Способ повышения маневренности атомной электростанции Российский патент 2022 года по МПК G21D3/08 

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в атомной энергетике, на атомных электрических станциях (АЭС) с водоохлаждаемыми реакторами.

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.

Недостатком известного способа является наличие выбросов в атмосферу диоксида углерода и токсичных веществ, входящих в состав уходящих газов при покрытии пиковых нагрузок.

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.

Недостатком известного способа является наличие выбросов в атмосферу диоксида углерода и токсичных веществ, входящих в состав уходящих газов при покрытии пиковых нагрузок.

Технической задачей настоящего изобретения является предотвращение выбросов диоксида углерода и токсичных веществ в атмосферу при выработке пиковой электроэнергии на АЭС.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экологичности производства пиковой электроэнергии.

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.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема АЭС с пиковой газотурбинной установкой.

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.

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.

Способ повышения маневренности АЭС осуществляется следующим образом.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для использования в атомной энергетике, на атомных электрических станциях с водоохлаждаемыми реакторами. Способ повышения маневренности атомной электростанции заключается в аккумулировании невостребованной электроэнергии в часы провала нагрузки в виде водорода и кислорода за счет расщепления воды на составляющие элементы в электролизерной установке. 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. Горячие газы направляют в газоводяной теплообменник для передачи теплоты питательной воде, которую подают в газоводяной теплообменник из деаэратора в обход подогревателей высокого давления. Изобретение позволяет повысить экологичность производства пиковой электроэнергии. 1 ил.

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.