基于核能与太阳能耦合的发电系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于核能与太阳能耦合的发电系统及方法，包括：太阳能吸热器与冷熔盐罐和热熔盐罐分别连接，所述冷熔盐罐和热熔盐罐分别连接熔盐‑过热蒸汽换热器；所述核岛的蒸汽出口分成两路，其中一路连接带基本负荷汽轮机，另一路连接熔盐‑过热蒸汽换热器；所述熔盐‑过热蒸汽换热器的蒸汽出口连接耦合用汽轮机；所述带基本负荷汽轮机带动第一发电机发电，所述耦合用汽轮机带动第二发电机发电；本发明专利技术充分利用了核燃料运输方便、能量密度大等特点，以及太阳能聚光后可以产生800摄氏度以上的温度等特点，将从核岛出来的相对低温的蒸汽(通常在300℃以下)加热到400～700℃，大大提高了循环热效率，进而大大提高了发电效率。

【技术实现步骤摘要】
基于核能与太阳能耦合的发电系统和方法
本专利技术涉及能源
，特别是涉及一种基于核能与太阳能耦合的发电系统和方法。
技术介绍
压水堆是现代商用核电的主流技术。常规压水堆一般为两回路系统，其中二回路系统的蒸汽带动汽轮机发电。由于反应堆载热剂温度的限制(压水堆平均出口温度一般低于330摄氏度)，只能生产压力较低的(5.0～8.0MPa)饱和蒸汽或微过热(过热度为20～30摄氏度)蒸汽，全机理想比焓降很小，蒸汽湿度又高，为了增大单机功率，其蒸汽流量必然很大。目前商用核电厂二回路系统的参数一般为压力约6～8MPa，温度约230℃～290℃左右，发电效率约34％。根据朗肯循环可知，二回路所能产生的蒸汽参数较低限制了压水堆电站发电效率的提高。核电厂大多数都使用饱和蒸汽，核电汽轮机2/3的作功是在低压缸中完成，但核电汽轮机低压缸的排汽湿度较大，一般高达12％～14％，容易造成叶片侵蚀、腐蚀，因此一般采用半速汽轮机，而且在高压缸后需要加专门的汽水分离再热器进行除湿、再热。而火电厂普遍采用过热蒸汽，过热度高，普遍采用全速汽轮机。半速汽轮机转子直径达、重量重，一般来讲，半速汽轮机的材料消耗量要比全速汽轮机超过2倍，对于整台机组来说，半速汽轮机的重量约为全速机组的1.2～2.4倍。相应的汽轮机基础的支承负荷也加大，土建投资加大；半速汽轮机在运输、起吊、安装等方面的投资也比全速汽轮机高。设备造价和安装土建费，半速机比全速机高20％～30％(对整个常规岛相当于高7％左右)。太阳能聚光型光热电站采用聚光镜将太阳的光能聚集成高能的光斑，进而加热吸热介质如水、导热油、熔盐等。吸热介质经过换热产生高温蒸汽，高温蒸汽推动汽轮机做功发电。目前的太阳能聚光型电站的工质水在从液态变化成气态的过程中，所吸收的热量均直接或间接来自太阳能；而对于以熔盐为储热介质的电站来讲，熔盐一旦冷凝成为固态，那么整套熔盐系统就作废，所以即使因为意外事故(如太阳能吸热器损坏、聚光镜控制系统故障等)导致太阳能聚光型光热电站不能发电，为了使得熔盐维持液态、不凝固，也要通过伴热(通常是电伴热)来满足熔盐保温的要求，这将消耗大量的电能，而且，如果太阳能聚光型光热电站不发电，还需要从电网买电来满足熔盐不凝固的要求，这对电网供电的安全性提出了很高的要求。因此，现在的太阳能聚光型光热电站通常都备有燃气或者燃油作为备用发电能源。对于一些偏远地区(如沙漠地区)，太阳能光照较好，但往往没有燃气或燃油管道，这给太阳能聚光型光热电站的备用发电能源的供给带来了较大的困难，给项目增加了较多的投资。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于核能与太阳能耦合的发电系统和方法，核燃料具有运输方便、能量密度大等特点，核能适合在偏远地区使用，因此本专利技术既可以解决核能所产生的蒸汽品位低和发电效率低的问题，又可以解决太阳能聚光型光热电站需要备用发电能源的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：在一个或多个实施方式中公开的一种基于核能与太阳能耦合的发电系统，包括：冷却塔、凝汽器、除氧器、高压加热器、核岛、太阳能吸热器、冷熔盐罐、热熔盐罐、熔盐-过热蒸汽换热器、带基本负荷汽轮机和耦合用汽轮机；太阳能吸热器与冷熔盐罐和热熔盐罐分别连接，所述冷熔盐罐和热熔盐罐分别连接熔盐-过热蒸汽换热器；所述核岛的蒸汽出口分成两路，其中一路连接带基本负荷汽轮机，另一路连接熔盐-过热蒸汽换热器；所述熔盐-过热蒸汽换热器的蒸汽出口连接耦合用汽轮机；所述带基本负荷汽轮机带动第一发电机发电，所述耦合用汽轮机带动第二发电机发电；所述耦合用汽轮机的排汽经过凝汽器冷却为凝结水，所述凝结水经过除氧器后进入高压加热器加热，加热后的给水进入核岛。进一步地，所述耦合用汽轮机包括：耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸和耦合用汽轮机低压缸；所述熔盐-过热蒸汽换热器的蒸汽出口与耦合用汽轮机高压缸的蒸汽入口连接，所述耦合用汽轮机高压缸的蒸汽出口与熔盐-再热蒸汽换热器相连接，所述熔盐-再热蒸汽换热器的蒸汽出口与耦合用汽轮机中压缸的蒸汽入口连接，耦合用汽轮机中压缸的蒸汽出口与耦合用汽轮机低压缸的蒸汽入口连接，耦合用汽轮机低压缸与第二发电机连接。进一步地，所述热熔盐罐通过过热蒸汽用热熔盐泵与熔盐-过热蒸汽换热器连接，所述热熔盐罐通过再热蒸汽用热熔盐泵与熔盐-再热蒸汽换热器连接。进一步地，所述耦合用汽轮机包括：耦合用汽轮机高压缸和耦合用汽轮机低压缸，所述熔盐-过热蒸汽换热器的蒸汽出口与耦合用汽轮机高压缸的蒸汽入口连接，所述耦合用汽轮机高压缸的蒸汽出口与耦合用汽轮机低压缸的蒸汽入口连接，耦合用汽轮机低压缸与第二发电机连接。进一步地，所述热熔盐罐通过过热蒸汽用热熔盐泵与熔盐-过热蒸汽换热器连接。进一步地，在所述核岛与熔盐-过热蒸汽换热器和带基本负荷汽轮机的连接管路上分别设置阀门。在一个或多个实施方式中公开了一种基于核能与太阳能耦合的发电方法，包括：太阳能吸热器吸收太阳光加热太阳能吸热器中的熔盐，冷熔盐从冷熔盐罐中进入太阳能吸热器加热后成为热熔盐，热熔盐进入热熔盐罐；给水被加热后进入核岛，在核岛中受热蒸发成为饱和蒸汽或湿蒸汽，所述饱和蒸汽或湿蒸汽一部分进入带基本负荷汽轮机做功，另一部分进入熔盐-过热蒸汽换热器；热熔盐罐中的热熔盐进入熔盐-过热蒸汽换热器加热从核岛出来的饱和蒸汽或湿蒸汽后，冷却为冷熔盐进入冷熔盐罐；进入熔盐-过热蒸汽换热器的饱和蒸汽或湿蒸汽被热熔盐加热成为过热蒸汽，过热蒸汽进入耦合用汽轮机做功。进一步地，所述耦合用汽轮机包括：耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸和耦合用汽轮机低压缸；过热蒸汽进入耦合用汽轮机高压缸，耦合用汽轮机高压缸的排汽被热熔盐加热成为再热蒸汽，所述再热蒸汽进入耦合用汽轮机中压缸做功，耦合用汽轮机中压缸的排汽进入耦合用汽轮机低压缸做功，带动发电机发电。进一步地，所述耦合用汽轮机包括：耦合用汽轮机高压缸和耦合用汽轮机低压缸；过热蒸汽进入耦合用汽轮机高压缸做功，耦合用汽轮机高压缸的排汽进入耦合用汽轮机低压缸做功，带动发电机发电。进一步地，太阳光照不足时，采用热熔盐罐中的蓄热满足蒸汽加热需求；太阳能不能利用时，核岛出来的饱和蒸汽或湿蒸汽只进入进带基本负荷汽轮机做功，不再进入熔盐-过热蒸汽换热器，通过电伴热满足熔盐保温的要求，电伴热消耗的电能优先由带基本负荷汽轮机带动第一发电机发电提供，电网倒送电作为备用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术特殊设计的一种基于核能与太阳能耦合的发电系统，充分利用了核燃料运输方便、能量密度大等特点，以及太阳能聚光后可以产生800摄氏度以上的光斑温度等特点，将从核岛出来的相对低温的蒸汽(通常在300℃以下)加热到400～700℃，大大提高了循环热效率，进而大大提高了发电效率。2、通过设置熔盐储罐，将不稳定的太阳能转化成为相对稳定的熔盐储能，进一步通过熔盐储能控制对蒸汽的加热，由于熔盐流量可通过熔盐泵调节，故对于过热汽温、再热汽温的调节比较简单而且准确，电站对于电网调度要求的负荷响应较快。3、设置了带基本负荷汽轮机，在启动、解耦等工况下，核岛可以维持最低负荷长期稳定独立运行，大大减少了反应堆启停的经济损失和安全风险；而且，在解耦运行模式下，带基本负荷汽轮机带动第一发电机发出的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于核能与太阳能耦合的发电系统，其特征在于，包括：冷却塔、凝汽器、除氧器、高压加热器、核岛、太阳能吸热器、冷熔盐罐、热熔盐罐、熔盐‑过热蒸汽换热器、带基本负荷汽轮机和耦合用汽轮机；太阳能吸热器与冷熔盐罐和热熔盐罐分别连接，所述冷熔盐罐和热熔盐罐分别连接熔盐‑过热蒸汽换热器；所述核岛的蒸汽出口分成两路，其中一路连接带基本负荷汽轮机，另一路连接熔盐‑过热蒸汽换热器；所述熔盐‑过热蒸汽换热器的蒸汽出口连接耦合用汽轮机；所述带基本负荷汽轮机带动第一发电机发电，所述耦合用汽轮机带动第二发电机发电；所述耦合用汽轮机的排汽经过凝汽器冷却为凝结水，所述凝结水经过除氧器后进入高压加热器加热，加热后的给水进入核岛。

【技术特征摘要】
1.一种基于核能与太阳能耦合的发电系统，其特征在于，包括：冷却塔、凝汽器、除氧器、高压加热器、核岛、太阳能吸热器、冷熔盐罐、热熔盐罐、熔盐-过热蒸汽换热器、带基本负荷汽轮机和耦合用汽轮机；太阳能吸热器与冷熔盐罐和热熔盐罐分别连接，所述冷熔盐罐和热熔盐罐分别连接熔盐-过热蒸汽换热器；所述核岛的蒸汽出口分成两路，其中一路连接带基本负荷汽轮机，另一路连接熔盐-过热蒸汽换热器；所述熔盐-过热蒸汽换热器的蒸汽出口连接耦合用汽轮机；所述带基本负荷汽轮机带动第一发电机发电，所述耦合用汽轮机带动第二发电机发电；所述耦合用汽轮机的排汽经过凝汽器冷却为凝结水，所述凝结水经过除氧器后进入高压加热器加热，加热后的给水进入核岛。2.如权利要求1所述的一种基于核能与太阳能耦合的发电系统，其特征在于，所述耦合用汽轮机包括：耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸和耦合用汽轮机低压缸；所述熔盐-过热蒸汽换热器的蒸汽出口与耦合用汽轮机高压缸的蒸汽入口连接，所述耦合用汽轮机高压缸的蒸汽出口与熔盐-再热蒸汽换热器相连接，所述熔盐-再热蒸汽换热器的蒸汽出口与耦合用汽轮机中压缸的蒸汽入口连接，耦合用汽轮机中压缸的蒸汽出口与耦合用汽轮机低压缸的蒸汽入口连接，耦合用汽轮机低压缸与第二发电机连接。3.如权利要求2所述的一种基于核能与太阳能耦合的发电系统，其特征在于，所述热熔盐罐通过过热蒸汽用热熔盐泵与熔盐-过热蒸汽换热器连接，所述热熔盐罐通过再热蒸汽用热熔盐泵与熔盐-再热蒸汽换热器连接。4.如权利要求1所述的一种基于核能与太阳能耦合的发电系统，其特征在于，所述耦合用汽轮机包括：耦合用汽轮机高压缸和耦合用汽轮机低压缸，所述熔盐-过热蒸汽换热器的蒸汽出口与耦合用汽轮机高压缸的蒸汽入口连接，所述耦合用汽轮机高压缸的蒸汽出口与耦合用汽轮机低压缸的蒸汽入口连接，耦合用汽轮机低压缸与第二发电机连接。5.如权利要求4所述的一种基于核能与太阳能耦合的发电系统，其特征在于，所述热熔盐罐...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘义达，祁金胜，杨俊波，李官鹏，
申请(专利权)人：山东电力工程咨询院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37