RU2786709C1 - Method for increasing the maneuverability of a nuclear power plant - Google Patents

Method for increasing the maneuverability of a nuclear power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2786709C1
RU2786709C1 RU2022107205A RU2022107205A RU2786709C1 RU 2786709 C1 RU2786709 C1 RU 2786709C1 RU 2022107205 A RU2022107205 A RU 2022107205A RU 2022107205 A RU2022107205 A RU 2022107205A RU 2786709 C1 RU2786709 C1 RU 2786709C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
plant
water
gas turbine
heat exchanger
Prior art date
Application number
RU2022107205A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Олегович Киндра
Иван Игоревич Комаров
Николай Дмитриевич Рогалев
Андрей Николаевич Рогалев
Егор Борисович Колисенко
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2786709C1 publication Critical patent/RU2786709C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: energy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of energy and is intended for use in nuclear energy, nuclear power plants with water-cooled reactors. The method for increasing the maneuverability of a nuclear power plant is to accumulate unclaimed electricity during load failure hours in the form of hydrogen and oxygen due to the splitting of water into constituent elements in an electrolysis plant. During peak load hours, hydrogen from the H2 storage, together with air from the compressor, is fed into the hydrogen combustion chamber of the hydrogen gas turbine plant for combustion. The resulting combustible mixture is sent to a hydrogen gas turbine to generate additional electricity in an electric generator. Hot gases are sent to the gas-water heat exchanger to transfer heat to the feed water, which is supplied to the gas-water heat exchanger from the deaerator, bypassing the high-pressure heaters.
EFFECT: invention improves the environmental friendliness of the production of peak electricity.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в атомной энергетике, на атомных электрических станциях (АЭС) с водоохлаждаемыми реакторами.The invention relates to the field of energy and is intended for use in nuclear energy, at nuclear power plants (NPP) with water-cooled reactors.

Известен способ повышения маневренности АЭС (патент РФ на изобретение №2604208, МПК G21D 3/08, опубл. 10.12.2016), согласно которому в штатном режиме часть питательной воды направляют после питательного насоса в газоводяной теплообменник, где она подогревается за счет уходящих газов газовой турбины, и направляют в парогенератор, при этом уменьшается расход питательной воды через подогреватели высокого давления, в результате чего снижаются расходы отборов из цилиндра высокого давления паровой турбины и появляется избыточное количество пара, которое также вырабатывает дополнительную электроэнергию.There is a known method for increasing the maneuverability of a nuclear power plant (RF patent for invention No. 2604208, IPC G21D 3/08, published on December 10, 2016), according to which, in normal mode, part of the feed water is sent after the feed pump to the gas-water heat exchanger, where it is heated by the outgoing gas gas turbines and sent to the steam generator, while reducing the flow of feed water through the high-pressure heaters, resulting in reduced extraction costs from the high-pressure cylinder of the steam turbine and an excess amount of steam appears, which also generates additional electricity.

Недостатком известного способа является наличие выбросов в атмосферу диоксида углерода и токсичных веществ, входящих в состав уходящих газов при покрытии пиковых нагрузок.The disadvantage of this method is the presence of emissions into the atmosphere of carbon dioxide and toxic substances that are part of the flue gases when covering peak loads.

Наиболее близким к заявленному решению является способ повышения маневренности АЭС (патент РФ на изобретение №2529508, МПК G21D 1/00, опубл. 27.09.2014), согласно которому в эксплуатационном режиме работы пар из паропроизводящего устройства направляют в цилиндр высокого давления паровой турбины, затем через сепаратор и промежуточный пароперегреватель пар подают в цилиндр низкого давления паровой турбины, после чего пар конденсируют в конденсаторе, при этом на первом электрогенераторе вырабатывается электрическая мощность, в пиковые часы электрической нагрузки в камере сгорания газотурбинной установки сжигают углеводородное топливо для производства дополнительной электроэнергии, в ночные внепиковые часы электрической нагрузки невостребованную электроэнергию аккумулируют в виде водорода и кислорода, после чего газотурбинную установку останавливают.The closest to the claimed solution is a method for increasing the NPP maneuverability (RF patent for the invention No. 2529508, IPC G21D 1/00, publ. 09/27/2014), according to which, in the operating mode, steam from the steam generating device is sent to the high pressure cylinder of the steam turbine, then through a separator and an intermediate superheater, steam is supplied to the low-pressure cylinder of a steam turbine, after which the steam is condensed in a condenser, while electric power is generated at the first electric generator; off-peak hours of electrical load, unclaimed electricity is stored in the form of hydrogen and oxygen, after which the gas turbine plant is stopped.

Недостатком известного способа является наличие выбросов в атмосферу диоксида углерода и токсичных веществ, входящих в состав уходящих газов при покрытии пиковых нагрузок.The disadvantage of this method is the presence of emissions into the atmosphere of carbon dioxide and toxic substances that are part of the flue gases when covering peak loads.

Технической задачей настоящего изобретения является предотвращение выбросов диоксида углерода и токсичных веществ в атмосферу при выработке пиковой электроэнергии на АЭС.The technical objective of the present invention is to prevent emissions of carbon dioxide and toxic substances into the atmosphere during the generation of peak electricity at nuclear power plants.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экологичности производства пиковой электроэнергии.The technical result of the proposed invention is to increase the environmental friendliness of the production of peak electricity.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения маневренности атомной электростанции, имеющей в своем составе электролизерную установку, хранилище Н2, компрессор, водородную камеру сгорания газотурбинной установки, водородную газовую турбину, электрогенератор, газоводяной теплообменник и деаэратор, заключающемся в аккумулировании невостребованной электроэнергии в часы провала нагрузки в виде водорода и кислорода за счет расщепления воды на составляющие элементы в электролизерной установке, согласно изобретению, в пиковые часы нагрузки водород из хранилища Н2 вместе с воздухом из компрессора подают в водородную камеру сгорания водородной газотурбинной установки для сжигания, образовавшуюся горючую смесь направляют в водородную газовую турбину для выработки дополнительной электроэнергии на электрогенераторе, после чего горячие газы направляют в газоводяной теплообменник для передачи теплоты питательной воде, которую подают в газоводяной теплообменник из деаэратора в обход подогревателей высокого давления.The specified technical result is achieved by the fact that in a method for increasing the maneuverability of a nuclear power plant, which includes an electrolysis plant, H2 storage, a compressor, a hydrogen combustion chamber of a gas turbine plant, a hydrogen gas turbine, an electric generator, a gas-water heat exchanger and a deaerator, which consists in accumulating unclaimed electricity per hour the failure of the load in the form of hydrogen and oxygen due to the splitting of water into its constituent elements in the electrolysis plant, according to the invention, during peak hours of the load, hydrogen from the H2 storage, together with air from the compressor, is fed into the hydrogen combustion chamber of the hydrogen gas turbine plant for combustion, the resulting combustible mixture is sent to a hydrogen gas turbine to generate additional electricity at the electric generator, after which the hot gases are sent to the gas-water heat exchanger to transfer heat to the feed water, which is supplied to the gas-water heat exchanger from the deaerator and bypassing the high pressure heaters.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема АЭС с пиковой газотурбинной установкой.The essence of the claimed invention is illustrated by a drawing, which shows a diagram of a nuclear power plant with a peak gas turbine plant.

АЭС с пиковой газотурбинной установкой содержит: 1 - цилиндр высокого давления паровой турбины; 2 - цилиндр низкого давления паровой турбины; 3 - сепаратор; 4 - промежуточный пароперегреватель, 5 - конденсатор, 6 - подогреватели низкого давления, 7 - деаэратор, 8 - подогреватели высокого давления, 9 - газоводянной теплообменник, 10 - первый электрогенератор, 11 - электролизерная установка, 12 -хранилище Н2, 13 - хранилище О2, 14 - водородная камера сгорания, 15 - водородная газотурбинная установка, 16 - компрессор, 17 - водородная газовая турбина, 18 - второй электрогенератор.A nuclear power plant with a peak gas turbine plant contains: 1 - a high-pressure cylinder of a steam turbine; 2 - low pressure cylinder of a steam turbine; 3 - separator; 4 - intermediate superheater, 5 - condenser, 6 - low pressure heaters, 7 - deaerator, 8 - high pressure heaters, 9 - gas-water heat exchanger, 10 - first electric generator, 11 - electrolysis plant, 12 - H 2 storage, 13 - O storage 2 , 14 - hydrogen combustion chamber, 15 - hydrogen gas turbine plant, 16 - compressor, 17 - hydrogen gas turbine, 18 - second electric generator.

Цилиндр высокого давления паровой турбины 1 установлен на одном роторе с цилиндром низкого давления паровой турбины 2. Выхлоп цилиндра высокого давления паровой турбины 1 последовательно соединен паропроводом с сепаратором 3, пароперегревателем 4 и цилиндром низкого давления паровой турбины 2. Выход цилиндра низкого давления паровой турбины 2 соединен с конденсатором 5. Выход конденсатора 5 последовательно соединяется трубопроводом с подогревателями низкого давления 6 и деаэратором 7. Выход из последнего подогревателя низкого давления соединен трубопроводом с деаэратором 7. Выход деаэратора 7 параллельно соединен с подогревателями высокого давления 8 и газоводяным теплообменником 9, а их выходы соединены с паропроизводящим устройством (не показано на чертеже). Цилиндр высокого давления паровой турбины 1 и цилиндр низкого давления паровой турбины 2 имеют механическую связь с первым электрогенератором 10, который имеет электрическую связь с электролизерной установкой 11, первый выход которой соединен с хранилищем Н2 12, а второй выход соединен с хранилищем О2 13. Выход хранилища Н2 12 соединен с первым входом водородной камеры сгорания 14 водородной газотурбинной установки 15. Второй вход водородной камеры сгорания 14 соединен с выходом компрессора 16, который выполнен с возможностью подачи воздуха, а выход водородной камеры сгорания 14 последовательно соединен с водородной газовой турбиной 17 и газоводяным теплообменником 9. Водородная газотурбинная установка 14 имеет механическую связь со вторым электрогенератором 18.The high pressure cylinder of the steam turbine 1 is mounted on the same rotor with the low pressure cylinder of the steam turbine 2. The exhaust of the high pressure cylinder of the steam turbine 1 is connected in series by a steam line to the separator 3, the superheater 4 and the low pressure cylinder of the steam turbine 2. The outlet of the low pressure cylinder of the steam turbine 2 is connected with the condenser 5. The outlet of the condenser 5 is connected in series with a pipeline to the low pressure heaters 6 and the deaerator 7. The outlet from the last low pressure heater is connected by a pipeline to the deaerator 7. The outlet of the deaerator 7 is connected in parallel to the high pressure heaters 8 and the gas-water heat exchanger 9, and their outlets are connected with a steam generating device (not shown in the drawing). The high-pressure cylinder of the steam turbine 1 and the low-pressure cylinder of the steam turbine 2 are mechanically connected to the first electric generator 10, which is electrically connected to the electrolysis plant 11, the first output of which is connected to the H 2 storage 12, and the second output is connected to the O 2 storage 13. The outlet of the storage H 2 12 is connected to the first inlet of the hydrogen combustion chamber 14 of the hydrogen gas turbine plant 15. The second inlet of the hydrogen combustion chamber 14 is connected to the outlet of the compressor 16, which is configured to supply air, and the outlet of the hydrogen combustion chamber 14 is connected in series with the hydrogen gas turbine 17 and gas-water heat exchanger 9. Hydrogen gas turbine plant 14 has a mechanical connection with the second electric generator 18.

Способ повышения маневренности АЭС осуществляется следующим образом.The way to increase the maneuverability of nuclear power plants is as follows.

В эксплуатационном режиме работы пар из паропроизводящего устройства (не показано на чертеже) направляют в цилиндр высокого давления паровой турбины 1, где часть пара отбирают на подогреватели высокого давления 8 и пароперегреватель 4, а остальной пар последовательно проходя через сепаратор 3 и промежуточный пароперегреватель 4 поступает в цилиндр низкого давления паровой турбины 2, где происходит отбор части рабочей среды на деаэратор 7 и подогреватели низкого давления 6, после чего основной поток пара конденсируется в конденсаторе 5. При этом на первом электрогенераторе 10 вырабатывается электрическая мощность. Далее поток сконденсировавшейся рабочей среды последовательно подогревают в подогревателях низкого давления 6, деаэраторе 7 и подогревателях высокого давления 8, после чего поток направляют в паропроизводящее устройство. Цикл замыкается. Водородная газотурбинная установка 15 и электролизерная установка 11 отключены.In the operational mode of operation, steam from the steam generating device (not shown in the drawing) is sent to the high-pressure cylinder of the steam turbine 1, where part of the steam is taken to the high-pressure heaters 8 and the superheater 4, and the rest of the steam passes through the separator 3 and the intermediate superheater 4 in series. the low-pressure cylinder of the steam turbine 2, where part of the working medium is taken off to the deaerator 7 and low-pressure heaters 6, after which the main steam flow is condensed in the condenser 5. At the same time, electric power is generated on the first electric generator 10. Next, the flow of the condensed working medium is sequentially heated in low-pressure heaters 6, deaerator 7 and high-pressure heaters 8, after which the flow is directed to the steam generating device. The cycle closes. Hydrogen gas turbine plant 15 and electrolysis plant 11 are disabled.

В ночные часы провала электрической нагрузки пиковая водородная газотурбинная установка 15 отключена. Невостребованная электроэнергия аккумулируется в виде водорода и кислорода в хранилищах Н2 12 и О2 13, за счет расщепления воды на составляющие элементы в электролизерной установке 11.During the night hours of failure of the electrical load, the peak hydrogen gas turbine plant 15 is disabled. Unclaimed electricity is accumulated in the form of hydrogen and oxygen in the H 2 12 and O 2 13 storages, due to the splitting of water into its constituent elements in the electrolysis plant 11.

В пиковые часы электрической нагрузки водород из хранилища Н2 13 вместе с воздухом, сжатым в компрессоре 16, подают в водородную камеру сгорания 14. После сгорания горючей смеси в водородной камере сгорания 14 и срабатывания кинетической энергии газов в водородной газовой турбине 17 с попутной выработкой электроэнергии на втором электрогенераторе 18, горячие газы поступают в газоводяной теплообменник 9, где передают теплоту питательной воде, поступающей из деаэратора 7, после чего уходят в атмосферу.During peak hours of electrical load, hydrogen from storage H 2 13, together with air compressed in compressor 16, is fed into hydrogen combustion chamber 14. After combustion of the combustible mixture in hydrogen combustion chamber 14 and actuation of the kinetic energy of gases in hydrogen gas turbine 17 with associated power generation at the second electric generator 18, hot gases enter the gas-water heat exchanger 9, where they transfer heat to the feed water coming from the deaerator 7, and then go into the atmosphere.

Использование изобретения позволяет аккумулировать в ночные внепиковые часы электрической нагрузки невостребованную энергию в виде водорода и кислорода, и вырабатывать дополнительную электроэнергию в пиковые часы электрической нагрузки на водородной газотурбинной установке путем сжигания воздушно-водородной смеси, при этом такое изобретение является экологически безопасным, так как в результате сжигания водородного топлива не образуется парниковых газов.The use of the invention makes it possible to accumulate unclaimed energy in the form of hydrogen and oxygen at night off-peak hours of electrical load, and to generate additional electricity during peak hours of electrical load in a hydrogen gas turbine plant by burning an air-hydrogen mixture, while this invention is environmentally safe, since as a result burning hydrogen fuel does not produce greenhouse gases.

Claims (1)

Способ повышения маневренности атомной электростанции, имеющей в своем составе электролизерную установку, хранилище Н2, компрессор, водородную камеру сгорания газотурбинной установки, водородную газовую турбину, электрогенератор, газоводяной теплообменник и деаэратор, заключающийся в аккумулировании невостребованной электроэнергии в часы провала нагрузки в виде водорода и кислорода за счет расщепления воды на составляющие элементы в электролизерной установке, отличающийся тем, что в пиковые часы нагрузки водород из хранилища Н2 вместе с воздухом из компрессора подают в водородную камеру сгорания водородной газотурбинной установки для сжигания, образовавшуюся горючую смесь направляют в водородную газовую турбину для выработки дополнительной электроэнергии на электрогенераторе, после чего горячие газы направляют в газоводяной теплообменник для передачи теплоты питательной воде, которую подают в газоводяной теплообменник из деаэратора в обход подогревателей высокого давления.A method for increasing the maneuverability of a nuclear power plant, which includes an electrolysis plant, H 2 storage, a compressor, a hydrogen combustion chamber of a gas turbine plant, a hydrogen gas turbine, an electric generator, a gas-water heat exchanger and a deaerator, which consists in accumulating unclaimed electricity during load failure hours in the form of hydrogen and oxygen due to the splitting of water into constituent elements in an electrolysis plant, characterized in that during peak hours of load, hydrogen from the H 2 storage, together with air from the compressor, is fed into the hydrogen combustion chamber of the hydrogen gas turbine plant for combustion, the resulting combustible mixture is sent to the hydrogen gas turbine for generation additional electricity at the electric generator, after which hot gases are sent to the gas-water heat exchanger to transfer heat to the feed water, which is supplied to the gas-water heat exchanger from the deaerator, bypassing the high-pressure heaters.
RU2022107205A 2022-03-18 Method for increasing the maneuverability of a nuclear power plant RU2786709C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2786709C1 true RU2786709C1 (en) 2022-12-26

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5457721A (en) * 1994-05-25 1995-10-10 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for improving the performance of a nuclear power electrical generation system
RU70312U1 (en) * 2007-10-26 2008-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") INSTALLATION FOR ENSURING MANEUVERABILITY OF ATOMIC ELECTRIC STATIONS
RU2529508C1 (en) * 2013-04-09 2014-09-27 Валерий Евгеньевич Юрин Method of improvement of manoeuvrability of atomic power plants
RU2604208C1 (en) * 2015-12-09 2016-12-10 Вячеслав Михайлович Батенин Method to increase npp cyclic load capability and safety
RU2709783C1 (en) * 2019-06-07 2019-12-20 Рашид Зарифович Аминов Method of hydrogen heating of feed water to npp

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5457721A (en) * 1994-05-25 1995-10-10 Battelle Memorial Institute Method and apparatus for improving the performance of a nuclear power electrical generation system
RU70312U1 (en) * 2007-10-26 2008-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") INSTALLATION FOR ENSURING MANEUVERABILITY OF ATOMIC ELECTRIC STATIONS
RU2529508C1 (en) * 2013-04-09 2014-09-27 Валерий Евгеньевич Юрин Method of improvement of manoeuvrability of atomic power plants
RU2604208C1 (en) * 2015-12-09 2016-12-10 Вячеслав Михайлович Батенин Method to increase npp cyclic load capability and safety
RU2709783C1 (en) * 2019-06-07 2019-12-20 Рашид Зарифович Аминов Method of hydrogen heating of feed water to npp

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2401849T3 (en) Storage of electrical energy with heat accumulator and return energy production through a thermodynamic circuit process
EP0754266A1 (en) Split stream boiler for combined cycle power plants
RU2335642C1 (en) Electric power generator with high-temperature steam turbine
RU2786709C1 (en) Method for increasing the maneuverability of a nuclear power plant
US11313252B2 (en) Enhanced HRSG for repowering a coal-fired electrical generating plant
RU2409746C2 (en) Steam-gas plant with steam turbine drive of compressor and regenerative gas turbine
US6467273B1 (en) Method for producing electrical power
RU2529508C1 (en) Method of improvement of manoeuvrability of atomic power plants
RU165520U1 (en) DEVICE FOR INCREASING EFFICIENCY AND MANEUVERABILITY OF STEAM-GAS PLANT
Sergeev et al. A gas-generator combined-cycle plant equipped with a high-head heat-recovery boiler
RU64699U1 (en) ELECTRIC GENERATING DEVICE WITH HIGH-TEMPERATURE STEAM TURBINE
RU2533601C2 (en) Power plant with combined-cycle plant
RU2328045C2 (en) Method of operating atomic steam-turbine power generating system and equipment for implementing method
RU2773410C1 (en) Combined cycle gas plant
RU2709783C1 (en) Method of hydrogen heating of feed water to npp
RU2272914C1 (en) Gas-steam thermoelectric plant
RU2261337C1 (en) Power and heating plant with open power and heat supply system
RU2707182C1 (en) Method to increase power of double circuit npp by combining with hydrogen cycle
Taganov et al. Some Specifications of the PGU-800 Combined-Cycle Power Unit of the Perm TPP
RU2324823C1 (en) Method of working of thermal electrical station
RU2802113C1 (en) Power plant with combined production of electricity, heat and hydrogen
RU2784570C1 (en) Combined maneuverable power plant
RU2775732C1 (en) Oxygen-fuel power plant
RU2416131C1 (en) Control method of power of turbine plant of nuclear station
RU2768325C1 (en) Thermal power plant