CN114687940A - 一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，该系统主要包括压缩机、透平、发电机、回热器、反应堆、换热器、储气装置、调节阀、风力发电机、光伏发电装置、电动机等。该系统利用核反应堆开式空气布雷顿循环对外输出基础电负荷；同时耦合了风光储能系统，将清洁但不稳定的风能、太阳能发电转化为压缩空气储存起来，在用电高峰期，通过将储存的压缩空气加入布雷顿循环来提高对外发电量；发电后的透平排气通过回热器回收热量后，还可用于对外供热或驱动制冷循环。所述系统低碳、清洁，可实现能量梯级利用，能有效提高能源综合利用效率。
Description
技术领域
本发明属于多能互补能源综合利用技术领域，具体涉及一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统。
背景技术
随着储能技术的发展，通过压缩空气储能可以实现风能、太阳能等不稳定、不连续能源的储存和利用，但利用压缩空气储能技术发电来承担所有电负荷所需系统规模大、发电成本高。以空气作为工质的核反应堆开式布雷顿循环，具有工质易获取、安全性高、系统简单，以及热电转换效率高、体积小等显著优点。所以，通过耦合压缩空气储能技术与核反应堆开式布雷顿循环，提出一种新型多能互补能源综合利用系统是十分必要的。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，所述系统综合压缩空气储能技术与核反应堆开式布雷顿循环优点，同时提高风能、太阳能的利用率。所述系统低碳、清洁，可实现能量梯级利用，能有效提高能源综合利用效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，该系统包括第一压缩机1、第一调节阀2、回热器3、反应堆4、第二调节阀5、透平6、发电机7、换热器8、第三调节阀9、储气装置10、第二压缩机11、电动机12、风力发电机13和光伏发电装置14；所述第一压缩机1经第一调节阀2与回热器3 冷侧进口相连，回热器3冷侧出口与反应堆4进口相连，反应堆4出口经第二调节阀5与透平6进口相连，透平6出口与回热器3热侧进口相连，回热器3热侧出口与换热器8相连，发电机7与第一压缩机1以及透平6共轴连接；所述风力发电机13、光伏发电装置14与电动机12相连，电动机12与第二压缩机11进口相连，第二压缩机11出口与储气装置10相连，储气装置10出口经第三调节阀9 与回热器3冷侧进口相连。
所述的一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，采用空气作为循环工质，当外界处于基础电负荷需求时，通过核反应堆开式空气布雷顿循环对外供电，空气经第一压缩机1压缩后进入回热器3吸收透平6排气热量，然后进入反应堆4吸热后通过透平6进行膨胀做功，从而带动发电机7发电，透平6高温排气通过回热器3回收热量后，在换热器8完成放热，可用于对外供热或驱动吸收制冷循环，实现能量的梯级利用并实现多联产。
所述的一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，对于风能和太阳能这种清洁但不稳定、不连续的能量，通过风力发电机13、光伏发电装置14进行发电并带动电动机12，从而可以通过第二压缩机11将空气进行压缩并储存于储气装置10中，进行压缩空气储能；当外界处于用电高峰期时，可以打开第三调节阀9，将储气装置10中储存的压缩空气加入核反应堆开式空气布雷顿循环，通过增加循环流量从而提高对外发电量，满足外界电负荷需求。
所述的一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，所述反应堆4可采用第四代小型模块化反应堆中的液态金属冷却堆或热管堆，体积重量小，安全性、灵活性高；所述回热器3采用板翅式换热器；所述系统的空气工质极易获取及补充，系统在少水状态运行且体积小，对于边远、干旱地区、孤岛等供电需求很有优势。
本发明具有的有益效果：
(1)本发明所述的一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，以空气作为工质的核反应堆开式布雷顿循环提供基础电负荷，具有工质易获取、安全性高、系统简单，以及热电转换效率高、体积小等显著优点。
(2)本发明所述系统能将风能和太阳能这种清洁但不稳定、不连续的能量加以储存并在用电高峰期用以发电，能提高风能、太阳能的利用率。
(3)本发明所述系统透平的高温排气通过回热器进行热量回收后，还可用于对外供热或驱动吸收制冷循环，可实现能量梯级利用及多联产，能有效提高系统的能量利用效率。
(4)本发明所述系统可采用第四代小型模块化反应堆中的液态金属冷却堆或热管堆，体积重量小，安全性、灵活性高,所述系统的空气工质极易获取及补充，系统在少水状态运行且体积小，对于边远、干旱地区、孤岛等供电需求很有优势。
附图说明
图1为一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统结构示意图。
图中编号对应：第一压缩机1、第一调节阀2、回热器3、反应堆4、第二调节阀5、透平6、发电机7、换热器8、第三调节阀9、储气装置10、第二压缩机 11、电动机12、风力发电机13、光伏发电装置14。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示为一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统结构示意图，主要装置包括：第一压缩机1：用于压缩空气、第一调节阀2：用于调节压缩空气支路流量、回热器3：用于回收透平排气热量来加热压缩后的空气、反应堆4：用来作为热源加热压缩空气、第二调节阀5：用于调节透平流量、透平6：用来使空气膨胀做功、发电机7：对外发电、换热器8：用于将透平排气热量释放给热媒水、第三调节阀9：用于调节压缩空气储能支路流量、储气装置10：用于储存压缩后高压空气、第二压缩机11：用于压缩空气、电动机12：用于带动第二压缩机、风力发电机13：将风能转化为电能、光伏发电装置14：将太阳能转化为电能。
如图1所示为一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，各主要设备连接关系为：第一压缩机1经第一调节阀2与回热器3冷侧进口相连，回热器3 冷侧出口与反应堆4进口相连，反应堆4出口经第二调节阀5与透平6进口相连，透平6出口与回热器3热侧进口相连，回热器3热侧出口与换热器8相连，发电机7与第一压缩机1以及透平6共轴连接；所述风力发电机13、光伏发电装置 14与电动机12相连，电动机12与第二压缩机11进口相连，第二压缩机11出口与储气装置10相连，储气装置10出口经第三调节阀9与回热器3冷侧进口相连。
如图1所示为一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统结构示意图，主要工作原理：采用空气作为循环工质，当外界处于基础电负荷需求时，通过核反应堆开式空气布雷顿循环对外供电，空气经第一压缩机1压缩后进入回热器3 吸收透平6排气热量，然后进入反应堆4吸热后通过透平6进行膨胀做功，从而带动发电机7发电，透平6高温排气通过回热器3回收热量后，在换热器8完成放热，可用于对外供热或驱动吸收制冷循环；对于风能和太阳能这种清洁但不稳定、不连续的能量，通过风力发电机13、光伏发电装置14进行发电并带动电动机12，进而带动第二压缩机11将空气进行压缩并储存于储气装置10中，进行压缩空气储能；当外界处于用电高峰期时，可以打开第三调节阀9，将储气装置10 中储存的压缩空气加入核反应堆开式空气布雷顿循环，通过增加循环流量从而提高对外发电量，满足外界电负荷需求。
作为本发明的优选实施方式，如图1所示系统中，所述反应堆4可采用第四代小型模块化反应堆中的液态金属冷却堆或热管堆，体积重量小，安全性、灵活性高；所述回热器3采用板翅式换热器；所述系统的空气工质极易获取及补充，系统在少水状态运行且体积小，对于边远、干旱地区、孤岛等供电需求很有优势。
Claims (4)
1.一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，其特征在于，该系统包括第一压缩机(1)、第一调节阀(2)、回热器(3)、反应堆(4)、第二调节阀(5)、透平(6)、发电机(7)、换热器(8)、第三调节阀(9)、储气装置(10)、第二压缩机(11)、电动机(12)、风力发电机(13)和光伏发电装置(14)；所述第一压缩机(1)经第一调节阀(2)与回热器(3)冷侧进口相连，回热器(3)冷侧出口与反应堆(4)进口相连，反应堆(4)出口经第二调节阀(5)与透平(6)进口相连，透平(6)出口与回热器(3)热侧进口相连，回热器(3)热侧出口与换热器(8)相连，发电机(7)与第一压缩机(1)以及透平(6)共轴连接；所述风力发电机(13)、光伏发电装置(14)与电动机(12)相连，电动机(12)与第二压缩机(11)进口相连，第二压缩机(11)出口与储气装置(10)相连，储气装置(10)出口经第三调节阀(9)与回热器(3)冷侧进口相连。
2.根据权利要求1所述的一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，其特征在于，采用空气作为循环工质，当外界处于基础电负荷需求时，通过核反应堆开式空气布雷顿循环对外供电，空气经第一压缩机(1)压缩后进入回热器(3)吸收透平(6)排气热量，然后进入反应堆(4)吸热后通过透平(6)进行膨胀做功，从而带动发电机(7)发电，透平(6)高温排气通过回热器(3)回收热量后，在换热器(8)完成放热，可用于对外供热或驱动吸收制冷循环，实现能量的梯级利用并实现多联产；
所述系统对于风能和太阳能这种清洁但不稳定、不连续的能量，通过风力发电机(13)、光伏发电装置(14)进行发电并带动电动机(12)，从而通过第二压缩机(11)将空气进行压缩并储存于储气装置(10)中，进行压缩空气储能；当外界处于用电高峰期时，打开第三调节阀(9)，将储气装置(10)中储存的压缩空气加入核反应堆开式空气布雷顿循环，通过增加循环流量从而提高对外发电量，满足外界电负荷需求。
3.根据权利要求1所述的一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，其特征在于，所述反应堆(4)采用第四代小型模块化反应堆中的液态金属冷却堆或热管堆，体积重量小，安全性、灵活性高。
4.根据权利要求1所述的一种耦合风光储能的核反应堆开式空气循环系统，其特征在于，所述回热器(3)采用板翅式换热器。
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Cited By (1)
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| CN115385004A (zh) * | 2022-08-29 | 2022-11-25 | 中国矿业大学 | 高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统 |
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| CN115385004B (zh) * | 2022-08-29 | 2023-08-15 | 中国矿业大学 | 高寒地区能量回收冰幕内衬岩洞地下储气系统 |
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