RS1844U1 - Instalacija za hibridnu solarno-nuklearnu elektranu - Google Patents

Description

Област технике на коју се проналазак односи

Проналазак припада области термоенергетика. Предмет проналаска се конкретно односи на инсталацију за хибридну соларно-нуклеарну електрану.

Технички проблем

Технички проблем који се решава предметним проналаском је како конструисати инсталацију којом се повећава ефикасност нуклеарне електране са вреловоденим малим модуларним реактором кроз коришћење прегрејане водене паре произведене у генератору паре у соларној електрани са концентратором соларне енергије, а при томе извести повећање ефикасности нуклеарне електране током читавог дана, а не само током сунчаних интервала.

Стање технике

У соларним електранама са концентраторима соларне енергије, сунчева енергија се помоћу огледала усмерава ка пријемнику топлоте одакле се одводи помоћу радног флуида. Као радни флуид користите се истопљене соли или вода. Када је радни флуид истопљена со, водена пара за покретање турбинског постројења се генерише индиректно у размењивачу топлоте у којем загрејана истопљена со предаје топлоту води која испарава. Када је радни флуид вода, соларна енергија се директно користи за производњу паре у пријемнику топлоте који се зове соларни генератор паре. У соларном генератору паре се најпре врши испаравање течне воде у испаривачу, а потом њено прегревање у прегрејачу. Прегрејана пара генерисана у соларном генератору паре је високих параметара (притисак око 120 bar и температура око 565 °С).

Недостатак примене соларне енергије за производњу електричне енергије је њен интермитентни карактер, тј. могућност производње електричне енергије само у сунчаним периодима дана. Интермитентност производње електричне енергије у соларним електранама је неповољна за електроенергетске системе из следећа два разлога: (I) у периодима рада соларних електрана мора се вршити смањење снаге других електроенергетских капацитета који су пројектовани као базни извори, тј. пројектовани да раде у малом опсегу промене снаге (II) интермитентни карактер производње електричне енергије може изазвати нестабилности електроенергетске мреже због честог укључења тј. искључења соларних електрана.

Мали модуларни реактори се интензивно развијају за производњу електричне из нуклеарне енергије. Предност коришћења малих модуларних реактора је мања снага (максимално до 300 MWe) и стандардизован поступак производње, што резултује у мањим инвестицијама, краћем времену изградње, лакшем транспорту и лакшој уградњи. Пасивни сигурносни системи, који су засновани на физичким процесима и активирају се без дејства оператера или заштитног система, представљају једну од најважнијих предности малих модуларних реактора. Као хладилац језгра реактора у малим модуларним реакторима користе се вода, истопљене соли, течни метали или гас.

Код малих модуларних реактора, код којих се језгро реактора хлади лаком водом под притиском, водена пара за покретање турбинског постројења се производи у нуклеарном генератору паре. У нуклеарном генератору паре врши се предаја топлоте са реакторског хладиоца (примарни флуид) на воду из секундарног круга која служи као радни флуид за обављање Ранкин-Клаузијусовог циклуса у турбинском постројењу.

Недостатак електрана са вреловоденим малим модуларним реакторима су ниски параметри паре у секундарном кругу (притисак паре произведене у нуклеарном генератору паре је око 30 bar, пара је сувозасићена или са прегрејањем до 35 °С). Услед тога је радна способност паре, а тиме и степен корисности нуклеарне електране са вреловоденим малим нуклеарним реактором око 28%, што је значајно ниже у односу на степен корисности класичне нуклеарне електране (31 - 33%), и посебно ниско у односу на степен корисности термоелектранама на угаљ (35 - 38%).

Да би се повећала ефикасност нуклеарне електране са вреловоденим малим модуларним реактором, потребно је извршити повећање радне способности паре која се производи у нуклеарном генератору паре кроз њено прегревање. Прегревање је могуће извршити довођењем топлоте из спољашњег извора топлоте. Узимајући у обзир да спољашњи извори топлоте који користе фосилна горива емитују СО2, приоритет се даје „зеленим" изворима енергије. Други услов за спољашњи извор топлоте је да може обезбедити високе параметре флуида (притисак и температура) који служи као предајник топлоте при прегревању паре. Соларни генератор паре задовољава оба ова критеријума.

При разматрању соларног генератора паре као спољашњег извора топлоте, мора се узети у обзир његова интермитентна производња паре. Услед тога се мора предвидети систем за акумулацију топлоте. То значи да се само један део паре произведене у соларном генератору паре током сунчаних интервала може користити за прегревање паре из нуклеарног генератора паре. Други део се мора водити у систем за акумулацију топлоте који ће се, у периодима када нема соларне радијације, користити за прегревање паре из нуклеарног генератора паре.

Да би се остварило овакво комбиновано коришћење топлотне енергије из два извора, потребно је развити техничко решење за хибридну соларно-нуклеарну електрану. У овој Пријави приказана је иновативна инсталација хибридне соларнонуклеарне електране са вреловоденим малим модуларним реактором и водом хлађеним пријемником топлоте у постројењу (соларни генератор паре) са концентратором соларне енергије.

У патентној и непатентној документацији постоји више објављених докумената који се могу сматрати релевантним у односу на решење које је овде приказано.

Преглед литературе показује да постоји решење за хибридну соларнонуклеарну електрану са вреловоденим малим модуларним реактором [Popov, D., Borissova, А., Innovative configuration of a hybrid nuclear-solar tower power plant, Energy, Vol.125, pp.736-746, 2017]. Међутим, за разлику од решења приказаног у овој Пријави, у решењу приказаном у [Popov, D., Borissova, А., Innovative configuration of a hybrid nuclear-solar tower power plant, Energy, Vol.125, pp.736-746, 2017] соларни пријемник топлоте се хлади истопљеном соли. По излазу из соларног пријемника топлоте, истопљена со се користи као предајник топлоте за прегревање, а потом догревање паре произведене у нуклеарном генератору паре малог модуларног реактора. Акумулација топлоте се врши у резервоарима истопљене соли.

Поред горе наведеног, постоји и патентно решење за хибридну соларнонуклеарну електрану. Фирма Babcock&Wilcox Power Generation под каталошким бројем US 2015/0096.299 А1 приказује решење хибридне соларно-нуклеарне електране у којој је хладилац соларног пријемника топлоте истопљена со. Хибридизација постројења и акумулација енергије су принципијелно исти као у решењу приказаном у горе поменутом раду [Popov, D., Borissova, А., Innovative configuration of a hybrid nuclear-solar tower power plant, Energy, Vol.125, pp.736-746, 2017],

Излагање суштине проналаска

На основу горе наведеног прегледа литературе, техничко решење приказано у овој Пријави за хибридну соларно-нуклеарну електрану у којој је вода хладилац соларног пријемника топлоте није до сада приказано у расположивој литератури, те представља нови проналазак. Проналазак је од посебног значаја зато што већ постоје концентратори соларне енергије у којима је вода хладилац соларног пријемника топлоте (на пример, соларна електрана Khi Solar One).

Новитет техничког решења приказаног у овој Пријави, је да се акумулација топлоте врши у два степена: најпре у регенеративном размењивачу топлоте са кугличном испуном, а потом у акумулационом резервоару који садржи пакете материјала који акумулира топлоту при промени фазе, пакети фазно променљивих материјала (РСМ - Phase-Change Materials, eng.), у наставку РСМ пакети.

Предности примене хибридних соларно-нуклеарних електрана су: (I) степен корисности нуклеарног турбопостројења се повећава због прегревања паре из нуклеарног генератора паре паром произведеном у соларном генератору паре, (II) у соларном делу постројења није потребно турбинско-генераторско постројење обзиром да се пара из соларног пријемника (соларног генератора паре) користи за прегревање паре из нуклеарног генератора паре чиме се смањују инвестициони трошкови, (III) соларна генерација топлоте постаје део базног оптерећења чиме се избегавају негативни ефекти интермитентне генерације топлоте тј. електричне енергије у соларном електранама.

Предност коришћења воде као носиоца топлоте у соларном пријемнику топлоте је да се избегавају недостаци истопљених соли као што су: висока корозивност, очвршћавање испод одређених вредности температуре, потреба за великим резервоарима у којима се складишти топла тј. хладна истопљена со, висока цена одржавања пратеће опреме.

У хибридној соларно-нуклеарној електрани водена пара се производи у два генератора паре: нуклеарном и соларном. У нуклеарном генератору паре извор топлоте је језгро реактора (JR) вреловоденог малог модуларног реактора. На слици 1 приказан је вреловодени мали модуларни реактор (MMR) са нуклеарним генератором паре интегрисаним у реакторској посуди. Инсталација приказана овде може се применити и на вреловодене мале модуларне реакторе у којима се генератор паре налази ван реакторске посуде. У нуклеарном генератору паре производи се водена пара ниског притиска (око 30 bar) која је сувозасићена или са прегрејањем до 35 °С. Радна способност ове паре је ниска.

У соларном генератору паре извор топлоте је концентратор соларне енергије. У соларном генератору паре производи се прегрејана пара високе температуре (око 565 °С) и притиска (око 120 bar). Радна способност ове паре је висока. Пара у соларном генератору паре се може производити само током сунчаног дела дана. Принцип функционисања хибридне соларно-нуклеарне електране је описан у даљем тексту.

Пара произведена у соларном генератору паре се користи на следећи начин. Један део паре се користи за прегревање паре из нуклеарног генератора паре како би се повећали њени параметри на улазу у турбину високог притиска, а потом за догревање паре која је експандирала у турбини високог притиска како би се повећали њени параметри пре улаза у турбину ниског притиска.

Други део паре произведене у соларном генератору паре се користи за акумулацију топлоте. Акумулисана топлота се користи током интервала када нема соларне ирадијације и соларни генератор паре не производи пару. У том случају пара генерисана у систему за акумулацију се користи за повећање радне способности паре из нуклеарног генератора паре њеним прегревањем и догревањем, као што је горе описано.

У овде представљеном техничком решењу хибридне соларно-нуклеарне електране, снага електричног генератора, а тиме и производња електричне енергије су виши него у случају када се користи само пара из нуклеарног генератора паре. Ово повећање је постигнуто повећањем радне способности водене паре произведене у нуклеарном генератору паре, њеним прегревањем и накнадним догревањем паром из соларног генератора паре, чиме се збирно омогућује већи топлотни пад у турбинама високог и ниског притиска, него што би био случај када би се директно користила пара из нуклеарног генератора паре.

Поред тога, захваљујући акумулацији енергије паре из соларног генератора паре и њеном поновном коришћењу за повећање радне способности паре из нуклеарног генератора паре, избегава се интермитентна производње електричне енергије (висока производња током сунчаног дела дана, нулта производња када нема соларне ирадијације) која би се десила када би се пара из соларног генератора паре користила за производњу електричне енергије у посебној турбини, одвојено од електране са малим модуларним реактором.

Кратак опис слика нацрта

Ради лакшег разумевања проналаска, као и због приказивања како се проналазак може реализовати у пракси, подносиоци Пријаве се позивају на нацрт: Слика 1 - Шематски приказ инсталације хибридне соларно-нуклеарне електране.

Детаљан опис проналаска

Инсталација за хибридну соларно-нуклеарну електрану се састоји од нуклеарног генератора 1, соларног генератора 2, прегрејача 3, турбине 4, догрејача 5, турбине 6, електричног генератора 7, кондензатора 8, кондензатне пумпе 9, загрејача 10, напојног резервоара 11, пумпе 12, загрејача 13, размењивача топлоте 14, акумулационог резервоара 15, сигурносног вентила 16, РСМ пакета 17, уводника 18 паре, пумпе 19, мешног резервоара 20, пумпе 21 и пумпе 22, слика 1.

Нуклеарни генератор 1 је генератор паре у којем примарни флуид - вода под притиском (око 70 bar) која је хладилац језгра реактора JR малог модуларног реактора MMR и која струји кроз цевни сноп, предаје топлоту секундарном флуиду - вода под притиском (око 30 bar) која струји у простору око цевног снопа и која се загрева до услова сатурације и кључа производећи сувозасићену водену пару која се потом прегрева до ниског прегрејања (до 35°С), слика 1.

Соларни генератор 2 је генератор паре у којем се топлота са концентратора соларне енергије SK предаје води под притиском која струји кроз цеви и која се загрева до услова засићења, испарава производећи влажну пару и потом прегрева производећи прегрејану пару високих параметара (притисак око 120 bar, температура око 565 °С), слика 1.

Прегрејач 3 је добошасти размењивач топлоте у којем пара из нуклеарног генератора 1 струји кроз цеви, а пара из соларног генератора 2 струји око цеви, слика 1. У прегрејачу 3 пара из соларног генератора 2 је предајник топлоте, а пара из нуклеарног генератора 1 је пријемник топлоте. У прегрејачу 3 се врши прегревање паре из нуклеарног генератора 1 и повећава њена радна способност.

Турбина 4 је парна турбина високог притиска која врши претварање топлотне енергије у механичку енергију обртања вратила кроз експанзију паре прегрејане у прегрејачу 3. Турбина 4 има једно одузимање паре са којег се пара пароводом о2 води и парни простор загрејача 13 високог притиска, слика 1.

Догрејач 5 је добошасти размењивач топлоте у којем пара која се догрева струји кроз цеви, а пара која предаје топлоту струји око цеви. У догрејачу 5 пријемник топлоте је пара која се доводи са излаза турбине 4, а предајник топлоте је пара са излаза прегрејача 3 у којем је такође била предајник топлоте, слика 1.

Турбина 6 је парна турбина ниског притиска у којој се врши претварање топлотне енергије у механичку енергију обртања вратила кроз експанзију паре догрејане у догрејачу 5. Турбина 6 има једно одузимање паре са којег се пара пароводом о1 води и парни простор загрејача 10 ниског притиска, слика 1 Електрични генератор 7 је електрични генератор који врши претварање механичке енергије обртног вратила у електричну енергију, слика 1.

Кондензатор 8 је кондензатор паре у којем се врши хлађење и кондензација израђене водене паре са излаза турбине 6 ниског притиска, слика 1.

Кондезатна пумпа 9 је пумпа воде на чији се усис доводи кондензат из сливника кондензатора 8 (главни кондензат), а чији је потис везан са линијом регенеративног загревања ниског притиска на којој се налази загрејач 10, слика 1.

Загрејач 10 је загрејач ниског притиска, који је добошасти размењивач топлоте у којем главни кондензат као пријемник топлоте струји кроз цеви, а пара која се доводи пароводом о1 са одузимања турбине 6 као предајник топлоте струји у међуцевном простору где се хлади и кондензује, а кондензат потом води у сливник кондензатора 8, слика 1.

Напојни резервоар 11 је суд под притиском у којем се врши сакупљање, мешање и деаерација напојне воде за нуклеарни генератор 1, слика 1.

Пумпа 12 је пумпа воде на чији се усис доводи напојна вода из напојног резервоара 11, а чији је потис везан са линијом регенеративног загревања напојне воде високог притиска на којој се налази загрејач 13, слика 1.

Загрејач 13 је загрејач високог притиска који је добошасти размењивач топлоте у којем напојна вода као пријемник топлоте струји кроз цеви, а пара која се доводи пароводом о2 са одузимања турбине 4 високог притиска као предајник топлоте струји у међуцевном простору где се хлади и кондензује, а потом води у напојни резервоар 11, слика 1.

Размењивач топлоте 14 је регенеративни размењивач топлоте који садржи испуну у облику куглица пречника од неколико милиметара. Материјал испуне има велику специфичну топлоту или садржи материјал који у датом температурном распону врши промену фазе при чему се топлота апсорбује или ослобађа у виду латентне топлоте (РСМ phase-change-materials). У размењивачу топлоте 14 топлота се акумулише тако што прегрејана пара из соларног генератора паре 2 струји кроз испуну размењивача и предаје јој топлоту. Топлота акумулисана у размењивачу топлоте 14 се користи тако што сувозасићена пара из парног простора акумулационог резервоара 15 струји кроз предходно загрејану испуну и прегрева се. На размењивачу топлоте 14 се налазе следећи прикључци: прикључак за паровод s3 којим се прегрејана пара из соларног генератора 2 доводи у размењивач топлоте 14, прикључак за паровод s14 којим се у режиму акумулације топлоте охлађена пара из размењивача топлоте 14 преко паровода s6 води у уводник 18 паре у воденом делу акумулационог резервоара 15 или којим се у режиму коришћења акумулисане топлоте пара из парног простора акумулационог резервоара 15 уводи у размењивач топлоте 14 коришћењем паровода s12, пумпе 19 и паровода s13, слика 1.

Акумулациони резервоар 15 је суд под притиском испуњен течном водом и воденом паром. У стационарном стању пара и вода се налазе у стању засићења за притисак који влада у акумулационом резервоару 15. На акумулационом резервоару 15 се налазе следећи прикључци: цевовод s7 за одвод воде у мешни резервоар 20, цевовод s11 којим се преко цевовода s10 и пумпе 21 доводи вода у акумулациони резервоар 15 из мешног резервоара 20, паровод s12 којим се пара из акумулационог резервоара 15 преко пумпе 19 и паровода s13 и s14 води у размењивач топлоте 14 и паровода s6 којим се преко паровода s14 пара из размењивача топлоте 14 преко уводника 18 паре доводи у водени простор акумулационог резервоара 15, слика 1.

Сигурносни вентил 16 је постављен на акумулационом резервоару 15. Његова функција је да спречи прекорачење притиска у случају поремећеног режима рада или удесног стања.

РСМ пакети 17 представљају пакете материјала који акумулишу топлоту при промени фазе (РСМ phase-change materials) на бази искоришћења латентне топлоте. РСМ пакети 17 су постављени у воденом простору акумулационог резервоара 15 ради повећања количине топлоте која се складишти, слика 1.

Уводник 18 паре представља систем перфорираних цеви који је постављен у воденом простору акумулационог резервоара 15. Функција уводника 18 паре је увођење паре из паровода s6 у виду млазева у водени простор акумулационог резервоара 15 где се врши њена кондензација, слика 1.

Пумпа 19 је пумпа паре на чији се усис пароводом s12 доводи сувозасићена пара из парног простора акумулационог резервоара 15, а чији је потис пароводом s13 везан преко паровода s14 са размењивачем топлоте 14, слика 1.

Мешни резервоар 20 је суд под притиском у којем се врши сакупљање воде и кондензата, њихово мешање и деаерација. На мешном резервоару 20 налазе се следећи прикључци: прикључак за довод воде цевоводом s7 из акумулационог резервоара 15, прикључак за довод кондензата цевоводом s5 из догрејача 5, прикључак за снабдевање напојном водом соларног генератора 2 преко цевовода s15 и прикључак за одвођење воде у акумулациони резервоар 15 цевоводом s10, слика 1.

Пумпа 21 је пумпа воде на чији се усис доводи вода из мешног резервоара 20 цевоводом s10, а чији је потис везан са акумулационим резервоаром 15 преко цевовода s11, слика 1.

Пумпа 22 је пумпа воде на чији се усис доводи напојна вода из мешног резервоара 20 цевоводом s15, а чији је потис везан са линијом снабдевања соларног генератора 2 напојном водом цевоводом s9, слика 1.

Горе наведене компоненте, сем електричног генератора 7, припадају нуклеарном циркулационом колу или соларном циркулационом колу која су спрегнута преко заједничких компоненти. Заједничке компоненте нуклеарног циркулационог кола и соларног циркулационог кола су прегрејач 3 паре и догрејач 5 паре. Електрични генератор 7 је на заједничком вратилу са турбином 4 високог притиска и турбином 6 ниског притиска.

Нуклеарно циркулационо коло чине следећи елементи који су редно везани: нуклеарни генератор 1, паровод n1 на којем се налази вентил VN1, цевни сноп прегрејача 3, паровод n2, турбина 4 високог притиска, паровод n3, цевни сноп догрејача 5, паровод n4, турбина 6 ниског притиска, кондензатор 8, цевовод n5, кондензатна пумпа 9, цевовод n6, цевни сноп загрејача 10 ниског притиска, цевовод n7, напојни резервоар 11, цевовод n8, пумпа 12 воде, цевовод n9, цевни сноп загрејача 13 високог притиска и цевовод n10 на којем се налази вентил VN2, слика 1. Пароводи и цевоводи нуклеарног циркулационог кола су обележени испрекиданим линијама на слици 1.

Соларно циркулационо коло обухвата следеће компоненте: соларни генератор 2 паре, паровод s1 на којем се налази вентил VS1, рачву А која има један улазни и два излазна крака, паровод s2 на којем се налази регулациони вентил VR1, међуцевни простор прегрејача 3, паровод s4, међуцевни простор догрејача 5, паровод s5, мешни загрејач 20, цевовод s15 на којем се налази вентил VS9, пумпа 22 воде, и цевовод s9 на којем се налази вентил VS10, паровод s3 на којем се налази вентил VS2, размењивач топлоте 14, паровод s14, паровод s6 на којем се налази вентил VS3, паровод s12 на којем се налази вентил VS7, пумпа 19 паре, паровод s13 на којем се налази вентил VS8, акумулациони резервоар 15 на којем је прикључен сигурносни вентил 16 и унутар кога се налазе РСМ пакети 17 и уводник 18 паре, цевовод s4 на којем се налази вентил VS4, цевовод s10 на којем се налази вентил VS5 и цевовод s11 на којем се налази вентил VS6. Компоненте соларног циркулационог кола су повезане или у соларно загрејачко-акумулационо циркулационо коло или у соларно регенерационо циркулационо коло пароводима и цевоводима који су обележени цртатачка линијама а чији су називи означени префиксом s на слици 1. Ради јасноће, у даљем тексту је детаљно приказано како су елементи горе поменутих кола повезани.

Соларно загрејачко-акумулационо циркулационо коло је активно када је соларна инсолација довољно интензивна да соларни генератор паре 2 може да производи пару која се користи за прегревање и догревање паре из нуклеарног циркулационог круга и за акумулацију топлоте. Соларно загрејачко-акумулационо циркулационо коло је активно када су вентили VS1, VS3, VS4, VS9 и VS10 отворени, а вентили VS5, VS6, VS7 и VS8 затворени. Први елемент соларног загрејачкоакумулационог кола, соларни генератор 2, је преко паровода s1 редно везан на улазни крак рачве А. У рачви А соларно загрејачко-акумулационо циркулационо коло се грана на паровод s2 и паровод s3. Ови пароводи представљају улазне елементе две паралелне гране: соларно загрејачке гране чији улаз је паровод s2 и соларно акумулационе гране чији улаз је паровод s3. Излази соларно загрејачке и соларно акумулационе грана су везани на мешни загрејач 20, чиме је извршено њихово поновно спајање.

Соларно загрејачка грана се састоји од следећих редно везаних елемената: паровод s2 чији улаз је прикључен на први излазни крак рачве А и на којем се налази

1

регулациони вентил VR1, међуцевни простор прегрејача 3, паровод s4, међуцевни простор догрејача 5 и паровод s5 чији излаз је везан на мешни загрејач 20.

Соларно акумулациона грана обухвата следеће редно везане елементе. Паровод s3 чији улаз је прикључен на други излазни крак рачве А и на којем се налази вентил VS2, размењивач топлоте 14 у којем се врши акумулација топлоте, паровод s14, паровод s6 на којем се налази вентил VS3, уводник 18 паре који служи за довођење паре у водени простор акумулационог резервоара 15 у којем се налазе РСМ пакети 17 и цевовод s7 на којем се налази вентил VS4 и чији излаз је везан са мешним резервоаром 20.

Мешни загрејач 20 је преко следећих редно везаних елемената: цевовода s15 на којем се налази вентил VS9 и пумпа 22 воде и цевовода s9 на којем се налази вентил VS10 редно везан са улазом соларног генератора 2, чиме је соларно загрејачко-акумулационо коло затворено, слика 1.

Соларно регенерационо циркулационо коло је активно када нема соларне инсулације и соларни генератор паре 2 не производи пару, те се за прегревање и догревање паре из нуклеарног циркулационог круга користи акумулисана топлота. Соларно регенерационо циркулационо коло је активно када су вентили VS5, VS6, VS7 и VS8 отворени, а вентили VS1, VS3, VS4, VS9 и VS10 затворени. Први елемент соларног регенерационог кола је мешни загрејач 20 на који је прикључен паровод s10 на којем се налази вентил VS4 и пумпа воде 21 а који је редно везан са цевоводом s11 на којем се налази вентил VS6 и који је прикључен на водени простор акумулационог резервоара 15. Следећи елементи соларног регенерационог кола су редно везани паровод s12 који је прикључен на парни простор акумулационог резервоара 15 и на којем се налази вентил VS7 и пумпа паре 19 и паровод s13 на којем се налази вентил VS8. Паровод s13 је редно везан са пароводом s14. Паровод s14 је прикључен на размењивач топлоте 14 у којем се налази куглична испуна која предаје топлоту пари и прегрева је. Размењивач 14 је везан на паровод s3 на којем се налази вентил VS2 и који је редно везан са следећим елементима који такође припадају соларној загрејачкој грани када је соларно загрејачко-акумулационо коло активно: први крак рачве А, паровод s2 на којем се налази регулациони вентил VR1, међуцевни простор прегрејача 3 паре, паровод s4, међуцевни простор догрејача 5 паре и паровод s5 којим је прикључен на мешни резервоар 20 чиме је соларно регенерационо циркулационо коло затворено.

У нуклеарном колу пара произведена у нуклеарном генератору 1 се води пароводом n1 у цевни сноп прегрејача 3 где се врши њено прегревање и повећање њене радне способности паром из соларног генератора 2 током сунчаног дела дана или паром генерисаном у акумулационом резервоару 15 и прегрејаном у размењивачу топлоте 14 када нема соларне радијације и соларни генератор 2 није у погону. Проток паре кроз паровод s2 се регулише вентилом RV1. По прегревању у прегрејачу 3, пара се пароводом n2 води у турбину 4 високог притиска где се врши њена експанзија. По излазу из турбине 4 високог притиска, пара се пароводом n3 води у цевни сноп догрејача 5 где се врши њено догревање и повећање њене радне способности. Догревање се врши паром из соларног циркулационог кола, која се по излазу из међуцевног простора прегрејача 3 пароводом s4 води у догрејач 5. Догрејана пара се пароводом n4 води у турбину 6 ниског притиска где се врши њена експанзија. Експанзијом паре у турбини 4 високог притиска и турбини 6 ниског притиска, топлотна енергија паре се претвара у механичку енергију обртног вратила. Обртно вратило покреће електрични генератор 7 који производи електричну енергију.

По излазу из турбине 6 ниског притиска, пара се води у кондензатор 8, где се врши њена кондензација. Кондензат се помоћу кондензатне пумпе 9 води у цевни сноп загрејача 10 ниског притиска где се загрева паром која се доводи пароводом o1 из турбине 6 ниског притиска у међуцевни простор загрејача 10. По излазу из загрејача 10 кондензат се води у напојни резервоар 11. Проток паре кроз паровод о1 се регулише регулационим вентилом RV3. Напојна вода из напојног резервоара 11 се помоћу пумпе 12 води у цевни сноп загрејача 13 високог притиска, где се загрева паром која се доводи пароводом о2 из турбине 4 високог притиска у међуцевни простор загрејача 13. Са излаза загрејача 13 напојна вода се води у нуклеарни генератор 1, чиме је нуклеарно циркулационо коло затворено. Проток паре кроз паровод о2 је регулисан регулационим вентилом RV2. Отвореност вентила VR2 и VR3 се подешава тако да температура напојне воде на улазу у нуклеарни генератор 1 буде у прописаним границама. На овај начин, обезбеђују се прописани параметри воде (притисак и температура) на улазу у нуклеарни генератор 1.

Због јасноће, пре приказа како су компоненте соларног циркулационог кола повезане пароводима и цевоводима или у соларно загрејачко-акумулационо коло или у соларно регенерационо коло, најпре је објашњена повезаност између његових главних компоненти пароводима и цевоводима.

Размењивач топлоте 14 је повезан са акумулационим резервоаром 15 помоћу две линије паре од којих само једна може бити у функцији. Линија паре за акумулацију топлоте обухвата прикључни паровод s14 и паровод s6 на којем се налази преградни вентил VS3. Линија за коришћење акумулисане топлоте обухвата паровод s12 на којем се налази преградни вентил VS7, пумпа 19 паре, паровод s13 на којем се налази преградни вентил VS8 и прикључни паровод s14.

Акумулациони резервоар 15 је повезан са мешним загрејачем 20 преко две линије воде од којих само једна може бити у функцији. Линија за одвођење воде из акумулационог резервоара 15 у мешни загрејач 20 обухвата цевовод s7 на којем се налази преградни вентил VS4. Линија за довођење воде у акумулациони резервоар 15 из мешног загрејача 20 обухвата цевовод s10 на којем се налази преградни вентил VS5, пумпа 21 воде и цевовод s11 на којем се налази преградни вентил VS6.

Мешни загрејач 20 је цевоводима повезан са акумулационим резервоаром 15 и соларним генератором 2. Мешни загрејач 20 је са акумулационим резервоаром 15 повезан са две линије воде од којих само једна може бити у функцији. Ове линије су већ приказане у горњем пасусу као линија за одвођење воде из акумулационог резервоара 15 у мешни загрејач 20 и линија за довођење воде у акумулациони резервоар 15 из мешног загрејача 20. Мешни загрејач 20 је повезан са соларним генератором 2 преко линије за напајање соларног генератора 2 која се састоји од цевовода s15 на којем се налази преградни вентил VS9, пумпе 22 и цевовода s9 на којем се налази преградни вентил VS10.

Током сунчаног дела дана компоненте соларног циркулационог кола су повезане као соларно загрејачко-акумулационо коло. Вентил VS1 је отворен и прегрејана пара из соларног генератора 2 паре се води у паровод s1. У рачви А врши се расподела протока паре из соларног генератора 2 између паровода s2 и паровода s3.

Паровод s2 повезује соларни генератор 2 и међуцевни простор прегрејача 3. Пара доведена из соларног генератора 2 струји у међуцевном простору прегрејача 3 и користи се за прегревање паре из нуклеарног генератора 2 која струји кроз цевни сноп прегрејача 3. Услед предаје топлоте у међуцевном простору прегрејача 3 врши се хлађење паре доведене из соларног генератора 2. На излаз међуцевног простора прегрејача 3 прикључен је паровод s4 који води пару у међуцевни простор догрејача 5 где се она користи за догревање паре која је експандирала у турбини 4 високог притиска, а која струји кроз цевни сноп догрејача 5. У међуцевном простору догрејача 5 врши се хлађење и кондензација паре која је доведена са излаза међуцевног простора прегрејача 3. На излаз међуцевног простора догрејача 5 прикључен је цевовод s5 којим се кондензат води у мешни загрејач 20. Део кола од улаза у паровод s2 до мешног загрејача 20 представља загрејачку грану соларног загрејачко-акумулационог кола.

Паровод s3 повезује соларни генератор 2 и систем за акумулацију топлоте. Систем за акумулацију топлоте се састоји од размењивача топлоте 14 и акумулационог резервоара 15 унутар којег се налазе РСМ пакети 17, слика 1.

Први степен акумулације топлоте врши се у размењивачу топлоте 14 тако што прегрејана пара доведена пароводом s3 струји кроз кугличну испуну размењивача топлоте 14 и загрева је. При пролазу кроз кугличну испуну, температура и притисак паре се смањују услед предаје топлоте и отпора струјању.

1

Други степен акумулације топлоте се одвија у акумулационом резервоару 15 унутар којег се налазе РСМ пакети 17 тако што се пара доведена са излаза размењивача 14 кондензује у воденом простору акумулационог резервоара 15. У овом случају активна је линија акумулације топлоте која повезује размењивач топлоте 14 и акумулациони резервоар 15 (вентил VS3 је отворен, а вентил VS7 је затворен) те се пара са излаза размењивача 14 преко паровода s14 и s6 доводи у уводник 18 паре из којег се распршује у водени простор акумулационог резервоара 15. Услед ослобађања латентне топлоте при кондензацији паре доведене у водени простор акумулационог резервоара 15 долази до повећања температуре воде у акумулационом резервоару 15 и промене фазе материјала у РСМ пакетима 17 из чврсте у течну. При томе се у РСМ пакетима 17 акумулише количина топлоте једнака латентној топлоти топљења за изабрани РСМ материјал.

Вентил VS4 је отворен, а вентили VS5 и VS6 су затворени те је активна линија за одвођење воде из акумулационог резервоара 15 у мешни загрејач 20 цевоводом s7.

Део кола од улаза у паровод s3 (рачва А, слика 1) до мешног загрејача 20 представља акумулациону грану соларног загрејачко-акумулационог кола.

Загрејачка и акумулациона грана соларног загрејачко-акумулационог кола се спајају у мешном загрејачу 20.

У мешном загрејачу 20 врши се мешање воде из акумулационог резервоара 15 која се доводи цевоводом s7 и кондензата који се кроз цевовод s5 слива из међуцевног простора догрејача 5 чиме се постиже прописана вредност температуре напојне воде на улазу у соларни генератор 2. Вентили VS9 и VS10 су отворени, а вентили VS5 и VS6 су затворени, те је активна линија за напајање соларног генератора 2 из мешног загрејача 20. Напојна вода из мешног загрејача 20 се води кроз цевовод s15 на усис пумпе 22. Пумпа 22 повећава притисак воде на вредност притиска прописану за улаз у соларни генератор 2. Са потиса пумпе 22 напојна вода се цевоводом s9 доводи на улаз у соларни генератор паре 2 чиме се соларно загрејачко-акумулационо коло затвара, слика 1.

Када нема соларне ирадијације, соларни генератор 2 није у погону, вентил VS1 је затворен, а соларно коло функционише као соларно регенерационо коло. У соларно регенерационом колу пара за прегревање (у прегрејачу 3) и догревање (у догрејачу 5) паре из нукпеарног генератора 1 се генерише у систему за акумулисање топлоте на следећи начин.

Линија за довођење воде у акумулациони резервоар 15 из мешног загрејача 20 је активна (вентил VS5 и вентил VS6 су отворени, вентил VS4 је затворен) Из мешног загрејача 20 вода се кроз цевовод s10 на којем је вентил VS5 отворен води на усис пумпе 21, а потом цевоводом s11 на којем је вентил VS6 отворен у акумулациони резервоар 15.

У акумулационом резервоару 15 вода која је доведена из мешног загрејача 20 прима топлоту из РСМ пакета 17, загрева се и испарава. Пара се подиже у парни простор акумулационог резервоара 15 одакле се цевоводом s12 (вентил VS7 је отворен) води у пумпу 19, а одатле кроз цевовод s13 (вентил VS8 је отворен) у цевовод s14 одакле се уводи у размењивач топлоте 14. Вентил VS3 на пароводу s6 је затворен, слика 1.

По улазу у размењивач топлоте 14, пара струји кроз кугличну испуну и прима топлоту услед чега се врши њено прегревање. По излазу из размењивача топлоте 14, прегрејана пара се кроз цевовод s3, а потом кроз цевовод s2 води у међуцевни простор прегрејача 3 паре где се користи за прегревање паре из нуклеарног генератора 1 која се води у турбину 4 високог притиска. На излаз међуцевног простора прегрејача 3 је прикључен паравод s4 којим се пара води у међуцевни простор догрејача 5, где се користи за догревање паре која излази из цевног снопа турбине 4 високог притиска. У међуцевном простору догрејача 5 пара се хлади и кондензује. Кондензат из међуцевног простора догрејача 5 се цевоводом s5 води у мешни загрејач 20. чиме се соларно регенерационо коло затвара.

Начин индустријске или друге примене проналаска

Инсталација за хибридну соларно-нуклеарну електрану може се применити као мера за повећање ефикасности и стабилности електроенергетских система и као мера за смањење емисије СО2.

За успешну примену проналаска потребна су и довољна знања из предметне области, а на основу датог описа из предходног текста.

1

Claims (1)

ПАТЕНТНИ ЗАХТЕВ

1. Инсталација за хибридну соларно-нуклеарну електрану назначена тиме што се састоји од нуклеарног генератора (1), соларног генератора (2), прегрејача (3), турбине (4), догрејача (5), турбине (6), електричног генератора (7), кондензатора (8), кондензатне пумпе (9), загрејача (10), напојног резервоара (11), пумпе (12), загрејача (13), размењивача топлоте (14), акумулационог резервоара (15), сигурносног вентила (16), пакета (17) фазно променљивих материјала, уводника (18) паре, пумпе (19), мешног резервоара (20), пумпе (21) и пумпе (22), што су у нуклеарно циркулационо коло редно повезани нуклеарни генератор (1), цевни сноп прегрејача (3), турбина (4) високог притиска, цевни сноп догрејача (5), турбина (6) ниског притиска и кондензатор (8) пароводима, а кондензатна пумпа (8), загрејач (10) ниског притиска, напојни резервоар (11), пумпа (12) воде и загрејач (13) високог притиска цевоводима са нуклеарним генератором (1) чиме је коло затворено, што је електрични генератор (7) на заједничком вратилу са турбином (4) високог притиска и турбином (6) ниског притиска, што је у соларном загрејачко-акумулационом колу соларни генератор (2), пароводима прикључен на паралелно везане загрејачку грану и акумулациону грану, и на загрејачкој грани преко међуцевног простора прегрејача (3) и међуцевног простора догрејача (5) пароводима редно повезан са мешним загрејачем (20), а на акумулационој грани преко размењивача топлоте (14) и акумулационог резервоара (15) пароводима редно повезан са мешним загрејачем (20), а мешни загрејач (20) је преко цевовода и пумпе (22) редно повезан са соларним генератором (2) чиме је коло затворено, што су у соларном регенерационом колу редно пароводима повезани акумулациони резервоар (15), пумпа (19), размењивач топлоте (14), међуцевни простор прегрејача (3), међуцевни простор догрејача (5) и мешни загрејач (20), а мешни загрејач је преко цевовода и пумпа (21) редно повезан са акумулационим резервоаром (15) чиме је коло затворено, што се у акумулационом резервоару (15) налазе пакети (17) фазно променљивих материјала и уводник (18) паре, што се сигурносни вентил (16) налази на акумулационом резервоару (15).