一种核电机组联合压缩空气储能的运行装置及方法

技术领域

本发明属于压缩空气储能领域，涉及一种核电机组联合压缩空气储能的运行装置及方法。

背景技术

绝大部分核电厂目前采用基荷模式，很少参与电网快速调峰过程。随着国家能源政策转型升级，核电厂参与调峰的任务需求越发重要。核电厂堆芯核燃料设计上是满足基荷运行一个换料周期，核燃料达到燃耗深度就会进行堆芯换料，换料周期固定。如果核电厂参与调峰，换料周期时间核燃料未达到设计燃耗即换出核燃料，对于核电厂来说是一种能源浪费，经济性降低同时提高了乏燃料后处理的难度。核电厂为了保证安全，设计上采用了大量的“能动+非能动”理念来保证核电厂全厂断电情况下的堆芯安全。因此，需要开发出能适应电网调峰需求，符合核电厂设计理念保证机组安全运行，同时对核燃料高效利用的核电机组装置及运行方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种核电机组联合压缩空气储能的运行装置及方法，该装置方法能够适应电网调峰需求，且能够保证机组安全运行。

为达到上述目的，本发明所述的核电机组联合压缩空气储能的运行装置包括除氧器、给水泵、蒸汽发生器、第一汽轮机、第一发电机、凝汽器、第二汽轮机、压气机、压缩空气储存站、气体透平、第二发电机、气动泵、厂内安全电源母线及电网；

除氧器的出口与给水泵的入口相连通，除氧器的出口与气动泵的入口相连通，给水泵的出口与气动泵的出口通过管道并管后与蒸汽发生器的入口相连通，蒸汽发生器的蒸汽出口分为三路，其中第一路与第一汽轮机的入口相连通，第二路与凝汽器的入口相连通，第三路与第二汽轮机的入口相连通，第一汽轮机的输出轴与第一发电机的驱动轴相连接，第一发电机的输出端与电网相连接，第二汽轮机的输出轴与压气机的驱动轴相连接，压气机的出口与压缩空气储存站的入口相连通，压缩空气储存站的出口与气动泵的入口及气体透平的入口相连通，气体透平的输出轴与第二发电机的驱动轴相连接，第二发电机的输出端与厂内安全电源母线及电网相连接。

蒸汽发生器的蒸汽出口经第一主汽阀/调阀组与第一汽轮机的入口相连通。

蒸汽发生器的蒸汽出口经旁排阀组与凝汽器的入口相连通。

蒸汽发生器的蒸汽出口经第二主汽阀/调阀组与第二汽轮机的入口相连通。

第二汽轮机的出口及第一汽轮机的出口与凝汽器的入口相连通。

第二汽轮机与压气机同轴布置。

本发明所述的核电机组联合压缩空气储能的运行方法包括以下步骤：

在核电机组基荷运行期间，旁排阀组及第二主汽阀/调阀组关闭，蒸汽发生器产生的蒸汽经第一主汽阀/调阀组供给第一汽轮机，以带动第一发电机发电并送至电网；

当电网需求电量较大时，压缩空气储存站向气体透平供气，带动第二发电机向电网送电；

在核电机组调峰运行期间，第一主汽阀/调阀组根据电网的需求调整其开度，蒸汽发生器产生的蒸汽分为两路，其中一路蒸汽经第一主汽阀/调阀组供给第一汽轮机，以带动第一发电机发电并送至电网，调节第二主汽阀/调阀组的开度，另一路蒸汽通过第二主汽阀/调阀组供给第二汽轮机，第二汽轮机带动同轴布置的压气机工作，并将得到的压缩空气输送至压缩空气储存站中进行储存；

当核电厂发生全厂失电工况时，带动第一发电机失去供电能力，压缩空气储存站向气体透平供气，以带动第二发电机向厂内安全电源母线送电；

在反应堆停堆且给水泵不具备向蒸汽发生器供应给水的事故工况下，压缩空气储存站向气动泵供气，以提供动力源，气动泵从除氧器中取水并向蒸汽发生器供水。

在核电机组调峰运行期间，其中，多余的蒸汽经旁排阀组直接送入凝汽器中，防止系统蒸汽压力过大的波动。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的核电机组联合压缩空气储能的运行装置及方法在具体操作时，在核电机组基荷运行时，主蒸汽全部进入主汽轮发电机组中；核电机组调峰降负荷运行时，主蒸汽进入第二汽轮机，以带动压气机对空气进行压缩储存，多余的蒸汽进入凝汽器。在电力需求高峰期间，储存的压缩空气带动气体透平及第二发电机向电网供电。当全厂失电期间，储存的压缩空气带动气体透平和第二发电机向厂内安全电源母线供电；电源不具备投运条件时，储存的压缩空气可以带动给水泵向蒸汽发生器供水，保证堆芯的余热导出。需要说明的是，本发明能够使得核电机组适应电网的调峰需求，调峰期间通过压缩空气储能方式提高核燃料的利用率，储存的压缩空气提高机组经济效益的同时进一步保障核电机组的安全。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为除氧器、2为给水泵、3为蒸汽发生器、4为第一主汽阀/调阀组、5为第一汽轮机、6为第一发电机、7为凝汽器、8为旁排阀组、9为第二主汽阀/调阀组、10为第二汽轮机、11为压气机、12为压缩空气储存站、13为气体透平、14为第二发电机、15为气动泵、16为厂内安全电源母线、17为电网。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的核电机组联合压缩空气储能的运行装置包括除氧器1、给水泵2、蒸汽发生器3、第一主汽阀/调阀组4、第一汽轮机5、第一发电机6、凝汽器7、旁排阀组8、第二主汽阀/调阀组9、第二汽轮机10、压气机11、压缩空气储存站12、气体透平13、第二发电机14、气动泵15、厂内安全电源母线16及电网17；

除氧器1的出口与给水泵2的入口相连通，除氧器1的出口与气动泵15的入口相连通，给水泵2的出口与气动泵15的出口通过管道并管后与蒸汽发生器3的入口相连通，蒸汽发生器3的蒸汽出口分为三路，其中第一路经第一主汽阀/调阀组4与第一汽轮机5的入口相连通，第二路经旁排阀组8与凝汽器7的入口相连通，第三路经第二主汽阀/调阀组9与第二汽轮机10的入口相连通，第二汽轮机10的出口及第一汽轮机5的出口与凝汽器7的入口相连通，第一汽轮机5的输出轴与第一发电机6的驱动轴相连接，第一发电机6的输出端与电网17相连接，第二汽轮机10的输出轴与压气机11的驱动轴相连接，压气机11的出口与压缩空气储存站12的入口相连通，压缩空气储存站12的出口与气动泵15的入口及气体透平13的入口相连通，气体透平13的输出轴与第二发电机14的驱动轴相连接，第二发电机14的输出端与厂内安全电源母线16及电网17相连接。

本发明所述核电机组联合压缩空气储能的运行方法包括以下步骤：

在核电机组基荷运行期间，旁排阀组8及第二主汽阀/调阀组9关闭，蒸汽发生器3产生的蒸汽经第一主汽阀/调阀组4供给第一汽轮机5，以带动第一发电机6发电并送至电网17，气体透平13、第二发电机14及气动泵15均不运行，第二发电机14与厂内安全电源母线16断开，且与电网17不接通。

当电网17需求电量较大时，压缩空气储存站12向气体透平13供气，带动第二发电机14向电网17送电。

在核电机组调峰运行期间，第一主汽阀/调阀组4根据电网17的需求调整其开度，蒸汽发生器3产生的蒸汽分为两路，其中一路蒸汽经第一主汽阀/调阀组4供给第一汽轮机5，以带动第一发电机6发电并送至电网17，调节第二主汽阀/调阀组9的开度，另一路蒸汽通过第二主汽阀/调阀组9供给第二汽轮机10，第二汽轮机10带动同轴布置的压气机11工作，并将得到的压缩空气输送至压缩空气储存站12中进行储存，其中，多余的蒸汽经旁排阀组8直接送入凝汽器7中，防止系统蒸汽压力过大的波动。

当核电厂发生全厂失电工况时，带动第一发电机6失去供电能力，压缩空气储存站12向气体透平13供气，以带动第二发电机14向厂内安全电源母线16送电，作为核电厂电源的冗余设计，以提高机组安全性及可靠性。

在反应堆停堆且给水泵2不具备向蒸汽发生器3供应给水的事故工况下，压缩空气储存站12向气动泵15供气，以提供动力源，气动泵15从除氧器1中取水并向蒸汽发生器3供水，以确保反应堆堆芯余热导出功能。