有热熔盐泵后阀；

所述聚变堆工作时，所述冷熔盐泵前阀、所述冷熔盐泵后阀和所述第二旁路阀开启，冷熔盐由冷熔盐泵驱动至储热换热器内，所述第一旁路阀、所述热熔盐泵前阀和所述热熔盐泵后阀关闭，热熔盐由储热换热器流动至热熔盐罐内；

所述聚变堆间歇停止时，所述热熔盐泵前阀、所述热熔盐泵后阀和所述第一旁路阀开启，热熔盐由热熔盐泵驱动至储热换热器内，所述第二旁路阀、所述冷熔盐泵前阀和所述冷熔盐泵后阀关闭，冷熔盐由储热换热器流动至冷熔盐罐内。

3.一种权利要求1-2任一项所述的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的发电方法，其特征在于，

S1，在第一时段，聚变堆工作时产生的一部分高温氦气流动至蒸汽发生器，蒸汽发生器内注入冷水与高温氦气换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电；

S2，在第一时段，聚变堆工作时产生的另外一部分高温氦气流动至储热换热器内，同时冷熔盐罐内的冷熔盐进入储热换热器内与高温氦气换热，换热之后形成的热熔盐进入所述热熔盐罐内储能；

S3，在第二时段，聚变堆间歇停止时蒸汽发生器产生的低温氦气进入储热换热器内，热熔盐罐内的热熔盐进入储热换热器内与低温氦气换热后形成高温氦气，该高温氦气流动至蒸汽发生器后与二回路的水换热产生蒸汽，蒸汽传送至二回路以驱动汽轮机发电。

4.根据权利要求3所述的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的发电方法，其特征在于，所述聚变堆的氦气出口与所述蒸汽发生器的氦气入口之间的管路上设有第一气阀，所述聚变堆的氦气出口与所述储热换热器之间的管路上设有第二气阀，所述储热换热器与所述蒸汽发生器的氦气入口之间的管路上设有第三气阀，所述储热换热器的氦气出口与所述聚变堆的入气口之间的管路上设有第四气阀；

所述聚变堆工作时，所述第一气阀、所述第二气阀和所述第四气阀均开启，所述第三气阀关闭；

所述聚变堆间歇停止时，所述第一气阀和所述第四气阀关闭，所述第二气阀和所述第三气阀开启。

5.根据权利要求4所述的用于聚变堆的熔盐储能耦合发电系统的发电方法，其特征在于，所述冷熔盐罐与所述储热换热器之间的管路上设有冷熔盐泵和与冷熔盐泵并联的冷熔盐旁路，所述冷熔盐旁路上设有第一旁路阀，所述冷熔盐泵的入口处设有冷熔盐泵前阀，所述冷熔盐泵的出口处设有冷熔盐泵后阀；

所述热熔盐罐与所述储热换热器之间的管路上设有热熔盐泵和与热熔盐泵并联的热熔盐旁路，所述热熔盐旁路上设有第二旁路阀，所述热熔盐泵的入口处设有热熔盐泵前阀，所述热熔盐泵的出口处设有热熔盐泵后阀；

所述聚变堆工作时，所述冷熔盐泵前阀、所述冷熔盐泵后阀和所述第二旁路阀开启，冷熔盐由冷熔盐泵驱动至储热换热器内，所述第一旁路阀、所述热熔盐泵前阀和所述热熔盐泵后阀关闭，热熔盐由储热换热器流动至热熔盐罐内；

所述聚变堆间歇停止时，所述热熔盐泵前阀、所述热熔盐泵后阀和所述第一旁路阀开启，热熔盐由热熔盐泵驱动至储热换热器内，所述第二旁路阀、所述冷熔盐泵前阀和所述冷熔盐泵后阀关闭，冷熔盐由储热换热器流动至冷熔盐罐内；

所述蒸汽发生器的氦气出口和所述第四气阀均通过氦气风机与聚变堆的入气口连接。

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