DE1167122B - Waermekraftanlage unter Verwendung gasgekuehlter Kernreaktoren - Google Patents

Description

• Wärmekraftanlage unter Verwendung gasgekühlter Kernreaktoren Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmekraftanlagen unter Verwendung von gasgekühlten Kernreaktoren als Wärmequelle, bei denen das Kühlgas des Kernreaktors eine Gasturbine antreibt und durch seinen Wärmeinhalt in einem Wärmeaustauscher ein dampfförmiges Medium zum Antrieb einer Dampfturbine erzeugt, wobei im Kreislauf des Kühlgases ein Verdichter angeordnet ist.
• Es ist bekannt, daß sich Gasturbinen- und Dampfturbinensätze mit besonderen Vorteilen zu einer Energieerzeugungseinheit zusammenschalten lassen, wobei die im Abgas der Gasturbine noch enthaltene Wärmeenergie zur Dampferzeugung und über eine nachgeschaltete Dampfturbine zur Gewinnung mechanischer Energie ausgenutzt wird. Bei diesen vorbekannten Anordnungen sind Wärmekraftanlagen mit zwei Generatoren vorgesehen, und zwar ein Generator für die Dampfturbine und ein Generator für die Gasturbine. Zum Starten der Gasturbine ist ein Hilfsaggregat erforderlich in Form eines Anwurfmotors oder, wie in Verbindung mit Kernenergieanlagen bereits vorgeschlagen, in Form einer Dampfturbine, welche direkt von einem sekundären Kühlmedium des Kernreaktors gespeist wird. In diesem Falle treibt die Dampfturbine über ein Getriebe einen zur Gasturbine gehörenden und mit dieser starr gekuppelten Verdichter an. Dieser Aufbau soll das Anwerfen der Gasturbine unabhängig von Fremdenergie ermöglichen. Es ist bekannt, daß in einer solchen Wärmekraftanlage ein Leistungsüberschuß der Dampfturbine gegenüber dem mit der Gasturbine starr verbundenen Verdichter besteht. Außerdem sind derartige Anordnungen hinsichtlich ihres Regelbereiches begrenzt. Die Regelung wird dabei vornehmlich durch eine Veränderung der Gasturbineneintrittstemperatur und des Druckpegels bewirkt.
• Ein sehr bedeutungsvoller Nachteil der im vorangegangenen beschriebenen, vorbekannten Wärmekraftanlage besteht darin, daß es mit diesem Aufbau bei Kernenergiereaktoren nicht möglich ist, den Reaktor ohne Hilfsantrieb des Verdichters kaltzufahren. Bei Kernreaktoren wird nach dem Abschalten des Kernreaktors noch über einen gewissen Zeitraum Wärme erzeugt. Diese Wärme entsteht einerseits infolge der durch verspätete Neutronen ausgelösten Spaltung und zum anderen durch die sich auch nach dem Unterbrechen der Kettenreaktion noch bildenden Folgeprodukte der bereits im Spaltungsvorgang entstandenen Spaltprodukte. Es ist daher für die Betriebssicherheit von Kernenergieanlagen unbedingt erforderlich, Maßnahmen zum »Kaltfahren<; des Reaktors vorzusehen. Dabei besteht der Wunsch nach einem weitgehenden Ausschluß jeder Fremdenergiequelle, wie sie beispielsweise für den Verdichterhilfsantrieb benötigt wird. Derartige Fremdenergiequellen und Hilfsantriebe erfordern eine dauernde Überwachung nach den strengen Sicherheitsvorschriften für Kernenergieanlagen.
• Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Wärmekraftanlage unter Verwendung von gasgekühlten Kernreaktoren als Wärmequelle, bei der das Kühlgas des Kernreaktors zunächst eine Gasturbine antreibt und dann durch seinen Wärmeinhalt einen dampfförmigen Energieträger zum Antrieb einer Dampfturbine erzeugt, so auszubilden, daß ein Kaltfahren des Kernreaktors ohne Fremdenergie möglich wird. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Antrieb des Verdichters in an sich bekannter Weise mit der Dampfturbine gekuppelt wird. Durch diese Anordnung kann auch nach Ausfall der Gasturbine der bekannte Dampfturbinenprozeß weitergeführt werden, wobei infolge der Kopplung von Verdichter und Dampfturbine die zum Abführen der Restenergie des Kernreaktors benötigte Verdichterleistung im Kühlgaskreislauf aufrechterhalten wird. Hierdurch ist eine Wärmekraftanlage geschaffen worden, welche durch die Unabhängigkeit von Fremdenergieversorgungen erhöhte Sicherheit gewährleistet und die nach dem Ausfall der Gasturbine bis zur Behebung des Schadens als Dampfkraftanlage weiter betrieben werden kann, sofern man nicht eine Abschaltung des Kernreaktors mit »Kaltfahren« einleiten will.
• Die Anordnung gemäß der Erfindung bietet außerdem die Möglichkeit, unter Hinzunahme eines durch fossile Energie oder Kernenergie beheizten Hilfskessels, welcher Dampf zum Anfahren der Dampfturbine liefert, die Anlage ohne zusätzliche Hilfsaggregate ausschließlich mit den auch im Normalbetrieb wirksamen Aggregaten zu starten. Die Kupplung eines Verdichters mit einer Dampfturbine stellt zwar eine bei Wärmekraftanlagen gut bekannte Maßnahme dar, jedoch wird durch die übertragung dieses Aufbaues auf die besonderen Verhältnisse bei Kernenergieanlagen eine hinsichtlich der Sicherheitsbedingungen günstige Anpassung an die Betriebsverhältnisse erzielt.
• Bei einer solchen Wärmekraftanlage kann unter Umständen eine weitere Verbesserung dadurch erreicht werden, daß im Kreislauf des zum Betrieb der Gasturbine benutzten Kühlgases eine die Gasturbine überbrückende, hinsichtlich ihres Durchlasses einstellbare Umwegleitung vorgesehen ist. In einem solchen Aufbau ergibt sich eine gute Regelmöglichkeit mit erweitertem Regelbereich. Das Wärmeübertragungsmedium wird, nachdem es den als Wärmequelle dienenden Kernreaktor durchströmt hat, in einem Kreislauf zum Verdampfen und/oder überhitzen des sekundären, vorzugsweise flüssigen Mediums unter teilweiser Umgehung der Gasturbine gefördert. Im Störungsfalle der Gasturbine ist sie durch die Umwegleitung ganz oder teilweise überbrückt, so daß der für den Verdichterantrieb erforderliche Dampferzeugungsprozeß nicht beeinträchtigt werden kann. Bei ganzem oder teilweisem Ausfall der Gasturbine und direkter Einleitung des Wärmeübertragungsmediums in den zur Dampferzeugung vorgesehenen Wärmeaustauscher, entsteht ein Leistungsüberschuß der Dampfturbine gegenüber der geforderten Antriebsleistung des Verdichters. Es kann daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Dampfturbine zusätzlich zum Verdichter mit einem elektrischen Generator zu kuppeln, dessen Leistungsbedarf dem Leistungsüberschuß gegenüber der im Kühlgaskreislauf benötigten Verdichtungsleistung angepaßt ist. Durch diese Maßnahme läßt sich eine Notstromversorgung der Anlage erreichen, wodurch der Sicherheitsfaktor zusätzlich gesteigert wird. Hierdurch entsteht schließlich eine Wärmekraftanlage, die ohne Fremdenergie in jeder Betriebssituation, d. h. vor allem beim An- und Abfahrvorgang des Kernreaktors, betrieben werden kann.
• In der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Kreislauf vereinfacht als Schema dargestellt. Der Kernreaktor 1 wird durch ein Edelgas, z. B. Helium, durchströmt. Dieses Edelgas durchströmt die Gasturbine 2, wird dort entspaqnt und strömt weiter in den Wärmeaustauscher- 3. In diesem Wärmeaustauscher 3 verdampft und überhitzt es ein sekundäres Medium, z. B. Wasser, das die Dampfturbine 5 betreibt. Mit der Dampfturbine 5 ist erfindungsgerüäß ein Verdichter 4 starr verbunden, in welchem das Edelgas des Primärkreises, nachdem es bei Bedarf den Kühler 7 durchströmt hat, auf den erforderlichen Druck verdichtet wird. An die Gasturbine 2 ist ein Generator 6 angeschlossen zur Leistungsabnahme. An der Dampfturbine 5 ist über die Kupplung 8 ein wahlweise zuzuschaltender Generator 9 vorgesehen. In der die Gasturbine 2 umgebenden Rohrleitung 10 für das Primärkühlgas ist eine Drossel 11 vorgesehen zum Wegdrosseln der Verdichterleistung beim vollen oder teilweisen Betrieb der Anlage als reiner Dampfturbinenprozeß. Mittels des Ventils 12 in dem Primärkreislauf kann die Gasturbine 2 ganz aus dem Kreislauf ausgeschaltet werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Wärmekraftanlage unter Verwendung von gasgekühlten Kernreaktoren als Wärmequelle, bei der das Kühlgas des Kernreaktors eine Gasturbine antreibt und durch seinen Wärmeinhalt in einem Wärmeaustauscher ein dampfförmiges Medium zum Antrieb einer Dampfturbine erzeugt, wobei im Kreislauf des Kühlgases ein Verdichter angeordnet ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet,. daß der Antrieb des Verdichters in an sich bekannter Weise mit der Dampfturbine gekuppelt ist.
2. 2. Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf des zum Betrieb der Gasturbine benutzten Kühlgases in an sich bekannter Weise eine die Gasturbine überbrückende einstellbare Umwegleitung vorgesehen ist.
3. 3. Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfturbine zusätzlich zum Verdichter mit einem elektrischen Generator kuppelbar ist, dessen Leistungsbedarf dem Leistungsüberschuß gegenüber der im Kühlgaskreislauf benötigten Verdichtungsleistung angepaßt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 952 574, 852 018; französische Patentschrift Nr. 1151015; USA.-Patentschrift Nr. 2 653 447.