RU2682723C2 - Method for operation of npp power unit with hydrogen superstructure and high-temperature electrolyzers - Google Patents
Method for operation of npp power unit with hydrogen superstructure and high-temperature electrolyzers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682723C2 RU2682723C2 RU2017106205A RU2017106205A RU2682723C2 RU 2682723 C2 RU2682723 C2 RU 2682723C2 RU 2017106205 A RU2017106205 A RU 2017106205A RU 2017106205 A RU2017106205 A RU 2017106205A RU 2682723 C2 RU2682723 C2 RU 2682723C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- oxygen
- sent
- steam
- electrolyzer
- Prior art date
Links
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 88
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 88
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 74
- 239000011094 fiberboard Substances 0.000 claims 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 10
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 8
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 8
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101800004149 NPP 2 Proteins 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21D—NUCLEAR POWER PLANT
- G21D7/00—Arrangements for direct production of electric energy from fusion or fission reactions
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на паротурбинных установках атомных электрических станций (АЭС) двухконтурного типа с водо-водяными энергетическими реакторами (ВВЭР), в частности изобретение может быть применено на серийных и проектируемых отечественных энергоблоках АЭС.The invention relates to the field of nuclear energy and is intended for use in steam turbine installations of nuclear power plants (NPPs) of a double-circuit type with water-cooled water reactors (VVER), in particular, the invention can be applied to serial and designed domestic nuclear power units.
Известны способы работы энергоблока АЭС с электролизерами (щелочные и с твердополимерными электролитами (ТПЭ)) [1], в которые подают воду и электроэнергию для получения водорода и кислорода.Known methods of operation of a nuclear power plant with electrolytic cells (alkaline and solid polymer electrolytes (TPE)) [1], which supply water and electricity to produce hydrogen and oxygen.
Недостатком их работы являются повышенные удельные расходы электроэнергии на производство водорода.The disadvantage of their work is the increased specific energy consumption for hydrogen production.
Известен также способ работы энергоблока АЭС с высокотемпературным электролизером [1], в который подают пар и электроэнергию для получения водорода и кислорода.There is also a known method of operation of a nuclear power unit with a high-temperature electrolyzer [1], in which steam and electricity are supplied to produce hydrogen and oxygen.
Недостатком таких электролизеров является то, что для их работы требуется пар высокой температуры и для этого требуется дополнительный источник тепловой или электрической энергии.The disadvantage of such electrolytic cells is that their operation requires high temperature steam and this requires an additional source of thermal or electric energy.
Известен способ работы энергоблока АЭС с водородо-кислородным парогенератором (далее- ВКП) [2], где получают пар требуемых параметров за счет смешения пара, полученного в результате высокотемпературного горения водорода в кислородной среде с водой, который используется для получения дополнительной мощности в паротурбинной установке.A known method of operation of a nuclear power unit with a hydrogen-oxygen steam generator (hereinafter - VKP) [2], where steam of the required parameters is obtained by mixing steam obtained by high-temperature combustion of hydrogen in an oxygen medium with water, which is used to obtain additional power in a steam turbine installation .
Недостатком такого способа является то, что полученный пар в ВКП используется только для получения дополнительной мощности в паротурбинной установке, однако этот пар можно использовать и для других целей.The disadvantage of this method is that the resulting steam in the VKP is used only to obtain additional power in a steam turbine installation, however, this steam can also be used for other purposes.
Наиболее близким устройством является АЭС с водородной надстройкой [1], которая включает ядерный реактор, турбину, конденсатор и конденсационный насос, электролизер, хранилище водорода и кислорода и камеру сгорания, представляющая собой ВКП. Ядерный реактор может иметь различную конструкцию. Ядерный реактор соединен с камерой сгорания, которая подключена к турбине АЭС, все они соединены паропроводом. К турбине подключен конденсатор. Конденсационный насос соединен с конденсатором, ядерным реактором и электролизером посредством водопровода. Электролизер подключен газопроводом водорода и кислорода к их хранилищам, которые так же в свою очередь соединены с камерой сгорания.The closest device is a nuclear power plant with a hydrogen superstructure [1], which includes a nuclear reactor, a turbine, a condenser and a condensation pump, an electrolyzer, a hydrogen and oxygen storage facility, and a combustion chamber, which is a VKP. A nuclear reactor may have a different design. The nuclear reactor is connected to the combustion chamber, which is connected to the turbine of the nuclear power plant, all of them are connected by a steam line. A condenser is connected to the turbine. The condensation pump is connected to a condenser, a nuclear reactor and an electrolyzer through a water supply. The electrolyzer is connected by a gas pipeline of hydrogen and oxygen to their storages, which are also in turn connected to the combustion chamber.
Способ работы АЭС с водородной надстройкой согласно близкому устройству [1] осуществляется следующим образом, в период минимума графика электрической нагрузки получают водород и кислород в электролизерах, в которые подают воду посредством конденсационного насоса и запасают в хранилище. В период максимума электрической нагрузки, запасенный в хранилище водород и кислород подают в ВКП, в котором происходит смешение пара, полученного в результате высокотемпературного горения водорода в кислородной среде, с насыщенном паром от АЭС. В результате получают перегретый пар, который направляется на турбину АЭС.The method of operation of a nuclear power plant with a hydrogen superstructure according to a close device [1] is as follows, during a period of a minimum electrical load schedule, hydrogen and oxygen are obtained in electrolyzers, which are supplied with water through a condensation pump and stored in storage. During the period of maximum electric load, the hydrogen and oxygen stored in the storage are fed to the CPSU, in which the vapor produced by the high-temperature combustion of hydrogen in an oxygen medium is mixed with saturated steam from the nuclear power plant. The result is superheated steam, which is sent to the turbine of the nuclear power plant.
Недостатком такого способа на основе близкого устройства, является повышенный удельный расход электроэнергии на электролиз воды, следовательно, снижение производства водорода и кислорода, что снижает выработку дополнительной электроэнергии на АЭС.The disadvantage of this method, based on a close device, is the increased specific consumption of electricity for electrolysis of water, therefore, a decrease in the production of hydrogen and oxygen, which reduces the generation of additional electricity at nuclear power plants.
Технической проблемой является недостаточная эффективность работы энергоблока АЭС с водородной надстройкой, а именно: повышенный расход электроэнергии на электролиз, недостаточное количество производимого водорода и кислорода, следовательно, уменьшение дополнительно вырабатываемой электроэнергии в периоды максимума графиков электрической нагрузки АЭС.The technical problem is the insufficient efficiency of the power unit of a nuclear power plant with a hydrogen superstructure, namely: increased energy consumption for electrolysis, insufficient amount of hydrogen and oxygen produced, therefore, a decrease in additional electricity generated during periods of maximum graphs of the electric load of nuclear power plants.
Поставленная техническая проблема решается тем, что в способе работы энергоблока АЭС с водородной надстройкой, заключающемся в том, что в период минимума электрической нагрузки востребованную часть вырабатываемой электрической энергии направляют потребителю, другую часть, определяемую диспетчерскими ограничениями, используют для работы блока водородной надстройки; водород и кислород вырабатывают, по крайней мере, в одном пусковом электролизере (или в электролизерах установленных на АЭС в которых получают водород для охлаждения электрогенератора) и направляют в двухрежимный водородо-кислородный парогенегатор (далее-ДВКП), в который также подают пар с турбины и воду из цеха химводоочистки (вода в данном случае служит для охлаждения стенок ДВКП и после смешивается в камере смешения ДВКП с паром от турбины и паром полученным при сжигании водорода и кислорода) для выработки высокотемпературного пара, который направляют, по крайней мере, в один высокотемпературный электролизер, из которого одну часть полученных водорода и кислорода (после охлаждения в охладителях) через компрессоры направляют в хранилища водорода и кислорода, другую часть, необходимую для работы ДВКП, направляют в ДВКП, при этом пусковой электролизер отключают, и далее цикл повторяют без пускового электролизера, высокотемпературный электролизер остается в работе. В период максимума электрической нагрузки, запасенные в хранилище водород и кислород направляют в ДВКП, в который также подают воду из цеха химводоочистки, причем, в данном случае вода подается как для охлаждения стенок ДВКП, так и для ее преобразования в пар как рабочее тело, выработанный таким образом дополнительный пар направляют в турбину АЭС для получения дополнительной электрической мощности, при этом образовавшееся дополнительное количество воды в виде основного конденсата турбины через конденсатный насос направляют в бак-хранилище воды.The posed technical problem is solved by the fact that in the method of operation of a nuclear power unit with a hydrogen superstructure, which consists in the fact that during the period of minimum electric load, the required part of the generated electric energy is directed to the consumer, the other part, determined by dispatch restrictions, is used to operate the hydrogen superstructure unit; hydrogen and oxygen are generated in at least one starting electrolyzer (or in electrolyzers installed at nuclear power plants in which hydrogen is obtained to cool the generator) and sent to a dual-mode hydrogen-oxygen steam generator (hereinafter - DVKP), which also receives steam from the turbine and water from the chemical water treatment plant (water in this case serves to cool the walls of the DVKP and after it is mixed in the mixing chamber of the DVKP with steam from the turbine and steam obtained during the combustion of hydrogen and oxygen) to generate high-temperature steam, to the second is sent to at least one high-temperature electrolyzer, from which one part of the obtained hydrogen and oxygen (after cooling in coolers) is sent through compressors to the hydrogen and oxygen storages, the other part necessary for the operation of the DCFG is sent to the DVKP, while the cell is turned off, and then the cycle is repeated without starting the cell, the high-temperature cell remains in operation. During the period of maximum electric load, the hydrogen and oxygen stored in the storage are sent to the DVKP, to which water is also supplied from the chemical water treatment plant, and, in this case, water is supplied both to cool the walls of the DVKP and to convert it into steam as a working fluid generated thus, additional steam is sent to the turbine of the nuclear power plant to obtain additional electric power, while the resulting additional amount of water in the form of the main condensate of the turbine through the condensate pump is sent to the storage tank ische water.
Согласно предпочтительному примеру выполнения способа работы энергоблока АЭС с водородной надстройкой и высокотемпературными электролизерами согласно изобретению заключается в том, что в период максимума в ДВКП дополнительно подают воду из бака-хранилища, а в период минимума - из бака-хранилища воды и/или цеха химводоочистки в пусковой электролизер и/или направляют в тепловую схему АЭС для восполнения потерь отборного пара.According to a preferred example of the method of operation of the power unit NPP with hydrogen superstructure and high temperature electrolytic cells according The invention consists in the fact that during the maximum period, water is additionally supplied to the DVKP from the storage tank, and at the minimum, from the storage tank of water and / or the chemical water treatment workshop to the starting electrolyzer and / or sent to the thermal circuit of the nuclear power plant to make up for losses of selected steam .
Устройство для осуществления способа работы энергоблока АЭС с водородной надстройкой и высокотемпературными электролизерами согласно изобретению включает в себя турбину с электрогенератором и подключенным к ней конденсатором, цех химводоочистки, бак-хранилище воды, а также подключенные к электрогенератору, по крайней мере, один пусковой электролизер, по крайней мере, один высокотемпературный электролизер, по крайней мере, два компрессора (один для водорода и второй для кислорода) (выполнены с 2-3 ступенями сжатия и после каждой ступени установлен охладитель), конденсатный насос, ДВКП. При этом ДВКП связан посредством двух паропроводов с турбиной и двух водопроводов, один из которых связан с цехом химводоочистки, другой - с тепловой схемой АЭС через бак-хранилище, конденсатный насос и конденсатор. При этом пусковой электролизер связан с баком-хранилищем воды и/или с цехом химводоочистки, а также подключен посредством газопроводов водорода и кислорода к ДВКП. Высокотемпературный электролизер связан посредством паропровода с ДВКП и посредством газопроводов водорода и кислорода с ДВКП, а также через компрессоры водорода и кислорода с хранилищем водорода и кислорода, которое также подключено газопроводами водорода и кислорода к ДВКП.A device for implementing the method of operation of a nuclear power unit with hydrogen superstructure and high temperature electrolysers according to the invention includes at a turbine with an electric generator and a condenser connected to it, a chemical water treatment workshop, a water storage tank, as well as at least one starting electrolyzer, at least one high-temperature electrolyzer, at least two compressors (one for hydrogen) and the second for oxygen) (made with 2-3 stages of compression and after each stage a cooler is installed), condensate pump, DVKP. In this case, DVKP is connected through two steam pipelines to a turbine and two water pipelines, one of which is connected to the chemical water treatment workshop, and the other to the thermal scheme of the NPP through the storage tank, condensate pump and condenser. In this case, the starting electrolyzer is connected with the storage tank of water and / or with the chemical water treatment workshop, and is also connected via the gas pipelines of hydrogen and oxygen to the DVKP. The high-temperature electrolyzer is connected through a steam line to the DVKP and through hydrogen and oxygen pipelines to the DVKP, as well as through hydrogen and oxygen compressors with a hydrogen and oxygen storage, which is also connected by hydrogen and oxygen pipelines to the DVKP.
Согласно предпочтительному примеру выполнения устройства согласно изобретению цех химводочистки и бак-хранилище объеденены в одном помещении.According to a preferred embodiment of the device according to According to the invention, the chemical water treatment plant and the storage tank are combined in one room.
Согласно предпочтительному примеру выполнения устройства согласно изобретению двухрежимная работа водородно-кислородного парогенератора обеспечивается путем изменения геометрии камеры смешения при помощи ковшовой заслонки.According to a preferred embodiment of the device according to According to the invention, the dual-mode operation of the hydrogen-oxygen steam generator is provided by changing the geometry of the mixing chamber using a bucket damper.
Связь отличительных признаков на достижение технического результата заключается в том, что снижаются капиталовложения в АЭС с водородной надстройкой и высокотемпературными электролизерами за счет установки одного водородно-кислородного парогенератора вместо двух.The connection of the distinguishing features to achieve a technical result is that the investment in nuclear power plants with a hydrogen superstructure and high-temperature electrolyzers is reduced by installing one hydrogen-oxygen steam generator instead of two.
На чертеже представлена схема АЭС с водородной надстройкой.The drawing shows a diagram of a nuclear power plant with a hydrogen superstructure.
Позициями обозначены: 1 - парогенератор, 2 - основная турбина АЭС, 3 - электрогенератор, 4 - конденсатор, 5 - конденсатный насос, 6 - пусковой электролизер (щелочной или с ТПЭ), 7 - высокотемпературный электролизер, 8 - цех химводоочистки, 9 - бак-хранилище, 10 - двухрежимный водородо-кислородный парогенератор (ВКП), 11 - электроприводной компрессор, 12 - хранилище водорода и кислорода, 13 - подогреватель высокого давления (ПВД), 14 - подогреватель низкого давления (ПНД), 15 - деаэратор; 16 - газоохладитель, 17, 18, 25, 26, 27, 29, 30, 32 - трубопроводы (водопроводы), 19, 20, 21, 22 - газопроводы водорода и кислорода, 23, 24, 28 - паропроводы, 31 - линии электрических связей через трансформаторы и преобразователи тока.Positions marked : 1 - steam generator, 2 - the main turbine of the nuclear power plant, 3 - electric generator, 4 - condenser, 5 - condensate pump, 6 - starting electrolyzer (alkaline or with TPE), 7 - high-temperature electrolyzer, 8 - chemical water treatment workshop, 9 - tank - storage, 10 - dual-mode hydrogen-oxygen steam generator (VKP), 11 - electric drive compressor, 12 - storage of hydrogen and oxygen, 13 - high pressure heater (LDPE), 14 - low pressure heater (PND), 15 - deaerator; 16 - gas cooler, 17, 18, 25, 26, 27, 29, 30, 32 - pipelines (water pipes), 19, 20, 21, 22 - hydrogen and oxygen gas pipelines, 23, 24, 28 - steam pipelines, 31 - electric lines communications through transformers and current converters.
Тепловая схема АЭС включает в себя: парогенератор 1, основную турбину АЭС 2 с электрогенератором 3 и подключенным к ней конденсатором 4, подогревателями высокого 13 и низкого 14 давления, и цехом химводоочистки 8 подключенный водопроводом 29 к конденсатору 4, а также подключенный к электрогенератору 3 электроприводный конденсационный насос 5 (питаемый от электрических соединений собственных нужд АЭС).The thermal diagram of a nuclear power plant includes: a
Водородная надстройка включает, по крайней мере, один пусковой электролизер 6, один высокотемпературный электролизер 7, два электроприводных компрессора 11 водорода и кислорода, один двухрежимный водородо-кислородный парогенератор 10 (с электрическим поджигом), подключенные к электрогенератору 3, питаемому от электрических связей собственных нужд АЭС 31, а также один бак-хранилище 9, и газоохладители 16 водорода и кислорода (за ВКП и за компрессорами).The hydrogen superstructure includes at least one
Пусковой электролизер 6 связан с баком-хранилищем 9 воды и/или с цехом химводочистки 8 посредством трубопроводов 17 и 18, а также подключен посредством газопроводов водорода и кислорода 19 к двухрежимному водородо-кислородному парогенератору 10.The
Высокотемпературный электролизер 7 связан посредством паропровода 28 с двухрежимным водородо-кислородным парогенератором 10 и посредством газопроводов водорода и кислорода 20 с двухрежимным водородо-кислородным парогенератором 10, а также через газоохладители 16 - электроприводные компрессоры 11 - газоохладители 16 водорода и кислорода с хранилищем водорода и кислорода 12 газопроводом водорода и кислорода 21, который также подключен газопроводами водорода и кислорода 22 к двухрежимному водородо-кислородному парогенератору 10.The high-
В газоохладителях водорода и кислорода 16 водород и кислород охлаждается за счет подачи воды из тепловой схемы АЭС по водопроводам 32, а затем нагретая вода возвращается обратно.In gas coolers of hydrogen and
Двухрежимный водородо-кислородный парогенератор 10 связан посредством паропроводов 23 и 24 с тепловой схемой АЭС и двух водопроводов 25 и 26, один из которых связан с цехом химводоочистки 8, другой - с тепловой схемой АЭС посредством конденсатного насоса 5 по водопроводу 30 через бак-хранилище 9.The dual-mode hydrogen-
Двухрежимная работа водородно-кислородного парогенератора 10 обеспечивается путем изменения геометрии камеры смешения при помощи ковшовой заслонки.The dual-mode operation of the hydrogen-
Бак-хранилище 9 располагается в совмещенном цеху химводоочистки 8, который в свою очередь совмещен с тепловой схемой АЭС через водопровод 27.The
В том случае, если на АЭС имеется электролизный цех, в котором установлены электролизеры получающие водород и кислород для охлаждения генератора, то они могут служить в качестве пускового электролизера 6. При этом высокотемпературный электролизер 7 располагается в данном электролизном цеху.In the event that the nuclear power plant has an electrolysis shop in which electrolyzers are installed that receive hydrogen and oxygen to cool the generator, they can serve as a
Способ работы заявленного устройства осуществляют следующим образом. В период минимума электрической нагрузки полную нагрузку блока практически не снижают, так как вырабатываемую электрогенератором 3 электроэнергию основной турбины АЭС 2 расходуют на электролиз воды в электролизерах 6 и 7, которые располагают вблизи или на АЭС. В начальный период времени работает пусковой электролизер 6, в который подают очищенную воду из цеха химводоочистки 8 по водопроводу 18. Полученные водород и кислород в результате электролиза воды направляют в двухрежимный водородо-кислородный парогенератор 10 по газопроводам водорода и кислорода 19. В результате высокотемпературного горения водорода в кислородной среде получают высокотемпературный пар. В двухрежимный водородо-кислородный парогенератор подают пар по паропроводу 24 из тепловой схемы АЭС и воду для охлаждения стенок двухрежимного водородо-кислородного парогенератора по водопроводу 25 из цеха химводоочистки 8. В результате смешения высокотемпературного пара, пара из тепловой схемы турбины АЭС и воды для охлаждения стенок двухрежимного водородо-кислородного парогенератора, получают пар с температурой 800-1000°С и давлением незначительно выше атмосферного. Поэтому в период минимума электрической нагрузки объем камеры смешения водородо-кислородного парогенератора 10 увеличивают посредством ковшовой заслонки. Пар с температурой 800-1000°С направляют в высокотемпературный электролизер 7 по паропроводу 28, т.е. высокотемпературный электролизер включают в работу. В высокотемпературном электролизере 7 в результате электролиза пара получают водород и кислород. Из высокотемпературного электролизера 7 через газоохладители 16 часть 70-90% водорода и кислорода через электроприводной компрессор 11 и газоохладитель 16 по газопроводу водорода и кислорода 21 водород и кислород направляют в хранилище 12, где они запасаются, а другую, меньшую часть, 10-30%, направляют в двухрежимный водородо-кислородный парогенератор 10 по газопроводу водорода и кислорода 20. После этого отключают пусковой электролизер 6, а высокотемпературный электролизер 7 оставляют в работе. Потери отборного пара в тепловую схему АЭС восполняют очищенной водой, приготовленной в цеху химводоочистки 8, которую по водопроводу 29 подают в тепловую схему АЭС.The method of operation of the claimed device is as follows. During the period of minimum electric load, the full load of the unit is practically not reduced, since the electricity generated by the electric generator 3 of the main turbine of the NPP 2 is spent on the electrolysis of water in
В период максимума электрической нагрузки запасенные (в период минимума электрической нагрузки) водород и кислород из хранилища 12 по газопроводу водорода и кислорода 22 направляют в двухрежимный водородо-кислородный парогенератор 10, объем камеры смешения при этом уменьшают посредством ковшовой заслонки. Пар с температурой 300-1000°С и давлением до 6 МПа и выше в двухрежимном водородо-кислородном парогенераторе 10 получают путем смешения пара, полученного в результате высокотемпературного горения водорода в кислородной среде с очищенной водой по водопроводу 25 и водой для охлаждения стенок двух режимного водородо-кислородного парогенератора по водопроводу 25 из цеха химводоочистки 8. Полученный пар по паропроводу 23 направляют в тепловую схему АЭС для получения дополнительной мощности, которая необходима для покрытия максимума электрической нагрузки. В результате подачи дополнительного количества пара в тепловой схеме АЭС образуется излишек рабочего тела в виде основного конденсата. Дополнительное количество основного конденсата после конденсатора 4, посредством конденсационного насоса 5 направляют в бак-хранилище 9 по водопроводу 30. Запасенную воду из бака-хранилища 9 могут направить в период максимума электрической нагрузки в двухрежимный водородо-кислородный парогенератор 10 по водопроводу 26, а в период минимума электрической нагрузки в пусковой электролизер 6 по водопроводу 17 или восполняют потери отборного пара в тепловой схеме АЭС по водопроводу 27. Таким образом, в период максимума электрической нагрузки бак-хранилище 9 не оказался переполненным. Для снижения недовыработки электрической мощности основной турбины за счет подачи пара на ДВПГ подают воду из тепловой схемы АЭС в газоохладители 16 по водопроводам 32, а затем нагретую воду подают обратно и смешивают с водой из тепловой схемы примерно с такими же параметрами по температуре.During the period of maximum electric load, the stored (during the period of minimum electric load) hydrogen and oxygen from the
Геометрические размеры камеры смешения водородо-кислородного парогенератора изменяют в период минимума и максимума графиков электрических нагрузок вследствие того, что пар имеет различный удельный объем при данных режимах работы водородной надстройки.The geometric dimensions of the mixing chamber of the hydrogen-oxygen steam generator are changed during the period of the minimum and maximum graphs of electrical loads due to the fact that the vapor has a different specific volume under these operating modes of the hydrogen superstructure.
Предлагаемый способ заявленного устройства с отличительными признаками позволяет достичь следующего технического результата:The proposed method of the claimed device with distinctive features allows to achieve the following technical result:
- снижение расхода электроэнергии на электролиз, путем применения высокотемпературных электролизеров;- reduction of electricity consumption for electrolysis, through the use of high-temperature electrolyzers;
- повысить производство водорода и кислорода за счет снижения удельного расхода электроэнергии на электролиз, следовательно, увеличить выработку дополнительной электрической энергии;- increase the production of hydrogen and oxygen by reducing the specific energy consumption for electrolysis, therefore, increase the production of additional electric energy;
- снизить капиталовложения в АЭС с водородной надстройкой и высокотемпературными электролизерами, а именно использование двухрежимного водородо-кислородного парогенератора в место двух, сооружение в одном здании цеха химводоочистки и бака-хранилища по сравнению их расположения в отдельных зданиях.- reduce investment in nuclear power plants with a hydrogen superstructure and high-temperature electrolysers, namely the use of a dual-mode hydrogen-oxygen steam generator in place of two, the construction of a chemical water treatment plant and a storage tank in one building compared to their location in separate buildings.
Пример:Example:
Удельный расход электроэнергии на производство водорода [2] составляет:The specific energy consumption for hydrogen production [2] is:
- щелочной электролизер (атмосферное давление) 4,5-5,4, кВт⋅ч/м3;- alkaline electrolyzer (atmospheric pressure) 4.5-5.4, kWh / m 3 ;
- электролизер с ТПЭ (повышенное давление) 4-4,5 кВт⋅ч/м3;- electrolyzer with TPE (high pressure) 4-4.5 kWh / m 3 ;
- высокотемпературный электролизер (атмосферное давление) 2,8-3, кВт⋅ч/м3.- high-temperature electrolyzer (atmospheric pressure) 2.8-3, kW⋅h / m 3 .
Количество запасенного кислорода в течение 1 часа в хранилище при снижении мощности турбины на 200 МВт составит:The amount of stored oxygen for 1 hour in storage with a decrease in turbine power by 200 MW will be:
- щелочной электролизер (с учетом расхода электроэнергии на поршневые компрессоры водорода и кислорода) 42200-35450 м3;- alkaline electrolyzer (taking into account the energy consumption for reciprocating hydrogen and oxygen compressors) 42200-35450 m 3 ;
- электролизер с ТПЭ (с учетом расхода электроэнергии на насос) 49940-44400 м3;- electrolyzer with TPE (taking into account the energy consumption for the pump) 49940-44400 m 3 ;
- высокотемпературный электролизер (с учетом расхода электроэнергии на поршневые компрессоры водорода и кислорода и недовыработку отборным паром) 55380-52000 м3.- high temperature electrolyzer (taking into account the energy consumption for reciprocating hydrogen and oxygen compressors and underproduction of selected steam) 55380-52000 m 3 .
Реальный удельный расход электроэнергии на затраченную электрическую мощность 200 МВт, отнесенный, к запасенному водороду в хранилище составит:The actual specific energy consumption for the consumed electric power of 200 MW, attributed to the stored hydrogen in the storage will be:
- щелочной электролизер 4,74-5,64 кВт⋅ч/м3;- alkaline electrolyzer 4.74-5.64 kWh / m 3 ;
- электролизер с ТПЭ 4,01-4,51 кВт⋅ч/м3;- electrolyzer with TPE 4.01-4.51 kWh / m 3 ;
- высокотемпературный электролизер 3,61-3,85 кВт⋅ч/м3.- high temperature electrolyzer 3.61-3.85 kWh / m 3 .
Список используемых источниковList of sources used
1 Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П., Кулешов Г.Г. Введение в водородную энергетику. М.: Энергоатомиздат, 1984. 264 с.1 Shpilrayn E.E., Malyshenko S.P., Kuleshov G.G. Introduction to hydrogen energy. M .: Energoatomizdat, 1984. 264 p.
2 Бебелин И.Н., Волков А.Г., Грязнов А.Н., Малышенко С.П. Разработка и исследование экспериментального водородо-кислородного парогенератора мощностью 10 МВт(т) // Теплоэнергетика. 1997. №8. С. 48-52.2 Bebelin I.N., Volkov A.G., Gryaznov A.N., Malyshenko S.P. Development and research of an experimental hydrogen-oxygen steam generator with a capacity of 10 MW (t) // Thermal Engineering. 1997. No. 8. S. 48-52.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106205A RU2682723C2 (en) | 2017-02-22 | 2017-02-22 | Method for operation of npp power unit with hydrogen superstructure and high-temperature electrolyzers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106205A RU2682723C2 (en) | 2017-02-22 | 2017-02-22 | Method for operation of npp power unit with hydrogen superstructure and high-temperature electrolyzers |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017106205A RU2017106205A (en) | 2018-08-22 |
| RU2017106205A3 RU2017106205A3 (en) | 2019-01-09 |
| RU2682723C2 true RU2682723C2 (en) | 2019-03-21 |
Family
ID=63255429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017106205A RU2682723C2 (en) | 2017-02-22 | 2017-02-22 | Method for operation of npp power unit with hydrogen superstructure and high-temperature electrolyzers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2682723C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792761C1 (en) * | 2022-07-13 | 2023-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Nuclear energy process system and method for its operation |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115458288A (en) * | 2022-10-27 | 2022-12-09 | 宜兴市兴益特种变压器有限公司 | High-frequency water-cooled transformer |
| CN117037928B (en) * | 2023-08-14 | 2025-09-19 | 燕山大学 | Method for constructing electrolytic hydrogen production system model |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499952C2 (en) * | 2011-08-22 | 2013-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Steam generator and method to produce high-temperature water steam |
| US9006915B1 (en) * | 2012-07-06 | 2015-04-14 | Byung-Youl Choi | Mechanical energy storage system and generating method using the same |
| WO2017041035A1 (en) * | 2014-09-04 | 2017-03-09 | Spar Energy Llc | System and method for storing energy |
-
2017
- 2017-02-22 RU RU2017106205A patent/RU2682723C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2499952C2 (en) * | 2011-08-22 | 2013-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Steam generator and method to produce high-temperature water steam |
| US9006915B1 (en) * | 2012-07-06 | 2015-04-14 | Byung-Youl Choi | Mechanical energy storage system and generating method using the same |
| WO2017041035A1 (en) * | 2014-09-04 | 2017-03-09 | Spar Energy Llc | System and method for storing energy |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Шпильрайн Э.Э., Малышенко С.П., Кулешов Г.Г. Введение в водородную энергетику. М.: Энергоатомиздат, 1984. 264 с. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792761C1 (en) * | 2022-07-13 | 2023-03-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Nuclear energy process system and method for its operation |
| RU2821330C1 (en) * | 2023-06-09 | 2024-06-21 | Артём Николаевич Байрамов | Hydrogen complex based on high-pressure water electrolysis for combination with nuclear power plant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017106205A3 (en) | 2019-01-09 |
| RU2017106205A (en) | 2018-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10900130B2 (en) | Fuel preparation reaction system, peak regulation system for power generation plant and power generation plant | |
| CN113446757B (en) | Wind-fire coupling cold-heat-electricity combined supply system based on hydrogen energy | |
| CN105134318B (en) | Energy storage device based on hydrogen-steam turbine compound cycle | |
| JPWO2017017734A1 (en) | Power supply system and control method thereof | |
| JP2020058168A (en) | Hydrogen supply system and hydrogen supply method | |
| EP3997318A1 (en) | Power plant system and method of operating the same | |
| CN111852593A (en) | A high-temperature solid oxide electrolyzed water and power plant coupled peak regulation system and method | |
| RU2682723C2 (en) | Method for operation of npp power unit with hydrogen superstructure and high-temperature electrolyzers | |
| KR20070088992A (en) | Fuel Cell Combined Cycle Power System | |
| RU70312U1 (en) | INSTALLATION FOR ENSURING MANEUVERABILITY OF ATOMIC ELECTRIC STATIONS | |
| JPH1172028A (en) | Electric power leveling power generation method | |
| JP2002056880A (en) | Water electrolysis device and solid polymer type fuel cell generating system | |
| RU2604208C1 (en) | Method to increase npp cyclic load capability and safety | |
| RU2609894C1 (en) | Method for active removal of residual heat emission of reactors under conditions of nps blackout | |
| WO2021043912A1 (en) | System and method for balancing power in an offshore renewable power system | |
| Мазуренко et al. | Problems of reliable heat supply providing in the conditions of non-guaranteed electricity supply to heat-generating enterprises. | |
| CN114483308B (en) | Peak-adjustable power generation system and peak-adjustable method based on renewable energy power generation | |
| Authina et al. | Integration of combined heat and power energy systems with gas turbine in locally integrated energy sectors | |
| Malyshenko et al. | Thermodynamic efficiency of geothermal power stations with hydrogen steam superheating | |
| CN116146296A (en) | A thermal power plant decarbonization energy storage coupling system | |
| CN105781644B (en) | The Wave crest and wave trough control method of the energy-storing and power-generating system of power system load regulation | |
| CN116073428A (en) | Hydrogen energy storage and solar power generation combination device and method thereof | |
| CN115602882A (en) | System and method for integrated production-storage-use hydrogen energy storage based on electricity-hydrogen-gas conversion | |
| RU2792761C1 (en) | Nuclear energy process system and method for its operation | |
| RU65627U1 (en) | GEOTHERMAL POWER PLANT OF AN ISOLATED POWER SYSTEM |