[發明專利]一種用于聚變堆的熔鹽儲能耦合發電系統及發電方法

有效

• 申請號: 202110149331.1
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112967827B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 梁展鵬;向魁;林燕;譚燦燊;施海云;王曉東;朱光濤
• 申請（專利權）人: 中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司
• 主分類號: G21D5/08
• 分類號: G21D5/08;F01K3/00
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 劉慧麗;郝傳鑫

1.一種用于聚變堆的熔鹽儲能耦合發電系統，其特征在于，包括一回路、儲能回路以及二回路；

所述一回路包括聚變堆和連接在聚變堆的氦氣出口的蒸汽發生器，所述蒸汽發生器的出氣口與所述聚變堆的入氣口連接；

所述蒸汽發生器的蒸汽出口與所述二回路連接；

所述儲能回路包括與所述聚變堆的氦氣出口連接的儲熱換熱器、同時與所述儲熱換熱器連接的熱熔鹽罐和冷熔鹽罐；

所述聚變堆工作時產生的一部分高溫氦氣流動至蒸汽發生器后與二回路的水換熱，所述聚變堆產生的另外一部分高溫氦氣流動至儲熱換熱器內，所述冷熔鹽罐內的冷熔鹽進入所述儲熱換熱器內與所述高溫氦氣換熱之后進入所述熱熔鹽罐內儲能，高溫氦氣的流量分配通過儲熱換熱器出口的調節閥進行控制；

所述聚變堆間歇停止時所述蒸汽發生器產生的低溫氦氣進入所述儲熱換熱器內，所述熱熔鹽罐內的熱熔鹽進入所述儲熱換熱器內與所述低溫氦氣換熱后形成高溫氦氣，該高溫氦氣流動至蒸汽發生器后與二回路的水換熱；

所述蒸汽發生器的氦氣出口和所述儲熱換熱器的冷氦氣出口均通過氦氣風機與聚變堆的入氣口連接；所述聚變堆的氦氣出口與所述蒸汽發生器的氦氣入口之間的管路上設有第一氣閥，所述聚變堆的氦氣出口與所述儲熱換熱器之間的管路上設有第二氣閥，所述儲熱換熱器與所述蒸汽發生器的氦氣入口之間的管路上設有第三氣閥，所述儲熱換熱器的氦氣出口與所述聚變堆的入氣口之間的管路上設有第四氣閥；

所述聚變堆工作時，所述第一氣閥、所述第二氣閥和所述第四氣閥均開啟，所述第三氣閥關閉；

所述聚變堆間歇停止時，所述第一氣閥和所述第四氣閥關閉，所述第二氣閥和所述第三氣閥開啟。

2.根據權利要求1所述的用于聚變堆的熔鹽儲能耦合發電系統，其特征在于，所述冷熔鹽罐與所述儲熱換熱器之間的管路上設有冷熔鹽泵和與冷熔鹽泵并聯的冷熔鹽旁路，所述冷熔鹽旁路上設有第一旁路閥，所述冷熔鹽泵的入口處設有冷熔鹽泵前閥，所述冷熔鹽泵的出口處設有冷熔鹽泵后閥；

所述熱熔鹽罐與所述儲熱換熱器之間的管路上設有熱熔鹽泵和與熱熔鹽泵并聯的熱熔鹽旁路，所述熱熔鹽旁路上設有第二旁路閥，所述熱熔鹽泵的入口處設有熱熔鹽泵前閥，所述熱熔鹽泵的出口處設有熱熔鹽泵后閥；

所述聚變堆工作時，所述冷熔鹽泵前閥、所述冷熔鹽泵后閥和所述第二旁路閥開啟，冷熔鹽由冷熔鹽泵驅動至儲熱換熱器內，所述第一旁路閥、所述熱熔鹽泵前閥和所述熱熔鹽泵后閥關閉，熱熔鹽由儲熱換熱器流動至熱熔鹽罐內；

所述聚變堆間歇停止時，所述熱熔鹽泵前閥、所述熱熔鹽泵后閥和所述第一旁路閥開啟，熱熔鹽由熱熔鹽泵驅動至儲熱換熱器內，所述第二旁路閥、所述冷熔鹽泵前閥和所述冷熔鹽泵后閥關閉，冷熔鹽由儲熱換熱器流動至冷熔鹽罐內。

3.一種權利要求1-2任一項所述的用于聚變堆的熔鹽儲能耦合發電系統的發電方法，其特征在于，

S1，在第一時段，聚變堆工作時產生的一部分高溫氦氣流動至蒸汽發生器，蒸汽發生器內注入冷水與高溫氦氣換熱產生蒸汽，蒸汽傳送至二回路以驅動汽輪機發電；

S2，在第一時段，聚變堆工作時產生的另外一部分高溫氦氣流動至儲熱換熱器內，同時冷熔鹽罐內的冷熔鹽進入儲熱換熱器內與高溫氦氣換熱，換熱之后形成的熱熔鹽進入所述熱熔鹽罐內儲能；

S3，在第二時段，聚變堆間歇停止時蒸汽發生器產生的低溫氦氣進入儲熱換熱器內，熱熔鹽罐內的熱熔鹽進入儲熱換熱器內與低溫氦氣換熱后形成高溫氦氣，該高溫氦氣流動至蒸汽發生器后與二回路的水換熱產生蒸汽，蒸汽傳送至二回路以驅動汽輪機發電。

4.根據權利要求3所述的用于聚變堆的熔鹽儲能耦合發電系統的發電方法，其特征在于，所述聚變堆的氦氣出口與所述蒸汽發生器的氦氣入口之間的管路上設有第一氣閥，所述聚變堆的氦氣出口與所述儲熱換熱器之間的管路上設有第二氣閥，所述儲熱換熱器與所述蒸汽發生器的氦氣入口之間的管路上設有第三氣閥，所述儲熱換熱器的氦氣出口與所述聚變堆的入氣口之間的管路上設有第四氣閥；

所述聚變堆工作時，所述第一氣閥、所述第二氣閥和所述第四氣閥均開啟，所述第三氣閥關閉；

所述聚變堆間歇停止時，所述第一氣閥和所述第四氣閥關閉，所述第二氣閥和所述第三氣閥開啟。

5.根據權利要求4所述的用于聚變堆的熔鹽儲能耦合發電系統的發電方法，其特征在于，所述冷熔鹽罐與所述儲熱換熱器之間的管路上設有冷熔鹽泵和與冷熔鹽泵并聯的冷熔鹽旁路，所述冷熔鹽旁路上設有第一旁路閥，所述冷熔鹽泵的入口處設有冷熔鹽泵前閥，所述冷熔鹽泵的出口處設有冷熔鹽泵后閥；

所述熱熔鹽罐與所述儲熱換熱器之間的管路上設有熱熔鹽泵和與熱熔鹽泵并聯的熱熔鹽旁路，所述熱熔鹽旁路上設有第二旁路閥，所述熱熔鹽泵的入口處設有熱熔鹽泵前閥，所述熱熔鹽泵的出口處設有熱熔鹽泵后閥；

所述聚變堆工作時，所述冷熔鹽泵前閥、所述冷熔鹽泵后閥和所述第二旁路閥開啟，冷熔鹽由冷熔鹽泵驅動至儲熱換熱器內，所述第一旁路閥、所述熱熔鹽泵前閥和所述熱熔鹽泵后閥關閉，熱熔鹽由儲熱換熱器流動至熱熔鹽罐內；

所述聚變堆間歇停止時，所述熱熔鹽泵前閥、所述熱熔鹽泵后閥和所述第一旁路閥開啟，熱熔鹽由熱熔鹽泵驅動至儲熱換熱器內，所述第二旁路閥、所述冷熔鹽泵前閥和所述冷熔鹽泵后閥關閉，冷熔鹽由儲熱換熱器流動至冷熔鹽罐內；

所述蒸汽發生器的氦氣出口和所述第四氣閥均通過氦氣風機與聚變堆的入氣口連接。