JP2004525294A - 原子力発電所とその操作方法 - Google Patents

原子力発電所とその操作方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、原子力発電所で発生されるパワーを調節する方法であって、原子炉を通るヘリウム流を調節するステップを含む方法を提供する。このために、発電所は、密閉ループ型発電用循環路を含み、密閉ループ型発電用循環路は、少なくとも、一つの圧縮機と再循環路を持ち、それにより、ヘリウムは上記圧縮機周りに再循環される。適当なバルブを使って再循環路の周りのヘリウム流を調節することにより、上記炉を通るヘリウム流、すなわち、発生されるパワーが調節可能になる。発電所は、ヘリウム在庫管理システムを含み、これにより、発電用循環路内のヘリウムの在庫は変更可能であり、それにより、循環路内で発生されるパワーが変更される。

Description

【発明の説明】
【０００１】
本発明は、発電に関する。より詳細には、本発明は原子力発電所（ニュークリア・パワー・プラント）に関する。また、本発明は、当該発電所により発生されたパワーを調節する方法にも関する。
【０００２】
本発明の一態様によると、作動流体としてヘリウムを使用し、少なくとも一つの圧縮機と；ヘリウムが上記圧縮機の周りを再循環する再循環路と；上記再循環路内のヘリウム流を調整する為のバルブ手段と；を有する密閉ループ型発電循環路を含む原子力発電所が提供されている。
【０００３】
上記発電用循環路は、原子炉と；低圧用圧縮機と；高圧用圧縮機と；上記低圧用圧縮機と高圧用圧縮機とを駆動する為の駆動手段と；上記低圧用圧縮機の上流に位置する前置冷却器と；上記低圧用圧縮機と高圧用圧縮機との間に位置する中間冷却器と；上記低圧用圧縮機の周りにヘリウムを再循環させる為の低圧用再循環路と;上記高圧用圧縮機の周りにヘリウムを再循環させる為の高圧用再循環路と;各々の上記再循環路内のヘリウム流を調節する為のバルブ手段と；を含んでもよい。
【０００４】
本発明の一態様によると、作動流体としてヘリウムを使用し、原子炉を有する閉鎖ループ型発電循環路を有する原子力発電所において、当該プラントにより発生されたパワーを調整する方法であって、炉を通るヘリウム流を調整するステップを含む。
【０００５】
原子力発電所が前述したような原子力発電所であるとき、炉を通してヘリウム流を調整するステップは、上記再循環路または各再循環路内のヘリウム流を調整する工程を含む。
【０００６】
駆動手段は、直列に配置され、高圧用タービン、低圧用タービン、パワータービンを含み、これらは、駆動できるように、それぞれ、高圧用圧縮機、低圧用圧縮機、発電機に接続され、発電用循環路はレキュペレータを更に含み、レキュペレータは、パワータービン及び前置冷却器との間に接続された低圧側と、高圧用圧縮機及び原子炉との間に接続された高圧側とを有し、高圧用再循環路は、再循環用バルブが取り付けられた高圧用再循環ラインを有し、高圧用再循環ラインは、高圧用圧縮機とレキュペレータの高圧側との間の地点から低圧用圧縮機と中間冷却器との間の地点まで伸びており、低圧用再循環路は、再循環用バルブが取り付けられた低圧用再循環ラインを有し、低圧用再循環ラインは、低圧用圧縮機と中間冷却器との間の地点から、レキュペレータと前置冷却器との間の地点まで伸びている。
【０００７】
再循環路内でヘリウム流を調整することは、再循環路用バルブの動作を制御して再循環路内のヘリウム流を調整することを含んでもよい。
【０００８】
炉を通じてヘリウム流を調整することは、発電用循環路内のヘリウムの在庫を調整することを含んでもよい。
【０００９】
このために、原子力発電所は、ヘリウムの残量制御システムを含んでもよく、ヘリウム在庫管理システムは、選択的に発電用循環路と連通し、ヘリウムを発電用循環路に導入させ、或いは、発電用循環路から除去させる。
【００１０】
ヘリウムの在庫を調整することは、選択的に発電用循環路と流体連通状態にあるヘリウム在庫管理システムに接続することを含み、発電用循環路内のヘリウム在庫の増減、これによって、必要に応じて発生された動力を増減させてもよい。
【００１１】
ヘリウム在庫管理システムと発電用循環路との間のヘリウム移送の為の駆動力は、ヘリウム在庫制御システムと発電用循環路との間の圧力差であってもよい。
【００１２】
ヘリウム在庫品管理システムは、複数の貯蔵用タンク、圧力を含んでもよいが、圧力は、低圧用タンクから高圧用タンクに変化する。
【００１３】
ヘリウム在庫管理システムは、発電用循環路の比較的高圧点および低圧点で発電用循環路と選択的に接続可能であってもよい。
【００１４】
高圧点は、高圧用圧縮機の下流でもよい。
【００１５】
低圧点は、低圧用圧縮機とパワータービンとの間の低圧用圧縮機の上流でもよい。
【００１６】
本発明の一実施形態において、プラントは、負荷追従モードにあり、発生されるパワーを増加することが望ましいとき、当該方法は、ヘリウム在庫管理システムからのヘリウムを発電用循環路に導入するステップを含んでもよい。
【００１７】
この実施形態において、ヘリウムは、ヘリウム在庫管理システムから発電用循環路の低圧地点で発電用循環路内に導入可能である。同様に、ヘリウムは、通常、高圧地点で発電用循環路から抽出され、ヘリウム在庫管理システムに供給される。
【００１８】
発電用循環路から抽出されたヘリウムは、ヘリウムを収容する能力を有する貯蔵用タンクに高圧で落とされる。ヘリウム在庫管理システムから発電用循環路に供給されたヘリウムは、最低の圧力でタンクから取られ、これは、ヘリウムを供給する能力を有する。
【００１９】
このアレンジメントに伴う一つの問題は、負荷追従モードでは、ヘリウムを発電循環路に低圧地点でパワー上昇の要求に応答して導入することにより、パワーの非最小位相応答を生じさせ、これが、望ましくない発生電力の降下を生じさせる。
【００２０】
したがって、当該方法は、発電用循環路の低圧地点で当該発電用循環路内にヘリウムを導入する工程、当該再循環路または各再循環路内のヘリウム流を調節することにより、非最小位相レスポンスを補償する。
【００２１】
このアレンジメントは、発電循環路における効率の全体的減少を生じ、発電循環路により発生された電力を電力の非最小位相応答を避ける方式で増加させる。
【００２２】
本発明の他の実施形態において、プラントが負荷追従モードにあるとき、発生されるパワーを増加する工程は、ヘリウムを発電循環路内に、発電循環路の高圧地点で導入する工程を含んでもよい。
【００２３】
発電循環路の高圧地点は、通常、圧縮機とリアクタとの間にあり、この地点でヘリウムを導入することは、非最小位相応答、すなわち、パワーの低下を避けるものである。
【００２４】
この実施形態において、当該方法は、必要であれば、その再循環路または各再循環路のヘリウム流を調節することを含んでもよい。
【００２５】
このため、ヘリウム在庫管理システムは、少なくとも、１個のブースタ用タンクを含んでもよく、この中で、ヘリウムは、発電循環路内の最大圧力より高い圧力で貯蔵され、ここから、ヘリウムは高圧地点で発電循環路内に供給可能である。
【００２６】
ヘリウム在庫管理システムは、ヘリウムを少なくとも１つのブースタ用タンクに所望の圧力で供給する為の圧縮機アレンジメントを含んでもよい。
【００２７】
ブースタ用タンクでの圧力が減るので、ヘリウムを発電循環路の低圧地点でヘリウム在庫管理システムから発電循環路内に供給する工程と、圧縮機を出る少なくとも一部のヘリウムを当該圧縮機の上流側に供給し、ヘリウムの一部を圧縮機の周りに循環させる工程と、を当該方法が含んでもよい。
【００２８】
発電機内のヘリウムの一部が当該再循環路または各循環路内で再循環される負荷追従状態下で、発生されるパワーを増加する工程は、当該再循環路または各再循環路を通って流れるヘリウムの容量を減少するステップを含んでもよい。
【００２９】
プラントは、電気的に切断できるように発電機と接続される可変抵抗列を含んでもよい。
【００３０】
プラントは、レキュペレータの高圧側の上流地点からレキュペレータの高圧側の下流地点に伸びるレキュペレータ・バイパスライン、このレキュペレータ・バイパスラインに取り付けられたレキュペレータ・バイパスバルブを含み、そこを流れるヘリウム流を調節してもよい。
【００３１】
プラントは、ガス・バイパスラインを含み、この中にガス・バイパスバルブが備えられ、そこを流れるヘリウム流を調節し、このガス・バイパスラインが、レキュペレータの高圧側上流地点から前置冷却器の上流地点まで伸びている。
【００３２】
負荷損失の場合、当該方法は：高圧再循環用バルブ、低圧再循環用バルブ、ガス・バイパスバルブを開くステップ；ガス・バイパスバルブを閉鎖するステップ；高圧バイパスバルブと低圧バイパスバルブの動作を調節し発電循環路を安定させるステップ：を含んでもよい。
【００３３】
通常、バルブが開けられるとき、それらは、完全に開いた状態に取って代わる。
【００３４】
ガス・バイパスバルブは、負荷損失が検知され、所定時間が経過後、直ちに開放されてもよい。
【００３５】
当該プロセスが安定した後、当該方法は、ヘリウム在庫管理システムを起動させ、プラントを、安定した低電力動作モードにする工程を含んでもよい。
【００３６】
プラントは、切断できるように発電機と接続可能な可変抵抗列を含んでもよく、当該方法は、抵抗列を介して発電機の負荷を調節することにより、パワータービンの速度を制御する工程を含む。
【００３７】
高圧地点で発電循環路にヘリウムを導入する工程は、負荷追従モードにおいて発生されるパワーをステップアップする場合、更に、発生されるパワーの急激な増加が要求されるときの両方で使用可能である。
【００３８】
パワーのステップアップが必要であるとき、当該方法は、再循環用バルブの少なくとも一つを開くステップを含んでもよい。
【００３９】
好ましくは、当該方法は、高圧用再循環路と低圧用再循環路の両方を開く工程を含んでもよい。
【００４０】
当該プラントが、切断できるように発電機と接続可能な可変抵抗列を含むとき、当該方法は、電力要求の小さな変化を補償する為に上記可変抵抗を使用する工程を含んでもよい。このアレンジメントは、バルブの不要な摩耗を防止する。
【００４１】
以下、添付図面を参照して例示する方式で、本発明を説明する。
【００４２】
特に図１を参照すると、参照番号１０は、本発明による原子力発電所の一部を一般的に指す。原子力発電所１０は、密閉型発電用循環路を含み、一般的に参照番号１２により示される。発電用循環路１２は、原子炉１４、高圧用タービン１６、低圧用タービン１８、パワータービン２０、レキュペレータ２２、前置冷却器２４、低圧用圧縮機２６，中間冷却器２８、高圧用圧縮機３０を含む。
【００４３】
原子炉１４は、球状燃料要素を使用するペブルベッド型炉である。原子炉１４は、作動流体入口１４．１と作動流体出口１４．２を有する。
【００４４】
高圧用タービン１６は、駆動的に高圧用圧縮機３０に接続され、上流側または入口１６．１と、下流側または出口１６．２を持ち、入口１６．１は、リアクタ１４の出口１４．２に接続されている。
【００４５】
低圧用タービン１８は、駆動的に低圧用圧縮機２６に接続され、上流側または入口１８．１および下流側または出口１８．２を有する。入口１８．１は、高圧用タービン１６の出口に接続されている。
【００４６】
原子力発電所１０は、一般的に参照番号３２で表示され、パワータービン２０が駆動できるように接続される発電機を含む。パワータービン２０は、上流側または入口２０．１および下流側または出口２０．２を含む。パワータービン２０の入口２０．１は、低圧用タービン１８の出口に接続されている。プラント１０は、可変抵抗列３３を含み、これは、電気的に切断できるように発電機３２と接続可能である。
【００４７】
レキュペレータ２２は、高温または低圧側３４および低温または高圧側３６を持つ。レキュペレータ３４の低圧側は、入口３４．１および出口３４．２を持つ。低圧側の入口３４．１は、パワータービン２０の出口２０．２に接続されている。
【００４８】
前置冷却器２４は、ヘリウム−水用熱交換器であり、ヘリウム入口２４．１及びヘリウム出口２４．２を含む。前置冷却器２４の入口２４．１は、レキュペレータ２２の低圧側３４の出口３４．２に接続されている。
【００４９】
低圧用圧縮機２６は、上流側または入口２６．１および下流側または出口２６．２を持つ。低圧圧縮機２６の入口２６．１は、前置冷却器２４のヘリウム出口２４．２に接続されている。
【００５０】
中間冷却器２８は、ヘリウム−水用熱交換器であり、ヘリウム用入口２８．１およびヘリウム用出口２８．２を含む。ヘリウム用入口２８．１は、低圧用圧縮機２６の出口２６．２に接続されている。
【００５１】
高圧用圧縮機３０は、上流側または入口３０．１および下流側または出口３０．２を含む。高圧用圧縮機３０の入口３０．１は、中間冷却器２８のヘリウム用出口２８．２に接続されている。高圧用圧縮機３０の出口３０．２は、レキュペレータ２２の高圧側の入口３６．１に接続されている。レキュペレータ２２の高圧側の出口３６．２は、リアクタ１４の入口１４．１に接続されている。
【００５２】
原子力発電所１０は、参照番号３８で全体的に表示された始動用送風システムを含み、これは、レキュペレータ２２の低圧側３４の出口３４．２と前置冷却器２４の入口２４．１の間に接続されている。
【００５３】
始動用送風システム３８は、通常、始動用送風システム・インライン・バルブ４０を含み、これは、レキュペレータ２２の低圧側の出口３４．２と前置冷却器２４の入口２４．１との間のインラインに接続されている。２つの送風機４２は、始動用送風システム・インライン・バルブ４０と平行に接続され、通常は閉じられた隔離バルブ４４は、各送風機４２に付随し、直列に接続されている。
【００５４】
低圧用圧縮機再循環ライン４６は、低圧圧縮機２６の出口または下流側２６．２と中間冷却器２８の入口２８．１との間の地点から、始動用送風システム３８と前置冷却器２４の入口２４．１との間の地点まで、伸びている。低圧用再循環用バルブ４８は、低圧用圧縮機再循環ライン４６に取り付けられている。
【００５５】
高圧用圧縮機再循環ライン５０は、高圧用圧縮機の出口又は下流側３０．２とレキュペレータ２２の高圧側の入口３６．１との間の地点から、低圧用圧縮機２６の出口又は下流側２６．２と中間冷却器２８の入口２８．１との間の地点まで、伸びている。
【００５６】
高圧再循環用バルブ５１は、高圧再循環ライン５０に取り付けられている。
レキュペレータ・バイパスライン５２は、レキュペレータ２２の高圧側入口３６．１の上流地点から、レキュペレータ２２の高圧側出口３６．２の下流地点まで伸びている。通常は閉じられたレキュペレータ・バイパスバルブ５４は、レキュペレータ・バイパスライン５２に取り付けられている。
【００５７】
プラント１０は、高圧冷却剤用バルブ５６と低圧冷却剤用バルブ５８とを含む。高圧冷却剤用バルブ５６は、開かれるとき、高圧用圧縮機３０の高圧側又は出口３０．２から、低圧用タービン１８の入口又は低圧側１８．１まで、ヘリウムのバイパスを提供する。低圧冷却剤用バルブ５８は、開放されるとき、高圧用圧縮機３０の高圧側又は出口３０．２から、パワータービン２０の入口２０．１まで、ヘリウムのバイパスを提供する。
【００５８】
プラント１０は、ガス・バイパスライン７０を含み、ここで、ガス・バイパスバルブ７２が提供され、そこを通るヘリウム流を調節する。ガス・バイパスライン７０は、レキュペレータ２２の高圧側の入口３６．１の上流地点から、前置冷却器２４の入口２４．１の上流地点まで、伸びている。
【００５９】
図２を参照すると、原子力発電所１０は、ヘリウム在庫管理システムを更に含み、これは、全体的に参照番号８０により表示されている。ヘリウム在庫処理システム８０は、８つの貯蔵用タンク８２，８４，８６，８８，９０，９２，９４，９６とブースタ用タンク９８を含む。
【００６０】
貯蔵用タンク８２から９６までの圧力は、高圧用タンク９６から低圧用タンク８２へと変化する。ブースタ用タンク９８内のヘリウムの圧力は、発電循環路１２内の圧力より高い。このため、全体的に参照番号１００により表示された圧縮機アレンジメントが提供され、十分に高い圧力でヘリウムをブースタ用タンク９８及び／又は貯蔵用タンク８２から９６に供給している。ヘリウム在庫管理システム８０は、選択的に発電用循環路に接続可能であり、その間で、低圧地点１０２および高圧地点１０４でヘリウム流を許容する（図１参照）。
【００６１】
使用中に、原子力発電所のパワー出力が、パワー受容または必要性に対し連続的に調整可能であることが必要である。以下に、より詳述されるように、ヘリウム在庫管理システムは、原子力発電所内で発生されるパワー増減の為に使用可能である。
【００６２】
負荷追従モードにおいて、発電機の出力は、グリッドのパワー需要に対し調整され、グリッドに対し、プラントは常時接続されている。通常、これが要求することは、いかなる圧縮機を有することなく、プラントが１００％から４０％、１００％という最大連続パワーレートのシーケンスに追従する能力がある点である。増減のレートは、通常、１分当たりの最大連続パワーレートの１０％を越えない。
【００６３】
発生されるパワーを減少する為に、ヘリウムは発電循環路１２から高圧地点で抽出され、最高圧およびヘリウムを受容する為の予備能力を持つ貯蔵用タンクに落とされる。
【００６４】
幾つかのオプションが、発生されるパワーを増加する為に利用可能である。
【００６５】
一つのオプションは、パワー増加の要求の後、ヘリウム在庫管理システムから発電循環路まで低圧地点でヘリウムを供給する工程を含む。これは実際にパワー増加になるが、最初は、発生されるパワーの低下を生じさせるパワーの非最小位相応答を生じさせる。この低下は、当該システムのパワー出力の円滑管理を乱すものである。
【００６６】
低圧噴射の非最小位相応答を避けるパワー増加の第２オプションは、圧縮機再循環用バルブ４８、５１を用いて補償することによる。これが必要とすることは、通常の環境下で、原子力発電所が負荷追従モードにあるとき、再循環用バルブ４８，５１が部分的に開放する点である。グリッドがパワー増加を要求する場合、ヘリウム在庫管理システム８０から発電循環路まで、ヘリウムは低圧地点で噴射される。同時に、再循環用バルブ４８、５１の一方または両方は、その閉鎖状態に向かって移動し、これが、発生されるパワーの、正確に制御された増加を生じさせる。このアレンジメントの利点は、応答が非最小の位相応答動作を示さない点、更に、パワー増加は制御が簡単である点である。このアレンジメントの不利な点は、部分的に開いた再循環用バルブ４８、５１を備えた原子力発電所を作動することが必要である点、その為に、低圧圧力噴射の非最小位相効果を相殺する為の余剰パワーがある点である。部分的に開いた圧縮機再循環用バルブ４８、５１を備えた原子力発電所を運転することにより、プラントの全体的な効率が減少するであろう。
【００６７】
低圧噴射の非最小位相応答を避けるパワー増加の第３のオプションは、高圧地点でヘリウムの同時噴射により非最小位相応答の為に補償することによる。
【００６８】
負荷追従モードで発生されたパワーを増加する第４オプションは、ヘリウム在庫管理システム８０のブースタ用タンク９８から発電循環路１２まで、発電循環路の高圧地点でヘリウムを供給することである。これは、非最小位相応答動作なく発生されるパワーの増加になる。ブースタ用タンク９８内の圧力が減少するにつれて、追加のパワーが必要になり、上述した方式でバルブ４８、５１を閉じることにより、発生されるパワー増加を許容する為に圧縮機再循環用バルブ４８、５１は開放され、それにより、非最小位相応答を避ける。このプロセスは、圧縮機周りの再循環量が最小になり、それにより、発電所の効率が最大になる方式で最適化が可能である。
【００６９】
負荷損失の場合、パワータービン２０と発電機３２の速度が所定の最大速度以下であることが重要である。それに加えて、ブレイトン・サイクルが、（貯蔵負荷と呼ばれる）非常に低負荷状態で機能したままであることが好ましい。貯蔵負荷状態でエネルギ変換サイクルを運転し続ける為の、このプロセスは「負荷遮断」と呼ばれる。
【００７０】
負荷損失の場合、低圧再循環用バルブ４８、高圧再循環用バルブ５１，ガス再循環用バルブ７２は完全に開かれる。イベントを始めた後の所定時間、ガス・バイパスバルブ７２は閉じられ、高圧再循環用バルブ５１と低圧用再循環用バルブ４８は、これらの閉鎖状態の方に取って代わる。プロセスが安定した後、ヘリウム在庫管理システム８０は、プラントを安定した、低パワー動作モードにする為に起動され、低圧再循環用バルブ４８、高圧再循環用バルブ５１は、必要であれば、閉じられてもよい。
【００７１】
抵抗列３３は、パワータービンの速度コントローラの一部として、パワータービンの速度を制御する為に使用されてもよい。
【００７２】
プラント１０は、通常、熱力学的変換サイクルとして改質ブレイトン・サイクルを使用するように構成されている。ブレイトン・サイクルの非常停止の場合、ガス・バイパスバルブ７２だけが開き、ブレイトン・サイクルが止まるまで開いたままである。
【００７３】
本発明者が知っている既存の発電所において、負荷遮断プロセス及び緊急停止は、作動流体の少なくとも一部の為にタービンをバイパスすることにより達成される。しかし、現在の適用例において、この解決策は、潜在的に高価で信頼性がない（８５バールのオーダーの）高圧、（９００℃のオーダーの）高温の制御バルブを導入することになる。対照的に、本発明では、負荷遮断は、バルブ４８、５１、７２を作動することにより達成されるが、これらは、かなり低温で作動する。
【００７４】
プラント１０により発生されるパワーを、負荷追従モードにおけるパワーより急速にステップアップすることが望まれるとき、ブースタ用タンクを使用してヘリウムを発電循環路に高圧地点で噴射することができる。通常、ブースタ用タンクの容量は、最大状態のレートの少なくとも２０％レートで、少なくとも３０秒間、１時間に１回未満の発生頻度で、パワーをステップアップさせるように選択される。
【００７５】
このために、発電所が、約８５バールのリアクタ出口圧力、約１２８ＭＷのパワー容量を有するとき、ブースタ用タンク９８は、通常、約１００ｍ3の容量を持ち、ヘリウムは、約１００バールの圧力で貯蔵される。
【００７６】
前述したように、プラント１０により発生されたパワーを減少する為に、ヘリウムは、発電循環路から抽出され、ヘリウム在庫管理システムに供給可能である。これにより、負荷追従モードにおいてパワーが減少されることが十分に許容されるが、パワーのステップダウンが必要であるときにはプロセスが低速すぎる。したがって、パワーステップダウンを持つ為には、再循環用バルブ４８、５１の一方または両方が開かれ、これが、リアクタ１４を通るヘリウムの質量流の減少を生じさせ、より小量のパワーがヘリウムに移される。これは、順番に、パワータービンで発生される少ないパワーを生じさせる。通常、プラントは、１分当たりの最大連続レートの少なくとも２０％の減少を３０秒間、発生頻度が１時間当たりに一回未満のパワーステップダウンで運転する能力を持つ。
【００７７】
本発明者達は、本発明による原子力発電所は、当該原子力発電所により発生されるパワーの密接した制御を許容すると考えている。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明による原子力発電所の一部の概略表示を示す；
【図２】図２は、本発明による原子力発電所の一部を形成するヘリウム在庫管理システムの概略の表示を示す。
【符号の説明】
【００７９】
１０…原子力発電所（プラント）、１２…密閉型発電用循環路、１４…原子炉、１６…高圧用タービン、１８…低圧用タービン、２０…パワータービン、２２…レキュペレータ、２４…前置冷却器、２６…低圧用圧縮機、２８…中間冷却器、３０…高圧用圧縮機、３２…発電機、３３…可変抵抗列、３４…レキュペレータ、３８…指導用送風システム、４０…指導用送風システム・インライン・バルブ、４２…送風機、４４…隔離バルブ、４６…低圧用圧縮機再循環ライン、４８…低圧用再循環用バルブ、５０…高圧用圧縮機再循環ライン、５１…高圧再循環用バルブ、５２…レキュペレータ・バイパスライン、５４…レキュペレータ・バイパスバルブ、５６…高圧冷却剤用バルブ、５８…低圧冷却剤用バルブ、ガス・バイパスライン、７２…ガス・バイパスバルブ、８０…ヘリウム在庫管理システム、８２，８４，８６，８８，９０，９２，９４，９６…貯蔵用タンク、９８…ブースタ用タンク、１００…圧縮機アレンジメント、１０２…低圧地点、１０４…高圧地点。

Claims (35)

  1. 密閉ループ型発電用循環路を含み、ヘリウムを作動流体として使用する原子力発電所であって：少なくとも一つの圧縮機と；
    ヘリウムが前記圧縮機の周りを再循環される再循環路と；
    前記再循環路内のヘリウム流を調節する為のバルブ手段と；
    を使用する、前記原子力発電所。
  2. 前記発電用循環路は、原子炉と；
    低圧用圧縮機と；
    高圧用圧縮機と；
    前記低圧用圧縮機と前記高圧用圧縮機を駆動する為の駆動手段と；
    前記低圧用圧縮機の上流に位置する前置冷却器と；
    前記低圧用圧縮機と前記高圧用圧縮機との間に位置する中間冷却器と；
    前記低圧用圧縮機の周りにヘリウムを再循環させる為の低圧用再循環路と；
    前記高圧用圧縮機の周りにヘリウムを再循環させる為の高圧用再循環路と；
    各々の前記再循環路内のヘリウム流を調節する為のバルブ手段と；
    を含む、請求項１記載の原子力発電所。
  3. 前記駆動手段は、直列に配置され、高圧用タービン、低圧用タービン、パワータービンを含み、これらは、駆動できるように、それぞれ、前記高圧用圧縮機、前記低圧用圧縮機、発電機に接続され、前記発電用循環路はレキュペレータを更に含み、前記レキュペレータは、パワータービン及び前置冷却器との間に接続された低圧側と、高圧用圧縮機及び原子炉との間に接続された高圧側とを有し、前記高圧用再循環路は、再循環用バルブが取り付けられた高圧用再循環ラインを有し、前記高圧用再循環ラインは、前記高圧用圧縮機と前記レキュペレータの高圧側との間の地点から、前記低圧用圧縮機と前記中間冷却器との間の地点まで伸びており、低圧用再循環路は、再循環用バルブが取り付けられた低圧用再循環ラインを有し、前記低圧用再循環ラインは、前記低圧用圧縮機と前記中間冷却器との間の地点から、前記レキュペレータと前記前置冷却器との間の地点まで伸びている、請求項２記載の発電所。
  4. 可変抵抗列を含み、前記可変抵抗列は、電気的に発電機に切断できるように接続可能である、請求項３記載の発電所。
  5. レキュペレータ・バイパスラインを含み、前記レキュペレータ・バイパスラインは、前記レキュペレータの高圧側の上流地点から、前記レキュペレータの高圧側の下流地点まで伸び、レキュペレータ・バルブは、前記レキュペレータ・バイパスラインに取り付けられ、そこを通じてヘリウム流を調節する、請求項３または４記載の発電所。
  6. ガス・バイパスラインを含み、ガス・バイパスラインにはそこを通じてヘリウム流を調節する為にガス・バイパスバルブが提供され、前記ガス・バイパスラインは、前記レキュペレータの高圧側の上流地点から前記前置冷却器の上流地点まで伸びている、請求項３〜５のいずれか一項に記載の発電所。
  7. ヘリウム在庫管理システムを含み、前記ヘリウム在庫管理システムは、選択的に前記発電循環路と流体連通状態で接続可能であり、ヘリウムを前記発電循環路内に導入させ、或いは、ヘリウムを前記発電循環路から除去させる、請求項３〜６のいずれか一項に記載の発電所。
  8. 前記ヘリウム在庫管理システムは、複数の貯蔵用タンクを含み、その中の圧力は、低圧用たんくから高圧用タンクまで変化する、請求項７記載の発電所。
  9. 前記ヘリウム在庫管理システムは、前記発電循環路の高圧地点および低圧地点で、前記発電循環路と選択的に接続可能である、請求項８記載の発電所。
  10. 前記高圧地点は、高圧用圧縮機の下流である、請求項９記載の発電所。
  11. 前記低圧地点は、前記低圧用圧縮機と前記パワータービンとの間の低圧用圧縮機の上流である、請求項９または１０記載の発電所。
  12. ヘリウム在庫管理システムは、少なくとも一つのブースタ用タンクを含み、この中に、ヘリウムは、前記発電用循環路の高圧地点でヘリウムの圧力より高い圧力で内包される、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の発電所。
  13. 前記ヘリウム在庫管理システムは、圧縮機アレンジメントを含み、ヘリウムを所望の圧力で少なくとも一つのブースタ用タンクに供給する、請求項１２記載の発電所。
  14. 作動流体としてヘリウムを使用し、原子炉を有する密閉ループ型発電用循環路を有する原子力発電所において、前記発電所により発生されるパワーを調節する方法であって、前記原子炉を通じてヘリウム流を調節するステップを含む、前記方法。
  15. 原子力発電所が、請求項２〜１３のいずれか一項に記載の原子力発電所であるとき、前記原子炉を通じてヘリウム流を調節するステップが、前記再循環路または各々の前記再循環路内のヘリウム流を調節する工程を含む、請求項１４記載の方法。
  16. 前記再循環路内のヘリウム流を調節する工程は、前記再循環路内のヘリウム流を調節する為に酸循環用バルブの作動を制御する工程を含む、請求項１５記載の方法。
  17. 前記原子炉を通じてヘリウム流を調節するステップは、前記発電循環路内のヘリウム在庫を調整する工程を含む、請求項１５または１６記載の方法。
  18. 前記ヘリウム在庫を調整する工程は、ヘリウム在庫管理システムを流体連通状態で発電循環路と選択的に接続し、必要に応じて発電循環路内のヘリウム在庫を増減する工程を含む、請求項１７記載の方法。
  19. 前記ヘリウム在庫管理システムと前記発電循環路との間でヘリウムを移送する為の駆動力は、前記ヘリウム在庫管理システムと前記発電用循環路との間の圧力差である、請求項１８記載の方法。
  20. 前記発電所が負荷追従モードにあり、発生されるパワーを増加することが望まれるとき、前記ヘリウム在庫管理システムから前記発電用循環路内にヘリウムを導入するステップを含む、請求項１８または１９記載の方法。
  21. 前記発電用循環路の低圧地点で前記発電循環路内にヘリウムを導入するステップと、非最小位相応答を前記再循環路または各々の前記再循環路内のヘリウム流を調節することにより補償するステップと、を含む、請求項２０記載の方法。
  22. 高圧地点で前記発電循環路内にヘリウムを導入するステップを含む、請求項２０記載の方法。
  23. 必要に応じて、前記再循環路または各々の前記再循環路を通じてヘリウム流を調節するステップを含む、請求項２２記載の方法。
  24. 前記発電機内のヘリウムの一部が前記再循環路または各々の前記再循環路内を再循環される負荷追従状態において、前記再循環路または各々の前記再循環路を通って流れるヘリウムの容量を減少するステップを含む、請求項１５〜２３のいずれか一項に記載の方法。
  25. 負荷損失の場合において、前記高圧用再循環バルブ、低圧用再循環バルブ、ガス・バイパスバルブを開くステップと；
    ガス・バイパスバルブを閉じるステップと；
    高圧用バイパスバルブと低圧用バイパスバルブの作動を調節し、前記発電循環路を安定化するステップと；を含む、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法。
  26. 前記バルブが開くとき、これらが完全に開いた状態に移動する、請求項２５記載の方法。
  27. 前記ガス・バイパスバルブは、負荷損失の場合が検知され、所定時間が経過した後、直ちに開かれる、請求項２５または２６記載の方法。
  28. 前記プロセスが安定した後、前記ヘリウム在庫管理システムを起動して前記発電所を安定した、低パワー動作モードにすることを含む、請求項２７記載の方法。
  29. 前記発電所は、可変抵抗列を含み、前記可変抵抗列は、切断できるように発電機に接続可能になっており、前記方法は、前記抵抗列を介して前記発電機の負荷を調節することにより、前記パワータービンの速度を制御することを含む、請求項２８記載の方法。
  30. パワーステップダウンが必要なとき、少なくとも一つの前記再循環バルブを開くことを含む、請求項１５〜１９のいずれか一項に記載の方法。
  31. 再循環用バルブの両方を開くステップを含む、請求項３０記載の方法。
  32. 切断できるように発電機に接続可能な可変抵抗列を前記発電所が含むとき、パワー需要の小さな変化を補償する為に前記可変抵抗を使用するステップを含む、請求項１４〜３１のいずれか一項に記載の方法。
  33. 本願で実質的に説明されたような請求項１記載の発電所。
  34. 本願で実質的に説明されたような請求項１４記載の方法。
  35. 本願で実質的に説明および図示されたような新しい発電所または方法。
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