CN113931709B - 一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统及方法，所述系统包括太阳能热发电系统和压水堆核电站二回路系统，所述压水堆核电站二回路系统包括二级再热器和二回路主蒸汽管道，所述二回路主蒸汽管道与二级再热器连通用于二级再热器备用加热；所述太阳能热发电系统包括太阳能蒸汽管道，所述太阳能蒸汽管道与所述二级再热器连通用于二级再热器加热；太阳能蒸汽管道上设有分别至少一个隔离阀、调节阀和减温减压器。采用本发明技术方案有效避免了核电机组采用主蒸汽作为二级再热蒸汽造成的热量损失。

Description

一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统及方法
技术领域
本发明属于核电站发电技术领域，特别涉及一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统及方法。
背景技术
从能源的供应结构来看，目前世界上消耗的能源主要来自煤、石油、天然气三大资源，其储量有限、不可再生及其过度利用对环境的严重影响，导致温室气体过量排放、气候变暖和生态恶化等，给人类生存的空间带来极大的危害。调整能源结构，提高可再生能源和清洁能源在一次能源消费的比重，实现能源和电力结构的根本转型已成为能源领域的根本共识。
在资源逐渐匮乏，环境日益恶化，全球大力发展可再生能源和清洁能源的大背景下，太阳能光热发电和核能发电越来越成为全球能源发展和投资的热点、重点。
太阳能光热发电是利用大规模抛物或蝶形镜面收集太阳能，通过换热装置提供蒸汽驱动汽轮发电机组发电。光热发电还具有可储热、可调峰、可实现连续发电、电网匹配性好和光电转换率高等优点，因此成为近年来新能源领域开发应用的热点。
在世界范围内，能源与环境问题已经成为困扰当代社会与经济发展的重要制约因素，发展核能是克服这些制约因素的重要途径之一。由于核电具有安全、经济、环保和持续稳定发电等优势，因而是当前解决能源短缺和环境恶化双重压力的有效途径。其中，压水堆核电站二回路发电系统包括蒸汽发生器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、一级汽水分离再热器、二级汽水分离再热器、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器。
二回路将蒸汽发生器产生的饱和蒸汽供汽轮发电机组做功，由于压水堆核电机组高压缸排汽蒸汽湿度较大，因此高压缸排汽需先经过汽水分离和再热后进入中压缸做功。
通常汽水分离再热器由一个分离器和两级再热器组成，一级再热蒸汽由汽轮机某段高压缸抽汽提供。二级再热蒸汽来自二回路主蒸汽，从主蒸汽母管接出一路管道向汽水分离再热器的二级再热器管束提供加热蒸汽。经过两级再热之后形成过热蒸汽再进入中压缸做功，主蒸汽经过二级再热器换热后凝结成疏水注入某级高压加热器或者凝汽器。
现有的压水堆核电机组中一级再热蒸汽由汽轮机某段高压缸抽汽提供，如附图2所示，二级再热蒸汽来自二回路主蒸汽，从主蒸汽母管接出一路管道向汽水分离再热器的二级再热器管束提供加热蒸汽。经过两级再热之后形成过热蒸汽再进入中压缸做功，主蒸汽经过二级再热器换热后凝结成疏水注入某级高压加热器或者凝汽器。压水堆核电站二回路中二级再热蒸汽来自二回路主蒸汽，主蒸汽经过二级再热器换热后凝结成疏水注入某级高压加热器或者凝汽器，会造成热量损失。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统及方法，有效避免了核电机组采用主蒸汽作为二级再热蒸汽造成的热量损失。
一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，包括太阳能热发电系统和压水堆核电站二回路系统，所述压水堆核电站二回路系统包括二级再热器和二回路主蒸汽管道，所述二回路主蒸汽管道与二级再热器连通用于二级再热器备用加热；所述太阳能热发电系统包括太阳能蒸汽管道，所述太阳能蒸汽管道与所述二级再热器连通用于二级再热器加热。
优选地，所述太阳能蒸汽管道上设有分别至少一个隔离阀、调节阀和减温减压器。
优选地，所述压水堆核电站二回路系统还包括疏水管道，所述疏水管道与所述二级再热器连通，所述疏水管道包括一支路管道和二支路管道，所述一支路管道和二支路管道连接处设有疏水阀。
优选地，所述所述二级再热器的加热热源来自太阳能热发电系统或压水堆核电站二回路系统。
优选地，所述太阳能热发电系统还包括凝汽器，所述压水堆核电站二回路系统还包括若干高压加热器，所述一支路管道与所述凝汽器连通，所述二支路管道与所述高压加热器连通。
优选地，所述太阳能热发电系统的蒸汽参数等于或大于所述压水堆核电站二回路的蒸汽参数，当太阳能热发电系统的蒸汽参数大于压水堆核电站二回路的蒸汽参数时，通过减温减压器调节至进入所述二级再热器的所述塔式太阳能热发电系统的蒸汽参数等于压水堆核电站二回路的蒸汽参数。
优选地，所述发电系统通过所述隔离阀实现太阳能热发电系统和压水堆核电站二回路系统的切换加热；所述发电系统通过所述调节阀实现太阳能热发电系统供气量的调节。
优选地，所述二级再热器通过所述疏水阀调节疏水流向。
优选地，所述太阳能热发电系统为塔式太阳能热发电系统。
优选地，所述太阳能热发电系统为水或蒸汽循环系统。
一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电方法，包括以下步骤：
将太阳能热发电系统的蒸汽通过所述太阳能蒸汽管道输送至所述二级再热器，用于所述二级再热器的加热汽源；
当太阳能热发电系统停用时，将压水堆核电站二回路系统的蒸汽通过所述二回路主蒸汽管道输送至所述二级再热器，用于二级再热器的加热汽源。
优选地，当太阳能热发电系统的蒸汽用于所述二级再热器的加热汽源时，二级再热器产生的疏水通过疏水阀调节经所述一支路管道输送至所述凝汽器；当压水堆核电站二回路系统的蒸汽用于所述二级再热器的加热汽源时，二级再热器产生的疏水通过疏水阀调节经所述二支路管道输送至所述高压加热器。
本发明具有以下有益效果：将塔式太阳能热发电系统与压水堆核电站二回路系统有机地结合在一起，是可再生能源和清洁能源结合的一种更加节能环保的能源结构模式，充分发挥清洁能源(核能)和可再生能源(太阳能)的互补作用，在保证压水堆核电站系统稳定性的同时，提高了核电站汽轮机的发电效率，最大化地提高核能的利用效率，是可再生能源和清洁能源结合的一种更加节能环保的能源结构模式，对解决能源短缺和环境恶化具有重要意义。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
图1示出了根据本发明实施例的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统结构示意图；
图2示出了现有技术的压水堆核电站二回路发电系统结构示意图；
图中：1、定日镜场；2、吸热器；3、储热系统；4、汽轮机；5、第一凝汽器；6、第一凝结水泵；7、第一隔离阀；8、第一调节阀；9、减温减压器；10、第二隔离阀；11、第二调节阀；12、蒸汽发生器；13、汽轮机高压缸；14、一级再热器；15、二级再热器；16、汽轮机中压缸；17、汽轮机低压缸；18、第二凝汽器；19、第二凝结水泵；20、低压加热器；21、除氧器；22、给水泵；23、高压加热器；24、第一疏水阀；25、第二疏水阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，本实施例中百分比浓度均为质量百分比。
一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，包括太阳能热发电系统和压水堆核电站二回路系统，所述压水堆核电站二回路系统包括二级再热器和二回路主蒸汽管道，所述二回路主蒸汽管道与二级再热器连通用于二级再热器备用加热；所述太阳能热发电系统包括太阳能蒸汽管道，所述太阳能蒸汽管道与所述二级再热器连通用于二级再热器加热；太阳能蒸汽管道上设有分别至少一个隔离阀、调节阀和减温减压器。隔离阀的主要作用是当太阳能热发电系统的主蒸汽不满足二级再热器用气参数(压力为5.0～7.5MPa.a,温度为263～291℃)要求时，起到快速隔离作用。减温减压器的主要作用是调节太阳能热发电系统的主蒸汽参数(压力为5.0～7.5MPa.a,温度为263～291℃)，使其与二级再热器用气参数要求相匹配。
进一步地，所述压水堆核电站二回路系统还包括疏水管道，所述疏水管道与二级再热器连通，所述疏水管道包括一支路管道和二支路管道，所述一支路管道和二支路管道连接处设有疏水阀；所述太阳能热发电系统还包括凝汽器，所述压水堆核电站二回路系统还包括若干高压加热器，所述一支路管道与太阳能热发电系统的所述凝汽器连通，所述二支路管道与所述高压加热器连通。
进一步地，所述太阳能热发电系统的蒸汽参数等于或大于所述压水堆核电站二回路的蒸汽参数(压力为5.0～7.5MPa.a，温度为263～291℃)，当太阳能热发电系统的蒸汽参数大于压水堆核电站二回路的蒸汽参数时，通过减温减压器调节至进入所述二级再热器的所述塔式太阳能热发电系统的蒸汽参数等于压水堆核电站二回路的蒸汽参数。
示例性地，如图1所示，本实施例中太阳能热发电系统选用塔式太阳能热发电系统，系统流程如下：太阳光通过定日镜场1反射，进入吸热器2，加热塔式太阳能热发电系统给水，生成太阳能热发电系统主蒸汽。主蒸汽可通过储热系统3储存。主蒸汽进入汽轮机4做功，推动汽轮机4转动，带动发电机发电。做完功的主蒸汽进入第一凝汽器5冷凝成水，在经过第一凝结水泵6打入吸热器2，完成塔式太阳能热发电系统的介质循环。
示例性地，如图1所示，本实施例中压水堆核电厂二回路系统流程如下：在蒸汽发生器12中，一回路的水加热压水堆二回路的给水，生成二回路主蒸汽。主蒸汽进入汽轮机高压缸13做功，做功后的主蒸汽由饱和蒸汽转化为湿蒸汽，通过一级再热器14、二级再热器15，进行汽水分离和再热，转为过热蒸汽，进而进入汽轮机中压缸16做功。在汽轮机中压缸16做完功的蒸汽进入汽轮机低压缸17继续做功。做功过程带动发电机发电。经过了高、中、低压缸做功的主蒸汽转换为乏汽，乏汽进入第二凝汽器18冷凝为凝结水，凝结水经由第二凝结水泵19加压、低压加热器20(示例性地，如图1，分别为20(j)、20(j-1)、20(j-z))升温后，进入除氧器21进行除氧。除氧后的凝结水转化为给水，经由给水泵22、两级高压加热器23(示例性地，如图1，分别为23(i)、23(i-z))进一步升温后，达到温度要求，送至蒸汽发生器12。完成压水堆核电厂二回路的介质主循环。
在压水堆核电厂二回路介质主循环之外，一级再热器14、二级再热器15、低压加热器20、除氧器21、高压加热器23均需要加热汽源。其中三级低压加热器(20(j)、20(j-1)、20(j-z))的加热汽源来自汽轮机中压缸16和汽轮机低压缸17的抽汽；除氧器21的加热汽源来自汽轮机高压缸13排汽；两级高压加热器(23(i)、23(i-z))的汽源来自于汽轮机高压缸13抽汽；一级再热器14加热汽源也来自于汽轮机高压缸13抽汽，二级再热器15加热汽源来自于二回路主蒸汽。
示例性地，如图1所示，本实施例中太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统的耦合流程如下：从塔式太阳能热发电系统主蒸汽母管上引出一路蒸汽经过第一隔离阀7、第一调节阀8和减温减压器9送至压水堆核电站二回路的二级再热器15。二回路主蒸汽经第二隔离阀10和第二调节阀11至二级再热器15的供汽作为太阳能热发电系统主蒸汽供二级再热器15的备用汽源，当太阳能热发电系统停机或其主蒸汽系统不可用或者汽量不够期间，二级再热器15加热蒸汽切换为二回路主蒸汽供汽或与塔式太阳能热发电系统主蒸汽联合供汽。当太阳能热发电系统提供汽源供二级再热器15时，二级再热器15通过第二疏水阀25调节疏水经所述一支路管道至太阳能热发电系统第一凝汽器5。当压水堆核电站二回路主蒸汽作为汽源供二级再热器15时，二级再热器15通过第一疏水阀24调节疏水经所述二支路管道至高压加热器23。
综上所述，本发明的核心是充分发挥可再生能源太阳能和清洁能源核能的互补作用，通过太阳能热发电系统的主蒸汽代替压水堆二回路主蒸汽供二级再热器的方式，使得压水堆二回路主蒸汽全部用来推动汽轮机做功，提高了压水堆核电机组的效率和出力。而且通过两种发电形式的耦合，充分利用了太阳能。
基于上述太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，提出一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电方法，包括以下步骤：
将太阳能热发电系统的蒸汽通过太阳能蒸汽管道输送至二级再热器15，用于二级再热器15的加热汽源；
当太阳能热发电系统停用时，将压水堆核电站二回路系统的蒸汽通过二回路主蒸汽管道输送至二级再热器15，用于二级再热器15的加热汽源。
进一步地，当太阳能热发电系统的蒸汽用于二级再热器15的加热汽源时，二级再热器15产生的疏水通过疏水阀调节经所述一支路管道输送至太阳能热发电系统的凝汽器，即上述第一凝汽器5；当压水堆核电站二回路系统的蒸汽用于二级再热器15的加热汽源时，二级再热器15产生的疏水通过疏水阀调节经所述二支路管道输送至所述高压加热器23。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，包括太阳能热发电系统和压水堆核电站二回路系统，所述压水堆核电站二回路系统包括二级再热器和二回路主蒸汽管道，所述二回路主蒸汽管道与二级再热器连通用于二级再热器备用加热；所述太阳能热发电系统包括太阳能蒸汽管道，所述太阳能蒸汽管道与所述二级再热器连通用于二级再热器加热。
2.根据权利要求1所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述太阳能蒸汽管道上设有分别至少一个隔离阀、调节阀和减温减压器。
3.根据权利要求1所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述压水堆核电站二回路系统还包括疏水管道，所述疏水管道与所述二级再热器连通，所述疏水管道包括一支路管道和二支路管道，所述一支路管道和所述二支路管道连接处设有疏水阀，所述一支路管道和所述二支路管道在连接处分别设置有第二疏水阀和第一疏水阀，当所述太阳能热发电系统的蒸汽用于所述二级再热器的加热汽源时，所述二级再热器产生的疏水通过所述第二疏水阀调节经所述一支路管道输送至凝汽器，当所述压水堆核电站二回路系统的蒸汽用于所述二级再热器的加热汽源时，所述二级再热器产生的疏水通过所述第一疏水阀调节经所述二支路管道输送至高压加热器。
4.根据权利要求1所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述二级再热器的加热热源来自太阳能热发电系统或压水堆核电站二回路系统。
5.根据权利要求3所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述太阳能热发电系统还包括所述凝汽器，所述压水堆核电站二回路系统还包括若干所述高压加热器，所述一支路管道与所述凝汽器连通，所述二支路管道与所述高压加热器连通。
6.根据权利要求2所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述太阳能热发电系统的蒸汽参数等于或大于所述压水堆核电站二回路的蒸汽参数，当太阳能热发电系统的蒸汽参数大于压水堆核电站二回路的蒸汽参数时，通过减温减压器调节至进入所述二级再热器的所述太阳能热发电系统的蒸汽参数等于压水堆核电站二回路的蒸汽参数。
7.根据权利要求6所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述发电系统通过所述隔离阀实现太阳能热发电系统和压水堆核电站二回路系统的切换加热；所述发电系统通过所述调节阀实现太阳能热发电系统供气量的调节。
8.根据权利要求3所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述二级再热器通过所述疏水阀调节疏水流向。
9.根据权利要求1所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述太阳能热发电系统为塔式太阳能热发电系统。
10.根据权利要求1所述的太阳能辅助压水堆核电站二回路发电系统，其特征在于，所述太阳能热发电系统为水或蒸汽循环系统。
11.一种太阳能辅助压水堆核电站二回路发电方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-10任一所述的系统，包括以下步骤：
将太阳能热发电系统的蒸汽通过所述太阳能蒸汽管道输送至所述二级再热器，用于所述二级再热器的加热汽源；当太阳能热发电系统停用时，将压水堆核电站二回路系统的蒸汽通过所述二回路主蒸汽管道输送至所述二级再热器，用于二级再热器的加热汽源。
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