CN211880099U - 一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，属于电网系统技术领域。本实用新型包括布雷顿动力转换系统、热源系统、智能微电网系统和余热利用系统。本实用新型解决现有微电网不够智能的问题，同时增加余热利用系统提高布雷顿循环系统的能源利用率，增加储能装置可在用电波谷时对能量进行储存。

Description

一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，属于电网系统技术领域。

背景技术

布雷顿循环是指简单循环燃气轮机的理想热力循环，是由压气机中的等熵压缩，燃烧器的等压加热，透平的等熵膨胀和通向大气的等压排热四个过程组成的理想热力循环，布雷顿循环的效率主要取决于压比和温度，布雷顿循环的排烟温度较高，仍能达到300℃以上，直接排放浪费，布雷顿循环机组在满负荷时效率高，负荷降低时只能采取降温、降流量的方式进行调控，因偏离了机组的设计工况，效率大大降低。

在电力系统中，联系发电和用电的设施和设备的统称，属于输送和分配电能的中间环节，它主要由联结成网的送电线路、变电所、配电所和配电线路组成，通常把由输电、变电、配电设备及相应的辅助系统组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网，在偏远地区、高原、沙漠和海岛等地负荷需求低，可设置将电源、负荷、储能装置、变流器以及监控保护装置有机整合在一起的小型发配电系统的微电网，现有的微电网在连续电能、备用电力、可移动电源、冷热电联供和调峰电力不够智能。

因此，亟需提出一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型研发目的是为了解决现有微电网不够智能的问题，同时增加余热利用系统提高布雷顿循环系统的能源利用率，增加储能装置可在用电波谷时对能量进行储存。在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。

本实用新型的技术方案：

一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，包括布雷顿动力转换系统、热源系统、智能微电网系统和余热利用系统；

布雷顿动力转换系统包括启动电机、离心压气机、向心式径流透平、轴流式动力透平、减速箱、发电机、备用压气机、备用压气机阀门和离合器，启动电机与离心压气机连接，离心压气机出口与热源系统的冷端入口连接，热源系统的冷端出口与向心式径流透平的入口连接，离心压气机与向心式径流透平通过离合器连接，向心式径流透平的出口与轴流式动力透平的进口相连，轴流式动力透平的出口与余热利用系统连接，发电机通过减速箱与轴流式动力透平连接；备用压气机通过备用压气机阀门与离心压气机出口和热源系统的冷端入口连接的压缩空气管道相连；

热源系统包括核反应堆芯和中间换热器，核反应堆芯的冷却剂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核反应堆芯的冷却剂入口连接，中间换热器的冷端入口与离心压气机的出口连接，中间换热器的冷端出口与向心式径流透平的入口连接；

智能微电网系统包括电源、储能装置、微电网能量管理系统、微电网保护装置、微电网运行控制器、电能质量在线监测装置、负荷控制器，微电网能量管理系统通过微电网运行控制器与微电网保护装置、电能质量在线监测装置、两个负荷控制器、布雷顿动力转换系统和双向储能变流器连接，电源与两个负荷控制器、布雷顿动力转换系统和双向储能变流器连接；还包括储能系统包括蓄电池组和压缩空气储能系统，蓄电池组通过双向储能变流器与电网相连；压缩空气储能系统包括电动机、储能压缩机、储能罐和开关阀，储能压缩机与电动机输出端连接，储能压缩机的出口与储能罐的入口连接，储能罐的出口通过开关阀与离心压气机出口和中间换热器的冷端入口连接的压缩空气管道相连。

优选的：所述余热利用系统为烟气式溴化锂/氨水制冷机组、烟气换热器或有机朗肯循环机组。

优选的：所述还包括控制柜，所述控制柜与离心压气机、向心式径流透平、轴流式动力透平和发电机电性连接。

优选的：所述还包括自动卸负荷装置，自动卸负荷装置包括卸荷电阻和晶闸管，自动卸负荷装置与智能微电网系统和布雷顿动力转换系统电性连接，晶闸管和卸荷电阻电性连接。

本实用新型具有以下有益效果：

1.布雷顿动力转换系统中，透平排烟温度仍达到300度以上，余热利用系统对透平烟气进行余热回收实现能源的梯级利用，提高微电网系统能源利用率，节能环保；

2.用电波谷时，微电网系统可实现蓄电池储能和压缩空气储能，该系统启动迅速、运行稳定、工作介质随处可取、燃料体积小易运输等特点，可广泛应用于偏远地区、高原、沙漠、海岛等地；

3.智能微电网靠近用户侧，输电线路段，线路功率损耗低，智能微电网能够并离网切换运行，系统抵御大电网发生故障的能力强，运行可靠性高，可有效实现电网侧电能的转移，实现能量的削峰填谷；

4.具备自启功能、微电网功能、各子系统集装箱模块化、安装便捷、启动迅速、运行稳定、工作介质随处可取、燃料体积小易运输等特点，智能化程度高，可应用于偏远地区、高原、沙漠、海岛、新农村等地结合负荷需求，以微电网模式运行，也可用于厂矿企业、油区、医院及驻防部队、产业园区等的调峰和应急使用，可用作政府、医院、军事指挥部等重要部门的备用电站，在非常时期保证稳定、及时的应急电力供应。

附图说明

图1是一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统的布置图；

图2是布雷顿动力转换系统的布置图；

图3是智能微电网系统的布置图；

图中1-布雷顿动力转换系统，11-启动电机，12-离心压气机，13-向心式径流透平，14-轴流式动力透平，15-减速箱，16-发电机，17-备用压气机，18-备用压气机阀门，19- 离合器，2-热源系统，21-核反应堆芯，22-中间换热器，3-智能微电网系统，31-蓄电池组，32-电动机，33-储能压缩机，34-储能罐，35-开关阀，36-双向储能变流器，37-压缩空气储能系统，4-余热利用系统。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

本实用新型所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，包括布雷顿动力转换系统1、热源系统2、智能微电网系统3和余热利用系统4；

布雷顿动力转换系统1包括启动电机11、离心压气机12、向心式径流透平13、轴流式动力透平14、减速箱15、发电机16、备用压气机17、备用压气机阀门18和离合器19，启动电机11与离心压气机12连接，离心压气机12出口与热源系统2的冷端入口连接，热源系统2的冷端出口与向心式径流透平13的入口连接，离心压气机12与向心式径流透平13通过离合器19连接，向心式径流透平13的出口与轴流式动力透平14的进口相连，轴流式动力透平14的出口与余热利用系统4连接，发电机16通过减速箱15与轴流式动力透平14连接；备用压气机17通过备用压气机阀门18与离心压气机12出口和热源系统 2的冷端入口连接的压缩空气管道相连，当停机或突发情况时，在热源系统2需要冷却时开通备用压气机阀门18，备用压气机17由蓄电池组31供电；离合器19的离合状态控制向心式径流透平13是否驱动离心压气机12，在储能模式下，离合器19离开状态，布雷顿动力转换系统1的效率主要取决于压比和温度，核反应堆的设计出口温度高达750℃以上，使得利用核能的布雷顿循环效率可大大提高，用户在消耗大量电能同时，还必须消耗大量的蒸汽、热水和空调冷量等能源，布雷顿动力转换系统1的排烟温度较高，仍能达到 300℃以上，直接排放浪费，增加余热利用系统4提供热、冷、电负荷，实现能源的梯级利用，提高能源利用率；

热源系统2包括核反应堆芯21和中间换热器22，核反应堆芯21的冷却剂出口与中间换热器22的热端入口连接，中间换热器22的热端出口与核反应堆芯21的冷却剂入口连接，中间换热器22的冷端入口与离心压气机12的出口连接，中间换热器22的冷端出口与向心式径流透平13的入口连接；热源系统2为核动力转换系统，将核燃料的原子能转换为热能，传递到压缩空气中，热源系统2包括一次或者两次换热器回路，集成于热源系统2的标准集装箱中，预留冷却剂进口及出口法兰，布雷顿动力转换系统1中的压缩空气作为冷却剂，核反应堆芯21释放的热量通过中间介质传递至布雷顿动力转换系统1的工作介质中；

智能微电网系统3包括储能装置、微电网能量管理系统、微电网保护装置、微电网运行控制器、电能质量在线监测装置和负荷控制器，微电网能量管理系统通过微电网运行控制器与微电网保护装置、电能质量在线监测装置、两个负荷控制器、布雷顿动力转换系统1和双向储能变流器36连接，电源与两个负荷控制器、布雷顿动力转换系统1和双向储能变流器36连接双向储能变流器36控制蓄电池组31的充电或放电工作状态；还包括储能系统包括蓄电池组31和压缩空气储能系统37，蓄电池组31通过双向储能变流器36与电网相连，在启动和停机过程中，系统本身不能对外供电时，蓄电池组31工作状态为放电模式，系统以蓄电池组31供电，待机组可以稳定对外供电时，切换蓄电池组31工作状态为充电模式，为下次启停机做好准备工作；压缩空气储能系统37包括电动机32、储能压缩机33、储能罐34和开关阀35，储能压缩机33与电动机32输出端连接，储能压缩机 33的出口与储能罐34的入口连接，用电波谷时，压缩空气储能系统37投入使用，储能罐34的出口通过开关阀35与离心压气机12出口和中间换热器22的冷端入口连接的压缩空气管道相连，智能微电网系统3可根据负荷的要求、不同运行状况微电网的控制策略系统可自动调节运行模式，孤网运行模式/并网运行模式之间切换，实现冷热电负荷的动态平衡及与大电网的灵活互动；布雷顿动力转换系统1在满负荷时效率高，负荷降低时只能采取降温、降流量的方式进行调控，因偏离了机组的设计工况，效率大大降低，增加储能装置可在用电波谷时对能量进行储存，减少机组非设计工况运行时间；智能微电网系统3 采用智能微网技术，满足不同用户的用能需求，包括连续电能、备用电力、可移动电源、冷热电联供和调峰电力等为供能的整合和利用提供了灵活高效的平台；电源为蓄电池组 31，连接双向储能变流器，改变充电放电工作状态，储能装置可利用多余电能驱动储能压缩机33，将压缩空气存入储能罐34中，需要用电时，打开开关阀35，离合器19离开，离心压气机12和向心式径流透平13脱开，离心压气机12和向心式径流透平13分轴运转，压缩空气释放到热源系统2中进行加热，加热后进入向心式径流透平13和轴流式动力透平14做功，带动发发电机16产生电能。

具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，所述余热利用系统4为烟气式溴化锂/氨水制冷机组、烟气换热器或有机朗肯循环机组，余热利用系统4是利用布雷顿动力转换系统1透平排气的热回收系统，通过连接烟气式溴化锂/氨水制冷机组、烟气换热器、有机朗肯循环发电机组来满足冷热电负荷需求。

具体实施方式三：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，所述还包括控制柜，所述控制柜与离心压气机12、向心式径流透平13、轴流式动力透平14和发电机16电性连接，当机组甩负荷时，控制柜具有控制转速的能力，防止离心压气机12、向心式径流透平13和轴流式动力透平14超速跳闸。

具体实施方式四：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，所述还包括自动卸负荷装置，自动卸负荷装置包括卸荷电阻和晶闸管，自动卸负荷装置与智能微电网系统3和布雷顿动力转换系统1电性连接，晶闸管和卸荷电阻电性连接，当检测到发电机16出口过压，快速把卸荷电阻投入，短时限制过压和过速。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本实用新型不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本实用新型所公开。

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 (4)

1.一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，其特征在于：包括布雷顿动力转换系统(1)、热源系统(2)、智能微电网系统(3)和余热利用系统(4)；

布雷顿动力转换系统(1)包括启动电机(11)、离心压气机(12)、向心式径流透平(13)、轴流式动力透平(14)、减速箱(15)、发电机(16)、备用压气机(17)、备用压气机阀门(18)和离合器(19)，启动电机(11)与离心压气机(12)连接，离心压气机(12)出口与热源系统(2)的冷端入口连接，热源系统(2)的冷端出口与向心式径流透平(13)的入口连接，离心压气机(12)与向心式径流透平(13)通过离合器(19)连接，向心式径流透平(13)的出口与轴流式动力透平(14)的进口相连，轴流式动力透平(14)的出口与余热利用系统(4)连接，发电机(16)通过减速箱(15)与轴流式动力透平(14)连接；备用压气机(17)通过备用压气机阀门(18)与离心压气机(12)出口和热源系统(2)的冷端入口连接的压缩空气管道相连；

热源系统(2)包括核反应堆芯(21)和中间换热器(22)，核反应堆芯(21)的冷却剂出口与中间换热器(22)的热端入口连接，中间换热器(22)的热端出口与核反应堆芯(21)的冷却剂入口连接，中间换热器(22)的冷端入口与离心压气机(12)的出口连接，中间换热器(22)的冷端出口与向心式径流透平(13)的入口连接；

智能微电网系统(3)包括配电网、储能装置、微电网能量管理系统、微电网保护装置、微电网运行控制器、电能质量在线监测装置和负荷控制器，微电网能量管理系统通过微电网运行控制器与微电网保护装置、电能质量在线监测装置、两个负荷控制器、布雷顿动力转换系统(1)和双向储能变流器(36)连接，配电网与两个负荷控制器、布雷顿动力转换系统(1)和双向储能变流器(36)连接；还包括储能系统包括蓄电池组(31)和压缩空气储能系统(37)，蓄电池组(31)通过双向储能变流器(36)与电网相连；压缩空气储能系统(37)包括电动机(32)、储能压缩机(33)、储能罐(34)和开关阀(35)，储能压缩机(33)与电动机(32)输出端连接，储能压缩机(33)的出口与储能罐(34)的入口连接，储能罐(34)的出口通过开关阀(35)与离心压气机(12)出口和中间换热器(22)的冷端入口连接的压缩空气管道相连。

2.根据权利要求1所述的一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，其特征在于：所述余热利用系统(4)为烟气式溴化锂/氨水制冷机组、烟气换热器或有机朗肯循环机组。

3.根据权利要求1所述的一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，其特征在于：还包括控制柜，所述控制柜与离心压气机(12)、向心式径流透平(13)、轴流式动力透平(14)和发电机(16)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种利用核能的空气布雷顿循环智能微电网系统，其特征在于：还包括自动卸负荷装置，自动卸负荷装置包括卸荷电阻和晶闸管，自动卸负荷装置与智能微电网系统(3)和布雷顿动力转换系统(1)电性连接，晶闸管和卸荷电阻电性连接。

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