EA045573B1 - NUCLEAR THERMAL PLANT WITH ELECTRICITY GENERATION IN LOAD-FOLLOWING MODE - Google Patents

NUCLEAR THERMAL PLANT WITH ELECTRICITY GENERATION IN LOAD-FOLLOWING MODE Download PDF

Info

Publication number
EA045573B1
EA045573B1 EA202192576 EA045573B1 EA 045573 B1 EA045573 B1 EA 045573B1 EA 202192576 EA202192576 EA 202192576 EA 045573 B1 EA045573 B1 EA 045573B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
thermal
nuclear
power
reactor
storage system
Prior art date
Application number
EA202192576
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Джесси Р. Третий ЧИТЭМ
Роберт А. КОРБИН
Джон Р. Джиллэнд
Павел ГЕЙЗЛАР
Кевин КРАМЕР
Кристофер А. Мартин
Брайан Моррис
Роберт К. Петроски
Филип М. СКЛОСС
Джошуа К. Уолтер
Марк Р. УЭРНЕР
Original Assignee
Террапауэр
ЭлЭлСи
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Террапауэр, ЭлЭлСи filed Critical Террапауэр
Publication of EA045573B1 publication Critical patent/EA045573B1/en

Links

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявкиCross reference to related applications

В соответствии с параграфом 119(e) Главы 35 Свода Законов США, приоритет заявки на данное изобретение заявляется по дате подачи предварительной заявки США № 62/833623, поданной 12 апреля 2019 г., и предварительной заявки США № 62/929003, поданной 31 октября 2019 г., обе из которых озаглавлены Атомная тепловая станция с генерированием электроэнергии в режиме следования за нагрузкой, описания которых полностью включены в настоящий документ посредством ссылки.Pursuant to 35 USC § 119(e), priority is claimed for this invention as to U.S. Provisional Application No. 62/833623, filed April 12, 2019, and U.S. Provisional Application No. 62/929003, filed October 31. 2019, both entitled Load-following Nuclear Thermal Plant, the descriptions of which are incorporated herein by reference in their entirety.

ПредпосылкиPrerequisites

Область настоящего изобретения относится к ядерным реакторам, а более конкретно, к ядерным реакторам для выработки тепла с улучшенной безопасностью и способностью работы в режиме следования за нагрузкой.The field of the present invention relates to nuclear reactors, and more particularly to nuclear reactors for heat generation with improved safety and load following capability.

В соответствии с известными способами и системами для выработки электроэнергии из ядерного реактора требуется, чтобы ядерный реактор прошел серьезное планирование, строительство и обязательное лицензирование радиационной части перед запуском реактора. Ядерный реактор подключен к энергетическому циклу для преобразования ядерной тепловой энергии в электричество, обычно с помощью паровой турбины, использующей воду в качестве рабочего тела. Несмотря на то, что ядерные реакторы, работающие таким образом, существуют уже несколько десятилетий, типичная установка имеет несколько недостатков.Known methods and systems for generating electricity from a nuclear reactor require that the nuclear reactor undergo significant planning, construction, and mandatory licensing of the radiation portion before starting the reactor. A nuclear reactor is connected to a power cycle to convert nuclear thermal energy into electricity, usually using a steam turbine using water as the working fluid. Although nuclear reactors operating this way have been around for decades, the typical setup has several disadvantages.

Например, радиационная часть, которая содержит зону реактора, системы манипулирования топливом и системы преобразования энергии, обычно работает при высоких температурах и давлениях, что требует больших защитных конструкций. Кроме того, конструкция, расположенная на ядерном оборудовании, также должна быть проинспектирована и должна получить атомную лицензию от регулирующего органа для эксплуатации, что является длительным и дорогостоящим мероприятием.For example, the radiation portion, which contains the reactor area, fuel handling systems, and energy conversion systems, typically operates at high temperatures and pressures, requiring large containment structures. In addition, the structure located on nuclear equipment must also be inspected and must obtain a nuclear license from the regulatory body to operate, which is a time-consuming and expensive undertaking.

Кроме того, реактор подвергается балансу аварийных остановов станции, когда неисправное оборудование вызывает автоматический останов атомной станции. Наконец, атомная электростанция не рассчитана на быстрое изменение мощности и, следовательно, не может эффективно отслеживать потребность в нагрузке от электрической сети.In addition, the reactor is subject to a balance of plant shutdowns, when faulty equipment causes the nuclear plant to automatically shut down. Finally, a nuclear power plant is not designed to rapidly change power and therefore cannot effectively monitor load demand from the electrical grid.

Несмотря на то, что атомные станции предлагают многочисленные и значительные преимущества по сравнению с другими формами производства электроэнергии, было бы желательно обеспечить усовершенствования, которые приводят к более безопасной, более гибкой и эффективной системе для выработки, хранения и преобразования тепловой энергии, а также другие признаки, которые станут очевидными из последующего описания.Although nuclear power plants offer numerous and significant advantages over other forms of electricity generation, it would be desirable to provide improvements that result in a safer, more flexible and efficient system for generating, storing and converting thermal energy, among other features , which will become obvious from the following description.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, атомная электростанция может быть реконфигурирована, перекомпонована и работать как атомная тепловая станция, что обеспечивает многочисленные преимущества. Например, атомная электростанция может быть реконфигурирована и эксплуатироваться для выработки тепловой энергии, которая может транспортироваться дистанционно в теплоаккумулирующую систему. Теплоаккумулирующая система, в свою очередь, может быть соединена с установкой преобразования энергии, которая преобразует тепловую энергию в промышленное тепло, электричество или используется для других полезных целей. Развязывая ядерный реактор от неядерного оборудования станции, включая систему преобразования энергии, можно реализовать множество преимуществ.In accordance with some embodiments, the nuclear power plant can be reconfigured, reconfigured and operated as a nuclear thermal plant, which provides numerous advantages. For example, a nuclear power plant can be reconfigured and operated to generate thermal energy that can be transported remotely to a thermal storage system. The thermal storage system, in turn, can be connected to an energy conversion unit that converts thermal energy into industrial heat, electricity, or other useful purposes. By decoupling the nuclear reactor from the plant's non-nuclear equipment, including the energy conversion system, many benefits can be realized.

Например, обязательное лицензирование может выполняться намного более эффективно, когда в радиационной части установлено меньше оборудования. В некоторых ядерных реакторах теплоносителем является жидкий металл, например, натрий. Когда натрий вступает в контакт с водой, возникает экзотермическая и энергетическая реакция, и должны быть предусмотрены системы безопасности, чтобы подавить эту реакцию и сдержать эту реакцию, если она произойдет. Благодаря размещению паровой установки удаленно от реактора, реактор, тем самым, изолирован от любых водосодержащих систем, которые обычно могут использоваться вместе с атомной электростанцией.For example, compulsory licensing can be carried out much more efficiently when there is less equipment installed in the radiation section. In some nuclear reactors, the coolant is a liquid metal, such as sodium. When sodium comes into contact with water, an exothermic and energetic reaction occurs, and safety systems must be in place to suppress this reaction and contain this reaction if it occurs. By locating the steam plant remotely from the reactor, the reactor is thereby isolated from any water-containing systems that might normally be used in conjunction with a nuclear power plant.

Кроме того, несколько атомных тепловых станций могут быть подключены к общей теплоаккумулирующей системе, что обеспечивает преимущества с точки зрения затрат и времени на строительство, простоту обслуживания, поскольку один или несколько реакторов могут быть остановлены без воздействия на всю атомную тепловую станцию, причем атомная тепловая станция может эффективно доставлять больше энергии в период высокого спроса, чем она могла бы доставить, если бы она была подключена непосредственно к системе преобразования энергии.In addition, several nuclear thermal plants can be connected to a common heat storage system, which provides advantages in terms of cost and construction time, ease of maintenance, since one or more reactors can be shut down without affecting the entire nuclear thermal plant, and the nuclear thermal plant can efficiently deliver more energy during periods of high demand than it could deliver if it were connected directly to the energy conversion system.

В последующем описании представлены концепции, которые предлагают прорывной потенциал для экономики установки ядерного реактора с натриевым теплоносителем, а также атомных электростанций, использующих другие виды топлива, теплоносители и технологии. Эти прорывы могут быть результатом переосмысления технологии для снижения затрат и неопределенности графика или расширения потоков доходов, например, путем поставки электроэнергии и тепла потребителям. В дополнение к экономическим преимуществам, обеспечение возможности решения политических проблем (надежность сети, устойчивость к распространению оружия, возможность экспорта, легкость размещения и т.д.) является фактором, позволяющим реализовать эти преимущества.The following description presents concepts that offer breakthrough potential for the economics of sodium-cooled nuclear reactor installations, as well as nuclear power plants using other fuels, coolants and technologies. These breakthroughs may be the result of rethinking technology to reduce costs and schedule uncertainty or expand revenue streams, for example by delivering electricity and heat to consumers. In addition to economic benefits, ensuring the ability to address political issues (network reliability, proliferation resistance, exportability, ease of deployment, etc.) is a factor in realizing these benefits.

- 1 045573- 1 045573

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Лучшее понимание особенностей, преимуществ и принципов настоящего изобретения будет получено при обращении к последующему подробному описанию, в котором излагаются иллюстративные варианты выполнения и сопровождающие чертежи, на которых:A better understanding of the features, advantages and principles of the present invention will be obtained by reference to the following detailed description, in which illustrative embodiments and accompanying drawings are set forth, in which:

фиг. 1 изображает типичную атомную электростанцию;fig. 1 shows a typical nuclear power plant;

фиг. 2 изображает атомную тепловую станцию, отделенную от установки выработки электроэнергии, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;fig. 2 depicts a nuclear thermal plant separated from a power generation plant, in accordance with some embodiments;

фиг. 3 изображает атомную тепловую станцию, соединенную с теплоаккумулирующей установкой, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;fig. 3 depicts a nuclear thermal plant connected to a thermal storage unit, in accordance with some embodiments;

фиг. 4 изображает атомную тепловую станцию, соединенную с удаленной теплоаккумулирующей установкой с необязательным аккумулятором тепла, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;fig. 4 depicts a nuclear thermal plant coupled to a remote thermal storage unit with an optional thermal storage unit, in accordance with some embodiments;

фиг. 5 изображает атомную тепловую станцию, соединенную с удаленной теплоаккумулирующей системой, которая соединена с внешними нагрузками, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;fig. 5 depicts a nuclear thermal plant connected to a remote thermal storage system that is connected to external loads, in accordance with some embodiments;

фиг. 6 изображает иллюстративное промышленное отопление и требуемые температуры;fig. 6 depicts exemplary industrial heating and required temperatures;

фиг. 7 изображает энергетическую систему, в которой, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения, несколько источников тепла совместно используют общую систему аккумулирования тепла и преобразования энергии;fig. 7 depicts an energy system in which, in some embodiments, multiple heat sources share a common thermal storage and energy conversion system;

фиг. 8 изображает энергетическую систему, в которой, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения, несколько источников тепла совместно используют общую систему аккумулирования тепла и преобразования энергии с вспомогательной системой питания;fig. 8 depicts a power system in which, in accordance with some embodiments, multiple heat sources share a common thermal storage and energy conversion system with an auxiliary power system;

фиг. 9 изображает атомную тепловую станцию, соединенную с удаленной теплоаккумулирующей системой, связанной с внешними нагрузками и дополнительным тепловым использованием, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения;fig. 9 depicts a nuclear thermal plant coupled to a remote thermal storage system associated with external loads and additional thermal use, in accordance with some embodiments;

фиг. 10 изображает гибридную энергетическую систему, в которой, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения, несколько форм генераторов тепловой энергии подключены к общей системе аккумулирования тепла и общей системе преобразования энергии; и фиг. 11 изображает энергетическую систему, в которой, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения, ядерный блок отделен от силового блока интегрированным блоком аккумулирования энергии.fig. 10 depicts a hybrid energy system in which, in accordance with some embodiments, multiple forms of thermal energy generators are connected to a common thermal storage system and a common energy conversion system; and fig. 11 depicts a power system in which, in some embodiments, the nuclear unit is separated from the power unit by an integrated energy storage unit.

Подробное описаниеDetailed description

Последующее подробное описание обеспечивает лучшее понимание признаков и преимуществ изобретений, описанных в настоящем патенте, в соответствии с раскрытыми в настоящем документе вариантами выполнения. Несмотря на то, что подробное описание содержит много конкретных вариантов выполнения, они представлены только в качестве примера и не должны рассматриваться как ограничивающие объем раскрытых в настоящем документе изобретений.The following detailed description provides a better understanding of the features and advantages of the inventions described in this patent in accordance with the embodiments disclosed herein. Although the detailed description contains many specific embodiments, they are presented by way of example only and should not be construed as limiting the scope of the inventions disclosed herein.

В то время как стоимость ядерной энергии важна и заслуживает внимания, доходная часть и политический аспект ядерной энергетики в равной степени заслуживают внимания. Стоимость атомной энергии была важным показателем при описании коммерческой привлекательности при выходе на строго регулируемый коммерциализированный рынок производства электроэнергии с базовой нагрузкой. Поиск подходов к снижению нормативного бремени и расширению возможностей коммерческого рынка является ключом к революционным экономическим изменениям, которые увеличивают доходы при умеренном увеличении затрат. Технические решения политических проблем также имеют стратегическое значение, которое трудно уловить, оценивая стоимость строительства в одночасье. Использование недооцененных в настоящее время факторов, таких как отсутствие выбросов СО2, с возможностью интеграции со все более динамичной электрической сетью, станет более ценным в ближайшие десятилетия.While the cost of nuclear power is important and worthy of attention, the revenue side and political aspect of nuclear power are equally worthy of attention. The cost of nuclear power has been an important metric in describing the commercial attractiveness of entering the highly regulated, commercialized base-load power generation market. Finding approaches to reduce regulatory burdens and expand commercial market opportunities is key to revolutionary economic changes that increase revenues while modestly increasing costs. Technical solutions to policy problems also have strategic implications that are difficult to capture by estimating the cost of construction overnight. Taking advantage of currently undervalued factors such as zero CO 2 emissions, with the ability to integrate with an increasingly dynamic electrical grid, will become more valuable in the coming decades.

Помимо проблем с эксплуатационными расходами в отношении ядерной энергии, связанными со следованием за нагрузкой, производство электроэнергии с базовой нагрузкой не имеет возможности отслеживать доход, поскольку цены на электроэнергию меняются в течение дня, как пиковые электростанции (например, электростанции, которые могут работать только тогда, когда существует высокий или пиковый спрос). Для повышения конкурентоспособности ядерной энергетики в меняющемся энергетическом ландшафте необходимы производственные и технологические инновации, которые позволят ядерной энергетике работать на полную мощность и получить доступ к возможностям рыночных спекуляций в дополнение к производству электроэнергии на полную мощность. В то время, когда цены на электроэнергию ниже себестоимости из-за перебоев в использовании возобновляемых источников энергии, атомным электростанциям требуется альтернативный производственный канал вместо одного только спроса на электроэнергию со следованием за нагрузкой. Это принципиально требует понимания конкурентных преимуществ атомных станций по сравнению с периодически возобновляемыми источниками энергии. Эти конкурентные преимущества приводят к желанию и возможности совмещения с другими производственными процессами для достижения экономии за счет концентрации в процессах производства энергии и изготовления.In addition to nuclear power's load-following operating cost issues, base-load power generation has no ability to track revenue because electricity prices fluctuate throughout the day, like peaking power plants (for example, power plants that can only operate when when there is high or peak demand). Increasing the competitiveness of nuclear power in a changing energy landscape requires manufacturing and technological innovations that will allow nuclear power to operate at full capacity and access market speculation opportunities in addition to producing electricity at full capacity. At a time when electricity prices are below cost due to disruptions in renewable energy sources, nuclear power plants require an alternative production channel instead of load-following electricity demand alone. This fundamentally requires understanding the competitive advantages of nuclear power plants compared to intermittently renewable energy sources. These competitive advantages lead to the desire and ability to combine with other manufacturing processes to achieve economies of concentration in energy production and manufacturing processes.

- 2 045573- 2 045573

Одной из отличительных характеристик ядерной энергетики по сравнению с ветровой, солнечной и другими возобновляемыми источниками энергии является концентрированная мощность на валу до выработки электроэнергии и тепловыделения. Использование этих различий может определить конкурентные преимущества в периоды производства энергии по низким ценам, чтобы либо более эффективно хранить энергию, либо производить другой товарный продукт. Многие предприятия по производству электроэнергии используют паровой цикл Ранкина для преобразования тепловой энергии в электричество. Хотя преобразование мощности на валу в электрическую во вращающемся генераторе имеет высокий КПД (98-99%), преобразование электроэнергии обратно в мощность на валу немного менее эффективно (~95%). Дополнительные потери возникают при повышении напряжения для передачи по линиям электропередачи и понижении напряжения для локального потребления. Точные потери от передачи до потребления зависят от местоположения и расстояния, но общие расчетные потери от производства энергии на атомной электростанции до потребления энергии на объекте для этого примера оцениваются в 24%. Комбинированные потери КПД показывают, что прямая мощность на валу дает прирост КПД на 811% по сравнению с производством электроэнергии на мощность на валу в другом месте. В результате существует потенциальный пограничный арбитраж между производством электроэнергии и работой с прямым приводом на валу с достаточно мощной системой сцепления и зубчатой передачи. Система сцепления и зубчатой передачи будет способна полностью или частично преобразовывать мощность вала в неэлектрическую производственную работу. Задача состоит в том, чтобы запускать/останавливать процессы вплоть до гигаваттного масштаба и соответствующих массовых расходов продукта, чтобы поддерживать огромную рабочую нагрузку.One of the distinguishing characteristics of nuclear power compared to wind, solar and other renewable energy sources is the concentrated shaft power before electricity generation and heat generation. Exploiting these differences can determine competitive advantages during periods of low-cost energy production to either store energy more efficiently or produce a different marketable product. Many power generation plants use the Rankine steam cycle to convert thermal energy into electricity. While converting shaft power to electrical power in a rotating generator is highly efficient (98-99%), converting electrical power back to shaft power is slightly less efficient (~95%). Additional losses occur when the voltage is increased for transmission along power lines and the voltage is decreased for local consumption. The exact losses from transmission to consumption vary by location and distance, but the total estimated losses from energy production at the nuclear power plant to energy consumption at the site for this example are estimated at 24%. The combined efficiency losses show that direct shaft power produces an efficiency gain of 811% compared to generating electricity from shaft power elsewhere. As a result, there is a potential boundary arbitrage between power generation and direct drive operation on a shaft with a sufficiently powerful clutch and gear system. The clutch and gear system will be capable of converting all or part of the shaft power into non-electrical production work. The challenge is to start/stop processes up to gigawatt scale and corresponding product mass flow rates to support huge workloads.

Одним из таких примеров может быть использование аккумулятора энергии сжатого воздуха (CAES) или аккумулятора энергии сжиженного воздуха (LAES), чтобы атомные электростанции могли работать на полную мощность при низких ценах на электроэнергию (и, следовательно, при низком спросе на электроэнергию) за счет обеспечения мощности на валу для сжижения воздуха в дополнение к обеспечению потребностей в электроэнергии базовой нагрузки. Криогенный сжиженный воздух, хранящийся при атмосферном давлении, впоследствии может быть испарен вместе с отработанным ядерным теплом для приведения в действие турбины для выработки электроэнергии. CAES и LAES рассчитаны на масштабирование хранилища в гигаватт-часах и представляют собой значительную возможность для управления энергией. Хранящийся сжиженный воздух затем может приводить в движение турбину во время пиковых цен на электроэнергию, чтобы увести атомную энергетику от ценообразования только при базовой нагрузке. Благодаря масштабируемости технологий CAES и LAES и технической зрелости больших криогенных резервуаров для хранения существует возможность объединить концентрированную мощность на валу ядерной энергетики для криогенного охлаждения и отработанное тепло для кипячения сжиженного воздуха для привода турбины. Такое сочетание возможностей будет более эффективным, чем обеспечивают требования к насосам с электрическим приводом и потребности в аккумулировании тепла предлагаемых в настоящее время технологий CAES и LAES, что дает объединенной технологии конкурентное преимущество по сравнению с любой другой технологией в отдельности. Эта технология, при соответствующем развитии, может быть модернизирована на существующем ядерном парке Соединенных Штатов, который производит 99 ГВт электроэнергии.One such example would be the use of compressed air energy storage (CAES) or liquefied air energy storage (LAES) to enable nuclear power plants to operate at full capacity when electricity prices are low (and therefore electricity demand is low) by providing shaft power for air liquefaction in addition to meeting base load electrical needs. Cryogenic liquefied air stored at atmospheric pressure can later be evaporated along with nuclear waste heat to drive a turbine to generate electricity. CAES and LAES are designed to scale gigawatt-hour storage and represent a significant opportunity for energy management. The stored liquefied air can then drive a turbine during peak electricity prices to move nuclear power away from base-load-only pricing. Because of the scalability of CAES and LAES technologies and the technical maturity of large cryogenic storage tanks, it is possible to combine concentrated nuclear shaft power for cryogenic cooling and waste heat to boil liquefied air to drive a turbine. This combination of capabilities will be more efficient than the electrically driven pumping and thermal storage requirements of currently offered CAES and LAES technologies, giving the combined technology a competitive advantage over any other technology alone. This technology, with appropriate development, could be retrofitted to the existing United States nuclear fleet, which produces 99 GW of electricity.

Тогда как наиболее вероятное использование CAES и LAES заключается в производстве энергии, более избирательная перегонка сжиженного сжатого воздуха также может дать потоки газов высокого качества в качестве товарного продукта. Примером может быть продажа потоков чистого кислорода путем температурной перегонки для медицинских целей или производства энергии для компаний, которые надеются упростить улавливание углерода, удалив осложнения, связанные с производством NOX и SOX путем сжигания только природного газа и кислорода. Это открывает возможность совместного размещения электростанций, работающих на природном газе, с электростанциями CAES-Nuclear для упрощения улавливания углерода. Оставшиеся дистиллированные газы могут быть использованы из-за их низкой температуры, удельного значения газа или потребляться в турбине, например, для производства электроэнергии.While the most likely use of CAES and LAES is for energy production, more selective distillation of liquefied compressed air can also produce high quality gas streams as a marketable product. An example would be the sale of thermally distilled pure oxygen streams for medical purposes or energy production to companies that hope to simplify carbon capture by removing the complications associated with producing NOX and SOX by burning only natural gas and oxygen. This opens up the possibility of co-locating natural gas power plants with CAES-Nuclear power plants to facilitate carbon capture. The remaining distilled gases can be used for their low temperature, gas specific value, or consumed in a turbine, for example to generate electricity.

Другим аналогичным применением полезной мощности в США является экспортный рынок сжиженного природного газа (СПГ), спрос на который продолжает расти и достиг к 2019 году приблизительно 8,9 миллиарда кубических футов в день. В настоящее время в технологическом процессе потребляется до 10% исходного газа для сжижения. Используя более консервативную оценку для процесса сжижения, равную 4100 кДж/кг, для поддержки текущего процесса сжижения требуется около 230 ГВт-ч энергии в год. Атомные электростанции могут сыграть значительную роль в увеличении экспорта СПГ в остальной мир либо за счет прямого сжатия, либо за счет комбинации с аккумулятором энергии CAES с использованием холодного CAES с одной стороны теплообменника и природного газа - с другой. В этой комбинированной системе природный газ сжижается для хранения или экспорта, а сжатый воздух закипает для вращения электрической турбины. В любом случае воздух и природный газ можно подавать на электростанцию и легко обрабатывать, и они относительно легко поддаются операциям запуск - останов для адаптации к режиму следования за нагрузкой.Another similar use of usable capacity in the United States is the liquefied natural gas (LNG) export market, for which demand continues to grow, reaching approximately 8.9 billion cubic feet per day by 2019. Currently, the technological process consumes up to 10% of the original gas for liquefaction. Using a more conservative estimate for the liquefaction process of 4100 kJ/kg, approximately 230 GWh of energy per year is required to support the current liquefaction process. Nuclear power plants can play a significant role in increasing LNG exports to the rest of the world, either through direct compression or through a combination with CAES energy storage using cold CAES on one side of the heat exchanger and natural gas on the other. In this combined system, natural gas is liquefied for storage or export, and compressed air is boiled to drive an electric turbine. In any case, air and natural gas can be supplied to the power plant and easily processed, and are relatively easy to start-stop operations to adapt to load following mode.

Другой пример перекачки текучей среды - это массовая перекачка гидроэнергии/обновление водоAnother example of fluid transfer is mass hydropower transfer/water renewal.

- 3 045573 носного горизонта в качестве разумного применения для запуска/останова. Если предположить, что рыночные ценовые сигналы разовьются в следующем десятилетии, чтобы гарантировать масштабные усилия по откачке воды и связанных с ними трубопроводов, повышение эффективности при использовании прямой мощности на валу для обновления водоносного горизонта может составить более семи квадрильонов единиц энергии (т.е. один квадрильон составляет 1015 BTU, или 1,055x101s Дж) или больше в год. Предположительно, меры по регенерации воды уменьшат необходимое усилие по откачке, но, вероятно, не устранят потребность в замене воды. Кроме того, это насосное усилие также представляет собой мощную закачиваемую гидроэнергетику, которая может работать в обратном направлении вдоль трубопровода для дополнения периодически возникающих источников энергии и пополнения местных водоносных горизонтов.- 3 045573 nose horizon as a reasonable application for start/stop. Assuming that market price signals develop over the next decade to warrant large-scale pumping efforts and associated pipelines, the efficiency gains from using direct shaft power to renew an aquifer could amount to more than seven quadrillion energy units (i.e., one a quadrillion is 10 15 BTU, or 1.055x101 s J) or more per year. Presumably, water reclamation measures will reduce the required pumping effort, but will likely not eliminate the need for water replacement. In addition, this pumping force also represents powerful pumped hydropower that can work backwards along the pipeline to supplement intermittent energy sources and replenish local aquifers.

Как указывалось выше, сконцентрированная мощность на валу является лишь одной из отличительных характеристик ядерной энергии по сравнению с солнечной, ветровой и другими вариантами возобновляемой энергии. В промышленных процессах для производства таких продуктов, как рафинированное масло, кокс и сталь, химикаты, цемент и т.д., требуется\ как энергия, так и определенная температура. Минимальная температура, необходимая для протекания химического процесса, является ключевым фактором, определяющим наилучший первичный источник энергии. Несмотря на то, что потребление первичного тепла зависит от конкретного рынка, требования к температуре для данного процесса являются универсальными. Несмотря на то, что для процессов существует целый спектр требований к температуре, основные интересные температуры, по-видимому, составляют 100-250°C, при производстве пара и горячей воды, в процессах нефтепереработки (нефтехимии) в диапазоне 250-550°C, а также в высокотемпературных процессах для цемента, чугуна, производство стали и стекла при температуре >1000°C. Если смотреть на энергетический рынок в целом, нефтепереработка потребляет более 6 квадрильонов единиц энергии в год, а продукция лесного хозяйства - немногим более 3 квадрильонов единиц энергии в год.As stated above, concentrated shaft power is just one of the distinguishing characteristics of nuclear power compared to solar, wind and other renewable energy options. In industrial processes, both energy and temperature are required to produce products such as refined oil, coke and steel, chemicals, cement, etc. The minimum temperature required for a chemical process to occur is a key factor in determining the best primary energy source. Although primary heat consumption varies by market, the temperature requirements for a given process are universal. Although there is a range of temperature requirements for processes, the main temperatures of interest seem to be 100-250°C, in steam and hot water production, in petroleum refining (petrochemical) processes in the range of 250-550°C, as well as in high temperature processes for cement, cast iron, steel and glass production at temperatures >1000°C. Looking at the energy market as a whole, petroleum refining consumes more than 6 quadrillion units of energy per year, and forestry products consume just over 3 quadrillion units of energy per year.

В настоящее время ископаемое топливо удовлетворяет как масштабу потребности в энергии, так и температуре. В мире безуглеродной энергетики найти лучший способ заменить полезность и универсальность ископаемого топлива является сложной задачей. В случае ветровой, солнечной энергий и гидроэнергетики они могут генерировать значительное количество энергии, но они не производят значительного количества высококачественного тепла. Эти источники энергии должны подвергнуться другому преобразованию энергии, чтобы получить технологическое тепло более высокого качества. Дополнительные этапы, такие как резистивные нагреватели или производство водорода с помощью доменных печей, должны быть включены в ценообразование на эти источники энергии. Также может потребоваться дополнительное аккумулирование энергии для достижения высоких коэффициентов мощности для работы промышленного оборудования 24 ч в сутки или принятия упущенной возможности с установками с низким коэффициентом мощности.Currently, fossil fuels meet both the scale of energy demand and temperature. In a carbon-free energy world, finding the best way to replace the utility and versatility of fossil fuels is a challenge. In the case of wind, solar and hydropower, they can generate significant amounts of energy, but they do not produce significant amounts of high-quality heat. These energy sources must undergo another energy conversion to produce higher quality process heat. Additional steps such as resistance heaters or hydrogen production using blast furnaces must be included in the pricing of these energy sources. Additional energy storage may also be required to achieve high power factors to operate industrial equipment 24 hours a day or to accept lost opportunity with low power factor installations.

Конкурируя за счет тепла, а не электроэнергии, атомная электростанция имеет ценовую конкуренцию, основанную на долларах США за MMBTU при температуре по сравнению с долларами США за 1 кВт (эл.), преобразованную в требуемую температуру. Одна из наиболее очевидных отправных точек конкуренции - прямое производство и потребление пара. Продукция лесного хозяйства потребляет 1,3 квадрильонов единиц энергии пара в год, что составляет более 45 ГВт тепловых атомных электростанций, работающих круглосуточно, просто на переработки пара. При производстве продуктов лесного хозяйства часть процесса создает отходы, такие как черный щелок (например, отходы крафт-процесса при переработке балансовой древесины в бумажную массу с удалением лигнина, гемицеллюлозы и других экстрактивных веществ из древесины для высвобождения целлюлозных волокон), биомассы и другого остаточного топлива, которые сжигаются для получения технологического тепла для получения пара. Остальная часть необходимого топлива в настоящее время пополняется углем или природным газом. Использование ядерной энергии для производства пара высвобождает 1330 тепловых BTU (1,3 квадрильонов единиц энергии) первичной энергии для использования в других высокотемпературных применениях, таких как нефтеперерабатывающие заводы или производство цемента. Путем использования ядерной тепловой энергии для обеспечения высококачественного технологического тепла для лесной промышленности, рекуперированная энергия лесных продуктов может обеспечить потребности в энергии как для производства цемента, так и для производства стекла в Соединенных Штатах (в сумме менее 1 квадрильона единиц энергии) с запасом энергии. Сжигание продуктов лесного хозяйства считается углеродно-нейтральным действием и, следовательно, позволяет использовать ядерную замену производства пара для непосредственной поддержки высокотемпературных процессов. Несмотря на то, что источник топлива для производства цемента обладает большой степенью универсальности, обеспечение возможности транспортировки и использования лесных топливных продуктов в других использованиях первичного тепла может потребовать технологических инноваций. Подобно продукции лесного хозяйства, химическая промышленность в целом потребляет 1,2 квадрильона единиц энергии пара, который может быть напрямую заменен паром, создаваемым ядерной энергией. Однако такое вытеснение энергии не освобождает полностью возобновляемый источник топлива, а просто снижает количество природного газа и угля, необходимое для управления процессом, даже если возобновляемые источники энергии такBy competing on heat rather than electricity, a nuclear power plant has price competition based on US$ per MMBTU at temperature versus US$ per 1 kW(e) converted to the required temperature. One of the most obvious starting points for competition is the direct production and consumption of steam. Forestry products consume 1.3 quadrillion units of steam energy per year, which amounts to more than 45 GW of thermal nuclear power plants operating 24 hours a day just to process steam. In the production of forestry products, part of the process generates wastes such as black liquor (e.g. waste from the kraft process of converting pulpwood into paper pulp, removing lignin, hemicellulose and other extractives from the wood to release cellulosic fibres), biomass and other residual fuels , which are burned to produce process heat to produce steam. The rest of the required fuel is currently supplied by coal or natural gas. Using nuclear power to produce steam frees up 1,330 thermal BTUs (1.3 quadrillion energy units) of primary energy for use in other high-temperature applications such as oil refineries or cement production. By using nuclear thermal energy to provide high-quality process heat for the forest industry, recovered energy from forest products can meet the energy needs of both cement and glass production in the United States (totaling less than 1 quadrillion energy units) with energy to spare. Combustion of forest products is considered carbon neutral and therefore allows for nuclear replacement of steam production to directly support high temperature processes. Although the fuel source for cement production has a high degree of versatility, ensuring that forest fuel products can be transported and used in other primary heat uses may require technological innovation. Like forestry products, the chemical industry as a whole consumes 1.2 quadrillion units of steam energy, which can be directly replaced by steam generated by nuclear power. However, this energy displacement does not completely free up the renewable fuel source, but simply reduces the amount of natural gas and coal needed to drive the process, even if the renewable energy sources are so

- 4 045573 же сжигаются для поддержки их преобразования в продукты.- 4 045573 are burned to support their conversion into products.

Другое использование пара, создаваемого с помощью ядерной энергии, может быть комбинацией атомной электростанции, которая производит пар для электролиза водорода, в то время как источники энергии периодического действия производят дешевую электроэнергию, и производства электроэнергии, когда источники энергии периодического действия отключены. По мере увеличения температуры пара требуется меньше электричества для проведения электролиза. Однако повышение эффективности использования электроэнергии при более высоких температурах может быть экономически неинтересным в мире, где пиковые периодические выработки электроэнергии приводят к тому, что стоимость электроэнергии становится слишком дешевой для измерения. Если стоимость оборудования для электролиза может быть дешевым образом интегрирована в байпасный паропровод, то ядерный реактор может легко перейти, частично или полностью, на электролиз в периоды низкой стоимости электроэнергии. Это позволяет атомным станциям конкурировать в производстве тепла при низких ценах на электроэнергию и в производстве электроэнергии при более высоких ценах на электроэнергию. Получающееся в результате производство водорода следует рассматривать не только как механизм аккумулирования энергии, но, скорее, как источник промышленных потребностей в тепле >1000°C, например, для производства цемента, железа, стали и стекла.Another use of steam generated by nuclear power could be a combination of a nuclear power plant that produces steam for hydrogen electrolysis while batch power sources produce cheap electricity, and electricity production when batch power sources are shut down. As the temperature of the steam increases, less electricity is required to carry out electrolysis. However, improving energy efficiency at higher temperatures may not be economically interesting in a world where peak intermittent power generation causes the cost of electricity to become too cheap to meter. If the cost of electrolysis equipment can be cheaply integrated into a steam bypass line, then a nuclear reactor can easily switch, partially or completely, to electrolysis during periods of low energy costs. This allows nuclear plants to compete in heat production when electricity prices are low and in electricity production when electricity prices are higher. The resulting hydrogen production should be considered not only as an energy storage mechanism, but rather as a source of industrial heat requirements >1000°C, for example for the production of cement, iron, steel and glass.

В случае усовершенствованных ядерных реакторов, которые имеют более высокую температуру на выходе из реактора, становятся доступными более прямые возможности для промышленных процессов. Например, более высокая температура на выходе из реактора может использоваться в качестве предварительного нагревателя для других промышленных процессов или в качестве первичного источника тепла для химического процесса. В случае переработки нефти существует значительная потребность в энергии при перегонке и крекинге углеводородов, требующих более 6 квадрильонов (британских тепловых единиц, BTU; эквивалентна 2,05x1016 Дж) энергии. Реактор с натриевым охлаждением может быть основным источником тепла для ряда низкотемпературных процессов крекинга, а тепло реактора также может быть повышено до требуемых пиковых температур нефтеперерабатывающего завода с помощью электрического нагрева или небольших количеств ископаемого топлива. Большая часть технической проблемы в этом случае состоит в том, чтобы минимизировать количество теплообменников/потерь во время теплообмена, а также разработать технологию для нефтеперерабатывающих заводов, позволяющую принимать температурные и энергетические входные параметры, отличные от параметров нефти, электричества и пара. Примером может служить замена теплообменника соль/масло в традиционной камере сжигания для высокотемпературного крекинга. Другие типы усовершенствованных ядерных реакторов, такие как, например, реактор на расплавленной соли, могут использоваться для непосредственного получения необходимого более высокотемпературного промышленного технологического тепла.With advanced nuclear reactors, which have higher reactor outlet temperatures, more direct options for industrial processes become available. For example, the higher reactor outlet temperature can be used as a preheater for other industrial processes or as a primary heat source for a chemical process. In the case of petroleum refining, there is a significant energy requirement in distilling and cracking hydrocarbons, requiring more than 6 quadrillion (British thermal units, BTU; equivalent to 2.05x1016 J) energy. A sodium-cooled reactor can be the primary heat source for a number of low-temperature cracking processes, and reactor heat can also be increased to the required peak refinery temperatures using electrical heating or small quantities of fossil fuels. Much of the technical challenge here is to minimize the number of heat exchangers/losses during heat exchange, and to develop technology for refineries to accept temperature and energy inputs other than oil, electricity, and steam. An example would be replacing a salt/oil heat exchanger in a traditional high temperature cracking combustion chamber. Other types of advanced nuclear reactors, such as the molten salt reactor, can be used to directly produce the required higher temperature industrial process heat.

Возможности аккумулирования тепла также существуют для разделения производства тепла и использования тепла для атомных теплоэлектростанций.Thermal storage capabilities also exist for the separation of heat production and heat utilization for nuclear thermal power plants.

Предложение общего характера состоит в том, чтобы использовать первичный теплоноситель атомных теплоэлектростанций для нагрева большого теплового аккумулятора, например, солей с фазовым переходом, и перекачивать их в большие резервуары. Эти большие резервуары с нагретыми солями можно затем использовать для производства электроэнергии, например, с помощью парового цикла Ранкина или для подачи технологического тепла в зависимости от конкретного применения. Разделяя производство тепла и прямое его использование, аккумулятор тепла представляет собой гибкое средство для следования за нагрузкой при производстве электроэнергии, работая на полную мощность и заполняя резервуары горячей соли, но производя электричество в более ценное время во время пикового спроса или более традиционное производство энергии при постоянной нагрузке. Этот подход также позволяет атомной электростанции работать как пиковая станция для возможностей ценовой спекуляции, продолжая при этом работать на полной мощности. Дополнительная экономия средств также существует, если атомная электростанция и первичный теплоноситель/солевые теплообменники и хранилища соли могут быть разделены, поскольку они не важны для безопасности реактора, поэтому правила строительства и оборудования для производства электроэнергии аналогичны неядерным электростанциям. Это позволяет использовать стандартные коммерческие протоколы безопасности, затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (О&М) и стандарты качества, которые могут оправдать использование любых теплообменников или наличие потерь тепла за счет откачки горячих солей из безопасного места атомной электростанции. По сути, энергосистема для атомной электростанции может быть построена в среде, отличной от NQA1 (с соответствующими операциями по техническому обслуживанию), чтобы получить от существующих солнечно-тепловых соляных энергетических компаний коммерчески конкурентоспособные конструкции.A general proposal is to use the primary coolant from nuclear thermal power plants to heat a large thermal accumulator, such as phase change salts, and pump them into large reservoirs. These large reservoirs of heated salts can then be used to generate electricity, such as through a Rankine steam cycle, or to supply process heat depending on the specific application. By separating heat production from direct heat use, a thermal storage provides a flexible means of following load-following power generation, running at full capacity and filling hot salt reservoirs, but producing electricity at a more valuable time during peak demand or more traditional power generation at constant load. This approach also allows the nuclear power plant to operate as a peaking station for price speculation opportunities while continuing to operate at full capacity. Additional cost savings also exist if the nuclear power plant and primary coolant/salt heat exchangers and salt storage can be separated as these are not critical to reactor safety, so construction and power generation equipment rules are similar to non-nuclear power plants. This allows the use of standard commercial safety protocols, operation and maintenance (O&M) costs, and quality standards that can justify the use of any heat exchangers or the presence of heat loss by pumping hot salts from the safety of the nuclear power plant. Essentially, the power system for a nuclear power plant can be built in a non-NQA1 environment (with associated maintenance operations) to obtain commercially competitive designs from existing solar thermal salt power companies.

Реакторы с более высокой температурой, такие как реакторы с натриевым охлаждением, на расплаве соли, высокотемпературные газовые реакторы и другие, также могут участвовать в производстве водорода с использованием процессов, отличных от ветряных и фотоэлектрических солнечных, в дополнение к паровому электролизу, который обсуждался выше. Одним из примеров высокотемпературных процессов является цикл медь-хлор. В этом цикле технологическое тепло от 400 до 500°C используется для производства водорода и кислорода. На последнем этапе цикла используется электролиз при температуHigher temperature reactors such as sodium cooled reactors, molten salt reactors, high temperature gas reactors and others can also be involved in hydrogen production using processes other than wind and solar PV, in addition to steam electrolysis discussed above. One example of high temperature processes is the copper-chlorine cycle. In this cycle, process heat of 400 to 500°C is used to produce hydrogen and oxygen. The last stage of the cycle uses electrolysis at a temperature

- 5 045573 ре окружающей среды для рециркуляции всех химикатов, кроме воды, которая превращается в газ. Этот процесс представляет собой интересную возможность поставлять с отслеживанием дешевую электроэнергию, произведенную во время пика ветровой и солнечной энергии. При непрерывной эксплуатации высокотемпературной атомной теплоэлектростанции для производства водорода и кислорода затраты на оборудование и эксплуатацию и техническое обслуживание оправдываются при заполнении резервуаров медно-хлорными реагентами для электролиза. Когда электричество становится дешевым, электролиз при температуре окружающей среды используется для преобразования содержимого резервуаров обратно в соответствующие исходные химические продукты, чтобы снова запустить цикл. Этот процесс аналогичен по сущности заполнению соляных резервуаров горячей солью, которая будет использоваться в более позднее время, но более конкретно адаптирована к конечному химическому продукту. Этот пример необязательно используется для отстаивания цикла медь-хлор, но общая идея в том, что электроснабжение - это другой подход, чем аккумулирование энергии для удовлетворения спроса. Этот процесс также позволяет использовать большую часть оборудования атомной станции, используемого для производства водорода, при этом только некоторые резервуары и электролизное оборудование простаивают во время нормальной работы.- 5 045573 re environment for recycling of all chemicals except water, which turns into gas. This process presents an interesting opportunity to deliver traceable, low-cost electricity generated during peak wind and solar energy periods. When continuously operating a high-temperature nuclear power plant to produce hydrogen and oxygen, the equipment and O&M costs are justified by filling the tanks with copper-chlorine electrolysis reagents. When electricity becomes cheap, electrolysis at ambient temperatures is used to convert the contents of the tanks back into the appropriate raw chemicals to start the cycle again. This process is similar in essence to filling salt tanks with hot salt to be used at a later time, but is more specifically tailored to the final chemical product. This example is not necessarily used to advocate the copper-chlorine cycle, but the general idea is that electricity supply is a different approach than energy storage to meet demand. The process also allows most of the nuclear plant's equipment used to produce hydrogen to be used, with only some tanks and electrolysis equipment being idle during normal operation.

Эти особенности и преимущества, наряду со многими другими, могут быть реализованы путем перестройки атомной электростанции, которая позволяет размещать атомную тепловую станцию с промышленными и химическими системами нагрева, уменьшая площадь, занимаемую квалификационной областью NQA1, и загружая следующие возможности при эксплуатации ядерного реактора на полной мощности.These features and benefits, along with many others, can be realized through a nuclear power plant redesign that allows the nuclear thermal plant to be housed with industrial and chemical heating systems, reducing the footprint of the NQA1 qualification area and loading the following capabilities when operating the nuclear reactor at full power .

На фиг. 1 показана типичная атомная электростанция 100. Конструкция атомной электростанции 100 состоит из двух основных частей: радиационной части и турбинного оборудования. Центром радиационной части является зона 102 ядерного реактора, в которой находится ядерный реактор. Зона обращения с топливом 104 примыкает к зоне реактора, и обе конструкции обычно расположены внутри защитной зоны 106. Защитная зона 106 может содержать конструкцию защитной оболочки, которая может быть выполнена из армированной стали, бетона или свинца, или из комбинации материалов, которая создает конструкцию, окружающую ядерный реактор. Его конструкция и функция заключаются в том, чтобы удерживать выходящий радиоактивный пар или газ, и во многих случаях он предназначен для удержания выходящего газа под давлением до 550 кПа или более. Конструкция защитной оболочки спроектирована как последняя линия защиты от проектных аварий. Стоимость строительства защитной конструкции прямо пропорциональна не только размеру реактора, но также зависит от неядерных систем и компонентов станции, которые необходимо разместить в нем. Радиационная часть также содержит вспомогательные компоненты, такие как насосы, контуры текучей среды, диспетчерскую и другие вспомогательные компоненты.In fig. 1 shows a typical nuclear power plant 100. The design of the nuclear power plant 100 consists of two main parts: the radiation part and the turbine equipment. The center of the radiation part is the nuclear reactor zone 102, in which the nuclear reactor is located. Fuel handling area 104 is adjacent to the reactor area, and both structures are typically located within containment area 106. Containment area 106 may include a containment structure, which may be made of reinforced steel, concrete, or lead, or a combination of materials that creates a structure, surrounding a nuclear reactor. Its design and function is to contain the escaping radioactive vapor or gas, and in many cases it is designed to hold the escaping gas at a pressure of up to 550 kPa or more. The containment structure is designed as the last line of defense against design basis accidents. The cost of constructing a containment structure is directly proportional not only to the size of the reactor, but also depends on the non-nuclear systems and plant components that need to be housed within it. The radiation portion also contains auxiliary components such as pumps, fluid circuits, control room and other auxiliary components.

Зона 104 обращения с топливом, которая может находиться внутри защитной зоны 106, спроектирована так, чтобы обеспечивать возможность перезагрузки топлива со скоростью, обеспечивающей непрерывную работу реактора. Она также содержит подкритическое топливо вне активной зоны реактора и предотвращает повреждение и загрязнение топлива. Она также может содержать оборудование для перемещения тепловыделяющих стержней и тепловыделяющих сборок, например для перезагрузки топлива в активную зону реактора.The fuel handling area 104, which may be located within the containment area 106, is designed to allow fuel reloading at a rate that allows continued operation of the reactor. It also contains subcritical fuel outside the reactor core and prevents fuel damage and contamination. It may also contain equipment for moving fuel rods and fuel assemblies, for example for reloading fuel into the reactor core.

К зоне реактора и части радиационной части примыкают парогенераторы 108. В некоторых случаях парогенераторы 108 находятся внутри защитной зоны 106 и подают перегретый пар в паровые турбины 110. Парогенераторы 108 получают тепловую мощность от реактора и передают тепловую энергию паровым турбинам 110, которые преобразуют энергию пара в механическую энергию. В некоторых установках радиоактивная вода проходит через паровые турбины 110, которые должны находиться в пределах радиологически контролируемой зоны атомной электростанции. Паровые турбины 110, в свою очередь, механически связаны с генераторами 112, которые преобразуют механическую энергию паровых турбин 110 в электричество.Adjacent to the reactor zone and part of the radiation section are steam generators 108. In some cases, steam generators 108 are located inside the containment zone 106 and supply superheated steam to steam turbines 110. Steam generators 108 receive thermal power from the reactor and transfer thermal energy to steam turbines 110, which convert the steam energy into mechanical energy. In some installations, radioactive water passes through steam turbines 110, which must be located within the radiologically controlled area of the nuclear power plant. The steam turbines 110 are in turn mechanically coupled to generators 112, which convert the mechanical energy of the steam turbines 110 into electricity.

Зона 114 проверки тепловыделяющих стержней может находиться на месте для проведения пострадиационного обследования (PIE) и анализа. Зона 114 проверки тепловыделяющих стержней часто примыкает к области 104 обращения с топливом, чтобы использовать общее оборудование для обращения с топливом. Зона 114 проверки тепловыделяющих стержней может дополнительно содержать горячую камеру для хранения и исследования облученных топливных стержней.Fuel rod inspection area 114 may be on site for post-irradiation inspection (PIE) and analysis. The fuel rod inspection area 114 is often adjacent to the fuel handling area 104 to share common fuel handling equipment. Fuel rod inspection area 114 may further comprise a hot chamber for storing and testing irradiated fuel rods.

Как показано на фиг. 1, может потребоваться, чтобы защитная зона 106 охватывала зону 102 реактора, а также зону 104 обращения с топливом. В некоторых случаях конструкции парогенераторов 108 и связанное с ними оборудование находится за пределами защитной зоны 106, но во многих случаях требуется, чтобы они находились внутри защитной зоны 106. Один или несколько контуров с теплоносителем используются для передачи тепла из зоны 102 реактора через теплообменник в теплоноситель, который не только охлаждает активную зону ядерного реактора, но также позволяет теплу переноситься за пределы защитной зоны в конструкции парогенераторов 108. Во многих случаях первичный контур с теплоносителем получает тепло от активной зоны реактора через первичный теплообменник и передает тепловую энергию вторичному контуру с теплоносителем через вторичный теплообменник. Во многихAs shown in FIG. 1, the containment zone 106 may be required to cover the reactor zone 102 as well as the fuel handling zone 104. In some cases, the steam generator designs 108 and associated equipment are located outside the containment zone 106, but in many cases they are required to be within the containment zone 106. One or more coolant loops are used to transfer heat from the reactor zone 102 through a heat exchanger into the coolant. , which not only cools the nuclear reactor core, but also allows heat to be transferred outside the containment zone in the steam generator design 108. In many cases, the primary coolant loop receives heat from the reactor core through the primary heat exchanger and transfers thermal energy to the secondary coolant loop through the secondary heat exchanger In many

- 6 045573 случаях теплоноситель в первичном контуре с теплоносителем становится радиоактивным. Многие реакторы, используемые в настоящее время, в качестве теплоносителя и замедлителя нейтронов используют воду под высоким давлением. Первичный теплоноситель обычно претерпевает фазовый переход жидкости в пар, поскольку он поглощает тепловую энергию из активной зоны реактора и затем передает тепловую энергию вторичному контуру.- 6 045573 cases, the coolant in the primary coolant circuit becomes radioactive. Many reactors currently in use use high-pressure water as a coolant and neutron moderator. The primary coolant typically undergoes a liquid-to-vapour phase change as it absorbs thermal energy from the reactor core and then transfers thermal energy to the secondary circuit.

Теплоноситель во вторичном контуре, который также может быть водой, получает тепло от первичного контура теплоносителя и претерпевает фазовый переход жидкости в пар, который используется для приведения в действие парогенераторов. Этот перегретый пар обычно находится под высоким давлением, что требует принятия мер безопасности для удержания пара высокого давления и высокой температуры в случае нарушения целостности.The coolant in the secondary circuit, which can also be water, receives heat from the primary coolant circuit and undergoes a phase change from liquid to steam, which is used to drive steam generators. This superheated steam is usually under high pressure, requiring safety measures to contain the high pressure and high temperature steam in the event of a breach.

В некоторых случаях первичный и/или вторичный теплоноситель может быть другим материалом, например расплавленным металлом. Например, в некоторых быстрых реакторах в качестве теплоносителя используется расплавленный металл, такой как жидкий натрий. В других случаях в качестве теплоносителя можно использовать расплав соли. И расплавленные металлы, и соли имеют низкое давление пара даже при высоких температурах и, таким образом, способны передавать тепло при более низких давлениях, чем вода при аналогичных температурах.In some cases, the primary and/or secondary coolant may be another material, such as molten metal. For example, some fast reactors use molten metal such as liquid sodium as the coolant. In other cases, molten salt can be used as a coolant. Both molten metals and salts have low vapor pressure even at high temperatures and are thus capable of transferring heat at lower pressures than water at similar temperatures.

Атомная электростанция 100 обычно защищена границей 120 объекта, которая может включать периметр безопасности, такой как высокий забор с колючей проволокой. Атомная электростанция 100 и связанные с ней здания, конструкции, системы, трубопроводы и т.д. могут называться ядерным объектом, который находится в границах 120 ядерного объекта. Для обеспечения безопасности ядерного объекта обычно используются дополнительные меры безопасности, такие как ворота на всех точках доступа, охрана на точках доступа, камеры наблюдения, датчики движения и/или электрифицированные ограждения, среди прочего.Nuclear power plant 100 is typically protected by a facility boundary 120, which may include a security perimeter such as a high fence with barbed wire. Nuclear power plant 100 and associated buildings, structures, systems, piping, etc. may be called a nuclear facility that is located within the boundaries of a 120 nuclear facility. To ensure the security of a nuclear facility, additional security measures are typically used, such as gates at all access points, security guards at access points, surveillance cameras, motion sensors, and/or electrified fencing, among others.

Атомная электростанция 100 дополнительно должна иметь зону аварийного планирования (ЗАП), которая требуется для подготовки к серьезным авариям на атомной электростанции. Во многих случаях ЗАП находится в радиусе 10 миль (около 16,5 км) от атомной электростанции 100.Nuclear power plant 100 must additionally have an emergency planning area (EPA), which is required to prepare for serious accidents at the nuclear power plant. In many cases, the ZAP is within 10 miles (about 16.5 km) of nuclear power plant 100.

Как показано на фиг. 2, зона 202 реактора и зона 204 обращения с топливом расположены внутри защитной зоны 206, имеющей защитную конструкцию. Эти два основных здания вместе с диспетчерской составляют радиационную часть. По сравнению с типичной атомной электростанцией, показанной на фиг. 1, видно, что парогенераторы, паровые турбины, генераторы и зона проверки тепловыделяющих стержней больше не находятся в радиационной части. Скорее, эти компоненты были установлены удаленно от радиационной части. Проиллюстрированная зона 202 реактора выполнена как атомная тепловая станция 200 и спроектирована и эксплуатируется для выработки тепла (в отличие от электричества, как на типичной атомной электростанции). В проиллюстрированной конфигурации система 208 аккумулирования тепла удалена от ядерного оборудования и принимает тепловую энергию от атомной теплоэлектростанции 200. Следует отметить, что тепловая энергия, генерируемая атомной теплоэлектростанцией 200, транспортируется за пределы ядерного оборудования и во многих случаях за границу 210 объекта и даже за пределы ЗАП.As shown in FIG. 2, the reactor zone 202 and the fuel handling zone 204 are located within a containment zone 206 having a containment structure. These two main buildings, together with the control room, make up the radiation section. Compared to a typical nuclear power plant shown in FIG. 1, it can be seen that the steam generators, steam turbines, generators and the fuel rod testing area are no longer located in the radiation part. Rather, these components were installed remotely from the radiation section. The illustrated reactor area 202 is configured as a nuclear thermal plant 200 and is designed and operated to generate heat (as opposed to electricity as in a typical nuclear power plant). In the illustrated configuration, the thermal storage system 208 is remote from the nuclear equipment and receives thermal energy from the nuclear thermal power plant 200. It should be noted that the thermal energy generated by the nuclear thermal power plant 200 is transported outside the nuclear equipment and, in many cases, outside the facility boundary 210 and even outside the APP. .

Одно непосредственное преимущество этой конфигурации состоит в том, что аккумулятор 208 тепла и установки 212 выработки энергии находятся за пределами области регулирования ядерной энергетики. Это позволяет построить и лицензировать атомную тепловую станцию 200 гораздо более эффективно, чем это возможно с атомной электростанцией.One immediate advantage of this configuration is that the thermal storage 208 and power generation units 212 are outside the regulatory domain of nuclear power. This allows the nuclear thermal plant 200 to be built and licensed much more efficiently than is possible with a nuclear power plant.

Конструкция ядерного реактора, изображенная на фиг. 2, может представлять собой ядерный реактор любого подходящего типа. Например, ядерный реактор может включать, но не ограничивается этим, ядерный реактор с тепловым спектром, ядерный реактор с быстрым спектром, ядерный реактор с множеством спектров, ядерный реактор-размножитель или реактор на бегущей волне. Тепловая энергия, производимая ядерным реактором, может передаваться в систему аккумуляции тепла с использованием системы 214 передачи энергии.The nuclear reactor design shown in FIG. 2 may be any suitable type of nuclear reactor. For example, a nuclear reactor may include, but is not limited to, a thermal spectrum nuclear reactor, a fast spectrum nuclear reactor, a multiple spectrum nuclear reactor, a nuclear breeder reactor, or a traveling wave reactor. The thermal energy produced by the nuclear reactor may be transferred to the thermal storage system using the energy transfer system 214.

В некоторых вариантах выполнения в ядерном реакторе может использоваться топливо, которое не требует тяжелого оборудования для работы с топливом, такого как для перезагрузки тепловыделяющих стержней или для перезагрузки реактора. Следовательно, в этих вариантах выполнения область 204 обращения с топливом может быть намного меньше, чем требуется для перемещения тепловыделяющих стержней и тепловыделяющих сборок в активную зону реактора и из нее. Такой реактор может представлять собой, среди других, реактор бассейнового типа или реактор на расплавленной соли. Одним из преимуществ реактора этого типа является то, что зона 204 обращения с топливом может быть намного меньше, и, следовательно, радиационная часть и/или защитная зона 206 могут быть меньше, чем обычно требуется для реакторов, в которых используются тепловыделяющие стержни и тепловыделяющие сборки, и поэтому требуется тяжелое оборудование для их работы и обращения с ними.In some embodiments, a nuclear reactor may use fuel that does not require heavy fuel handling equipment, such as for fuel rod refueling or reactor refueling. Therefore, in these embodiments, the fuel handling area 204 may be much smaller than that required to move fuel rods and fuel assemblies into and out of the reactor core. Such a reactor may be a pool reactor or a molten salt reactor, among others. One advantage of this type of reactor is that the fuel handling zone 204 can be much smaller, and therefore the radiation portion and/or containment zone 206 can be smaller than typically required for reactors that use fuel rods and fuel assemblies. , and therefore require heavy equipment to operate and handle them.

Ядерный реактор, в некоторых вариантах выполнения, может представлять собой ядерный реактор с жидким теплоносителем. Например, жидкий теплоноситель ядерного реактора может содержать, помимо прочего, жидкий металлический или солевой теплоноситель (например, хлорид урана, трихлорид урана, тетрахлорид урана, фторид лития, фторид бериллия или другие хлоридные или фторидные соли),The nuclear reactor, in some embodiments, may be a liquid-cooled nuclear reactor. For example, a nuclear reactor coolant liquid may contain, among other things, a metallic or salt coolant liquid (e.g., uranium chloride, uranium trichloride, uranium tetrachloride, lithium fluoride, beryllium fluoride, or other chloride or fluoride salts),

- 7 045573 жидкометаллический теплоноситель (например, натрий, NaK, другие сплавы натрия, свинец или свинецвисмут), жидкий органический теплоноситель (например, дифенил с дифенилоксидом) или жидкий теплоноситель на водной основе.- 7 045573 liquid metal heat transfer fluid (for example sodium, NaK, other sodium alloys, lead or lead-bismuth), organic heat transfer fluid (for example diphenyl with diphenyl oxide) or water-based heat transfer fluid.

В другом варианте выполнения ядерный реактор может представлять собой ядерный реактор, имеющий теплоноситель на основе сжатого газа. Например, теплоноситель на основе сжатого газа может содержать, но не ограничивается этим, сжатый газообразный гелий или сжатый газообразный диоксид углерода.In another embodiment, the nuclear reactor may be a nuclear reactor having a compressed gas coolant. For example, the compressed gas coolant may comprise, but is not limited to, compressed helium gas or compressed carbon dioxide gas.

В другом варианте выполнения ядерный реактор может представлять собой ядерный реактор, имеющий теплоноситель смешанных фаз. Например, теплоноситель смешанных фаз может содержать, но не ограничивается этим, материал смешанной фазы газ-жидкость (например, водяной пар - жидкая вода).In another embodiment, the nuclear reactor may be a nuclear reactor having a mixed phase coolant. For example, the mixed-phase coolant may comprise, but is not limited to, a gas-liquid mixed-phase material (eg, steam-liquid water).

Система 208 аккумулирования тепла может представлять собой любую подходящую установку для аккумулирования тепла, известную в настоящее время или которая будет создана позже. В некоторых вариантах выполнения система аккумулирования тепла способна аккумулировать тепловую энергию в диапазоне 500°С или выше. В некоторых случаях система аккумулирования тепла хранит энергию при 550, 600, 700, 750°С или выше. В некоторых случаях система 208 аккумулирования тепла предназначена для хранения тепловой энергии выше 1000°С. В некоторых вариантах выполнения система 208 аккумулирования тепла имеет несколько тепловых резервуаров и сохраняет тепловую энергию при различных температурах.The thermal storage system 208 may be any suitable thermal storage installation currently known or hereafter developed. In some embodiments, the thermal storage system is capable of storing thermal energy in the range of 500°C or higher. In some cases, the thermal storage system stores energy at 550, 600, 700, 750°C or higher. In some cases, the thermal storage system 208 is designed to store thermal energy above 1000°C. In some embodiments, the thermal storage system 208 has multiple thermal reservoirs and stores thermal energy at different temperatures.

Система 208 аккумулирования тепла находится в тепловом сообщении с ядерным реактором посредством системы 214 передачи энергии. Система 214 передачи энергии получает тепловую энергию от первичного теплообменника, связанного с ядерным реактором. Например, первичный теплоноситель ядерного реактора проходит через первичный теплообменник и передает тепловую энергию из активной зоны реактора в систему 214 передачи энергии, таким образом охлаждая первичный теплоноситель и передавая тепловую энергию системе 214 передачи энергии. Система 214 может считаться вторичным контуром теплоносителя, предназначенным для приема тепловой энергии от первичного контура теплоносителя и передачи тепловой энергии в систему 208 аккумулирования тепла.The thermal storage system 208 is in thermal communication with the nuclear reactor through the energy transfer system 214. The power transfer system 214 receives thermal energy from a primary heat exchanger associated with the nuclear reactor. For example, the primary coolant of a nuclear reactor passes through the primary heat exchanger and transfers thermal energy from the reactor core to the power transfer system 214, thereby cooling the primary coolant and transferring the thermal energy to the power transfer system 214. The system 214 may be considered a secondary coolant loop designed to receive thermal energy from the primary coolant loop and transfer the thermal energy to the thermal storage system 208 .

Например, первая часть системы 214 передачи энергии может находиться в тепловом сообщении с частью первичного контура теплоносителя ядерного реактора, а вторая часть системы 214 передачи энергии может находиться в тепловом сообщении с системой 208 аккумулирования тепла.For example, a first portion of the power transfer system 214 may be in thermal communication with a portion of the primary coolant loop of a nuclear reactor, and a second portion of the power transfer system 214 may be in thermal communication with a thermal storage system 208 .

Специалистам в данной области техники будет понятно, что комбинация теплообменных контуров, теплообменников и тепловых труб может использоваться совместно для подачи тепла из ядерного реактора в систему 214 передачи энергии и в систему 208 аккумулирования тепла. Например, первичный теплообменник, содержащий несколько тепловых труб, может использоваться для обеспечения теплового контакта первого теплообменного контура ядерного реактора с системой 214 передачи энергии. Второй теплообменник, который также может содержать несколько тепловых трубок, может использоваться для обеспечения теплового контакта системы 214 передачи энергии с системой 208 аккумулирования тепла. Таким образом, тепловая энергия, генерируемая ядерным реактором, может передаваться в систему 208 аккумулирования тепла. Система 214 передачи энергии может использовать жидкий металл, соль или некоторую другую рабочую текучую среду для облегчения переноса тепла. В качестве альтернативы, система 214 передачи энергии может находиться в непосредственном тепловом сообщении с аккумулирующими средами в системе 208 аккумулирования тепла, например, там, где аккумулирующие среды могут перемещаться из системы 208 аккумулирования тепла и переходить в первичный теплообменник в корпусе реактора.Those skilled in the art will appreciate that a combination of heat exchange loops, heat exchangers, and heat pipes may be used together to supply heat from a nuclear reactor to the power transfer system 214 and the thermal storage system 208 . For example, a primary heat exchanger comprising multiple heat pipes may be used to provide thermal contact between the first heat exchange loop of a nuclear reactor and the power transfer system 214. A second heat exchanger, which may also include multiple heat pipes, may be used to provide thermal contact between the power transfer system 214 and the thermal storage system 208. Thus, thermal energy generated by the nuclear reactor can be transferred to the thermal storage system 208. The power transfer system 214 may use liquid metal, salt, or some other working fluid to facilitate heat transfer. Alternatively, the power transfer system 214 may be in direct thermal communication with the storage media in the thermal storage system 208, for example, where the storage media may be transferred from the thermal storage system 208 to a primary heat exchanger in the reactor vessel.

Система 212 выработки энергии может располагаться ниже по потоку от системы 208 аккумулирования тепла и находиться в тепловом сообщении с системой 208 аккумулирования тепла. Результатом такого типа конфигурации является то, что радиационная часть отделена от системы 212 выработки энергии. Другими словами, неисправность, возникающая в оборудовании, связанном с системой 212 выработки энергии или системой 208 аккумулирования тепла, не оказывает немедленного воздействия на ядерный реактор. В традиционных системах ядерных реакторов неисправность оборудования, связанного с системой 212 выработки энергии, часто вызывает автоматическое и немедленное отключение активной зоны реактора. Обычно это предусмотрено в качестве меры безопасности, чтобы обойти проблему с избыточным генерируемым теплом без достаточной теплопередающей способности для отвода избыточного тепла из системы ядерного реактора.The power generation system 212 may be located downstream of the thermal storage system 208 and be in thermal communication with the thermal storage system 208 . The result of this type of configuration is that the radiation portion is separated from the power generation system 212. In other words, a malfunction occurring in equipment associated with the power generation system 212 or thermal storage system 208 does not immediately affect the nuclear reactor. In conventional nuclear reactor systems, a malfunction of equipment associated with the power generation system 212 often causes an automatic and immediate shutdown of the reactor core. This is usually provided as a safety measure to circumvent the problem of excess heat being generated without sufficient heat transfer capacity to remove excess heat from the nuclear reactor system.

В некоторых случаях система 208 аккумулирования тепла имеет большую емкость по тепловой энергии, чем расчетная выходная тепловая мощность реактора. Например, система 208 аккумулирования тепла может быть спроектирована для доставки 1200 МВт-ч энергии, в то время как ядерный реактор спроектирован и эксплуатируется для выработки 400 МВт-ч энергии. Это обеспечивает системе 208 аккумулирования тепла возможность аккумулирования избыточной энергии сверх того, что доставляет ядерный реактор, и доставки этой энергии на электростанцию 212 по мере необходимости. Например, если потребность в нагрузке системы 208 аккумулирования тепла ниже, чем мощность реактора, система 208 аккумулирования тепла заряжается дополнительной тепловой энергией. В течение времени высокойIn some cases, the thermal storage system 208 has a greater thermal energy capacity than the design thermal output of the reactor. For example, thermal storage system 208 may be designed to deliver 1200 MWh of energy, while a nuclear reactor is designed and operated to produce 400 MWh of energy. This allows thermal storage system 208 to store excess energy in excess of what the nuclear reactor provides and deliver that energy to power plant 212 as needed. For example, if the load demand of the thermal storage system 208 is lower than the power of the reactor, the thermal storage system 208 is charged with additional thermal energy. During the time of high

- 8 045573 нагрузки, когда потребность в нагрузке на систему 208 аккумулирования тепла больше, чем выходная мощность реактора, система 208 аккумулирования тепла опорожняется.- 8 045573 load, when the load demand on the thermal storage system 208 is greater than the power output of the reactor, the thermal storage system 208 is emptied.

Как далее проиллюстрировано на фиг. 2, установка 212 выработки энергии соединена с системой 208 аккумулирования тепла. Система 212 выработки энергии может быть любой системой 212 выработки энергии, которая известна в настоящее время или которая будет разработана позднее. В некоторых вариантах выполнения система 212 выработки энергии получает тепловую энергию от системы 208 аккумулирования тепла и преобразует тепловую энергию в электрическую.As further illustrated in FIG. 2, the power generation unit 212 is connected to the thermal storage system 208. The power generation system 212 may be any power generation system 212 that is currently known or that will be developed later. In some embodiments, the power generation system 212 receives thermal energy from the thermal storage system 208 and converts the thermal energy into electrical energy.

В некоторых случаях тепловая энергия проходит через парогенератор для создания пара высокой температуры и высокого давления, который может использоваться для приведения в действие паровой турбины. Паровая турбина, в свою очередь, приводит в действие генератор и преобразует механическую работу паровой турбины в электричество, которое, как известно, может быть передано в электрическую сеть.In some cases, thermal energy is passed through a steam generator to create high temperature, high pressure steam that can be used to drive a steam turbine. The steam turbine, in turn, drives a generator and converts the mechanical work of the steam turbine into electricity, which, as is known, can be transmitted to the electrical grid.

В других случаях тепловая энергия от системы 208 аккумулирования тепла может быть доставлена к твердотельным устройствам, генерирующим электричество, которые преобразуют тепло непосредственно в электричество без необходимости генерировать пар или преобразовывать тепловую энергию в механическую работу. Такие системы в настоящее время находятся в разработке, при этом раскрытые варианты выполнения хорошо подходят для связи с будущим разработанным планом выработки энергии, который требует тепла для генерации электроэнергии.In other cases, thermal energy from thermal storage system 208 may be delivered to solid-state electrical generating devices that convert heat directly into electricity without the need to generate steam or convert thermal energy into mechanical work. Such systems are currently in development, and the disclosed embodiments are well suited to interface with a future developed power generation plan that requires heat to generate electricity.

Система 208 аккумулирования тепла находится в тепловом сообщении с системой 212 выработки энергии с помощью любых подходящих средств. Например, для доставки тепловой энергии от системы 208 аккумулирования тепла в систему 212 выработки энергии может быть задействована система 216 доставки энергии. Например, система 216 доставки энергии может содержать контур текучей среды, имеющий первую часть, находящуюся в тепловом сообщении с системой 208 аккумулирования тепла, например, посредством теплообменника, и вторую часть, находящуюся в тепловом сообщении с системой 212 выработки энергии, например, посредством другого теплообменника. Теплообменники могут представлять собой любые подходящие теплообменники, такие как, помимо прочего, кожухотрубные теплообменники, двухтрубные теплообменники, пластинчатые теплообменники, конденсаторы, испарители, бойлеры или комбинацию одного или нескольких различных типов теплообменников.The thermal storage system 208 is in thermal communication with the power generation system 212 by any suitable means. For example, a power delivery system 216 may be employed to deliver thermal energy from thermal storage system 208 to power generation system 212 . For example, energy delivery system 216 may include a fluid circuit having a first portion in thermal communication with a thermal storage system 208, such as through a heat exchanger, and a second portion in thermal communication with a power generation system 212, such as through another heat exchanger. . The heat exchangers may be any suitable heat exchangers, such as, but not limited to, shell-and-tube heat exchangers, two-tube heat exchangers, plate heat exchangers, condensers, evaporators, boilers, or a combination of one or more different types of heat exchangers.

Проиллюстрированная конфигурация и применение системы 208 аккумулирования тепла позволяют изолировать ядерный реактор от задач преобразования энергии. Это дает множество преимуществ. Например, ядерный реактор больше не подвержен переходным процессам за пределами границы 210 объекта, которые могут вызвать баланс аварийных остановов станции. С этими типами неисправностей можно справиться, не останавливая ядерный реактор. На традиционных атомных электростанциях переходный режим работы станции приводит к отключению реактора, что является проблемой с экономической точки зрения и с точки зрения безопасности. Эти переходные процессы могут быть вызваны сбоями в неядерных системах станции, таких как неисправный компонент парогенератора, паровой турбины или какой-либо другой вспомогательный компонент, который вызывает остановку ядерного реактора. Эти вопросы больше не являются проблемой для атомной тепловой станции 200, поскольку ядерный реактор отделен от неядерных систем станции. Система 212 выработки энергии, система 208 аккумулирования тепла или система ядерного реактора могут быть безопасно остановлены, например, для обслуживания, без воздействия на другие системы.The illustrated configuration and application of thermal storage system 208 allows the nuclear reactor to be isolated from energy conversion tasks. This offers many benefits. For example, a nuclear reactor is no longer subject to transients outside the plant boundary 210 that could cause a plant shutdown balance. These types of faults can be dealt with without shutting down the nuclear reactor. In traditional nuclear power plants, transient operation of the plant results in reactor shutdown, which is a problem from an economic and safety point of view. These transients can be caused by failures in the plant's non-nuclear systems, such as a faulty steam generator component, steam turbine, or some other auxiliary component that causes the nuclear reactor to shut down. These issues are no longer an issue for Nuclear Thermal Plant 200 because the nuclear reactor is separated from the plant's non-nuclear systems. The power generation system 212, thermal storage system 208, or nuclear reactor system can be safely shut down, such as for maintenance, without affecting other systems.

Например, система ядерного реактора может быть остановлена и переведена в автономный режим, в то время как система 208 аккумулирования тепла может продолжать подавать тепловую энергию в систему 212 выработки энергии, которая продолжает вырабатывать энергию. Аналогичным образом, система 212 выработки энергии может быть остановлена или работать с пониженной мощностью, в то время как система ядерного реактора продолжает вырабатывать тепловую энергию и по существу заряжает систему 208 аккумулирования тепла. В некоторых вариантах выполнения система ядерного реактора работает на полную мощность, и тепловая энергия передается в систему 208 аккумулирования тепла, которая полностью независима от нагрузки на систему 212 выработки энергии. Нагрузка на систему 212 выработки энергии имеет тенденцию меняться в течение дня, недели, месяца и сезона, тогда как система ядерного реактора способна непрерывно работать на полную мощность независимо от нагрузки.For example, a nuclear reactor system may be shut down and taken offline while thermal storage system 208 may continue to provide thermal energy to power generation system 212, which continues to produce power. Likewise, the power generation system 212 may be stopped or operated at reduced power while the nuclear reactor system continues to generate thermal energy and essentially charges the thermal storage system 208. In some embodiments, the nuclear reactor system operates at full power and thermal energy is transferred to the thermal storage system 208, which is completely independent of the load on the power generation system 212. The load on the power generation system 212 tends to vary throughout the day, week, month, and season, whereas a nuclear reactor system is capable of continuously operating at full power regardless of load.

Кроме того, на атомных тепловых станциях, которые используют реактор с натриевым охлаждением, перемещение системы генерации пара, как описано, в удаленное место, повышает безопасность, поскольку существует очень небольшой или нулевой риск того, что вода из парового цикла будет взаимодействовать с натрием, используемым в ядерном реакторе.Additionally, in nuclear thermal plants that use a sodium-cooled reactor, moving the steam generation system as described to a remote location increases safety since there is very little or no risk that water from the steam cycle will react with the sodium used in a nuclear reactor.

На традиционной атомной электростанции промежуточный контур теплоносителя передает тепловую энергию от первого контура теплоносителя реактора к парогенератору, подвергающемуся радиационному воздействию, поскольку он находится в непосредственной близости от активной зоны ядерного реактора и должен быть выполнен с возможностью выдерживать этот вид излучения, разрушающего строительные материалы. Например, некоторые металлы могут стать хрупкими из-за радиационного упрочнения, что снижает ударную вязкость и приводит к возможным хрупким трещинам. В описанной схеме промежуточный контур теплоносителя удален от ядерного реактора (или полностью исключен) иIn a traditional nuclear power plant, the intermediate coolant loop transfers thermal energy from the primary reactor coolant loop to the steam generator, which is exposed to radiation since it is in close proximity to the nuclear reactor core and must be designed to withstand this type of radiation that destroys building materials. For example, some metals can become brittle due to radiation hardening, which reduces toughness and leads to possible brittle cracks. In the described scheme, the intermediate coolant circuit is removed from the nuclear reactor (or completely excluded) and

- 9 045573 может быть изготовлен из материалов, которые легче найти и изготовить, и поэтому они менее дороги и более доступны.- 9 045573 can be made from materials that are easier to find and make, and are therefore less expensive and more accessible.

Как проиллюстрировано, система 208 аккумулирования тепла и система 212 выработки энергии находятся за пределами границы 210 объекта ядерной тепловой станции 200. В частности, атомная тепловая станция 200 находится в пределах границы 210 объекта, такой как защищенный забор, и все оборудование в пределах объекта подлежит строгому ядерному регулированию. Там, где неядерные системы установки, такие как система 208 аккумулирования тепла и система 212 выработки энергии, расположены удаленно и за пределами границы 210 объекта, эти системы подвержены регулированию в значительно меньшей степени, что делает строительство, лицензирование и эксплуатацию намного более эффективными. Эти неядерные системы установки могут быть также размещены за пределами ЗАП.As illustrated, the thermal storage system 208 and the power generation system 212 are located outside the site boundary 210 of the nuclear thermal plant 200. Specifically, the nuclear thermal plant 200 is located within the site boundary 210, such as a secure fence, and all equipment within the site is subject to strict nuclear regulation. Where non-nuclear plant systems, such as thermal storage system 208 and power generation system 212, are located remotely and outside the site boundary 210, these systems are subject to significantly less regulation, making construction, licensing and operation much more efficient. These non-nuclear installation systems may also be located outside the ZAP.

В некоторых вариантах выполнения атомная тепловая станция 200 может содержать ядерный реактор, который является безопасным по своей сути, и размер ЗАП может быть таким, чтобы он совпадал с границей 210 объекта. В других случаях размер ЗАП может быть такой, чтобы она находилась в пределах границы 210 объекта. В любом случае размещение неядерных систем станции за пределами границы 210 ядерного объекта дает многочисленные преимущества с точки зрения безопасности, эффективности, а также скорости строительства и лицензирования.In some embodiments, the nuclear thermal plant 200 may contain a nuclear reactor that is inherently safe, and the size of the RAP may be such that it coincides with the boundary 210 of the facility. In other cases, the size of the AR may be such that it is within the object boundary 210. In any case, locating non-nuclear plant systems outside the nuclear facility boundary 210 provides numerous benefits in terms of safety, efficiency, and speed of construction and licensing.

Кроме того, в описанной конструкции атомная тепловая станция 200 способна работать в режиме следования за нагрузкой. Следование за нагрузкой - это концепция регулирования выходной мощности, когда спрос на электроэнергию колеблется в течение дня. Традиционная атомная электростанция обычно работает на полную мощность все время и обычно не меняет свою выходную мощность. В описанной конструкции атомная тепловая станция 200 может работать на полной мощности, которая может быть спроектирована с учетом требований базовой нагрузки электрической сети. Базовая нагрузка на электрическую сеть - это минимальный уровень спроса за определенный период времени. Этот спрос может быть удовлетворен с помощью электростанций непрерывного действия, диспетчерской генерации (например, энергосистемы по требованию), набора более мелких периодически возникающих источников энергии или сочетания источников энергии. Остальная часть спроса, изменяющаяся в течение дня, может быть удовлетворена за счет управляемой генерации, которую можно быстро увеличить или уменьшить, например, электростанций, следующих за нагрузкой, пиковых электростанций или аккумулирования энергии.In addition, in the described design, the nuclear thermal plant 200 is capable of operating in a load following mode. Load following is the concept of adjusting power output when electricity demand fluctuates throughout the day. A traditional nuclear power plant typically operates at full power all the time and usually does not change its power output. In the described design, the nuclear thermal plant 200 can operate at full power, which can be designed to meet the base load requirements of the electrical grid. The base load on the electrical grid is the minimum level of demand for a certain period of time. This demand can be met by continuous power plants, dispatchable generation (such as an on-demand grid), a collection of smaller intermittent power sources, or a combination of power sources. The rest of the demand, which varies throughout the day, can be met by dispatchable generation that can be ramped up or down quickly, such as load-following power plants, peaking power plants, or energy storage.

Выходная тепловая энергия атомной тепловой станции 200 хранится в системе 208 аккумулирования тепла и доставляется в систему 212 выработки энергии по мере необходимости. Другими словами, атомная тепловая станция 200 может заряжать аккумулятор тепла с почти постоянной скоростью, а система 208 аккумулирования тепла может обеспечивать тепловую энергию в систему 212 выработки энергии для генерации электроэнергии, которая соответствует спросу на электрическую нагрузку от электрической сети. Таким образом, атомная тепловая станция 200 может удовлетворять не только требованиям базовой нагрузки, но также обеспечивать возможность следования за нагрузкой при непрерывной работе на полной мощности или почти на полной мощности.The thermal output of nuclear thermal plant 200 is stored in thermal storage system 208 and delivered to power generation system 212 as needed. In other words, the nuclear thermal plant 200 can charge the thermal storage device at a nearly constant rate, and the thermal storage system 208 can provide thermal energy to the power generation system 212 to generate electricity that matches the electrical load demand from the electrical grid. Thus, the nuclear thermal plant 200 can satisfy not only base load requirements, but also provide the ability to follow the load while operating continuously at full power or near full power.

Кроме того, поскольку система аккумулирования тепла может иметь размер больше, чем тот, который атомная тепловая станция 200 выполнена с возможностью снабжать, атомная тепловая станция 200 может заряжать систему аккумулирования тепла во время непикового потребления электроэнергии. На многих электростанциях, следующих за нагрузкой, они работают днем и ранним вечером и работают в непосредственной зависимости от изменения спроса на электроснабжение. Электростанция может отключиться рано вечером или ночью, когда спрос низкий, а затем снова запускаться, когда спрос возрастает в течение дня. В описанных конструкциях атомная тепловая станция 200 может работать непрерывно, а произведенная тепловая энергия может храниться до тех пор, пока она не понадобится для генерации электроэнергии или какой-либо другой цели. В некоторых случаях атомная тепловая станция 200 может производить меньше тепловой энергии, чем требуется для удовлетворения потребности в пиковой нагрузке, но, поскольку она может заряжать аккумулятор тепла в непиковые периоды использования, общий выход энергии из атомной тепловой станции 200 может обеспечивать базовую нагрузку и спрос на пиковую нагрузку с течением времени.In addition, since the thermal storage system may be larger in size than what the nuclear thermal plant 200 is configured to supply, the nuclear thermal plant 200 may charge the thermal storage system during off-peak electricity demand. Many load-following power plants operate during the day and early evening and operate in direct response to changes in demand for electricity supply. A power plant may shut down early in the evening or at night when demand is low, and then start up again when demand increases during the day. In the described designs, the nuclear thermal plant 200 can operate continuously and the thermal energy produced can be stored until needed for power generation or some other purpose. In some cases, nuclear thermal plant 200 may produce less thermal energy than required to meet peak load demand, but because it can charge a thermal storage unit during off-peak periods of use, the total energy output from nuclear thermal plant 200 can meet base load and demand. peak load over time.

В других случаях атомная тепловая станция 200 может производить больше энергии, чем требуется для удовлетворения потребности в базовой нагрузке. Например, атомная тепловая станция 200 может производить достаточно тепловой энергии для использования для удовлетворения потребности в базовой нагрузке, плюс избыточная тепловая энергия для удовлетворения требований пиковой нагрузки, а также для обеспечения дополнительной тепловой энергии для других промышленных целей.In other cases, nuclear thermal plant 200 may produce more power than is required to meet base load demand. For example, nuclear thermal plant 200 may produce enough thermal energy to be used to meet base load demand, plus excess thermal energy to meet peak load requirements, as well as to provide additional thermal energy for other industrial purposes.

На фиг. 3 проиллюстрирована атомная тепловая станция 200, которая содержит ядерный реактор 302, вырабатывающий тепло. Ядерный реактор 302 находится в тепловом сообщении с системой 304 аккумулирования тепла. Система 304 аккумулирования тепла находится в тепловом сообщении с системой 306 преобразования энергии, которая находится в сообщении с внешней нагрузкой 308.In fig. 3 illustrates a nuclear thermal plant 200 that includes a nuclear reactor 302 that produces heat. Nuclear reactor 302 is in thermal communication with thermal storage system 304. The thermal storage system 304 is in thermal communication with the energy conversion system 306, which is in communication with the external load 308.

Ядерный реактор 302, генерирующий тепло, может представлять собой ядерный реактор любого подходящего типа, известный в настоящее время или который будет создан позже, такой как реакторыThe heat generating nuclear reactor 302 may be any suitable type of nuclear reactor now known or to be developed later, such as

- 10 045573 деления или термоядерные реакторы. Такие подходящие реакторы включают, но не ограничиваются этим, ядерные реакторы на быстрых нейтронах, ядерные реакторы на тепловых нейтронах, ядерные реакторы на тяжелой воде, ядерные реакторы с легководным замедлителем, реакторы на расплавленных солях, реакторы с жидкометаллическим теплоносителем, ядерные реакторы с органическим замедлителем, реакторы с водяным охлаждением, ядерные реакторы с газовым охлаждением, реакторы размножения и сжигания, и это лишь некоторые из них. Кроме того, ядерный реактор 302, генерирующий тепло, может представлять собой ядерный реактор любого подходящего размера, такой как небольшой модульный реактор, микрореактор и даже реактор мощностью до гигаватт или больше. Кроме того, в интегрированной системе преобразования энергии можно использовать один или несколько реакторов, которые могут быть реакторами одного типа или реакторами разных типов и размеров.- 10 045573 fission or fusion reactors. Such suitable reactors include, but are not limited to, fast neutron nuclear reactors, thermal neutron nuclear reactors, heavy water nuclear reactors, light water moderated nuclear reactors, molten salt reactors, liquid metal cooled reactors, organic moderated nuclear reactors, water cooled reactors, gas cooled nuclear reactors, breeder and combustion reactors, to name a few. In addition, the heat generating nuclear reactor 302 may be any suitable size nuclear reactor, such as a small modular reactor, a micro reactor, or even a gigawatt or larger reactor. In addition, one or more reactors may be used in an integrated energy conversion system, which may be the same type of reactor or reactors of different types and sizes.

Граница 310 ядерного объекта представляет собой физический барьер, окружающий ядерную тепловую станцию 200, и предназначена для защиты ядерного реактора 302. Во многих случаях граница 310 объекта окружает радиационную часть, которая, как ранее было указано в связи с описанными вариантами выполнения, может иметь намного меньший размер, чем на типичных атомных электростанциях. Система 304 аккумулирования тепла расположена за пределами границы 310 ядерного объекта. Как описано, система 304 аккумулирования тепла может представлять собой систему 304 аккумулирования тепла любого подходящего типа и может использовать любой подходящий тип среды аккумулирования тепла. Например, теплоносители могут включать эвтектические растворы, материалы с фазовым переходом, сплавы с интервалом несмешиваемости, смеси металлов (например, AlSi12), материалы на основе цемента, расплавленные соли (например, хлоридные соли, нитрат натрия, нитрат калия, нитрат кальция, NaKMg или NaKMg-Cl, среди прочих), твердый или расплавленный кремний или комбинации этих или других материалов.Nuclear site boundary 310 is a physical barrier surrounding nuclear thermal plant 200 and is intended to protect nuclear reactor 302. In many cases, site boundary 310 surrounds a radiation portion, which, as previously discussed in connection with the described embodiments, may have much less size than typical nuclear power plants. The thermal storage system 304 is located outside the nuclear facility boundary 310. As described, the thermal storage system 304 may be any suitable type of thermal storage system 304 and may use any suitable type of thermal storage medium. For example, heat transfer fluids may include eutectic solutions, phase change materials, immiscibility range alloys, mixtures of metals (e.g. AlSi 12 ), cement-based materials, molten salts (e.g. chloride salts, sodium nitrate, potassium nitrate, calcium nitrate, NaKMg or NaKMg-Cl, among others), solid or molten silicon, or combinations of these or other materials.

В некоторых примерах теплоноситель также используется в качестве теплоносителя в системе 312 передачи энергии и/или в системе 314 доставки энергии. Таким образом, система 312 передачи энергии может проточно сообщаться с системой 306 преобразования энергии, и при этом теплопередающая среда системы 312 передачи энергии может напрямую взаимодействовать с теплоаккумулирующей средой системы 304 аккумулирования тепла. Аналогичным образом, в некоторых примерах система 314 доставки энергии может использовать теплопередающую среду, которая является теплоаккумулирующей средой системы 304 аккумулирования тепла. В некоторых случаях система 304 аккумулирования тепла может находиться в прямом жидкостном контакте с системой 314 доставки энергии.In some examples, the coolant is also used as a coolant in the power transmission system 312 and/or in the power delivery system 314. Thus, the power transfer system 312 can be in fluid communication with the power conversion system 306, and the heat transfer medium of the power transfer system 312 can directly interact with the heat storage medium of the thermal storage system 304. Likewise, in some examples, the energy delivery system 314 may use a heat transfer medium that is the thermal storage medium of the thermal storage system 304. In some cases, the thermal storage system 304 may be in direct fluid contact with the energy delivery system 314.

Система 304 аккумулирования тепла находится в тепловом сообщении с ядерным реактором 302 посредством системы 312 передачи энергии, которая может находиться в тепловом контакте с ядерным реактором 302 и системой 304 аккумулирования тепла посредством теплообменников. Система 312 передачи энергии передает тепловую энергию, обычно через изолированные трубопроводы, в систему 304 аккумулирования тепла, где тепловая энергия накапливается до тех пор, пока она не понадобится.The thermal storage system 304 is in thermal communication with the nuclear reactor 302 via a power transfer system 312, which may be in thermal contact with the nuclear reactor 302 and the thermal storage system 304 via heat exchangers. The power transfer system 312 transfers thermal energy, typically through insulated piping, to a thermal storage system 304 where the thermal energy is stored until needed.

Система 304 аккумулирования тепла находится в тепловом сообщении с системой 306 преобразования энергии, например, посредством системы 314 доставки энергии. Система 306 преобразования энергии может иметь любой подходящий тип известной в настоящее время технологии или технологии, которая будет разработана позже, которая способна преобразовывать тепловую энергию в полезную энергию в другой формы. В некоторых примерах система 306 преобразования энергии использует паровую турбину, которая может работать по циклу Ранкина, для преобразования пара в механическую работу. Во многих случаях пар проходит через паровую турбину, которая вращает вал генератора для выработки электричества.The thermal storage system 304 is in thermal communication with the energy conversion system 306, for example, through the energy delivery system 314. The energy conversion system 306 may be of any suitable type of technology currently known or later developed that is capable of converting thermal energy into useful energy in another form. In some examples, the power conversion system 306 uses a steam turbine, which may operate in a Rankine cycle, to convert steam into mechanical work. In many cases, the steam passes through a steam turbine, which spins a generator shaft to generate electricity.

Система 314 доставки энергии может представлять собой любую подходящую комбинацию теплопередающего оборудования. В некоторых случаях один или несколько теплообменников связаны с каждой из системы 304 аккумулирования тепла и системы 306 преобразования энергии. Рабочая текучая среда, имеющаяся в системе 314 доставки энергии (например, в контуре текучей среды), получает тепловую энергию от системы 304 аккумулирования тепла в одном или нескольких теплообменниках, связанных с системой 304 аккумулирования тепла, и доставляет тепловую энергию в систему 306 преобразования энергии в одном или нескольких теплообменниках, связанных с системой преобразования энергии. Система 314 доставки энергии может использовать любую подходящую рабочую текучую среду, как описано в настоящем документе.The energy delivery system 314 may be any suitable combination of heat transfer equipment. In some cases, one or more heat exchangers are associated with each of the thermal storage system 304 and the energy conversion system 306. The working fluid present in the energy delivery system 314 (e.g., in a fluid loop) receives thermal energy from the thermal storage system 304 in one or more heat exchangers associated with the thermal storage system 304, and delivers the thermal energy to the energy conversion system 306 in one or more heat exchangers associated with the energy conversion system. The energy delivery system 314 may use any suitable operating fluid as described herein.

Система 306 преобразования энергии может быть соединена с внешней нагрузкой 308 с помощью системы 316 передачи энергии. Внешняя нагрузка может представлять собой коммунальную электрическую сеть. Система 306 преобразования энергии может доставлять выработанную электроэнергию в электрическую сеть, например, по высоковольтным передающим линиям, которые переносят мощность от системы преобразования энергии в центры потребления. Примечательно, что система 306 преобразования энергии удалена от ядерного реактора 302 и во многих случаях находится за пределами границы 310 ядерного объекта, а во многих случаях также находится за пределами ЗЭЗ. Как описано, ядерный реактор 302 отделен от системы 306 преобразования энергии, при этом любые неисправности в системе 306 преобразования энергии не оказывают отрицательного воздействия на ядерный реактор 302, и наоборот. Фактически, даже когда ядерный реактор 302 остановлен, например, для обслуживания илиThe power conversion system 306 may be coupled to the external load 308 via a power transfer system 316 . The external load may be a utility power grid. The power conversion system 306 may deliver generated electricity to the electrical grid, for example, via high-voltage transmission lines that carry power from the power conversion system to demand centers. Notably, the power conversion system 306 is remote from the nuclear reactor 302 and in many cases is located outside the nuclear facility boundary 310, and in many cases is also located outside the EPZ. As described, the nuclear reactor 302 is separate from the power conversion system 306, such that any malfunctions in the power conversion system 306 do not adversely affect the nuclear reactor 302, and vice versa. In fact, even when the nuclear reactor 302 is shut down, for example for maintenance or

- 11 045573 дозаправки, система 304 аккумулирования тепла может продолжать подавать тепловую энергию в систему 306 преобразования энергии для подачи электроэнергии на внешнюю нагрузку.- 11 045573 refueling, the thermal storage system 304 can continue to supply thermal energy to the energy conversion system 306 to supply electricity to the external load.

Относительно низкая стоимость системы 304 аккумулирования тепла по сравнению с атомной тепловой станцией 200 способствует расширению системы 304 аккумулирования тепла и уменьшению масштабов атомной тепловой станции 200. Кроме того, в случаях, когда используется перенос тепла при низком давлении (например, расплав соли в качестве теплоносителя), относительно дорогое оборудование 306 преобразования энергии устанавливается удаленно на ядерной тепловой станции 200, где оно может быть спроектировано более эффективно и без необходимого регулирования, если оно было построено на ядерном объекте. В настоящем описании термин низкое давление используется для обозначения давлений ниже приблизительно 3,5 МПа.The relatively low cost of thermal storage system 304 compared to nuclear thermal plant 200 facilitates the expansion of thermal storage system 304 and the downsizing of nuclear thermal plant 200. Additionally, in cases where low pressure heat transfer is used (e.g., molten salt as coolant) , the relatively expensive power conversion equipment 306 is installed remotely at the nuclear thermal plant 200 where it can be designed more efficiently and without the necessary regulation if it were built at a nuclear facility. As used herein, the term low pressure is used to refer to pressures below approximately 3.5 MPa.

Кроме того, в тех случаях, когда нет систем высокого давления (например, более приблизительно 3,5 МПа), связанных с ядерным реактором 302, ЗЭЗ может быть минимизировано, а расстояния переноса тепла могут быть уменьшены. В некоторых случаях система 304 аккумулирования тепла может быть установлена рядом с ядерным объектом, но за пределами границы 310 объекта. Это минимизирует расстояние переноса тепла, сохраняя при этом систему 304 аккумулирования тепла и систему 306 преобразования энергии за пределами границы 310 и ядерного объекта вне сферы правил ядерного регулирования.Additionally, in cases where there are no high pressure systems (eg, greater than about 3.5 MPa) associated with the nuclear reactor 302, the SEZ can be minimized and heat transfer distances can be reduced. In some cases, the thermal storage system 304 may be installed adjacent to a nuclear facility, but outside the site boundary 310. This minimizes the heat transfer distance while keeping the thermal storage system 304 and energy conversion system 306 outside the boundary 310 and the nuclear facility outside the scope of nuclear regulations.

Показанный на фиг. 4 ядерный реактор 302 может быть аналогичен реактору, описанному со ссылкой на фиг. 3, и соединен с системой 304 аккумулирования тепла, которая может быть по существу аналогичной системе 304 аккумулирования тепла, показанной на фиг. 3. Ядерный реактор 302 также может быть соединен со вспомогательной системой 402 аккумулирования тепла. В некоторых случаях система 304 аккумулирования тепла может, необязательно, находиться в тепловом контакте со вспомогательной системой 402 аккумулирования тепла. Ядерный реактор 302 может быть выполнен с возможностью переноса тепловой энергии к системе 304 аккумулирования тепла, вспомогательной системе 402 аккумулирования тепла или к той и другой системе.Shown in FIG. 4, nuclear reactor 302 may be similar to the reactor described with reference to FIG. 3, and connected to a thermal storage system 304, which may be substantially similar to the thermal storage system 304 shown in FIG. 3. Nuclear reactor 302 may also be coupled to an auxiliary thermal storage system 402. In some cases, the thermal storage system 304 may optionally be in thermal contact with the auxiliary thermal storage system 402. Nuclear reactor 302 may be configured to transfer thermal energy to thermal storage system 304, auxiliary thermal storage system 402, or both.

Система 304 аккумулирования тепла соединена с системой 306 преобразования энергии, как было описано ранее в настоящем документе. Система 306 преобразования энергии соединена с внешней нагрузкой 308, которая может быть любой нагрузкой, такой как электрическая нагрузка или тепловая нагрузка.The thermal storage system 304 is coupled to the energy conversion system 306, as previously described herein. The power conversion system 306 is connected to an external load 308, which can be any load, such as an electrical load or a thermal load.

Вспомогательный аккумулятор 402 тепла может быть установлен за пределами границы 310 ядерного объекта, как проиллюстрировано, или в некоторых случаях может быть установлен в пределах границы 310 ядерного объекта. В некоторых вариантах выполнения его функция заключается в управлении температурой текучей среды в обратной магистрали и входа в активную зону в ядерном реакторе 302. Если есть разница между фактическим Tin и ожидаемым Tin, система управления реактором может инициировать изменение реактивности с учетом разницы температур. Например, если температура на входе в активную зону выше ожидаемой, система управления реактором может снизить реактивность, чтобы учесть более высокую, чем ожидалось, температуру на входе.The auxiliary thermal storage 402 may be installed outside the nuclear facility boundary 310 as illustrated, or in some cases may be installed within the nuclear facility boundary 310. In some embodiments, its function is to control the temperature of the return and core inlet fluid in nuclear reactor 302. If there is a difference between the actual T in and the expected T in , the reactor control system may initiate a change in reactivity to account for the temperature difference. For example, if the core inlet temperature is higher than expected, the reactor control system may reduce reactivity to account for the higher than expected inlet temperature.

Вспомогательный аккумулятор 402 тепла может быть предназначен конкретно для этого реактора и использоваться для управления и/или стабилизации температуры на входе в активную зону. Например, вспомогательный аккумулятор 402 тепла может находиться в тепловом сообщении с первичным контуром теплоносителя внутри корпуса реактора. Поскольку первичный теплоноситель имеет температуру, которая отличается от ожидаемого Tin, вспомогательный аккумулятор 402 тепла может взаимодействовать с первичным контуром теплоносителя для добавления тепла в первичный контур теплоносителя или отвода из него тепла. Поскольку первичный контур теплоносителя взаимодействует с рабочей текучей средой вспомогательного аккумулятора тепла, в результате первичный теплоноситель достигает теплового равновесия с дополнительным теплоносителем. Контролируя температуру первичного теплоносителя, реактивность в активной зоне стабилизируется, а любые естественные колебания сглаживаются.The auxiliary thermal accumulator 402 may be dedicated specifically to this reactor and used to control and/or stabilize the core inlet temperature. For example, auxiliary heat storage 402 may be in thermal communication with the primary coolant circuit within the reactor vessel. Since the primary coolant is at a temperature that differs from the expected T in , the auxiliary heat storage 402 can cooperate with the primary coolant loop to add heat to or remove heat from the primary coolant loop. As the primary coolant circuit interacts with the working fluid of the auxiliary heat storage tank, the result is that the primary coolant reaches thermal equilibrium with the auxiliary coolant. By controlling the temperature of the primary coolant, reactivity in the core is stabilized and any natural fluctuations are smoothed out.

В некоторых примерах вспомогательный аккумулятор 402 тепла находится в непосредственном тепловом сообщении с ядерным реактором 302, например, за счет того, что часть тепловой энергии ядерного реактора направляется во вспомогательный аккумулятор 402 тепла. В других примерах вспомогательный аккумулятор 402 тепла находится в тепловом сообщении с системой 304 аккумулирования тепла, при этом часть тепловой энергии от системы 304 аккумулирования тепла направляется во вспомогательный аккумулятор 402 тепла для использования при регулировании температуры на входе в активную зону ядерного реактора.In some examples, the auxiliary heat accumulator 402 is in direct thermal communication with the nuclear reactor 302, for example, by sending a portion of the thermal energy from the nuclear reactor to the auxiliary heat accumulator 402. In other examples, the auxiliary thermal accumulator 402 is in thermal communication with the thermal storage system 304, with a portion of the thermal energy from the thermal storage system 304 sent to the auxiliary thermal accumulator 402 for use in controlling the inlet temperature of a nuclear reactor core.

Специалист в данной области техники легко поймет, как эти различные системы могут находиться в тепловом сообщении друг с другом и использоваться для регулирования температуры на входе в активную зону.One skilled in the art will readily understand how these various systems can be in thermal communication with each other and used to control the core inlet temperature.

На фиг. 5 проиллюстрирована атомная тепловая станция 500, которая может быть по существу такой же, как было описано выше. Примечательно, что в некоторых конструкциях реакторов нет необходимости полагаться на оборудование для манипулирования тяжелыми тепловыделяющими сборками. Например, в реакторе бассейнового типа, таком как реактор на расплавленной соли, нет тепловыделяющих стержней или тепловыделяющих сборок, которые необходимо хранить, перемещать, вставлять илиIn fig. 5 illustrates a nuclear thermal plant 500, which may be substantially the same as described above. Notably, some reactor designs do not require reliance on equipment to handle heavy fuel assemblies. For example, in a pool-type reactor, such as a molten salt reactor, there are no fuel rods or fuel assemblies that need to be stored, moved, inserted, or

- 12 045573 извлекать из активной зоны реактора. Следовательно, зона 204 обращения с топливом может быть значительно уменьшена по размеру по сравнению с зоной обращения традиционной атомной электростанции. Более того, многие конструкции реакторов основаны на топливных циклах, гарантирующих нераспространение делящихся материалов, например реакторы-самоеды или реакторы на расплавленной соли, и необязательно должны включать зону 204 обращения с топливом в защитную зону. В этих вариантах выполнения защитная зона 206 может быть намного меньше и включать только ядерный реактор и меньшие подсистемы реактора. Это приводит к значительно меньшей защитной зоне 206, что, в свою очередь, приводит к более низким затратам на строительство, лицензирование и эксплуатацию.- 12 045573 removed from the reactor core. Therefore, the fuel handling area 204 can be significantly reduced in size compared to the handling area of a conventional nuclear power plant. Moreover, many reactor designs are based on fuel cycles that ensure the non-proliferation of fissile materials, such as samoyed reactors or molten salt reactors, and do not necessarily include a fuel handling area 204 in the containment area. In these embodiments, containment zone 206 may be much smaller and include only the nuclear reactor and smaller reactor subsystems. This results in a significantly smaller protection zone 206, which in turn results in lower construction, licensing and operating costs.

Кроме того, защитная зона 206 меньшего размера приводит к меньшему охвату границы 310 объекта. Более того, в тех конструкциях реакторов, которые по своей природе безопасны, граница 210 объекта может быть минимизирована, а также может быть минимизирована 3Э3. В некоторых случаях граница 3Э3 совпадает с границей 210 ядерного объекта или в некоторых случаях 3Э3 находится в пределах границы 210 объекта. Это позволяет системе 208 аккумулирования тепла и/или системе 212 выработки энергии располагаться за пределами границы 210 объекта, будучи расположенными относительно близко к границе 210 объекта для уменьшения расстояния передачи тепла системой 214 передачи энергии.In addition, a smaller protection zone 206 results in less coverage of the object boundary 310. Moreover, in those reactor designs that are inherently safe, the object boundary 210 may be minimized and 3E3 may also be minimized. In some cases, the 3E3 boundary coincides with the nuclear facility boundary 210, or in some cases, the 3E3 boundary is within the facility boundary 210. This allows the thermal storage system 208 and/or the power generation system 212 to be located outside the object boundary 210 while being located relatively close to the object boundary 210 to reduce the heat transfer distance of the power transfer system 214.

Как проиллюстрировано, аккумулятор 208 тепла может находиться в тепловом сообщении с одной или несколькими нагрузками 510. Например, система 208 аккумулирования тепла может доставлять тепловую энергию, среди прочего, для промышленного нагрева 512, централизованного теплоснабжения 514 или выработки энергии 212.As illustrated, thermal storage 208 may be in thermal communication with one or more loads 510. For example, thermal storage system 208 may provide thermal energy for, among other things, industrial heating 512, district heating 514, or power generation 212.

Применения промышленного нагрева 512 разнообразны и требуют тепла при различных температурах. Применение промышленного тепла может включать нагрев текучей среды, например, для приготовления пищи, химическое производство, риформинг, дистилляцию, гидроочистку, при которых требуются температуры в диапазоне от приблизительно 110 до приблизительно 460°С. Аналогично, процессы отверждения и формования, например, для покрытий, производства полимеров, эмалирования, экструзии и т.п. требуют нагрева в диапазоне от приблизительно 140 до приблизительно 650°С. Другие процессы включают формовку железа, плавку и производство стали, а также производство пластмасс и резины. Это промышленное тепло может обеспечиваться системой 208 аккумулирования тепла, если необходимо, по качеству и количеству в соответствии с конкретными требованиями к промышленному теплу 512.Industrial heating applications 512 are varied and require heat at different temperatures. Applications of industrial heat may include fluid heating, such as for cooking, chemical production, reforming, distillation, hydrotreating, which require temperatures ranging from about 110 to about 460°C. Likewise, curing and forming processes, for example for coatings, polymer production, enameling, extrusion, etc. require heating in the range of about 140 to about 650°C. Other processes include iron forming, steel smelting and production, and plastics and rubber production. This industrial heat may be provided by the heat storage system 208, if desired, in quality and quantity in accordance with the specific industrial heat requirements 512.

Централизованное теплоснабжение 514 представляет собой систему распределения тепла от централизованного источника через систему изолированных труб, например, для коммерческих и жилых систем отопления (например, для отопления помещений и нагрева воды). Это тепло обычно имеет температуру в диапазоне более низких температур и может, при необходимости, быть обеспечено системой 208 аккумулирования тепла.District heating 514 is a system of distributing heat from a central source through a system of insulated pipes, such as commercial and residential heating systems (e.g. space heating and water heating). This heat typically has a temperature in the lower temperature range and can be provided by a thermal storage system 208 if necessary.

Как уже обсуждалось, система 208 аккумулирования тепла может быть соединена с установкой 212 выработки энергии, при этом тепловая энергия системы 208 аккумулирования тепла может использоваться для генерирования электроэнергии. Система 212 выработки энергии может вырабатывать электроэнергию по запросу, а следование за нагрузкой обеспечивает отслеживание потребностей в электрической сети. Во многих случаях система 212 выработки энергии будет производить отработанное тепло, т.е. тепло, которое не используется для генерации электроэнергии. Оно может быть в форме пара после того, как он прошел через паровую турбину. Это так называемое отработанное тепло может быть рециркулировано, например, для обеспечения централизованного теплоснабжения, которое обычно следует более низким температурным требованиям, чем задачи для выработки энергии 212 или промышленного тепла 512. Аналогично, отработанное тепло от задач промышленного тепла 512 можно улавливать и/или рециркулировать для обеспечения тепла для других целей, таких как централизованное теплоснабжение, или возвращать в систему 208 аккумулирования тепла.As already discussed, the thermal storage system 208 may be coupled to the power generation unit 212, wherein thermal energy from the thermal storage system 208 may be used to generate electrical power. The power generation system 212 can generate power on demand, and load following provides tracking of demand on the electrical grid. In many cases, the power generation system 212 will produce waste heat, i.e. heat that is not used to generate electricity. It may be in the form of steam after it has passed through a steam turbine. This so-called waste heat can be recycled, for example, to provide district heating, which typically follows lower temperature requirements than power generation tasks 212 or industrial heat 512. Likewise, waste heat from industrial heat tasks 512 can be captured and/or recycled to provide heat for other purposes, such as district heating, or return to the heat storage system 208.

В некоторых вариантах выполнения система 208 аккумулирования тепла способна обеспечивать тепловую энергию для всех требуемых нагрузок одновременно. Это может быть достигнуто путем увеличения размера аккумулятора тепла до размера, способного обеспечить потребность в тепловой энергии от всех ожидаемых нагрузок. Поскольку нагрузки являются переменными, например, централизованное теплоснабжение 514 пользуется более высоким спросом при более низких температурах окружающей среды, а выработка 212 энергии, например, для домашнего использования увеличивается в течение дня и уменьшается ночью, система 208 аккумулирования тепла может быть рассчитана и выполнена с возможностью обеспечения всех необходимых для нагрузки 510 требований.In some embodiments, the thermal storage system 208 is capable of providing thermal energy to all required loads simultaneously. This can be achieved by increasing the size of the thermal storage unit to a size that can meet the thermal energy demand of all expected loads. Since loads are variable, such as district heating 514 being in higher demand at lower ambient temperatures, and energy production 212, such as for domestic use, increasing during the day and decreasing at night, the thermal storage system 208 can be designed and configured to providing all the requirements necessary for the 510 load.

Система 208 аккумулирования тепла может содержать большое количество хранилищ, соединенных вместе. Эти хранилища могут иметь одинаковые или разные теплоаккумулирующие среды и могут поддерживаться при разных температурах, которые лучше подходят для разных тепловых нагрузок. Например, для некоторых задач 512 промышленных тепла требуется температура, превышающая 800°С. В этих случаях одно или несколько индивидуальных хранилищ могут хранить тепловую энергию, превышающую 800°С, для доставки к этим высокотемпературным нагрузкам. Аналогично, одно или несколько индивидуальных хранилищ могут поставлять относительно низкотемпературную тепловую энергию,The thermal storage system 208 may contain a large number of storage units connected together. These storage facilities may have the same or different thermal storage media and may be maintained at different temperatures that are better suited to different thermal loads. For example, some industrial heat 512 applications require temperatures in excess of 800°C. In these cases, one or more individual storage units can store thermal energy in excess of 800°C for delivery to these high temperature loads. Likewise, one or more individual storage units may supply relatively low temperature thermal energy,

- 13 045573 например от 100 до 300°С, нагрузкам, требующим более низких температур. Конечно, в отдельных хранилищах могут использоваться разные теплоаккумулирующие среды, специально разработанные для работы при требуемых температурах.- 13 045573 for example from 100 to 300°C, loads requiring lower temperatures. Of course, individual storage facilities may use different thermal storage media specifically designed to operate at the required temperatures.

Например, высокотемпературное хранилище может использовать расплав солей в качестве теплоаккумулирующей среды, состав которой может быть термически стабильным до 1000°С или выше. Низкотемпературное хранилище может использовать воду в качестве теплоносителя из-за его высокой теплоемкости (приблизительно 4,2 Дж/ (см3-К)).For example, a high-temperature storage facility may use molten salts as a thermal storage medium, the composition of which may be thermally stable to 1000°C or higher. Low temperature storage can use water as a coolant due to its high heat capacity (approximately 4.2 J/(cm 3 -K)).

Фиг. 6 иллюстрирует различные промышленные применения тепла, для которых система аккумулирования тепла может обеспечивать требуемую тепловую энергию. Как показано, для централизованного теплоснабжения требуется температура около 50°С. Это может быть обеспечено системой аккумулирования тепла, имеющей теплоаккумулирующую среду, которая стабильна при температуре около 50°С, и с учетом эффективности теплопередачи теплоаккумулирующая среда может поддерживаться при температурах выше, чем требуемая температура, при этом теплообменник может находиться в тепловом сообщении с рабочей текучей средой централизованного теплоснабжения, которая может быть воздухом, водой, маслом или какой-либо другой подходящей рабочей текучей средой, в течение заданного времени, достаточного для нагрева рабочей текучей среды до требуемой температуры, достаточной для централизованного теплоснабжения.Fig. 6 illustrates various industrial thermal applications for which a thermal storage system can provide the required thermal energy. As shown, district heating requires a temperature of about 50°C. This can be provided by a thermal storage system having a heat storage medium that is stable at a temperature of about 50°C, and taking into account the efficiency of heat transfer, the heat storage medium can be maintained at temperatures higher than the required temperature, while the heat exchanger can be in thermal communication with the working fluid district heating, which may be air, water, oil or some other suitable working fluid, for a predetermined time sufficient to heat the working fluid to the required temperature sufficient for the district heating.

Большинство ядерных реакторов, работающих сегодня, работают при температурах в нижней половине фигуры чертежа, т.е. менее приблизительно 300°С. Эти ядерные реакторы способны аккумулировать тепловую энергию при температуре приблизительно до 300°С, что подходит для многих применений с низкотемпературными тепловыми нагрузками, включая производство электроэнергии.Most nuclear reactors operating today operate at temperatures in the lower half of the figure, i.e. less than about 300°C. These nuclear reactors are capable of storing thermal energy at temperatures up to approximately 300°C, which is suitable for many applications with low temperature thermal loads, including power generation.

Однако для применений тепла с более высокими температурами (например, выше 300°С) традиционные атомные электростанции с водяным охлаждением не способны создавать температуры в этом диапазоне. Однако существуют ядерные реакторы, которые рассчитаны на работу при температуре около 500-550°С, которые подходят для выработки тепловой энергии вплоть до их рабочих температур. Другие ядерные реакторы рассчитаны на работу при 750-800°С и могут обеспечивать тепло в этом диапазоне, подходящем для более высоких температур в промышленности. Еще другие реакторы способны работать при температурах 1000°С или выше и подходят для получения очень высокотемпературного тепла для промышленных целей. Реакторы термоядерного синтеза, которые, как ожидается, будут работать при температурах в сотни миллионов градусов по Цельсию, могут обеспечивать тепловую энергию даже выше, чем ядерные реакторы деления.However, for higher temperature heat applications (eg above 300°C), traditional water-cooled nuclear power plants are not capable of producing temperatures in this range. However, there are nuclear reactors that are designed to operate at temperatures around 500-550°C, which are suitable for generating thermal energy up to their operating temperatures. Other nuclear reactors are designed to operate at 750-800°C and can provide heat in this range, suitable for higher temperatures in industry. Still other reactors are capable of operating at temperatures of 1000°C or higher and are suitable for producing very high temperature heat for industrial purposes. Fusion reactors, which are expected to operate at temperatures of hundreds of millions of degrees Celsius, can provide thermal energy even higher than nuclear fission reactors.

На фиг. 7 проиллюстрирована интегрированная энергетическая система 700, в которой система 702 аккумулирования тепловой энергии получает тепловую энергию от большого разнообразия источников тепла. Система 702 аккумулирования тепловой энергии может быть по существу такой же, как было описано в настоящем документе ранее. Один или несколько ядерных реакторов 704, 706, 708 могут находиться в тепловом сообщении с системой 702 аккумулирования тепловой энергии. Например, при построении интегрированной энергетической системы 700, как показано, единственный первый реактор 704 может быть построен с использованием уже существующей технологии ядерных реакторов. Система 702 аккумулирования тепловой энергии может быть соединена с системой 710 преобразования энергии, например, для преобразования тепловой энергии в электричество и доставки электричества на внешнюю нагрузку.In fig. 7 illustrates an integrated energy system 700 in which a thermal energy storage system 702 obtains thermal energy from a wide variety of heat sources. The thermal energy storage system 702 may be substantially the same as previously described herein. One or more nuclear reactors 704, 706, 708 may be in thermal communication with the thermal energy storage system 702. For example, when building an integrated power system 700, as shown, a single first reactor 704 may be built using pre-existing nuclear reactor technology. The thermal energy storage system 702 may be coupled to the energy conversion system 710, for example, to convert thermal energy into electricity and deliver electricity to an external load.

В некоторых случаях второй ядерный реактор 706, третий ядерный реактор 708 или несколько ядерных реакторов могут быть соединены с общей системой 702 аккумулирования тепловой энергии. В некоторых вариантах выполнения один или несколько источников тепловой энергии, которые могут быть любыми из числа ядерных реакторов, систем 712 ветровой энергии, систем 714 солнечной энергии, систем геотермальной энергии или любой комбинации источников тепловой энергии, могут быть объединены и соединены с системой 7002 аккумулирования тепловой энергии как часть интегрированной энергетической системы 700. Источники тепловой энергии доставляют тепловую энергию в систему 702 аккумулирования тепловой энергии с помощью любой подходящей технологии и компонентов, которые могут быть разными для разных источников тепловой энергии. В некоторых случаях система 702 аккумулирования тепловой энергии для аккумулирования тепловой энергии использует рабочую текучую среду, которая может быть той же самой рабочей текучей средой, которая используется для теплопередающей текучей среды для доставки тепловой энергии от источников тепловой энергии к системе 702 аккумулирования тепловой энергии.In some cases, a second nuclear reactor 706, a third nuclear reactor 708, or multiple nuclear reactors may be coupled to a common thermal energy storage system 702. In some embodiments, one or more thermal energy sources, which may be any of nuclear reactors, wind energy systems 712, solar energy systems 714, geothermal energy systems, or any combination of thermal energy sources, may be combined and coupled to thermal energy storage system 7002. energy as part of an integrated energy system 700. Thermal energy sources deliver thermal energy to the thermal energy storage system 702 using any suitable technology and components, which may be different for different thermal energy sources. In some cases, the thermal energy storage system 702 uses a working fluid to store thermal energy, which may be the same working fluid that is used for the heat transfer fluid to deliver thermal energy from thermal energy sources to the thermal energy storage system 702.

По мере того, как с течением времени потребность в электроэнергии базовой нагрузки увеличивается, систему 702 аккумулирования тепловой энергии можно масштабировать, чтобы увеличить емкость аккумулирования тепловой энергии. Аналогичным образом, ядерные реакторы также могут быть масштабированы, модернизированы, чтобы использовать преимущества другой технологии, или же могут быть добавлены дополнительные реакторы в качестве источников тепла и подключены к общей системе 702 аккумулирования тепловой энергии. В качестве примера может быть сконструирован натриевый реактор на быстрых нейтронах и присоединен к системе 702 аккумулирования тепловой энер- 14 045573 гии. По мере увеличения спроса от внешней нагрузки 716 или по мере того, как технология ядерных реакторов достигает уровня технологической готовности, может быть сконструирован другой ядерный реактор и соединен с системой 702 аккумулирования тепловой энергии. Например, реактор на расплавленной соли, небольшой модульный реактор, бассейновый реактор с натрием или реактор другого типа могут быть сконструированы и подсоединены к системе 702 аккумулирования тепловой энергии, в дополнение или в качестве альтернативы, к существующему реактору, подключенному к системе 702 аккумулирования тепловой энергии.As base load power demand increases over time, thermal energy storage system 702 can be scaled to increase thermal energy storage capacity. Likewise, nuclear reactors can also be scaled up, upgraded to take advantage of another technology, or additional reactors can be added as heat sources and connected to the overall thermal energy storage system 702. As an example, a sodium fast neutron reactor can be constructed and connected to a thermal energy storage system 702. As demand from external load 716 increases or as nuclear reactor technology reaches a technology maturity level, another nuclear reactor may be constructed and coupled to thermal energy storage system 702. For example, a molten salt reactor, a small modular reactor, a sodium pool reactor, or another type of reactor may be constructed and connected to the thermal energy storage system 702, in addition to, or as an alternative to, an existing reactor connected to the thermal energy storage system 702.

Во многих примерах может быть сконструировано несколько ядерных реакторов, каждый из которых имеет свой собственный уникальный корпус, крышку и границу объекта, при этом все, что находится за границей объекта, может быть общим для нескольких ядерных реакторов. Конечно, для соединения ядерных реакторов с системой 702 аккумулирования тепловой энергии могут использоваться трубопроводы и клапаны. В системе доставки энергии могут использоваться общие или разные теплопередающие среды для соединения ядерных реакторов с системой 702 аккумулирования тепловой энергии. Благодаря использованию общих неядерных компонентов установки, таких как общая система 702 аккумулирования тепловой энергии, общая паровая установка, общий перенос тепла и общая система 710 преобразования энергии, достигается повышение эффективности за счет увеличения размера системы 702 аккумулирования тепловой энергии, вместо того, чтобы строить отдельные атомные электростанции для обеспечения электроэнергией, каждая со своими собственными неядерными потребностями станции.In many examples, multiple nuclear reactors may be constructed, each with its own unique vessel, lid, and object boundary, with everything outside the object boundary being common to multiple nuclear reactors. Of course, piping and valves may be used to connect the nuclear reactors to the thermal energy storage system 702. The energy delivery system may use common or different heat transfer media to connect the nuclear reactors to the thermal energy storage system 702. By using common non-nuclear plant components, such as a common thermal energy storage system 702, a common steam plant, a common heat transfer system, and a common energy conversion system 710, efficiency gains are achieved by increasing the size of the thermal energy storage system 702, rather than building separate nuclear power plants to provide electricity, each with its own non-nuclear station needs.

Использование нескольких реакторов, соединенных с общей системой 702 аккумулирования тепловой энергии, обеспечивает дополнительное преимущество простоты обслуживания ядерных реакторов. Один ядерный реактор может быть отключен, например, для обслуживания или перезагрузки, без отключения всей системы. В некоторых случаях одна или несколько систем генерирования тепловой энергии (например, ядерные реакторы, системы 712 ветровой энергии, системы 714 солнечной тепловой энергии, геотермальные системы и другие) отделены от системы 702 аккумулирования тепловой энергии и системы 710 преобразования энергии, так что одна или несколько систем тепловой энергии могут быть отключены без воздействия на остальное оборудование или прерывания подачи энергии на внешнюю нагрузку 716.The use of multiple reactors coupled to a common thermal energy storage system 702 provides the added benefit of ease of maintenance for nuclear reactors. A single nuclear reactor can be shut down, for example for maintenance or rebooting, without shutting down the entire system. In some cases, one or more thermal energy generation systems (e.g., nuclear reactors, wind energy systems 712, solar thermal energy systems 714, geothermal systems, and others) are separate from the thermal energy storage system 702 and the energy conversion system 710 such that one or more thermal energy systems can be turned off without affecting other equipment or interrupting the power supply to the external load 716.

В некоторых примерах теплопередающая среда представляет собой расплав соли во всей энергетической системе, за исключением, возможно, активной зоны, в которой может использоваться любой из ряда теплоносителей. Например, система 214 передачи энергии, которая передает тепловую энергию от атомной тепловой станции 704 к системе 702 аккумулирования тепловой энергии, может использовать расплав соли в качестве своей рабочей текучей среды. Аналогично, теплоаккумулирующая среда в системе 702 аккумулирования тепловой энергии может также быть расплавленной солью, которая может быть той же солью, что и рабочая текучая среда системы 214 передачи энергии. Кроме того, система 216 доставки энергии, которая передает тепло от системы 702 аккумулирования тепловой энергии к системе 710 преобразования энергии, также может быть расплавленной солью. Конечно, расплавленные соли, используемые во всей системе, могут быть одной и той же солью или могут иметь разные составы, специфичные для их предполагаемого использования.In some examples, the heat transfer medium is molten salt throughout the entire power system, with the possible exception of the core, which may use any of a number of coolants. For example, a power transfer system 214 that transfers thermal energy from a nuclear thermal plant 704 to a thermal energy storage system 702 may use molten salt as its working fluid. Likewise, the thermal storage medium in the thermal energy storage system 702 may also be molten salt, which may be the same salt as the working fluid of the energy transfer system 214. In addition, the energy delivery system 216, which transfers heat from the thermal energy storage system 702 to the energy conversion system 710, may also be molten salt. Of course, the molten salts used throughout the system may be the same salt or may have different compositions specific to their intended use.

Например, когда система 702 аккумулирования тепловой энергии подает тепло в нагрузку централизованного теплоснабжения, требуется относительно низкая температура, и соль (или другая рабочая текучая среда), специально разработанная для обеспечения более низких требуемых температур, может использоваться в качестве рабочей текучей среды для доставки тепла, используемого для централизованного теплоснабжения.For example, when thermal energy storage system 702 supplies heat to a district heating load, a relatively low temperature is required, and salt (or other working fluid) specifically designed to provide the lower required temperatures can be used as the working fluid to deliver the heat. used for district heating.

Кроме того, к системе аккумулирования тепла могут быть подключены другие формы тепловой энергии, такие как солнечная тепловая энергия 714 или ветровая энергия 712. Во многих случаях система 702 аккумулирования тепловой энергии не зависит от источника тепловой энергии и может быть подключена к ряду различных типов генераторов тепловой энергии, например к любым из ряда атомных тепловых станций, солнечных станций, ветряных электростанций, геотермальных станций, гидроэлектростанций, или теплогенерирующих установок других типов.In addition, other forms of thermal energy may be connected to the thermal energy storage system, such as solar thermal energy 714 or wind energy 712. In many cases, thermal energy storage system 702 is independent of the thermal energy source and can be connected to a number of different types of thermal energy generators. energy, for example to any of a number of nuclear thermal plants, solar plants, wind farms, geothermal plants, hydroelectric power plants, or other types of heat generating plants.

Фиг. 8 изображает иллюстративную энергетическую систему 800, в которой ряд источников тепловой энергии термически соединен с системой 702 аккумулирования тепловой энергии. Источниками тепловой энергии могут быть любые из ряда систем тепловой энергии, такие как тепловые установки 704 ядерных реакторов, солнечные тепловые установки 714, ветряные электростанции 712 или установки другого типа, вырабатывающие тепловую энергию, или любая комбинация установок, вырабатывающих тепловую энергию.Fig. 8 depicts an exemplary energy system 800 in which a number of thermal energy sources are thermally coupled to a thermal energy storage system 702. The thermal energy sources may be any of a number of thermal energy systems, such as nuclear reactor thermal plants 704, solar thermal plants 714, wind power plants 712 or other types of thermal energy generating plants, or any combination of thermal energy generating plants.

Тепловые энергетические установки поставляют тепловую энергию в систему 702 аккумулирования тепловой энергии, которая накапливает тепловую энергию с помощью любых подходящих средств, таких как эвтектические растворы, материалы с фазовым переходом, сплавы с интервалом несмешиваемости, смеси металлов, материалы на основе цемента, расплавы солей (например, среди прочего, хлоридные соли, нитрат натрия, нитрат калия, нитрат кальция, NaKMg или NaKMg-Cl), твердый или расплавленный кремний или комбинации этих или других материалов. В некоторых вариантах выполнения система 702 аккумулирования тепловой энергии использует рабочую текучую среду, которая аналогичнаThermal energy plants supply thermal energy to a thermal energy storage system 702, which stores thermal energy through any suitable means, such as eutectic solutions, phase change materials, immiscibility range alloys, metal mixtures, cement-based materials, molten salts (eg , among others, chloride salts, sodium nitrate, potassium nitrate, calcium nitrate, NaKMg or NaKMg-Cl), solid or molten silicon, or combinations of these or other materials. In some embodiments, thermal energy storage system 702 uses a working fluid that is similar

- 15 045573 текучей среде, передающей тепловую энергию, которая получает тепловую энергию от одной или нескольких установок, генерирующих тепловую энергию. В некоторых случаях текучая среда, передающая тепловую энергию, такая же, что и теплоаккумулирующая среда, и находится с ней в проточном сообщении. В этом примере в некоторых случаях может отсутствовать промежуточный контур теплопередачи, и теплоаккумулирующая среда может получать тепловую энергию непосредственно от установки, вырабатывающей тепловую энергию, через единственный контур теплопередачи. Тепловые энергетические установки могут находиться в тепловом сообщении с системой 702 аккумулирования тепловой энергии через один или несколько теплообменников, но в некоторых вариантах выполнения для каждой тепловой энергетической установки используется отдельный теплообменник, чтобы соединить тепловую энергетическую установку с системой 702 аккумулирования тепловой энергии. В некоторых случаях это позволяет добавлять или удалять из системы 800 несколько источников тепловой энергии по мере необходимости.- 15 045573 fluid medium that transmits thermal energy, which receives thermal energy from one or more installations that generate thermal energy. In some cases, the fluid transmitting thermal energy is the same as the heat-storing medium and is in flow communication with it. In this example, in some cases there may be no intermediate heat transfer loop, and the heat storage medium may receive thermal energy directly from the thermal energy generating plant through a single heat transfer loop. The thermal energy units may be in thermal communication with the thermal energy storage system 702 through one or more heat exchangers, but in some embodiments, a separate heat exchanger is used for each thermal energy unit to couple the thermal energy unit to the thermal energy storage system 702. In some cases, this allows multiple thermal energy sources to be added or removed from the system 800 as needed.

В некоторых вариантах выполнения вспомогательная силовая система 802 может быть соединена с системой 702 аккумулирования тепловой энергии. Система 702 аккумулирования тепловой энергии может выборочно подавать тепловую энергию во вспомогательную силовую систему 802, которая может использовать тепловую энергию для выработки энергии, например, для обеспечения электроэнергией одного или нескольких ядерных реакторов 704, 706, 708. В некоторых случаях вспомогательная силовая система 802 может обеспечивать возможность черного пуска одному или нескольким ядерным реакторам. Это может обеспечить ядерные реакторы выделенной мощностью в случае отключения электроэнергии или при запуске ядерного реактора, даже когда электричество из электрической сети недоступно. Это обеспечивает дальнейшую развязку ядерных реакторов от неядерных объектов станции и обеспечивает развязку от электрической сети. Конечно, вспомогательная силовая система 802 может обеспечивать резервное питание для любой из электростанций, генерирующих тепловую энергию, системы 702 аккумулирования тепловой энергии или любой другой системы, которая извлекает выгоду из непрерывного резервного питания.In some embodiments, the auxiliary power system 802 may be coupled to the thermal energy storage system 702. Thermal energy storage system 702 may selectively supply thermal energy to an auxiliary power system 802, which may use the thermal energy to generate power, such as to provide electrical power to one or more nuclear reactors 704, 706, 708. In some cases, the auxiliary power system 802 may provide the possibility of a black launch of one or more nuclear reactors. This can provide nuclear reactors with dedicated power in the event of a power outage or when a nuclear reactor starts up even when electricity from the electrical grid is not available. This ensures further decoupling of nuclear reactors from non-nuclear facilities of the station and ensures decoupling from the electrical grid. Of course, the auxiliary power system 802 may provide backup power to any of the thermal power generating plants, the thermal energy storage system 702, or any other system that benefits from continuous backup power.

Система 702 аккумулирования тепловой энергии может находиться в тепловом контакте с системой 710 преобразования энергии, которая может вырабатывать энергию для внешней нагрузки, как описано выше. Во многих случаях для внешней нагрузки 716 требуется либо тепловая энергия, либо электричество, любое из которых может обеспечиваться системой 710 преобразования энергии. В некоторых случаях система 710 преобразования энергии преобразует тепловую энергию в электрическую, например, посредством парогенератора и турбины. Однако в некоторых случаях система 702 аккумулирования тепловой энергии может подавать сжатый и нагретый газ непосредственно в турбину и не использовать парогенератор, который обычно используется в турбинной электростанции.The thermal energy storage system 702 may be in thermal contact with the energy conversion system 710, which may produce power for an external load, as described above. In many cases, the external load 716 requires either thermal energy or electricity, either of which may be provided by the power conversion system 710. In some cases, the power conversion system 710 converts thermal energy into electrical energy, such as through a steam generator and turbine. However, in some cases, the thermal energy storage system 702 may supply compressed and heated gas directly to the turbine and avoid the use of a steam generator that is typically used in a turbine power plant.

Например, система 702 аккумулирования тепловой энергии или система 710 преобразования энергии могут использовать теплоаккумулирующую среду для нагрева рабочего газа, такого как, например, азот, аргон или водород. Рабочий газ может быть нагрет и сжат, например, до 4 атм, или 5 атм, или 6 атм, но в некоторых вариантах выполнения его давление составляет ниже 4 атм. Рабочий газ может быть нагрет, например, до 600, 650, 700, 725 или 750°С или более. Рабочий газ может подаваться непосредственно в турбину, а затем газ может расширяться и приводить в движение турбину. В некоторых вариантах выполнения турбина работает по циклу Брайтона или регенеративному циклу Брайтона. Степень давления газа можно выбирать и регулировать для повышения эффективности цикла Брайтона. Конечно, можно использовать другие рабочие газы, такие как несмешивающиеся соли, которые испаряются при рабочей температуре и могут использоваться для приведения турбины в действие.For example, thermal energy storage system 702 or energy conversion system 710 may use a thermal storage medium to heat a working gas, such as nitrogen, argon, or hydrogen, for example. The working gas may be heated and compressed, for example, to 4 atm, or 5 atm, or 6 atm, but in some embodiments its pressure is below 4 atm. The working gas may be heated, for example, to 600, 650, 700, 725 or 750°C or more. The working gas can be supplied directly to the turbine, and the gas can then expand and drive the turbine. In some embodiments, the turbine operates on a Brayton cycle or a regenerative Brayton cycle. The degree of gas pressure can be selected and adjusted to improve the efficiency of the Brayton cycle. Of course, other working gases can be used, such as immiscible salts, which evaporate at operating temperature and can be used to drive the turbine.

Фиг. 9 иллюстрирует вариант выполнения интегрированной энергетической системы 900, в которой атомная тепловая станция 200 обеспечивает тепловую энергию для системы аккумулирования тепла. Следует понимать, что, несмотря на то, что проиллюстрирована одна атомная тепловая станция 200, для обеспечения тепловой энергией системы 702 аккумулирования тепловой энергии могут быть объединены две или большее количество атомных теплоэлектростанций станций и/или других тепловых электростанций. Система 702 аккумулирования тепловой энергии, в свою очередь, обеспечивает тепловой энергией одну или большее количество нагрузок 510, которые могут включать выработку 212 энергии, централизованное теплоснабжение 514 или промышленные тепловые нагрузки 512. В некоторых случаях нагрузка 510 может быть относительно низкой в течение нескольких дней или недель, и система 702 аккумулирования тепловой энергии может стать насыщенной по теплу. То есть, система 702 аккумулирования тепловой энергии может быть не в состоянии получать какое-либо дополнительное тепло от атомной тепловой станции или других подключенных источников тепловой энергии. Соответственно, тепловая энергия, генерируемая установкой, генерирующей тепловую энергию, может быть направлена в какое-либо другое вспомогательное устройство 902 потребления тепла, которое обеспечивает преимущество. В некоторых случаях избыточное тепло сбрасывается в атмосферу; однако в некоторых случаях избыточное тепло сверх того, что система аккумулирования тепла способна получить, можно использовать для других процессов, таких как, среди прочего, например, опреснение воды или производство водорода. Конечно, для вспомогательных устройств 902 потребления тепла может подаваться тепловая энергия даже в тех случаях, когда система аккумулирования тепла не насыщена. Например, тепловая энергия отFig. 9 illustrates an embodiment of an integrated energy system 900 in which a nuclear thermal plant 200 provides thermal energy for a thermal storage system. It should be understood that while a single nuclear thermal power plant 200 is illustrated, two or more nuclear thermal power plants and/or other thermal power plants may be combined to provide thermal energy to the thermal energy storage system 702. Thermal energy storage system 702 in turn provides thermal energy to one or more loads 510, which may include power generation 212, district heating 514, or industrial heat loads 512. In some cases, load 510 may be relatively low for several days or weeks, and the thermal energy storage system 702 may become thermally saturated. That is, the thermal energy storage system 702 may not be able to receive any additional heat from the nuclear thermal plant or other connected thermal energy sources. Accordingly, the thermal energy generated by the thermal energy generating apparatus may be directed to some other auxiliary heat consumption device 902 that provides an advantage. In some cases, excess heat is released into the atmosphere; however, in some cases, excess heat beyond what the thermal storage system is capable of obtaining can be used for other processes such as water desalination or hydrogen production, among others. Of course, thermal energy can be supplied to the auxiliary heat consumption devices 902 even in cases where the thermal storage system is not saturated. For example, thermal energy from

- 16 045573 источников тепловой энергии может подаваться как в систему 702 аккумулирования тепловой энергии, так и одновременно использоваться для вспомогательных устройств 902 потребления тепла.- 16 045573 thermal energy sources can be supplied both to the thermal energy storage system 702 and simultaneously used for auxiliary heat consumption devices 902.

Эти вспомогательные устройства 902 потребления тепла могут получать часть тепловой энергии до того, как тепловая энергия будет доставлена в систему 702 аккумулирования тепловой энергии, или могут выборочно принимать всю генерируемую тепловую энергию, например, когда система аккумулирования тепла заполнена полностью, или когда вспомогательное устройство 902 потребления тепла считается более высокой и лучшей целью для тепловой энергии, чем хранение тепловой энергии для последующего использования.These auxiliary heat consumption devices 902 may receive a portion of the thermal energy before the thermal energy is delivered to the thermal energy storage system 702, or may selectively receive all of the generated thermal energy, for example, when the thermal storage system is completely full, or when the auxiliary consumption device 902 heat is considered a higher and better purpose for thermal energy than storing thermal energy for later use.

В некоторых вариантах выполнения система 702 аккумулирования тепловой энергии расположена выше системы 212 выработки энергии. Например, система 702 аккумулирования тепловой энергии может быть построена на холме, так что она находится выше по высоте, чем установка 212 выработки энергии. Эта конструкция использует преимущества комбинированного режима аккумулирования энергии путем объединения тепловой энергии и давления из-за силы тяжести в расположенных ниже по потоку системах из-за изменения высоты. Комбинированный режим аккумулирования энергии увеличивает общую плотность энергии. Например, в типичной паротурбинной системе требуется один или несколько насосов для прокачки рабочей текучей среды через турбинную систему. Насосы обычно имеют размеры, позволяющие выдерживать пиковые нагрузки, и выбираются для удовлетворения требований к пиковой нагрузке путем перекачивания рабочей текучей среды в большем объеме в единицу времени через турбинную систему. Опираясь на силу тяжести, система может отправлять дополнительное тепло через парогенератор, а затем в резервуар для холодильного хранения. В некоторых вариантах выполнения эта конструкция может уменьшить требуемый размер одного или нескольких насосов или исключить один или несколько насосов паротурбинной системы.In some embodiments, the thermal energy storage system 702 is located above the power generation system 212. For example, thermal energy storage system 702 may be built on a hill so that it is higher in elevation than power generation plant 212. This design takes advantage of the combined energy storage mode by combining thermal energy and pressure due to gravity in downstream systems due to elevation changes. The combined energy storage mode increases the overall energy density. For example, in a typical steam turbine system, one or more pumps are required to move the working fluid through the turbine system. Pumps are typically sized to handle peak loads and are selected to meet peak load requirements by pumping a larger volume of working fluid per unit time through the turbine system. By relying on gravity, the system can send additional heat through a steam generator and then into a cold storage tank. In some embodiments, this design may reduce the required size of one or more pumps or eliminate one or more pumps of the steam turbine system.

В некоторых вариантах выполнения существующие в настоящее время защитные объекты могут быть подходящими для строительства атомных тепловых станций, предназначенных для соединения с системой аккумулирования тепла. В настоящее время существует множество площадок ядерных реакторов, которые больше не эксплуатируются или должны быть выведены из эксплуатации и прекратить работу. Эти объекты могут называться заброшенными объектами, что в номенклатуре Агентством по охране окружающей среды определяется как недвижимость, расширение, повторное использование или развитие которой может быть затруднено наличием или потенциальным присутствием опасного, токсичного или загрязняющего вещества. Объекты, представляющие собой снятые с эксплуатации ядерные реакторы, - это один из типов физических объектов, подпадающих под определение заброшенного объекта.In some embodiments, currently existing containment facilities may be suitable for the construction of nuclear thermal plants intended for connection to a thermal storage system. There are currently many nuclear reactor sites that are no longer in operation or must be decommissioned and cease operation. These properties may be referred to as brownfield sites, which the Environmental Protection Agency nomenclature defines as properties whose expansion, reuse, or development may be hampered by the presence or potential presence of a hazardous, toxic, or pollutant. Sites representing decommissioned nuclear reactors are one type of physical object that meets the definition of an abandoned site.

Тем не менее, ядерные заброшенные объекты обеспечивают несколько преимуществ для систем и способов, раскрытых или описанных в настоящем документе. Например, на заброшенных объектах ядерной энергетики уже есть строительные коммуникации, такие как дороги, инженерные сети (например, линии электропередач, канализация, водоснабжение и т.д.), безопасность границ объекта, защитные сооружения, трубы, клапаны, вспомогательные постройки и т.д. Многие из этих конструкций могут быть повторно использованы для ядерной тепловой станции, что значительно сокращает время и затраты, необходимые для строительства и ввода в эксплуатацию атомной тепловой станции.However, nuclear abandoned sites provide several advantages to the systems and methods disclosed or described herein. For example, abandoned nuclear power facilities already have building services such as roads, utilities (e.g. power lines, sewerage, water supply, etc.), site boundary security, protective structures, pipes, valves, support buildings, etc. d. Many of these structures can be reused for a nuclear thermal plant, significantly reducing the time and cost required to build and commission a nuclear thermal plant.

Многие ядерные заброшенные объекты имеют защитные конструкции, предназначенные для размещения ядерного реактора высокого давления, такого как легководный реактор (LWR). Эти защитные конструкции спроектированы с требованиями, намного выше требований к защитным конструкциям для атомных тепловых станций нового поколения, многие из которых работают при относительно низких давлениях по сравнению с LWR. Система 702 аккумулирования тепловой энергии может быть расположена удаленно от заброшенного ядерного объекта и в тепловом контакте с атомной тепловой станцией, как описано в настоящем документе, например, через контуры теплопередающей текучей среды. В защитной конструкции может быть создан проход, позволяющий теплопередающей среде выходить из защитной конструкции и доставлять тепловую энергию в систему 702 аккумулирования тепловой энергии, которая расположена удаленно от ядерного объекта.Many nuclear abandoned sites have containment structures designed to house a high-pressure nuclear reactor, such as a light water reactor (LWR). These containment structures are designed to requirements that are much higher than those required for containment structures for new generation nuclear power plants, many of which operate at relatively low pressures compared to LWRs. The thermal energy storage system 702 may be located remotely from the abandoned nuclear facility and in thermal contact with the nuclear thermal plant, as described herein, for example, through heat transfer fluid circuits. A passage may be provided in the containment structure to allow the heat transfer medium to exit the containment structure and deliver thermal energy to a thermal energy storage system 702 that is located remotely from the nuclear facility.

Существующая защитная конструкция может быть выполнена с возможностью размещения одной, двух или большего количества атомных тепловых станций. Например, в одной конструкции защитной оболочки может быть построено несколько ядерных реакторов, которые имеют общую конструкцию защитной оболочки, системы обращения с топливом и другие компоненты. Конструкция защитной оболочки может быть разделена на два или большее количество реакторных помещений для размещения нескольких ядерных реакторов и сопутствующего вспомогательного оборудования. Два или большее количество ядерных реакторов могут совместно использовать, среди прочего, зоны хранения топлива, подсистемы, системы заправки/выгрузки топлива из активной зоны реактора и системы очистки топлива.The existing protective structure can be configured to accommodate one, two or more nuclear thermal stations. For example, multiple nuclear reactors may be built within a single containment design that share a common containment design, fuel handling systems, and other components. The containment structure can be divided into two or more reactor rooms to accommodate multiple nuclear reactors and associated support equipment. Two or more nuclear reactors may share, among other things, fuel storage areas, subsystems, reactor core fueling/unloading systems, and fuel cleaning systems.

В некоторых случаях желательно, чтобы ядерный реактор работал на полной мощности. Системы и способы, описанные в настоящем документе, позволяют ядерному реактору поддерживать непрерывную работу на полной мощности путем отсоединения ядерного реактора от систем аккумулирования тепла и выработки энергии. Ядерный реактор может непрерывно подавать тепловую энергию в систему аккумулирования тепла, размер которой может быть такой, чтобы хранить и обеспечивать большее количествоIn some cases it is desirable to keep the nuclear reactor running at full power. The systems and methods described herein enable a nuclear reactor to maintain continuous operation at full power by decoupling the nuclear reactor from its thermal storage and power generation systems. A nuclear reactor can continuously supply thermal energy to a thermal storage system, which can be sized to store and supply more

- 17 045573 энергии, чем может обеспечить ядерный реактор. Таким образом, ядерный реактор может медленно заряжать систему аккумулирования тепла с течением времени. В случае, если ядерный реактор генерирует избыточное тепло, которое система аккумулирования тепла не может принять, избыточное тепло может быть отведено и использовано для вспомогательных целей, таких как промышленное технологическое тепло, производство пресной воды, производство водорода или для некоторых других полезных целей. Конечно, в качестве альтернативы или дополнительно, избыточное тепло можно сбрасывать в атмосферу.- 17 045573 energy than a nuclear reactor can provide. In this way, a nuclear reactor can slowly charge the thermal storage system over time. In case a nuclear reactor generates excess heat that the thermal storage system cannot absorb, the excess heat can be removed and used for auxiliary purposes such as industrial process heat, fresh water production, hydrogen production or some other useful purpose. Of course, alternatively or additionally, excess heat can be released into the atmosphere.

Фиг. 10 изображает иллюстративный вариант выполнения интегрированной энергетической системы, имеющей атомную тепловую станцию 200, соединенную с системой 702 аккумулирования тепловой энергии. Дополнительные гибридные источники 1002 энергии, такие как ветровая энергия, солнечная энергия, геотермальная энергия, энергия волн или другие возобновляемые источники энергии также может быть соединены с системой 702 аккумулирования тепловой энергии. Как показано, атомная тепловая станция 200 расположена в пределах границы 210 ядерного объекта и 3Э3, в то время как остальные системы, такие как система 702 аккумулирования тепловой энергии и система 212 преобразования энергии расположены за пределами границы 210 ядерного объекта и ОЭ3.Fig. 10 depicts an exemplary embodiment of an integrated energy system having a nuclear thermal plant 200 coupled to a thermal energy storage system 702. Additional hybrid energy sources 1002 such as wind energy, solar energy, geothermal energy, wave energy, or other renewable energy sources may also be coupled to the thermal energy storage system 702. As shown, the nuclear thermal plant 200 is located within the nuclear facility-3E3 boundary 210, while other systems, such as the thermal energy storage system 702 and the energy conversion system 212, are located outside the nuclear facility-3E3 boundary 210.

Традиционное применение атомных станций - производство электроэнергии. Однако многие новые атомные станции IV поколения спроектированы с температурами на выходе выше 500°С, что значительно выше, чем температуры на выходе из легководных реакторов (LWR). Следовательно, потенциальная применимость этого высококачественного тепла выходит далеко за рамки производства электроэнергии. В этой проиллюстрированной архитектуре ядерный реактор 200 используется в качестве источника тепла, которое направляется в отдельную систему 702 аккумулирования тепловой энергии, которая расположена за пределами границы 210 ядерного объекта. В дополнение к свободными от углерода или почти свободными от углерода выбросами в сочетании с характеристиками новых ядерных реакторов, гарантирующих нераспространение делящихся материалов, эта интегрированная архитектура энергосистемы 1000 обеспечивает множество полезных функций, таких как (1) снижение затрат на реактор и общую стоимость системы, (2) обеспечение гибкого следования (за нагрузкой) в зависимости от спроса на электроэнергию, а также следования за прибылью в сетях с большим проникновением возобновляемых источников энергии; (3) обеспечение высокотемпературного технологического тепла по конкурентоспособной с природным газом цене, что в настоящее время невозможно с LWR, и (4) обеспечение получения водорода посредством высокотемпературного электролиза.The traditional use of nuclear power plants is the production of electricity. However, many new generation IV nuclear plants are designed with outlet temperatures above 500°C, which is significantly higher than the outlet temperatures of light water reactors (LWRs). Therefore, the potential applicability of this high-quality heat extends far beyond power generation. In this illustrated architecture, nuclear reactor 200 is used as a heat source, which is sent to a separate thermal energy storage system 702 that is located outside the nuclear facility boundary 210. In addition to carbon-free or near-carbon-free emissions coupled with the non-proliferation features of new nuclear reactors, this integrated power system architecture 1000 provides many beneficial features such as (1) reduced reactor costs and overall system cost, ( 2) ensuring flexible following (load) depending on the demand for electricity, as well as following profit in networks with a high penetration of renewable energy sources; (3) providing high temperature process heat at a price competitive with natural gas, which is currently not possible with LWR, and (4) providing hydrogen production through high temperature electrolysis.

Эти возможности позволяют резко сократить выбросы углерода в промышленных процессах и транспортном секторе, на который в настоящее время приходится около 75% мировых выбросов парниковых газов.These opportunities can dramatically reduce carbon emissions from industrial processes and the transport sector, which currently accounts for about 75% of global greenhouse gas emissions.

Одно из текущих препятствий при выборе атомных станций - это затраты на предварительное строительство и лицензирование, связанные со строительством и запуском атомной станции. Одним из основных факторов роста затрат при строительстве атомной станции является не сама ядерная технология, а, скорее, стоимость крупномасштабных строительных проектов, регулируемых строгими ядерными стандартами. Следовательно, одно из самых больших обещаний по снижению капитальных затрат не обязательно в технологическом прогрессе самого реактора, а в конструкции станции. За счет значительного упрощения и уменьшения объема и сложности проекта строительства на ядерном объекте, как описано в настоящем документе, основные факторы затрат, связанные со строительством типовых атомных станций, резко снижаются. В различных вариантах архитектуры, описанных в настоящем документе, атомная станция и объем проекта строительства атомной электростанции сокращены до самой простой формы. Упрощенный реактор становится производителем тепловой энергии и именуется в настоящем документе атомной тепловой станцией.One of the current barriers to nuclear plant selection is the pre-construction and licensing costs associated with building and operating a nuclear plant. One of the main cost drivers of nuclear plant construction is not the nuclear technology itself, but rather the cost of large-scale construction projects governed by strict nuclear standards. Consequently, one of the biggest promises for reducing capital costs is not necessarily in the technological progress of the reactor itself, but in the design of the plant. By greatly simplifying and reducing the scope and complexity of a nuclear facility construction project, as described herein, the major cost drivers associated with the construction of typical nuclear power plants are dramatically reduced. In the various architecture options described in this document, the nuclear plant and the scope of a nuclear power plant construction project are reduced to its simplest form. The simplified reactor becomes a producer of thermal energy and is referred to herein as a nuclear thermal plant.

В некоторых вариантах выполнения интерфейс между атомной тепловой станцией и остальной частью интегрированной энергетической системы представляет собой теплообменник, а остальные компоненты системы после теплообменника функционально и пространственно отделены от атомной тепловой станции. В этой архитектуре аккумулятор тепловой энергии и неядерные объекты станции, включая системы преобразования энергии, построены и эксплуатируются в менее регулируемой, менее дорогой и полностью коммерциализированной среде.In some embodiments, the interface between the nuclear thermal plant and the rest of the integrated energy system is a heat exchanger, and the remaining system components downstream of the heat exchanger are functionally and spatially separated from the nuclear thermal plant. In this architecture, the thermal energy storage and non-nuclear plant assets, including energy conversion systems, are built and operated in a less regulated, less expensive and fully commercialized environment.

Системы аккумулирования тепла на расплавленных солях относительно недороги и во многих случаях на порядок дешевле, чем аккумуляторы, и достигли коммерческой готовности в масштабах ГВт-ч. Подходящие системы аккумулирования тепла в настоящее время используются для поддержания концентрирующей солнечной энергетики. Более того, очень небольшая зона 3Э3 возможна благодаря превосходным преимуществам безопасности описанных в настоящем документе усовершенствованных ядерных реакторов, что позволяет располагать эти реакторы ближе к потребителям тепла.Molten salt thermal storage systems are relatively inexpensive, in many cases orders of magnitude cheaper than batteries, and have reached GWh commercial readiness. Suitable thermal storage systems are currently used to support concentrating solar power. Moreover, a very small 3E3 area is possible due to the excellent safety advantages of the advanced nuclear reactors described herein, which allows these reactors to be located closer to heat consumers.

Описанная интегрированная энергетическая система также решает другую проблему, стоящую перед ядерной энергетикой на текущих и будущих рынках электроэнергии. Например, по мере увеличения доли электроэнергии, вырабатываемой периодически возобновляемыми источниками, наблюдается большой разброс в электроснабжении с перепроизводством, как правило, в период с 9:00 до 16:00, когда солнечная энергия толкает цены на электроэнергию до очень низких значений или даже до отрицательThe integrated energy system described also addresses another challenge facing nuclear power in current and future electricity markets. For example, as the share of electricity generated by intermittent renewable sources increases, there is a large variation in electricity supply, with overproduction typically occurring between 9:00 am and 4:00 pm when solar power pushes electricity prices to very low levels or even negative

- 18 045573 ных значений. Современные атомные станции, как правило, имеют ограниченную гибкость быстрого следования за нагрузкой и в некоторых случаях вынуждены поддерживать относительно высокий коэффициент мощности для достижения низкой приведенной стоимости электроэнергии (LCOE). Следовательно, даже если атомные электростанции могут удовлетворять ежедневно меняющемуся спросу на электроэнергию, их LCOE увеличивается, что затрудняет им конкуренцию с альтернативными технологиями. Солевой тепловой аккумулятор позволяет многим типам атомных тепловых станций работать с коэффициентом мощности 100% (или очень близким к нему) и хранить энергию в резервуарах для аккумулирования тепловой энергии, например соляных резервуарах, и продавать электроэнергию в периоды, когда спрос высок и цена тоже высока.- 18 045573 numeric values. Modern nuclear plants typically have limited flexibility to quickly follow load and in some cases are forced to maintain a relatively high power factor to achieve a low levelized cost of electricity (LCOE). Consequently, even if nuclear power plants can meet daily changing electricity demand, their LCOE increases, making it difficult for them to compete with alternative technologies. Salt thermal storage allows many types of nuclear thermal plants to operate at 100% capacity factor (or very close to it) and store energy in thermal energy storage tanks, such as salt tanks, and sell the electricity during periods when demand is high and the price is high.

Важным фактором снижения выбросов парниковых газов является распространение декарбонизации на другие промышленные процессы. Потребление энергии, в первую очередь в виде тепла в этом секторе, огромно, при этом основными потребителями являются нефтяная и химическая промышленности. Интегрированная энергетическая система, описанная в настоящем документе, с ее высокими температурами на выходе ~510-540°С или выше и носителями тепла, совместимыми с этими температурами, дает возможность поставлять тепло большому количеству потребителей до температуры около 500°С, например нефтеперерабатывающим заводам, различным химическим заводам, заводам по производству кальцинированной соды, целлюлозно-бумажным заводам, предприятиям пищевой промышленности и другим. Существует также большой потенциал для когенерационных электростанций, производящих как тепло, так и электроэнергию.An important factor in reducing greenhouse gas emissions is expanding decarbonization to other industrial processes. Energy consumption, primarily in the form of heat, in this sector is enormous, with the oil and chemical industries being the main consumers. The integrated energy system described in this document, with its high outlet temperatures of ~510-540°C or higher and thermal media compatible with these temperatures, makes it possible to supply heat to a large number of consumers up to temperatures of about 500°C, such as oil refineries, various chemical plants, soda ash production plants, pulp and paper plants, food industry enterprises and others. There is also great potential for cogeneration power plants, producing both heat and electricity.

Транспортный сектор отвечает за вторую по величине долю в мировом потреблении энергии после промышленного производства. До недавнего времени транспорт работал исключительно на бензиновом топливе, без использования чистой ядерной энергии в этом секторе. Ситуация меняется с недавним появлением электромобилей, приводимых в действие аккумуляторными батареями и топливными элементами, работающими на водороде. Интегрированная энергетическая система, такая как была описана в настоящем документе, может обеспечивать оба этих продукта безуглеродными и оказывать значительное влияние на декарбонизацию транспортного сектора.The transport sector is responsible for the second largest share of global energy consumption after industrial production. Until recently, transport ran exclusively on gasoline fuel, with no clean nuclear energy in the sector. This is changing with the recent advent of electric vehicles powered by batteries and hydrogen fuel cells. An integrated energy system, such as the one described in this paper, can make both of these products carbon-free and have a significant impact on decarbonizing the transport sector.

Интегрированные энергетические системы, описанные в настоящем документе, могут генерировать водород с использованием высокотемпературного электролиза и тепла. Аккумулированная тепловая энергия может быть использована для производства пара из воды, при этом гибридную энергию, такую как электричество, можно использовать для повышения температуры в электролизере до 750-900°С, например, посредством омического нагрева. В некоторых вариантах выполнения теплообменники в электролизере могут рекуперировать тепло из потоков водорода и кислорода, чтобы уменьшить количество омической энергии нагрева, которая необходима для поддержания температуры электролизера при требуемой температуре или в некоторых случаях выше порогового значения температуры. Более того, описанные интегрированные энергетические системы могут одновременно вырабатывать как электричество, например, для зарядки автомобильных аккумуляторов, так и водород. Например, когда электричество не требуется, генерируемая тепловая энергия может использоваться для выработки дополнительного водорода и хранения водорода для распределения на большие расстояния, как это сейчас делается с бензином. В отличие от аккумулирования тепла в масштабе ГВт, продолжительность которого ограничена часами и относительно короткими расстояниями транспортировки, водород может храниться гораздо дольше и транспортироваться на большие расстояния. Следовательно, интегрированная энергетическая система может использоваться для производства водорода, который можно хранить в течение длительных периодов времени, перевозить на большие расстояния и использовать позже в качестве источника топлива.The integrated energy systems described in this document can generate hydrogen using high temperature electrolysis and heat. The stored thermal energy can be used to produce steam from water, while hybrid energy such as electricity can be used to increase the temperature in the electrolyser to 750-900°C, for example through ohmic heating. In some embodiments, heat exchangers in the electrolyser can recover heat from the hydrogen and oxygen streams to reduce the amount of ohmic heating energy that is required to maintain the electrolyser temperature at a desired temperature, or in some cases above a temperature threshold. Moreover, the described integrated energy systems can simultaneously generate both electricity, for example, to charge car batteries, and hydrogen. For example, when electricity is not required, the generated thermal energy can be used to generate additional hydrogen and store the hydrogen for distribution over long distances, as is currently done with gasoline. Unlike GW-scale thermal storage, which is limited in duration to hours and relatively short transport distances, hydrogen can be stored for much longer and transported over longer distances. Therefore, an integrated energy system can be used to produce hydrogen, which can be stored for long periods of time, transported over long distances, and used later as a fuel source.

В некоторых вариантах выполнения атомная тепловая станция и интегрированная энергетическая система могут быть соединены, исключительно или частично, с установкой для производства водорода и могут применять процесс электролиза, который использует электричество для разделения воды на водород и кислород. В некоторых случаях интегрированная энергетическая система может поставлять тепловую энергию для генерируемого пара, который будет использоваться в процессе пароводородного риформинга природного газа. В некоторых случаях процесс высокотемпературного электролиза представляет собой процесс, в котором значительное количество энергии электролиза может быть обеспечено за счет тепла, что снижает количество электроэнергии и, таким образом, снижает затраты на производство водорода. В некоторых случаях в процессе высокотемпературного электролиза используется тепловая энергия, имеющая температуру около 800°С, которая может быть обеспечена интегрированной энергетической системой, как описано в настоящем документе.In some embodiments, the nuclear thermal plant and integrated energy system may be coupled, solely or partially, to a hydrogen production facility and may employ an electrolysis process that uses electricity to separate water into hydrogen and oxygen. In some cases, an integrated power system can supply thermal energy for the generated steam that will be used in the steam-hydrogen reforming process of natural gas. In some cases, the high temperature electrolysis process is a process in which a significant amount of electrolysis energy can be provided by heat, which reduces the amount of electricity and thus reduces the cost of hydrogen production. In some cases, the high temperature electrolysis process uses thermal energy having a temperature of about 800° C., which can be provided by an integrated energy system as described herein.

Фиг. 11 показывает интегрированную энергетическую систему 1100, имеющую ядерный блок 1102, сообщающийся с интегрированным блоком 1104 аккумулирования энергии. Интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии, в свою очередь, сообщается с силовым блоком 1106. Силовой блок 1106 может сообщаться с внешней нагрузкой 1108. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, ядерный блок 1102 содержит один или несколько ядерных реакторов, таких как атомная тепловая станция, имеющая границу 1110 ядерного объекта, окружающую ядерный оборудование, как было описано в наFig. 11 shows an integrated power system 1100 having a nuclear unit 1102 in communication with an integrated energy storage unit 1104. Integrated energy storage unit 1104 is in turn in communication with power unit 1106. Power unit 1106 may be in communication with external load 1108. According to some embodiments, nuclear unit 1102 includes one or more nuclear reactors, such as a nuclear power plant having nuclear facility boundary 1110 surrounding nuclear equipment, as described in

- 19 045573 стоящем документе. Одна или несколько атомных тепловых станций могут быть включены в ядерный блок 1102 в качестве его части, причем одна или несколько атомных тепловых станций могут быть соединены с интегрированным блоком 1104 аккумулирования энергии и поддерживать свои собственные отдельные границы 1110 ядерного объекта. Интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии может состоять из любого подходящего аккумулятора тепла, как описано в настоящем документе, и может включать: например, соляные резервуары, в которых для хранения тепловой энергии при стабильной температуре для получения тепловой энергии от ядерного блока используется материал с фазовым переходом. Интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии, также называемый в настоящем документе системой аккумулирования тепла или системой аккумулирования тепловой энергии, отделен от ядерного блока 1102 границей 1112, которая может определяться границей 1110 ядерного объекта. В некоторых случаях основная связь между ядерным блоком 1102 и интегрированным блоком 1104 аккумулирования энергии осуществляется одним или несколькими теплообменниками, которые передают тепловую энергию, генерируемую ядерным блоком 1102, в интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии.- 19 045573 standing document. One or more nuclear thermal plants may be included as part of the nuclear unit 1102, wherein one or more nuclear thermal plants may be coupled to the integrated energy storage unit 1104 and maintain their own separate nuclear facility boundaries 1110. The integrated energy storage unit 1104 may consist of any suitable thermal storage device as described herein and may include: for example, salt tanks that use a phase change material to store thermal energy at a stable temperature to obtain thermal energy from a nuclear unit. The integrated energy storage unit 1104, also referred to herein as a thermal storage system or thermal energy storage system, is separated from the nuclear unit 1102 by a boundary 1112, which may be defined by a nuclear facility boundary 1110. In some cases, the primary connection between the core unit 1102 and the integrated energy storage unit 1104 is provided by one or more heat exchangers that transfer thermal energy generated by the nuclear unit 1102 to the integrated energy storage unit 1104.

Интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии находится в тепловом сообщении с силовым блоком 1106. Тепловое сообщение может быть обеспечено одним или несколькими теплообменниками, которые выполнены с возможностью передачи тепловой энергии от интегрированного блока 1104 аккумулирования энергии к силовому блоку 1106. Силовой блок 1106 может преобразовывать тепловую энергию в электричество, например, это может выполняться турбиной, такой как паровая турбина, или системой преобразования тепловой энергии некоторого другого типа в электрическую энергию. Силовой блок 1106 может использовать тепловую энергию для выработки электричества для передачи на внешнюю нагрузку 1108, такую как, например, электрическая сеть.The integrated energy storage unit 1104 is in thermal communication with the power unit 1106. The thermal communication may be provided by one or more heat exchangers that are configured to transfer thermal energy from the integrated energy storage unit 1104 to the power unit 1106. The power unit 1106 may convert thermal energy into electricity, for example, this may be performed by a turbine, such as a steam turbine, or some other type of thermal energy conversion system into electrical energy. The power unit 1106 may use thermal energy to generate electricity for transmission to an external load 1108, such as an electrical grid.

По мере того, как мир отходит от угольных электростанций, по любой из множества многочисленных причин оборудование выведенных из эксплуатации угольных электростанций может использоваться другими источниками энергии. Например, когда угольная электростанция выводится из эксплуатации, оборудование после котла не зависит от источника тепла. Например, турбинный блок, распределительные устройства, конденсаторы, генераторы и электрические кабели все еще могут использоваться с другим источником тепловой энергии. Эти ценные активы, которые становятся бесхозными активами после вывода из эксплуатации угольной электростанции, создают возможность для другого безуглеродного источника тепловой энергии продолжать использовать бесхозные активы для выработки электроэнергии.As the world moves away from coal power plants, for any of a variety of reasons, equipment from retired coal power plants may be used by other energy sources. For example, when a coal-fired power plant is decommissioned, the equipment downstream of the boiler is independent of the heat source. For example, the turbine unit, switchgear, condensers, generators and electrical cables can still be used with another thermal energy source. These valuable assets that become stranded assets when a coal plant is retired create the opportunity for another carbon-free thermal energy source to continue to use the stranded assets to generate electricity.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, баланс угля силового блока станции (например, всего, что находится после котла в технологическом процессе) включает оборудование, такое как корпус котла, подвесной пароперегреватель, турбину высокого давления, промежуточные пароперегреватели, турбину среднего давления, турбину низкого давления, конденсатор, питательные насосы, деаэраторы, подогреватели исходного продукта, экономайзер, градирню, электрический генератор, трансформаторы и систему электропередачи, а также сопутствующие трубопроводы, контрольноизмерительные приборы и средства управления. Эти бесхозные активы не зависят от источника тепловой энергии, которая может поставляться интегрированным блоком 1104 аккумулирования энергии (например, системой аккумулирования тепла), как описано в настоящем документе.According to some embodiments, the coal balance of a plant power unit (e.g., everything downstream of the boiler in the process) includes equipment such as a boiler shell, an overhead superheater, a high pressure turbine, reheaters, a medium pressure turbine, a low pressure turbine , condenser, feed pumps, deaerators, feed heaters, economizer, cooling tower, electrical generator, transformers and transmission system, as well as associated piping, instrumentation and controls. These stranded assets are independent of a source of thermal energy, which may be supplied by an integrated energy storage unit 1104 (eg, a thermal storage system) as described herein.

Интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии может получать тепловую энергию от любого из ряда источников тепловой энергии, таких как одна или несколько атомных теплоэлектростанций станций, солнечная тепловая энергия, геотермальная энергия, ветровая тепловая энергия, энергия волн или любой другой подходящий генератор тепловой энергии. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии позволяет комбинировать любую форму тепловой энергии и использовать ее с любой формой силового блока 1106, обеспечивая дополнительное преимущество отделения ядерного блока 1102 от силового блока 1106.The integrated energy storage unit 1104 may obtain thermal energy from any of a number of thermal energy sources, such as one or more nuclear thermal power plants, solar thermal energy, geothermal energy, wind thermal energy, wave energy, or any other suitable thermal energy generator. According to some embodiments, the integrated energy storage unit 1104 allows any form of thermal energy to be combined and used with any form of power unit 1106, providing the added benefit of separating the nuclear unit 1102 from the power unit 1106.

Эта архитектура предлагает множество преимуществ. Например, существует обязательное отделение от ядерного блока 1102 и всего оборудования, расположенного дальше в технологическом процессе от интегрированного блока 1104 аккумулирования энергии, есть гибкость в соединении ядерного блока 1102 с силовым блоком 1106. Например, ядерному блоку 1102 не требуется согласования, с точки зрения выходной мощности, с силовым блоком 1106. Ядерный блок 1102 может работать на полной мощности и передавать тепловую энергию на интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии, который затем может обеспечивать тепловую энергию для приведения в действие турбин силового блока 1106 любым подходящим способом. Таким образом, работа силового блока 1106 полностью независима от работы ядерного блока 1102.This architecture offers many advantages. For example, there is a mandatory separation from the nuclear unit 1102 and all equipment located downstream from the integrated energy storage unit 1104, there is flexibility in connecting the nuclear unit 1102 to the power unit 1106. For example, the nuclear unit 1102 does not require coordination, in terms of output power, with the power block 1106. The nuclear block 1102 can operate at full power and transfer thermal energy to the integrated energy storage unit 1104, which can then provide thermal energy to drive the turbines of the power block 1106 in any suitable manner. Thus, the operation of the power unit 1106 is completely independent from the operation of the nuclear unit 1102.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, ядерный блок 1102 может работать на 100% мощности, но, поскольку ядерный блок 1102 отделен от силового блока 1106 интегрированным блоком 1104 аккумулирования энергии, силовой блок 1106 полностью способен следовать за нагрузкой, в зависимости от спроса на электроэнергию.According to some embodiments, the nuclear unit 1102 may operate at 100% power, but because the nuclear unit 1102 is separated from the power unit 1106 by an integrated energy storage unit 1104, the power unit 1106 is fully capable of following the load based on electrical demand.

Описанная архитектура также приводит к преимуществам в эффективности проектирования. Больше нет необходимости согласовывать ядерный реактор с конкретным силовым блоком 1106. Типовой реактор может быть соединен с типовым силовым блоком, что устраняет необходимость в разработке нового реактора, чтобы мощность соответствовала мощности каждого произвольного силового блока.The described architecture also leads to advantages in design efficiency. It is no longer necessary to match a nuclear reactor to a specific power block 1106. A generic reactor can be coupled to a generic power block, eliminating the need to design a new reactor to match the power of each arbitrary power block.

- 20 045573- 20 045573

Под типовым реактором понимается реактор любой конструкции и любой выходной мощности. Типовой силовой блок относится к любой конструкции, размеру, тип и выходной мощности системы преобразования тепловой энергии в электричество и включает, например, парогенератор.A typical reactor means a reactor of any design and any power output. A typical power unit refers to any design, size, type and power output of a thermal-to-electricity conversion system and includes, for example, a steam generator.

В некоторых вариантах выполнения интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии предназначен для приема выходной мощности ядерного блока 1102 и доставки тепловой энергии в соответствии с требованиями силового блока 1106. В некоторых вариантах выполнения описанная архитектура допускает комбинацию конструкции с одним или несколькими реакторами, которые должны быть соединены с силовым блоком 1106. В качестве примера, если силовому блоку требуется 1600 МВт пара для турбины, эта потребность может быть удовлетворена с помощью одного реактора мощностью 1600 МВт, двух реакторов мощностью 800 МВт, одного реактора мощностью 1200 МВт и одного реактора мощностью 400 МВт и т.д. В некоторых случаях интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии работает как агрегатор мощности от указанной одной или нескольких конструкций реактора, обеспечивая, тем самым, гибкость, масштабируемость и, во временных рамках, независимость соединения силового блока 1106 с одним или несколькими реакторами, полагаясь на интегрированный энергетический блок 1104 в качестве буфера. Это дополнительно обеспечивает ядерному блоку 1102 и силовому блоку 1106 возможность быть полностью разделенными и независимыми с точки зрения дизайна, конструкции и работы. Дополнительным преимуществом является то, что архитектура позволяет использовать конструкцию с одним реактором, например, электростанцию мощностью 400 МВт, используемую в сочетании с несколькими типами энергоблоков (например, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 2400 МВт и т.п.). В некоторых вариантах выполнения может быть истинное несоответствие между ядерным блоком 1102 и силовым блоком 1106, например, реакторный блок 1102, который выдает 1600 МВт, может быть соединен с силовым блоком 1106 мощностью 1500 МВт. Другими словами, ядерный блок 1102 может иметь выходную тепловую мощность, а силовой блок 1106 может иметь входную тепловую мощность, которая больше или меньше, чем выходная тепловая мощность ядерного блока 1102. Другими словами, реакторный блок 1102 может иметь паспортную мощность, отличную от паспортной мощности силового блока 1106. В настоящем документе паспортная мощность - это длительная выходная мощность объекта при полной нагрузке. Паспортная мощность - это обычно число, зарегистрированное регулирующими органами для классификации выходной мощности станции, и обычно измеряется в ваттах, мегаваттах или гигаваттах.In some embodiments, the integrated energy storage unit 1104 is configured to receive the power output of the nuclear unit 1102 and deliver thermal energy as required by the power unit 1106. In some embodiments, the described architecture allows for a combination design with one or more reactors that must be coupled to the power unit. block 1106. As an example, if a power unit requires 1600 MW of steam for a turbine, this requirement can be met with one 1600 MW reactor, two 800 MW reactors, one 1200 MW reactor and one 400 MW reactor, etc. d. In some cases, the integrated power storage unit 1104 operates as an aggregator of power from said one or more reactor designs, thereby providing flexibility, scalability, and, for a time, independence in connecting the power unit 1106 to one or more reactors, relying on the integrated power unit 1104 as a buffer. This further allows the nuclear block 1102 and the power block 1106 to be completely separate and independent in terms of design, construction and operation. An additional advantage is that the architecture allows the use of a single reactor design, for example a 400 MW power plant, used in combination with several types of power units (for example, 400, 800, 1200, 1600, 2000, 2400 MW, etc.). In some embodiments, there may be a true mismatch between the nuclear unit 1102 and the power unit 1106, for example, a reactor unit 1102 that produces 1600 MW may be coupled to a power unit 1106 that produces 1500 MW. In other words, nuclear unit 1102 may have a thermal power output and power unit 1106 may have a thermal power input that is greater or less than the thermal power output of nuclear unit 1102. In other words, reactor unit 1102 may have a rated power that is different from the rated power. power unit 1106. In this document, the nameplate power is the continuous output power of the object at full load. Nameplate power is typically a number recorded by regulators to classify a plant's power output, and is usually measured in watts, megawatts, or gigawatts.

При использовании для описания силового блока 1106 его можно использовать для обозначения мощности, вводимой в силовой блок 1106, которая может быть преобразована в электричество, когда силовой блок 1106 работает на полной мощности.When used to describe the power block 1106, it can be used to refer to the power input to the power block 1106 that can be converted into electricity when the power block 1106 is operating at full power.

Этот тип несоответствия может быть исправлен способами, описанными в настоящем документе, например, путем использования избыточной тепловой энергии для других целей, путем масштабирования интегрированного блока аккумулирования энергии и планирования аварийного отключения ядерной установки, в то же время обеспечивая подачу тепловой энергии на силовой блок из интегрированного блока аккумулирования энергии или обеспечивая ядерному блоку 1102 возможность зарядки интегрированного блока 1104 аккумулирования энергии во время пониженного спроса на электроэнергию, и это лишь некоторые из них. В некоторых случаях силовой блок 1106 может быть оперативно масштабирован до выходной мощности ниже 100% мощности, в то время как ядерный блок 1102 может работать на 100% рабочей мощности.This type of discrepancy can be corrected in the ways described herein, for example, by using excess thermal energy for other purposes, by scaling the integrated energy storage unit and planning for a nuclear plant emergency shutdown, while at the same time ensuring that thermal energy is supplied to the power unit from the integrated energy storage unit or allowing the nuclear unit 1102 to charge the integrated energy storage unit 1104 during times of reduced power demand, to name a few. In some cases, the power block 1106 can be quickly scaled to a power output below 100% power, while the nuclear block 1102 can be operated at 100% operating power.

Аналогичным образом, реакторный блок 1102 может быть соединен с интегрированным блоком 1104 аккумулирования энергии, имеющим несоответствие между мощностью генерирования тепловой энергии ядерного блока 1102 и тепловой мощностью блока 1104 аккумулирования тепловой энергии. Другими словами, ядерный блок 1102 может иметь генерирующую мощность, которая ниже аккумулирующей мощности блока аккумулирования тепловой энергии. В некоторых случаях генерирующая способность реакторного блока может составлять порядка 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 или 80% от аккумулирующей способности блока аккумулирования тепловой энергии.Likewise, the reactor unit 1102 may be coupled to an integrated energy storage unit 1104 having a mismatch between the thermal power generation power of the nuclear unit 1102 and the thermal power of the thermal energy storage unit 1104. In other words, the nuclear unit 1102 may have a generation power that is lower than the storage power of the thermal energy storage unit. In some cases, the generating capacity of the reactor unit may be on the order of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 or 80% of the storage capacity of the thermal energy storage unit.

В некоторых случаях ядерный блок 1102 вырабатывает тепловую энергию при температуре, которая может быть не идеальной для силового блока 1106. В качестве примера ядерный блок 1102 может обеспечивать температуру на выходе 500°С, а силовому блоку 1106 может потребоваться пар с температурой 550°С. В этих случаях дефицит температуры может быть восполнен (1) пиковым резервуаром, который может нагревать теплоаккумулирующую среду до более высокой температуры, (2) добавлением дополнительной тепловой энергии к пару перед его прохождением через турбины, (3) запуском турбины с более низким КПД, или использованием какого-либо другого решения для устранения несоответствия температур.In some cases, nuclear unit 1102 produces thermal energy at a temperature that may not be ideal for power unit 1106. As an example, nuclear unit 1102 may provide an outlet temperature of 500°C, and power unit 1106 may require steam at 550°C. In these cases, the temperature deficit can be made up by (1) a peak reservoir that can heat the thermal storage medium to a higher temperature, (2) adding additional thermal energy to the steam before it passes through the turbines, (3) running the turbine at a lower efficiency, or using some other solution to resolve the temperature mismatch.

В некоторых вариантах выполнения гибридная технология может использоваться для дополнения тепловой энергии ядерного блока 1102. Например, когда силовой блок 1106 требует температуры пара на входе выше, чем может обеспечить ядерный блок 1102, альтернативная технология, такой как омический нагрев, природный газ, водород или какой-либо другой источник энергии, может использоваться для достижения максимальной температуры пара для работы силового блока 1106 с подходящей эффективностью.In some embodiments, hybrid technology may be used to supplement the thermal energy of nuclear unit 1102. For example, when power unit 1106 requires an inlet steam temperature higher than nuclear unit 1102 can provide, an alternative technology such as ohmic heating, natural gas, hydrogen, or whatever - another energy source may be used to achieve the maximum steam temperature to operate the power unit 1106 with suitable efficiency.

- 21 045573- 21 045573

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, использование бесхозных активов силового блока 1106 в интегрированной энергетической системе 1100 вместе с атомной тепловой станцией обеспечивает многочисленные преимущества. Например, объект уже одобрен и эксплуатируется, выбор объекта уже сделан, это позволяет использовать оборудование на сотни миллионов долларов для дальнейшего использования в безуглеродной выработке энергии, а не списывать на металлолом, и объект уже подключен к передающей инфраструктуре и подключен к электросети, а также предоставляет другие преимущества.In accordance with some embodiments, the use of stranded power unit 1106 assets in an integrated power system 1100 along with a nuclear thermal plant provides numerous benefits. For example, the facility is already approved and in operation, the site selection has already been made, it allows hundreds of millions of dollars of equipment to be used for future use in carbon-free power generation rather than scrapped, and the facility is already connected to the transmission infrastructure and connected to the electrical grid, and also provides other benefits.

Вышеупомянутое обсуждение объединения ядерного блока 1102 и интегрированного блока 1104 аккумулирования энергии с бесхозными активами угольного энергоблока 1106 в равной степени применимо к бесхозным активам природного газа. Поскольку газовая электростанция выводится из эксплуатации по любой из множества причин, силовые блоки этих станций могут использоваться путем соединения силового блока 1106 с интегрированным блоком 1104 аккумулирования энергии, который обеспечивает тепловую энергию для приведения в действие турбин газовой электростанции. Интегрированный блок 1104 аккумулирования энергии может получать тепловую энергию от любого из множества различных источников, таких как один или несколько ядерных реакторов, солнечная тепловая энергия, ветровая энергия, геотермальная энергия, гидроэнергия или любой другой подходящий источник тепловой энергии.The above discussion of combining nuclear unit 1102 and integrated energy storage unit 1104 with the stranded assets of coal power unit 1106 is equally applicable to the stranded natural gas assets. As a gas power plant is taken out of service for any of a variety of reasons, the power blocks of these plants can be used by connecting the power block 1106 to an integrated energy storage unit 1104, which provides thermal energy to drive the turbines of the gas power plant. The integrated energy storage unit 1104 may obtain thermal energy from any of a variety of different sources, such as one or more nuclear reactors, solar thermal energy, wind energy, geothermal energy, hydroelectric power, or any other suitable thermal energy source.

В некоторых случаях, когда силовому блоку 1106 требуются температуры выше, чем выходная температура интегрированного блока 1104 аккумулирования энергии, выведенная из эксплуатации газовая электростанция будет иметь доступный источник природного газа, который можно использовать для повышения температуры теплоаккумулирующей среды или рабочей текучей среды турбины, чтобы повысить эффективность турбинного цикла. Кроме того, сам силовой блок 1106 может вырабатывать электроэнергию с более низким КПД из-за неоптимального давления пара на входе и отводить часть генерируемой электроэнергии для достижения максимальной температуры входящего пара и постепенно повышать свою эффективность по мере увеличения температуры пара на входе до более идеальной температуры для силового блока.In some cases, when the power unit 1106 requires temperatures higher than the output temperature of the integrated energy storage unit 1104, a decommissioned gas power plant will have an available source of natural gas that can be used to increase the temperature of the thermal storage medium or turbine operating fluid to improve efficiency. turbine cycle. In addition, the power block 1106 itself can generate power at a lower efficiency due to suboptimal inlet steam pressure and divert a portion of the generated power to achieve the maximum inlet steam temperature and gradually increase its efficiency as the inlet steam temperature increases to a more ideal temperature for power block.

В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, на заброшенных объектах имеется возможность использовать бесхозное оборудование путем объединения его с интегрированным блоком 1104 аккумулирования энергии и ядерным блоком 1102. Используя существующую инфраструктуру, доступную на заброшенных объектах, можно использовать во всем остальном трудный в использовании объект, который необходимо восстановить и превратить в безуглеродный объект по производству энергии с гораздо меньшими затратами, чем при новом строительстве, с меньшими затратами времени и затрат на лицензирование и ввод в эксплуатацию, и этот объект можно реконструировать для получения положительных результатов.According to some embodiments, it is possible for abandoned sites to utilize orphaned equipment by combining it with an integrated energy storage unit 1104 and a nuclear unit 1102. Using existing infrastructure available at abandoned sites, it is possible to utilize an otherwise difficult to use asset that is needed restored and converted into a carbon-free energy production facility at a much lower cost than new construction, with less time and licensing and commissioning costs, and the facility can be redeveloped to produce positive results.

Описанные в настоящем документе варианты выполнения обеспечивают интегрированную энергетическую систему, которая отделяет источник тепловой энергии от системы преобразования энергии, которая обеспечивает модульную, масштабируемую, эффективную систему, которая может использоваться для удовлетворения требований базовой электрической нагрузки, требований пиковой электрической нагрузки, а также промышленного технологического тепла. Один или несколько источников тепловой энергии, такие как, например, среди прочего, один или несколько ядерных реакторов различных типов, солнечные электростанции, источники геотермальной энергии, могут быть связаны с общим неядерным оборудованием станции, такими как системы аккумулирования тепла и преобразования энергии.The embodiments described herein provide an integrated energy system that separates the thermal energy source from the energy conversion system, which provides a modular, scalable, efficient system that can be used to meet base load electrical requirements, peak electrical load requirements, and industrial process heat. . One or more thermal energy sources, such as, for example, but not limited to, one or more nuclear reactors of various types, solar power plants, geothermal energy sources, may be associated with general non-nuclear plant equipment, such as thermal storage and energy conversion systems.

Специалист в данной области техники поймет, что любой процесс или способ, раскрытый в настоящем документе, можно модифицировать многими способами. Параметры процесса и последовательность этапов, описанных и/или проиллюстрированных в настоящем документе, даны только в качестве примера и могут быть изменены по желанию. Например, несмотря на то, что этапы, проиллюстрированные и/или описанные в настоящем документе, могут быть показаны или обсуждены в конкретном порядке, эти этапы необязательно должны выполняться в указанном или обсуждаемом порядке.One of ordinary skill in the art will appreciate that any process or method disclosed herein can be modified in many ways. The process parameters and sequence of steps described and/or illustrated herein are given as examples only and are subject to change as desired. For example, although the steps illustrated and/or described herein may be shown or discussed in a particular order, the steps need not be performed in the order shown or discussed.

Различные иллюстративные способы, описанные и/или проиллюстрированные в настоящем документе, могут также опускать один или несколько этапов, описанных или проиллюстрированных в настоящем документе, или содержать дополнительные этапы в дополнение к раскрытым. Кроме того, этап любого способа, описанного в настоящем документе, может быть объединен с любым одним или несколькими этапами любого другого способа, раскрытого в настоящем документе.Various exemplary methods described and/or illustrated herein may also omit one or more of the steps described or illustrated herein, or contain additional steps in addition to those disclosed. In addition, a step of any method described herein may be combined with any one or more steps of any other method disclosed herein.

Если не указано иное, термины соединенный с и связанный с (и их производные), используемые в описании и формуле изобретения, должны толковаться как разрешающие как непосредственное, так и опосредованное (т.е. через другие элементы или компоненты) соединение. Кроме того, термины в единственном числе, используемые в описании и формуле изобретения, должны толковаться как означающие по меньшей мере один из. Наконец, для простоты использования термины включающий и имеющий (и их производные), используемые в описании и формуле изобретения, взаимозаменяемы и имеют то же значение, что и слово содержащий.Unless otherwise specified, the terms connected to and associated with (and their derivatives) as used in the specification and claims are to be construed to permit both direct and indirect (i.e., through other elements or components) connection. In addition, the singular terms used in the specification and claims are to be construed to mean at least one of. Finally, for ease of use, the terms including and having (and their derivatives) as used in the specification and claims are used interchangeably and have the same meaning as the word containing.

Используемый в настоящем документе термин или используется включительно для обозначенияAs used herein, the term or is used inclusive to refer to

- 22 045573 элементов в альтернативе и в комбинации. Используемые в настоящем документе символы, такие как цифры, относятся к аналогичным элементам.- 22 045573 elements in alternative and combination. Symbols such as numbers used in this document refer to similar elements.

Варианты выполнения настоящего изобретения были показаны и описаны, как изложено в настоящем документе, и представлены только в качестве примера. Обычный специалист в данной области техники распознает многочисленные адаптации, изменения, вариации и замены без отклонения от объема настоящего изобретения. Можно использовать несколько альтернатив и комбинаций раскрытых в настоящем документе вариантов выполнения, не выходя за рамки объема настоящего изобретения и раскрытых в настоящем документе изобретений. Следовательно, объем раскрытых в настоящее время изобретений должен определяться исключительно объемом прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов. Это изобретение также включает следующие пронумерованные пункты.Embodiments of the present invention have been shown and described as set forth herein and are presented by way of example only. One of ordinary skill in the art will recognize numerous adaptations, changes, variations and substitutions without departing from the scope of the present invention. Several alternatives and combinations of the embodiments disclosed herein may be used without departing from the scope of the present invention and the inventions disclosed herein. Therefore, the scope of the inventions now disclosed should be determined solely by the scope of the appended claims and their equivalents. This invention also includes the following numbered claims.

1. Система, содержащая:1. System containing:

ядерный реактор, расположенный на ядерном объекте, границу ядерного объекта, окружающую ядерный реактор, причем граница ядерного объекта образована одним или несколькими барьерами, препятствующими доступу к ядерному объекту, систему аккумулирования тепловой энергии, расположенную снаружи границы ядерного объекта, причем система аккумулирования тепловой энергии находится в тепловом сообщении с ядерным реактором, и генератор мощности, находящийся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии, причем генератор мощности расположен снаружи границы ядерного объекта.a nuclear reactor located at a nuclear facility, a boundary of a nuclear facility surrounding a nuclear reactor, wherein the boundary of the nuclear facility is formed by one or more barriers preventing access to the nuclear facility, a thermal energy storage system located outside the boundary of the nuclear facility, wherein the thermal energy storage system is located in thermal communication with the nuclear reactor, and a power generator located in thermal communication with the thermal energy storage system, and the power generator is located outside the boundary of the nuclear facility.

2. Система по п.1, дополнительно содержащая защитную оболочку, причем ядерный реактор заключен внутри защитной оболочки.2. The system according to claim 1, further comprising a containment vessel, the nuclear reactor being enclosed within the containment vessel.

3. Система по п.1, дополнительно содержащая зону обращения с топливом, причем зона обращения с топливом расположена внутри границы ядерного объекта.3. The system according to claim 1, further comprising a fuel handling zone, wherein the fuel handling zone is located inside the boundary of the nuclear facility.

4. Система по п.1, в которой система аккумулирования тепловой энергии находится в тепловом сообщении с ядерным реактором посредством системы передачи энергии.4. The system according to claim 1, in which the thermal energy storage system is in thermal communication with the nuclear reactor through an energy transfer system.

5. Система по п.4, в которой система передачи энергии содержит контур текучей среды, который создает замкнутый контур между ядерным реактором и системой аккумулирования тепловой энергии.5. The system of claim 4, wherein the power transmission system comprises a fluid circuit that creates a closed loop between the nuclear reactor and the thermal energy storage system.

6. Система по п.5, в которой контур текучей среды системы передачи энергии находится в тепловом сообщении с ядерным реактором посредством первого теплообменника и в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии посредством второго теплообменника.6. The system of claim 5, wherein the fluid circuit of the power transmission system is in thermal communication with the nuclear reactor through the first heat exchanger and in thermal communication with the thermal energy storage system through the second heat exchanger.

7. Система по п.5, в которой контур текучей среды содержит рабочую текучую среду.7. The system of claim 5, wherein the fluid circuit comprises a working fluid.

8. Система по п.7, в которой рабочая текучая среда содержит хлоридную соль.8. The system according to claim 7, wherein the working fluid contains a chloride salt.

9. Система по п.7, в которой рабочая текучая среда содержит нитрат натрия.9. The system according to claim 7, wherein the working fluid contains sodium nitrate.

10. Система по п.7, в которой рабочая текучая среда содержит эвтектический раствор.10. The system according to claim 7, wherein the working fluid comprises a eutectic solution.

11. Система по п.7, в которой рабочая текучая среда содержит материал с фазовым переходом.11. The system of claim 7, wherein the working fluid comprises a phase change material.

12. Система по п.7, в которой рабочая текучая среда содержит сплав с интервалом несмешиваемости.12. The system according to claim 7, wherein the working fluid contains an alloy with an immiscibility range.

13. Система по п.7, в которой рабочая текучая среда содержит расплавленный металл или металлический сплав.13. The system according to claim 7, wherein the working fluid contains molten metal or a metal alloy.

14. Система по п.6, в которой первый теплообменник или второй теплообменник представляет собой кожухотрубный теплообменник.14. The system of claim 6, wherein the first heat exchanger or the second heat exchanger is a shell-and-tube heat exchanger.

15. Система по п.6, в которой первый теплообменник или второй теплообменник представляет собой двухтрубный теплообменник.15. The system according to claim 6, wherein the first heat exchanger or the second heat exchanger is a two-pipe heat exchanger.

16. Система по п.6, в которой первый теплообменник или второй теплообменник представляет собой пластинчатый теплообменник.16. The system according to claim 6, wherein the first heat exchanger or the second heat exchanger is a plate heat exchanger.

17. Система по п.1, дополнительно содержащая генератор водорода, соединенный с системой аккумулирования тепловой энергии.17. The system according to claim 1, further comprising a hydrogen generator connected to a thermal energy storage system.

18. Система по п.1, в которой граница ядерного объекта содержит ограждение.18. The system according to claim 1, in which the border of the nuclear facility contains a fence.

19. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой реактор на быстрых нейтронах.19. The system according to claim 1, wherein the nuclear reactor is a fast neutron reactor.

20. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой реактор-размножитель.20. The system according to claim 1, wherein the nuclear reactor is a breeder reactor.

21. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой реактор на тепловых нейтронах.21. The system according to claim 1, wherein the nuclear reactor is a thermal neutron reactor.

22. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой ядерный реактор на тяжелой воде.22. The system of claim 1, wherein the nuclear reactor is a heavy water nuclear reactor.

23. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой легководный ядерный реактор.23. The system of claim 1, wherein the nuclear reactor is a light water nuclear reactor.

24. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой ядерный реактор на расплавленной соли.24. The system of claim 1, wherein the nuclear reactor is a molten salt nuclear reactor.

25. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой реактор с жидкометаллическим охлаждением.25. The system according to claim 1, wherein the nuclear reactor is a liquid metal cooled reactor.

26. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой ядерный реактор с газовым охлаждением.26. The system of claim 1, wherein the nuclear reactor is a gas-cooled nuclear reactor.

27. Система по п.1, в которой система аккумулирования тепловой энергии соединена с системой преобразования энергии, входная тепловая мощность которой превышает выходную тепловую мощность ядерного реактора.27. The system according to claim 1, wherein the thermal energy storage system is connected to an energy conversion system whose thermal input power exceeds the thermal output power of the nuclear reactor.

28. Система по п.1, в которой система аккумулирования тепловой энергии представляет собой сис-28. The system according to claim 1, in which the thermal energy storage system is a system

- 23 045573 тему низкого давления.- 23 045573 topic of low pressure.

29. Система по п.28, в которой система передачи энергии выполнена с возможностью передачи тепловой энергии от ядерного реактора в систему аккумулирования тепловой энергии.29. The system of claim 28, wherein the energy transfer system is configured to transfer thermal energy from the nuclear reactor to the thermal energy storage system.

30. Система по п.29, в которой система передачи энергии является системой низкого давления.30. The system of claim 29, wherein the power transmission system is a low pressure system.

31. Система по п.1, в которой генератор мощности находится в тепловом контакте с системой аккумулирования тепловой энергии посредством системы доставки энергии.31. The system of claim 1, wherein the power generator is in thermal contact with the thermal energy storage system via the energy delivery system.

32. Система по п.31, в которой система доставки энергии содержит замкнутый контур текучей среды.32. The system of claim 31, wherein the energy delivery system comprises a closed fluid circuit.

33. Система по п.32, в которой замкнутый контур текучей среды содержит расплавленную соль.33. The system of claim 32, wherein the closed fluid loop contains molten salt.

34. Система по п.31, в которой система доставки энергии содержит рабочую текучую среду, которая находится в непосредственном контакте с теплоаккумулирующей средой в системе аккумулирования тепловой энергии.34. The system of claim 31, wherein the energy delivery system comprises a working fluid that is in direct contact with a thermal storage medium in the thermal energy storage system.

35. Система по п.1, в которой генератор мощности представляет собой паровую турбину.35. The system according to claim 1, in which the power generator is a steam turbine.

36. Система по п.35, в которой паровая турбина преобразует пар в механическую работу.36. The system of claim 35, wherein the steam turbine converts steam into mechanical work.

37. Система по п.36, дополнительно содержащая электрогенератор, соединенный с паровой турбиной выходным валом паровой турбины, и механическая работа заставляет электрогенератор вырабатывать электричество.37. The system of claim 36, further comprising an electric generator coupled to the steam turbine by an output shaft of the steam turbine, and mechanical operation causing the electric generator to generate electricity.

38. Система по п.37, в которой генератор мощности выполнен как система выработки энергии после нагрузки.38. The system according to claim 37, in which the power generator is configured as a power generation system after the load.

39. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой первый ядерный реактор, причем система также содержит второй ядерный реактор.39. The system of claim 1, wherein the nuclear reactor is a first nuclear reactor, and the system also includes a second nuclear reactor.

40. Система по п.39, в которой второй ядерный реактор расположен на втором ядерном объекте внутри границы второго ядерного объекта, а система аккумулирования тепловой энергии и генератор мощности расположены снаружи границы второго ядерного объекта.40. The system of claim 39, wherein the second nuclear reactor is located at the second nuclear facility within the boundary of the second nuclear facility, and the thermal energy storage system and power generator are located outside the boundary of the second nuclear facility.

41. Система по п.1, также содержащая вспомогательную систему аккумулирования тепла, находящуюся в тепловом сообщении с ядерным реактором.41. The system according to claim 1, also containing an auxiliary heat storage system located in thermal communication with the nuclear reactor.

42. Система по п.41, в которой вспомогательная система аккумулирования тепла выполнена с возможностью регулирования температуры на входе активной зоны ядерного реактора.42. The system according to claim 41, in which the auxiliary heat storage system is configured to regulate the temperature at the inlet of the nuclear reactor core.

43. Система по п.1, также содержащая солнечную тепловую энергетическую систему, находящуюся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии.43. The system according to claim 1, also comprising a solar thermal energy system in thermal communication with a thermal energy storage system.

44. Система по п.1, также содержащая зону аварийного планирования вокруг ядерного реактора, причем система аккумулирования тепловой энергии и генератор мощности расположены снаружи зоны аварийного планирования.44. The system of claim 1, further comprising an emergency planning zone around the nuclear reactor, wherein the thermal energy storage system and power generator are located outside the emergency planning zone.

45. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой ядерный реактор содержит корпус, внутри которого, по меньшей мере частично, расположен первичный контур теплоносителя, и первичный теплообменник, находящийся в тепловом сообщении с первичным контуром теплоносителя.45. The system according to any of the preceding paragraphs, in which the nuclear reactor includes a housing, within which, at least partially, a primary coolant circuit is located, and a primary heat exchanger in thermal communication with the primary coolant circuit.

46. Система по п.45, в которой первичный теплообменник представляет собой натрий-солевой теплообменник.46. The system of claim 45, wherein the primary heat exchanger is a sodium salt heat exchanger.

47. Система по п.45, в которой первичный теплообменник передает тепловую энергию от активной зоны к рабочей текучей среде системы аккумулирования тепловой энергии.47. The system of claim 45, wherein the primary heat exchanger transfers thermal energy from the core to a working fluid of the thermal energy storage system.

48. Система, содержащая:48. System containing:

ядерный реактор, расположенный внутри границы ядерного объекта, причем ядерный реактор имеет корпус, теплообменник, расположенный внутри корпуса реактора, причем теплообменник выполнен с возможностью теплового контакта первичного теплоносителя, находящегося внутри корпуса реактора, с солевым теплоносителем, находящимся в контуре теплоносителя, и систему аккумулирования тепловой энергии, расположенную снаружи границы ядерного объекта и выполненную с возможностью получения тепловой энергии от солевого теплоносителя в контуре теплоносителя.a nuclear reactor located inside the boundary of a nuclear facility, wherein the nuclear reactor has a housing, a heat exchanger located inside the reactor body, wherein the heat exchanger is configured to allow thermal contact of the primary coolant located inside the reactor body with a salt coolant located in the coolant circuit, and a thermal storage system energy located outside the boundary of the nuclear facility and configured to receive thermal energy from the salt coolant in the coolant circuit.

49. Система по п.48, также содержащая систему выработки энергии, находящуюся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии, причем система выработки энергии расположена снаружи границы ядерного объекта.49. The system of claim 48, also comprising a power generation system in thermal communication with a thermal energy storage system, wherein the power generation system is located outside the boundary of the nuclear facility.

50. Система по п.49, в которой ядерный реактор имеет первую паспортную мощность, а система выработки энергии имеет вторую паспортную мощность, причем вторая паспортная мощность больше, чем первая паспортная мощность.50. The system of claim 49, wherein the nuclear reactor has a first power rating and the power generation system has a second power rating, wherein the second power rating is greater than the first rating power.

51. Система, содержащая:51. System containing:

ядерный реактор, имеющий выходную тепловую мощность, и систему выработки энергии, имеющую входную тепловую мощность и находящуюся в тепловом сообщении с ядерным реактором, при этом тепловая входная мощность больше тепловой выходной мощности.a nuclear reactor having a thermal power output, and a power generation system having a thermal power input and in thermal communication with the nuclear reactor, wherein the thermal power input is greater than the thermal power output.

52. Система по п.51, также содержащая систему аккумулирования тепла, расположенную между ядерным реактором и системой выработки энергии, при этом система аккумулирования тепла принимает тепловую мощность от ядерного реактора и передает тепловую мощность системе выработки энергии.52. The system of claim 51, further comprising a thermal storage system located between the nuclear reactor and the power generation system, wherein the thermal storage system receives thermal power from the nuclear reactor and transfers thermal power to the power generation system.

--

Claims (16)

53. Система по п.52, в которой система аккумулирования тепла имеет размер, позволяющий передавать большее количество тепловой мощности, чем может обеспечить ядерный реактор.53. The system of claim 52, wherein the thermal storage system is sized to transfer more thermal power than a nuclear reactor can provide. 54. Система по п.51, также содержащая границу ядерного объекта, при этом ядерный реактор расположен внутри границы объекта.54. The system according to claim 51, also containing the boundary of a nuclear facility, wherein the nuclear reactor is located inside the boundary of the facility. 55. Система по п.54, в которой система выработки энергии расположена снаружи границы ядерного объекта.55. The system of claim 54, wherein the power generation system is located outside the boundary of the nuclear facility. 56. Система по любому предшествующему пункту, содержащая первичный теплообменник, который представляет собой натрий-солевой теплообменник.56. The system of any one of the preceding claims, comprising a primary heat exchanger that is a sodium-salt heat exchanger. 57. Система по п.56, в которой первичный теплообменник расположен внутри корпуса ядерного реактора.57. The system according to claim 56, in which the primary heat exchanger is located inside the nuclear reactor vessel. 58. Система по п.57, в которой первичный теплообменник находится в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепла.58. The system according to claim 57, in which the primary heat exchanger is in thermal communication with the heat storage system. 59. Система по п.52, также содержащая второй ядерный реактор, находящийся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепла.59. The system according to claim 52, also comprising a second nuclear reactor in thermal communication with the heat storage system. 60. Система по п.59, в которой второй ядерный реактор представляет собой реактор, отличающийся от конструкции указанного ядерного реактора.60. The system of claim 59, wherein the second nuclear reactor is a reactor different from the design of said nuclear reactor. 61. Система по п.52, также содержащая солнечную тепловую установку, находящуюся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепла.61. The system according to claim 52, also comprising a solar thermal installation in thermal communication with a heat storage system. 62. Система по п.52, также содержащая ветровую тепловую установку, находящуюся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепла.62. The system according to claim 52, also containing a wind thermal installation located in thermal communication with the heat storage system. 63. Система по любому предшествующему пункту, в которой ядерный реактор отделен от системы аккумулирования тепла и системы выработки энергии.63. A system as claimed in any of the preceding claims, wherein the nuclear reactor is separated from the thermal storage system and the power generation system. 64. Система по любому предшествующему пункту, также содержащая генератор водорода, который получает тепловую энергию для производства водорода.64. The system of any one of the preceding claims, also comprising a hydrogen generator that receives thermal energy to produce hydrogen. 65. Система по п.64, в которой генератор водорода содержит электролизер.65. The system of claim 64, wherein the hydrogen generator comprises an electrolyser. 66. Система по п.65, в которой генератор водорода генерирует водород посредством процесса высокотемпературного электролиза.66. The system of claim 65, wherein the hydrogen generator generates hydrogen through a high temperature electrolysis process. 67. Система по п.64, в которой генератор водорода вырабатывает водород в процессе парового риформинга природного газа.67. The system of claim 64, wherein the hydrogen generator produces hydrogen through a steam reforming process of natural gas. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Интегрированная энергетическая система, содержащая:1. Integrated energy system containing: ядерный реактор, расположенный на ядерном объекте, окруженном границей ядерного объекта, причем граница ядерного объекта образована одним или несколькими барьерами, препятствующими доступу к ядерному объекту, и окруженном зоной аварийного планирования вокруг ядерного реактора;a nuclear reactor located at a nuclear facility surrounded by a boundary of the nuclear facility, wherein the boundary of the nuclear facility is formed by one or more barriers preventing access to the nuclear facility and surrounded by an emergency planning area around the nuclear reactor; систему аккумулирования тепловой энергии, расположенную снаружи границы ядерного объекта и снаружи зоны аварийного планирования, причем система аккумулирования тепловой энергии находится в тепловом сообщении с ядерным реактором; и генератор мощности, расположенный снаружи границы ядерного объекта и снаружи зоны аварийного планирования и находящийся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии.a thermal energy storage system located outside the boundary of the nuclear facility and outside the emergency planning zone, wherein the thermal energy storage system is in thermal communication with the nuclear reactor; and a power generator located outside the boundary of the nuclear facility and outside the emergency planning area and in thermal communication with the thermal energy storage system. 2. Система по п.1, в которой система аккумулирования тепловой энергии находится в тепловом сообщении с ядерным реактором посредством системы передачи энергии.2. The system according to claim 1, in which the thermal energy storage system is in thermal communication with the nuclear reactor through an energy transfer system. 3. Система по п.2, в которой система передачи энергии содержит контур текучей среды, который создает замкнутый контур между ядерным реактором и системой аккумулирования тепловой энергии.3. The system of claim 2, wherein the power transmission system comprises a fluid circuit that creates a closed loop between the nuclear reactor and the thermal energy storage system. 4. Система по п.4, в которой контур текучей среды системы передачи энергии находится в тепловом сообщении с ядерным реактором посредством первого теплообменника и в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии посредством второго теплообменника.4. The system of claim 4, wherein the fluid circuit of the power transmission system is in thermal communication with the nuclear reactor through the first heat exchanger and in thermal communication with the thermal energy storage system through the second heat exchanger. 5. Система по п.4, в которой контур текучей среды содержит соль в качестве рабочей текучей среды.5. The system of claim 4, wherein the fluid circuit contains salt as the working fluid. 6. Система по п.1, в которой граница ядерного объекта содержит ограждение.6. The system according to claim 1, in which the border of the nuclear facility contains a fence. 7. Система по п.1, в которой система аккумулирования тепловой энергии соединена с системой преобразования энергии, входная тепловая мощность которой превышает выходную тепловую мощность ядерного реактора.7. The system according to claim 1, wherein the thermal energy storage system is connected to an energy conversion system whose thermal input power exceeds the thermal output power of the nuclear reactor. 8. Система по п.1, в которой генератор мощности находится в тепловом контакте с системой аккумулирования тепловой энергии посредством системы доставки энергии, использующей расплав соли в качестве рабочей текучей среды.8. The system of claim 1, wherein the power generator is in thermal contact with the thermal energy storage system through an energy delivery system using molten salt as the working fluid. 9. Система по п.1, в которой ядерный реактор представляет собой первый ядерный реактор, причем система дополнительно содержит второй ядерный реактор, находящийся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии.9. The system of claim 1, wherein the nuclear reactor is a first nuclear reactor, the system further comprising a second nuclear reactor in thermal communication with the thermal energy storage system. 10. Система по п.9, в которой второй ядерный реактор расположен на втором ядерном объекте внутри границы второго ядерного объекта, а система аккумулирования тепловой энергии и генератор10. The system according to claim 9, wherein the second nuclear reactor is located at the second nuclear facility within the boundary of the second nuclear facility, and the thermal energy storage system and generator - 25 045573 мощности расположены снаружи границы второго ядерного объекта.- 25,045,573 capacities are located outside the border of the second nuclear facility. 11. Система по п.1, дополнительно содержащая солнечную тепловую энергетическую систему, находящуюся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии.11. The system according to claim 1, further comprising a solar thermal energy system in thermal communication with a thermal energy storage system. 12. Система по п.1, в которой ядерный реактор содержит корпус, первичный контур теплоносителя, расположенный внутри корпуса реактора, и первичный теплообменник, находящийся в тепловом сообщении с первичным контуром теплоносителя.12. The system according to claim 1, in which the nuclear reactor contains a vessel, a primary coolant circuit located inside the reactor vessel, and a primary heat exchanger in thermal communication with the primary coolant circuit. 13. Система по п.12, в которой первичный теплообменник представляет собой натрий-солевой теплообменник.13. The system of claim 12, wherein the primary heat exchanger is a sodium salt heat exchanger. 14. Интегрированная энергетическая система, содержащая:14. Integrated energy system containing: ядерный реактор, расположенный на ядерном объекте, окруженном границей ядерного объекта, причем граница ядерного объекта образована одним или несколькими барьерами, препятствующими доступу к ядерному объекту, и окруженном зоной аварийного планирования вокруг ядерного реактора, причем ядерный реактор имеет корпус;a nuclear reactor located at a nuclear facility, surrounded by a boundary of the nuclear facility, wherein the boundary of the nuclear facility is formed by one or more barriers preventing access to the nuclear facility, and surrounded by an emergency planning area around the nuclear reactor, wherein the nuclear reactor has a vessel; теплообменник, расположенный внутри корпуса реактора, причем теплообменник выполнен с возможностью обеспечения теплового контакта первичного теплоносителя, находящегося внутри корпуса реактора, с солевым теплоносителем, находящимся в контуре теплоносителя; и систему аккумулирования тепловой энергии, расположенную снаружи границы ядерного объекта и снаружи зоны аварийного планирования и выполненную с возможностью получения тепловой энергии от солевого теплоносителя в контуре теплоносителя.a heat exchanger located inside the reactor vessel, wherein the heat exchanger is configured to provide thermal contact of the primary coolant located inside the reactor vessel with the salt coolant located in the coolant circuit; and a thermal energy storage system located outside the boundary of the nuclear facility and outside the emergency planning zone and configured to receive thermal energy from the salt coolant in the coolant loop. 15. Система по п.14, дополнительно содержащая систему выработки энергии, находящуюся в тепловом сообщении с системой аккумулирования тепловой энергии, причем система выработки энергии расположена снаружи границы ядерного объекта и снаружи зоны аварийного планирования.15. The system of claim 14, further comprising a power generation system in thermal communication with a thermal energy storage system, wherein the power generation system is located outside the boundary of the nuclear facility and outside the emergency planning area. 16. Интегрированная энергетическая система, содержащая:16. Integrated energy system containing: по меньшей мере один ядерный реактор, расположенный по меньшей мере на одном ядерном объекте, окруженном границей указанного по меньшей мере одного ядерного объекта, причем граница указанного по меньшей мере одного ядерного объекта образована одним или несколькими барьерами, препятствующими доступу к указанному по меньшей мере одному ядерному объекту, и окруженном зоной аварийного планирования вокруг указанного по меньшей мере одного ядерного реактора, причем указанный по меньшей мере один ядерный реактор имеет выходную тепловую мощность;at least one nuclear reactor located at at least one nuclear facility surrounded by the boundary of said at least one nuclear facility, wherein the boundary of said at least one nuclear facility is formed by one or more barriers preventing access to said at least one nuclear facility facility, and surrounded by an emergency planning zone around said at least one nuclear reactor, wherein said at least one nuclear reactor has a thermal output; систему аккумулирования тепловой энергии, расположенную снаружи границы указанного по меньшей мере одного ядерного объекта и снаружи зоны аварийного планирования; и систему выработки энергии, расположенную снаружи границы указанного по меньшей мере одного ядерного объекта и снаружи зоны аварийного планирования, и имеющую входную тепловую мощность, и находящуюся в тепловом сообщении с указанным по меньшей мере одним ядерным реактором, при этом система аккумулирования тепловой энергии расположена между указанным по меньшей мере одним ядерным реактором и системой выработки энергии, при этом система аккумулирования тепловой энергии принимает выходную тепловую мощность от указанного по меньшей мере одного ядерного реактора и передает входную тепловую мощность системе выработки энергии, при этом указанная входная тепловая мощность больше указанной выходной тепловой мощности.a thermal energy storage system located outside the boundary of the at least one nuclear facility and outside the emergency planning zone; and a power generation system located outside the boundary of the at least one nuclear facility and outside the emergency planning zone, and having a thermal input power, and being in thermal communication with the at least one nuclear reactor, wherein the thermal energy storage system is located between the at least one nuclear reactor and a power generation system, wherein the thermal energy storage system receives a thermal power output from the at least one nuclear reactor and transmits a thermal power input to the power generation system, wherein said thermal power input is greater than said thermal power output. --
EA202192576 2019-04-12 2020-04-13 NUCLEAR THERMAL PLANT WITH ELECTRICITY GENERATION IN LOAD-FOLLOWING MODE EA045573B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/833,623 2019-04-12
US62/929,003 2019-10-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA045573B1 true EA045573B1 (en) 2023-12-06

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2020272144A1 (en) Nuclear thermal plant with load-following power generation
Bauer et al. Molten salt storage for power generation
US20210095645A1 (en) Nuclear thermal plant with load-following power generation
Duffy et al. Energy sources and supply grids–the growing need for storage
Orhan et al. Approaches for integrated hydrogen production based on nuclear and renewable energy sources: Energy and exergy assessments of nuclear and solar energy sources in the United Arab Emirates
Forsberg Market basis for salt-cooled reactors: dispatchable heat, hydrogen, and electricity with assured peak power capacity
Zohuri Nuclear Energy for Hydrogen Generation: Through Intermediate Heat Exchangers
Forsberg Separating nuclear reactors from the power block with heat storage to improve economics with dispatchable heat and electricity
Forsberg et al. Separating Nuclear Reactors from the Power Block with Heat Storage: A New Power Plant Design Paradigm
Michaelson et al. Integration of small modular reactors into renewable energy-based standalone microgrids: An energy management perspective
EP4052274B1 (en) Nuclear thermal plant with load-following power generation
Forsberg et al. Heat Storage Options for Sodium, Salt and Helium Cooled Reactors to Enable Variable Electricity to the Grid and Heat to Industry with Base-Load Reactor Operations
EA045573B1 (en) NUCLEAR THERMAL PLANT WITH ELECTRICITY GENERATION IN LOAD-FOLLOWING MODE
Ma et al. Thermal Energy Storage Using Solid Particles for Long-Duration Energy Storage
EA046510B1 (en) NUCLEAR THERMAL POWER PLANT WITH ELECTRICITY GENERATION IN LOAD-FOLLOWING MODE
Mikkelson et al. Initial Performance Evaluation and Ranking of Thermal Energy Storage Options for Light Water Reactor Integration to Support Modeling and Simulation
Graham et al. State of charge: Energy storage in Latin America and the Caribbean
Ireland Characterising the role of diverse nuclear technologies for a Zero Carbon UK
Conlon et al. Storage-Coupled Nuclear Combined Cycle
Novotny et al. Preliminary Process and Instrumentation Design of Advanced Reactor Integration with Refineries and Hydrogen Production Facilities
Westover et al. Thermal and Electrical Coupling to Electrolysis Plants
Rawashdeh Power generation and stability of the Swedish electricity system 2045
Gerasimovski et al. Small Modular Nuclear Reactors–New Perspectives in Energy Transition
Petrunin et al. Reactor units developed by OKBM Afrikantov for low-and medium-capacity nuclear power plants
Takács The Small Modular Reactor types and their installation in the Hungarian electricity system