CN1568526A - 运转核电站的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种当配电电网的电力需量减为零时，运转核电站(10)的方法，其中所述核电站(10)与电网相连并同步。所述方法包括将所述电站(10)产生的电力减少至机组的电力消耗，然后将所述电站从一个动力操作模式切转换到一个待机模式，在所述的动力操作模式下，布雷顿循环自给自足，在所述的待机模式下，布雷顿循环不再自给自足，且通过一个辅助鼓风机系统(38)产生环绕发电回路(12)的工作流体质量流量，且所述电站(10)与电网保持同步。

Description

运转核电站的方法
技术领域
本发明涉及一种核电站。特别是涉及一种在电力需量减为零时，运转核电站的方法。
背景技术
本发明人注意到，一个核电站，其包括设置为利用布雷顿循环(Brayton cycle)作为热动力交换循环的闭环发电回路。
所述核电站通常与国家电网相连，同时通过核电站产生的电力根据来自电网的电力需量的不同而改变。
国家控制中心可能要求最小的电力输送到电网。这种情况下，即，当电网的电力需量减到零时，核电站会产生具有输送到电网的电力为零或者为最小的机组的电力消耗。
同样重要的是，所述核电站与电网保持同步，以便能够满足电力相对增长较快的需求，为此目的，反应堆要保持临界。
另外，理想的是，当输送到电网的电力为零时，为了有利于效率，减少燃料消耗。从本说明书的上下文中可以理解的是，对电网的零电力输送旨在包括两种情况，一种情况是当没有电力输送给电网时，另一种情况是以一个非常低能级的电力输送给电网时。
发明内容
本发明提供一种运转核电站的方法，该核电站与一电力配电网相连且同步，具有一个用氦作工作流体、用布雷顿循环作为热动力循环的闭环发电回路，当电网的电力需量减到零时，所述方法包括如下步骤：
将核电站产生的电力降低到机组的电力消耗；和
将核电站从动力操作模式转换为待机模式，动力操作模式中布雷顿循环是自给自足的，而在待机模式中，布雷顿循环不自给自足且通过一个辅助鼓风机系统可以在发电回路中产生工作流体的质量流量，并且其中核电站保持与电网的同步。
如果不是辅助鼓风机系统维持或支持工作流体质量流量，该质量流量将减少到一个不符合要求的状态。
当发电回路包括一反应堆，分别与一个高压压缩机及一个低压压缩机驱动连接的一个高压涡轮机和一个低压涡轮机，一个与发电机驱动相连的动力涡轮机，一个安装有一个高压压缩机循环阀的高压压缩机循环管道，和一个安装有一个低压压缩机循环阀的低压压缩机循环管道时，减少产生的电力可以包括打开一个或者两个压缩机循环阀。所述方法还包括控制压缩机循环阀的位置，以便使发电机产生电站的机组的电力消耗，且电力配电网的电力为零。
减少电力可以包括减少发电回路中的氦的总量。
所述核电站可以包括一个氦总量控制系统(HICS)，该系统用来增加或减少发电回路中的氦总量。因此，减少发电回路中的氦总量可以包括把一个氦总量控制系统与发电回路的流体连通，允许氦从发电回路传送到氦总量控制系统，从而产生较少的电力。
在此过程中，通过反应堆活性区的质量流量减小，从而导致产生的核动力减少。但是，由于在低质量流量下布雷顿循环的效用非常低，在反应堆活性区中产生的核动力仍然是较大的。反应堆活性区中产生的大量能量转储到热交换器中。这些压缩机循环管路形成具有高质量流量或一个较高的温度的“内回路”。这两个回路产生热量可从所述系统移送并转储到所述的热交换器中的条件。反应堆中产生的能量中，只有一小部分用于产生必须的机组的电力消耗。
此状态可以持续相当长的时间，通常为例如夜间的八个小时。即不管输送到电网的电力为零这一因素，核燃料消耗依然较大。在此状况下，运转核电站的优点在于产生最少的电力，同时所述核电站与电网保持电连接。所述核电站仍然与电网同步。从而，通过关闭循环阀并且关掉辅助鼓风机系统，所述核电站可以快速回到有效电力产生的状态。
把核电站从动力操作模式转换到待机模式可以包括：在核电站稳定后，产生一个过渡状态，在此通过辅助鼓风机系统在发电回路中产生质量流量，同时动力涡轮机仍然产生机组的电力消耗。
当辅助鼓风机系统包括一个常开鼓风机系统串联阀，一对与其并联连接的鼓风机和一个与所述每个鼓风机串联的常闭鼓风机隔离阀时，形成所述过渡状态可以包括开启鼓风机和控制压缩机循环阀、鼓风机系统串联阀和鼓风机隔离阀的位置。所述辅助鼓风机系统还可以用于作为一个用作核电站启动的启动鼓风机系统。
经过一个顺利过渡之后，所述高压和低压涡轮机/压缩机以明显减小的流动速率运转，即低效率级运转，并且明显更少的能量转储到所述热交换器中。反应堆活性区平均温度升高，而在活性区产生的核动力减少。这就意味着在待机模式所消耗的核燃料比在低动力操作模式所消耗的核燃料明显要少。
在核电站在待机状态下，做好从过渡状态到动力操作状态的准备。但是，耗时的同步不是必须的，因此，从反应堆维持临界之后，允许核电站对电力需量的相对快速增长作出反应。所述动力涡轮机在50Hz时保持同步，因此不再需要在0Hz到50Hz间的不必要的循环过程。
附图说明
下面参照附图对本发明以举例方式进行描述。
图1所示为本发明核电站示意图。
具体实施方式
附图中，标号10总体上指本发明核电站的部分。
核电站10包括一个闭环发电回路，总体上用标号12指示，其中利用氦作为工作流体。发电回路12包括一个核反应堆14，一个高压涡轮机16，一个低压涡轮机18，一个动力涡轮机20，一个换热器22，一个预冷器24，一个低压压缩机26，一个中间冷却器28和一个高压压缩器30。
核反应堆14是一个利用球形燃料元件的石床反应堆。核反应堆14具有一个入口14.1和一个出口14.2。
高压涡轮机16与高压压缩机30驱动连接，并且具有一个上游侧或入口16.1和一个下游侧或出口16.2。入口16.1与核反应堆14的出口14.2相连。
低压涡轮机18与低压压缩机26驱动连接，并且具有一个上游侧或入口18.1和一个下游侧或出口18.2。入口18.1与高压涡轮机16的出口16.2相连。
核电站10包括一个发电机，其用标号32总体指示，动力涡轮机20与其驱动连接。动力涡轮机20包括一个上游侧或入口20.1和一个下游侧或出口20.2。动力涡轮机20的入口20.1与低压涡轮机18的出口18.2相连。
一个可变电阻器组合33可以与发电机32可拆开地连接。
换热器22具有一个热端或低压侧34和一个冷端或高压侧36。换热器的低压侧34具有一个入口34.1和一个出口34.2。低压侧的入口34.1与动力涡轮机20的出口20.2相连。
预冷器24是一个氦水热交换器，包括一个氦入口24.1和氦出口24.2。预冷器氦入口24.1与与换热器22的低压侧24的出口34.2相连。
低压压缩器26具有一个上游侧或入口26.1和一个下游侧和出口26.2。低压压缩器26的入口26.1与预冷器24的氦出口24.2相连。
中间冷却器是一个氦水热交换器，包括一个氦入口28.1和一个氦出口28.2。氦入口28.1和低压压缩器的出口26.2相连。
高压压缩机30包括一个上游侧或入口30.1和一个下游侧或出口30.2。高压压缩机30的入口30.1和中间冷却器28的氦出口28.2相连。高压压缩机30的出口30.2和换热器22的高压侧36的一个入口36.1相连。换热器22的高压侧36的一个出口36.2与核反应堆14的入口14.1相连。
核电站10包括一个辅助或启动鼓风机系统，总体上用标号38指示，其连接在换热器22的低压侧34的出口34.2和预冷器24的入口24.1之间。
辅助鼓风装置38包括一个常开启动鼓风系统串联阀40，所述串联阀40串联连接在换热器22的低压侧34的出口34.2和预冷器24的入口24.1之间。两鼓风机42与启动鼓风机系统串联阀40并联连接，一个常闭隔离阀44与每个鼓风机42串联连接。
一个低压压缩机循环管路46从低压压缩机26的出口或下游侧26.2和中间冷却器28的入口28.1之间的一个位置延伸到辅助鼓风装置38和预冷器24的入口24.1之间的一个位置。一个常闭低压循环阀48安装在低压压缩机循环管路46中。
一个高压压缩机循环管路50从高压压缩机30的出口或下游侧30.2和换热器22高压侧36的入口36.1之间的一个位置延伸到低压压缩器26的出口或下游侧26.2和中间冷却器28的入口28.1之间的一个位置。一个常闭高压循环阀51安装在高压压缩机循环管路50中。
一个换热器循环管路52从换热器22的高压侧36的入口36.1向上游的一个位置延伸到换热器22的高压侧36的出口36.2向下游的一个位置处。一个常闭换热器循环阀54安装在换热器循环管路52中。
核电站10包括一个高压冷却剂阀56和一个低压冷却剂阀58。高压冷却剂阀56设置为，当阀打开时，提供一个从高压压缩机30的高压侧或出口30.2到低压涡轮机18的入口或低压侧18.1的氦循环。低压冷却剂阀58设置为，当阀打开时，提供一个从高压压缩机30的高压侧或出口30.2到动力涡轮机20的入口20.1的氦循环。
在使用中，核电站10与国家电力配电网(图未示)连接，并且从电站供给电网的电力由国家控制中心决定。因此，通过电站发电依国家控制中心需求的不同而不同。
在使用中，在正常需求电量情况下，发电回路12在自给自足的布雷顿循环上运转。
但是，当国家控制中心不需要给电网供电或者是向电网输送最少的电力时，电站减少到机组的电力消耗。
这可以在保持布雷顿循环的同时实现。但是，这导致过多的燃料消耗且不合乎要求。因此，在此状况下，电站产生的电力减少到机组的电力消耗，且随后电站从动力操作模式转为待机模式，在动力操作模式中布雷顿循环是自给自足的，在待机模式中，布雷顿循环不自给自足，同时通过辅助鼓风机系统产生环绕发电回路的工作流体的质量流量。
因此，当收到把产生的电力减小至机组的电力消耗的信号时，流过核反应堆14活性区的质量流量减少。这是通过减少发电回路12中的氦总量，并打开压缩机循环阀48，51中的一个或者两个来实现。在此过程中，流经反应堆活性区14的质量流量减少。这导致反应堆活性区中平均温度升高。由此引起的从反应堆活性区的负反应反馈导致核反应堆14中产生的核动力减少。但是，由于使用压缩机循环阀48，51，布雷顿循环的效用在低质量流量时非常低，所以核反应堆产生的核动力仍然很大，通常在40-80MW。核反应堆14所产生的能量的大部分转储到中间冷却器28和预冷器24中。此外，由于氦在绕压缩机16、18和20循环，产生一个具有高质量流量或一个相对高温的回路。当电站稳定下来，接着就形成一个过渡状态，在此状态下，由辅助鼓风机系统38产生发电回路12中的质量流量。为了此目的，对压缩机循环阀48、51，鼓风机系统并行阀40和鼓风机隔离阀44的位置进行控制，并且在布雷顿循环某个阶段将形成自给自足，且发电回路12的质量流量将通过鼓风机38产生。
顺利过渡之后，高压和低压涡轮机/压缩机16、30/18、26以一个显著降低的质量流量速率运转，即低效率级及转储到热交换器24、28中的能量显著减少。反应堆活性区的平均温度升高，并且反应堆活性区所产生的核动力减少到小于20MW。这就意味着在待机模式所消耗的核燃料显著减少并且反应堆处于临界。
当电力需量增加时，布雷顿循环可通过把电站10转回动力操作模式重新启动。鉴于如下因素，即发电机32始终与电网保持同步，且核反应堆14保持临界，耗时的同步不再是必须的，因此，允许电站10对电力需求的增长作出相对较快的反应。
本发明人相信，用上述方法运行所述核电站10，可以减少核燃料的消耗，同时相应提高效率。

Claims (9)

1.一种运转核电站的方法，所述核电站与电力配电网连接并且同步，所述核电站具有一个利用氦作为工作流体、利用布雷顿循环作为热动力转换循环的闭环发电回路，当电网的电力需量减为零时，所述方法包括下列步骤：
将电站产生的电力降至机组的电力消耗；和
将所述核电站从一个动力操作模式转为一个待机模式，在所述动力操作模式中，布雷顿循环自给自足；在所述待机模式中，布雷顿循环不再自给自足，且通过一个辅助鼓风机系统在所述发电回路中产生质量流量，且同时所述核电站与电网保持同步。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述发电回路包括一个反应堆，分别与一个高压压缩机和一个低压压缩机驱动连接的一个高压涡轮机和一个低压涡轮机，一个与一个发电机驱动连接的动力涡轮机，一个安装有一个高压压缩机循环阀的高压压缩机循环管路，和一个安装有一个低压压缩机循环阀的低压压缩机循环管路，减少所述产生的电力包括打开所述压缩机循环阀中的一个或者两个。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述方法还包括控制所述压缩机循环阀的位置，以使发电机产生用于所述电站的机组的电力消耗且供给配电网的电力为零。
4.如权利要求1至3中任意一个所述的方法，其特征在于：减少所述产生的电力包括减少在所述发电回路中的氦总量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：减少所述发电回路中的氦总量包括把一个氦总量控制装置与所述发电回路流体连通，且允许氦从所述发电回路传送到所述的氦总量控制装置。
6.如权利要求3至5中任意一个所述的方法，其特征在于：把所述电站从一个动力操作模式转换到一个待机模式包括，在所述电站稳定之后，形成一个过渡状态，在所述过渡状态下，通过所述的辅助鼓风机系统在所述发电回路中产生质量流量，同时所述动力涡轮机仍然产生所述机组的电力消耗。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述辅助鼓风机系统包括一个常开鼓风机系统串联阀，一对与其并联连接的鼓风机和一个与每一个所述鼓风机串联连接的常闭鼓风机隔离阀，形成所述的过渡状态包括启动所述鼓风机，及控制所述压缩机循环阀、鼓风机系统串联阀及鼓风机隔离阀的位置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法基本上如说明书所叙述和说明。
9.一种运转核电站的新方法，其特征在于：所述方法基本上如说明书所叙述。
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