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能量存储系统

阅读：581发布：2021-03-02

IPRDB可以提供能量存储系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种用于调节发电厂的功率输出的能量存储系统，所述发电厂具有热交换器、初级回路和次级回路，所述初级回路引导初级流体流至初级区域的部件，所述次级回路引导次级流体流至次级区域的部件，并且所述热交换器被设置为使得所述次级流体流由所述初级流体流加热。所述能量存储装置包括用于存储次级流体的容器。流体转移装置连接到所述容器并且可以连接到发电系统的热交换器，以便设置流体转移装置与热交换器和容器流体连通。双向流动装置被设置成控制流体在容器和流体转移装置之间的流向以选择性地将来自热交换器的热能储存在容器内，并选择性地将储存在容器中的热能传送到热交换器。，下面是能量存储系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于调节发电厂功率输出的能量存储系统，所述发电厂具有热交换器、初级回路和次级回路，所述初级回路引导初级流体流至初级区域的部件，所述次级回路引导次级流体流至次级区域的部件，并且所述热交换器被设置成使得所述次级流体流由所述初级流体流加热，所述能量存储装置包括：容器；

流体转移装置，其连接到所述容器并且能够连接到所述发电系统的所述热交换器，以便设置所述流体转移装置与所述热交换器和所述容器流体连通；和双向流动装置，其设置成控制流体在所述容器和所述流体转移装置之间的流方向，以选择性地将来自离开所述热交换器的次级流体的热能存储在所述容器中，并且以选择性地将存储在所述容器中的热能传递到所述热交换器。

2.根据权利要求1所述的能量存储系统，其中所述流体转移装置包括饱和器，其用于将来自离开所述热交换器的所述次级流体的热能转移至比离开所述热交换器的流体处于更低温度的次级流体，和/或用于将存储在所述容器中的次级流体的热能转移至比存储在所述容器中的所述流体处于更低温度的次级流体。

3.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述饱和器包括罐，所述罐具有第一入口，其用于接收比离开所述热交换器的流体处于更低温度的次级流体；以及第二入口，其用于接收离开所述热交换器的次级流体，并且其中所述罐被设置使得来自所述热交换器的流体能够直接接触所述更低温度流体。

4.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述饱和器包括限定出第一流体通路和第二流体通路的热交换器，所述第一流体通路用于接收比离开所述热交换器的流体处于更低温度的流体，所述第二流体通路用于接收来自所述热交换器的次级流体，所述第一流体通路被定位成邻近所述第二流体通路。

5.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述双向流动装置被设置以便选择性地引导流体从所述容器直接到所述热交换器和/或以便选择性地引导流体从所述容器到所述饱和器以加热待被引导到所述热交换器的流体。

6.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中所述双向流动装置是设置在所述饱和器和所述容器之间的双向泵送装置。

7.根据权利要求6所述的能量存储系统，其中管道设置在所述饱和器和所述容器之间并且第一双向泵沿所述管道定位，而且另一管道设置在所述饱和器和所述容器之间并且第二双向泵沿所述另一管道定位。

8.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中流方向使用多个阀来控制。

9.根据权利要求2所述的能量存储系统，其中阀装置被设置以控制从所述发电厂的所述热交换器到所述饱和器的流体流的量。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述容器包括挡板，其在使用中限制所述容器中较热的流体与所述容器中较冷的流体的混合。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述挡板包括蛇形路径，次级流体能够沿所述蛇形路径在所述容器中流动。

12.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所述容器是加压容器，其能够容纳压力大于或等于50巴的流体。

13.一种核电站，包括：

反应堆；

用于冷却所述反应堆的初级流体流；

蒸汽发生器；

所述蒸汽发生器中的由所述初级流体流加热的次级流体流；

由在所述蒸汽发生器中被加热的所述次级流体供能的发电机；和

根据权利要求1至4中任一项所述的能量存储系统。

14.一种变更发电系统的功率输出的方法，所述发电系统包括用于加热来自初级流体的次级流体的热交换器，所述方法包括：选择性地转移一部分离开所述热交换器的所述次级流体到能量存储系统，将来自所述热交换器的所述次级流体存储在容器中，或使用来自所述热交换器的所述次级流体加热随后存储在容器中的流体。

说明书全文

能量存储系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种能量存储系统和/或诸如核电站的发电厂和/或一种变更发电系统的功率输出的方法。

背景技术

[0002] 诸如可再生功率和核能的低碳发电系统的使用正在增加。然而，来自这种系统的功率输出通常是要么间断的，或者在它是持续的情况下它可能是难以和/或低效率地改变功率输出以考虑变化的需求。例如，当它在100％的额定功率运行时，核电站一般是最有效的，并且因此通常是不希望降低核电站的功率定额以考虑变化的需求。

[0003] 提供适应负荷需求的低碳发电系统的一种方式是使用电力存储。通常对于电力存储装置来说期望满足以下标准：

[0004] (1)收获和储存产生的盈余电力

[0005] (2)解决电力需求中的季节间变化

[0006] (3)解决电力需求中的昼夜变化

[0007] (4)保持快速响应“电涌功率”的能力

[0008] 此外，在工业中期望能量存储系统的资本成本和运行成本为低。

发明内容

[0009] 本公开寻求提供一种满足一个或多个上述标准的能量存储系统。

[0010] 第一方面提供了一种用于调节发电厂的功率输出的能量存储系统，所述发电厂具有热交换器、初级回路和次级回路，初级回路将初级流体流引导至初级区域的部件，并且次级回路将次级流体流引导至次级区域的部件，而且热交换器被设置使得所述次级流体流由初级流体流加热。能量存储系统包括用于存储流体的容器。

[0011] 能量存储系统可以包括流体转移装置(例如第三流体回路)，所述流体转移装置连接到所述容器并且可连接到发电系统的热交换器以便设置流体转移装置与热交换器和容器流体连通。所述能量存储系统可以包括双向流动装置，该双向流动装置被设置成控制容器和流体转移装置之间的流体的流动方向。

[0012] 双向流动装置可以被设置以便选择性地将来自离开热交换器的次级流体的热能储存在容器内并且以选择性地将储存在容器中的热能传递到热交换器。

[0013] 双向流动装置可以包括双向泵送装置。

[0014] 双向流动装置可以包括阀装置，用于选择性地阻止沿着流体转移装置的一部分的流。

[0015] 所述容器可以储存流体，例如次级流体。

[0016] 离开热交换器的次级流体可以在等于或介于大约280至300℃的温度离开热交换器。进入热交换器的次级流体可以在等于或介于大约260至275℃的温度进入热交换器。次级流体可以在等于或介于大约200和220℃的温度被添加到流体转移装置(例如从给水加热器)。

[0017] 流体转移装置可以是可连接到热交换器的次级流体入口。流体转移装置可以是可连接到热交换器的次级流体出口。

[0018] 流体转移装置可以包括传热装置，其用于将来自离开热交换器的次级流体的热能转移至比离开热交换器的流体处于更低温度的次级流体，和/或用于将存储在容器中的次级流体的热能转移至比存储在容器中的流体处于更低温度的次级流体。流体转移装置可以包含饱和器，其配置成利用第二流体加热第一流体。例如，饱和器配置成利用来自热交换器或容器的较高温度的流体加热较低温度的次级流体。

[0019] 所述饱和器可以包括罐，该罐具有第一入口以便接收比离开热交换器的流体处于更低温度的次级流体，和第二入口以便接收离开热交换器的次级流体。所述罐可以被设置以使来自所述热交换器的流体可以直接接触较低温度的流体。

[0020] 所述饱和器可包括热交换器，该热交换器限定用于接收比离开热交换器的流体处于更低温度的流体的第一流体通路，和用于接收来自所述热交换器的次级流体的第二流体通路，所述第一流体通路被定位成邻近所述第二流体通路。

[0021] 双向流动装置可以被配置从而选择性地将一部分离开电厂的热交换器的次级流体引导至传热装置，使得所述次级流体是加热第一流体的第二流体。

[0022] 双向流动装置可以被配置以选择性地将来自容器的流体直接引导至热交换器和/或以选择性地将来自容器的流体引导至饱和器以加热将被引导到热交换器的流体。

[0023] 替代地，所述流体转移装置可以被配置以将来自所述容器的流体输送到电厂的热交换器。

[0024] 所述双向流动装置可以设置在饱和器和容器之间。

[0025] 所述双向流动装置可以是设置在饱和器和容器之间的双向泵送装置。

[0026] 管道可以设置在饱和器和容器之间并且第一双向泵可以沿着所述管道定位。另一管道可以设置在所述饱和器和所述容器之间并且第二双向泵可以沿着所述另一管道定位。

[0027] 流体的流动方向可使用多个阀进行控制。

[0028] 可以提供泵并且在实施例中可以提供两个泵以便调节稳定的流率。

[0029] 阀装置可以被提供以控制从电厂的热交换器到饱和器的流体流的量。

[0030] 能量存储系统可以包括设置在饱和器和电厂的热交换器之间的泵。

[0031] 容器可以被配置成存储次级流体。

[0032] 流体转移装置可以包括连接到所述容器并可连接到发电系统的热交换器的第一管道以便将容器设置成与所述热交换器流体连通。

[0033] 第一管道可以连接到所述容器并且可以能够连接到发电系统的热交换器以便将容器设置成与所述热交换器流体连通。双向泵送装置可以被配置以控制从发电厂的热交换器到所述容器以及从所述容器到发电厂的热交换器的流体流。

[0034] 从所述容器到所述热交换器的流体流可以增加发电厂的功率输出而且从所述热交换器到所述容器的流体流可以降低发电厂的功率输出。以这种方式，来自发电厂的功率输出可以变化而不需要变更变电厂的初级能量源(例如，不需要改变核反应堆中产生的热能的量)。

[0035] 在本申请中，初级回路和次级回路被认为是连接发电厂的相应初级区域和次级区域的各种部件的管。在核电站中，初级区域可包括核反应堆和泵。次级区域可以包括涡轮机、冷凝器(包括冷凝器热井)、一个或多个水加热器和一个或多个泵。所述热交换器，其可以是蒸汽发生器，形成初级区域和次级区域两者的部件。

[0036] 所述系统可以被认为包括虹吸管，其用于将来自所述容器的流体虹吸到所述热交换器和/或用于将来自所述热交换器的流体虹吸到所述容器。

[0037] 第二管道可以连接到所述容器。所述第二管道可以在热交换器的上游位置处可连接到次级回路，以便设置所述容器与所述次级回路流体连通。

[0038] 第一管道可以提供在容器的一端。第二管道可以提供在容器的一端。所述第二管道可以提供在容器的与所述第一管道相对的端部。例如，当容器被定向在操作位置时，所述第一管道可以设置在容器的上部区域内或者上端处而所述第二管道可以设置在容器的下部区域中或下端处。

[0039] 泵送装置可以沿第二管道设置并且泵送装置可被配置成控制沿其的流。例如，所述泵送装置可以被配置为将流体泵到容器，以便将来自容器的流体置换至热交换器，并且所述泵送装置可以被配置为泵送来自容器的流体以将来自热交换器的流体转移至容器。

[0040] 双向泵送装置可以被配置为将流体从次级回路到容器比从容器到次级回路泵送更大的流率。例如，到容器的流体流率可以是通过次级流体流的流体流率的三分之一。来自容器的流体流率可以是通过次级流体流的流体流率的10％。

[0041] 所述容器可以包括用于限制来自热交换器或饱和器的较热流体与来自次级流体流和/或饱和器的较冷流体的混合的装置。

[0042] 所述容器可以包括挡板，其在使用中限制来自热交换器或饱和器的较热流体与较冷的次级流体(例如来自给水加热器和/或饱和器)的混合。

[0043] 所述挡板可以包括蛇形路径，沿着该路径，次级流体可以在容器中流动。所述挡板可以包括多个横跨容器延伸的板。在使用中，所述板可以水平定向。

[0044] 所述容器可以包括入口，其配置用于附接到氮气供给。入口可以接近第一管道和远离第二管道定位。

[0045] 系统可以包括溢流箱，其用于储存来自容器的过量流体，以调节容器中流体的量。

[0046] 系统可以包括补给罐，其用于将流体供给提供到容器，以调节容器中流体的量。补给罐可以设置为与容器直接流体连通。

[0047] 容器可以是加压容器，其能够容纳压力大于或等于50巴的流体。

[0048] 容器可以是球形。压力容器可具有不锈钢衬。压力容器可以由混凝土包围。所述压力容器可以是绝缘的，例如绝缘可以设置在钢衬和混凝土之间。

[0049] 发电厂的热交换器可以是蒸汽发生器并且所述第一管道可直接连接到蒸汽发生器。第一管道可以在与在使用中含有饱和水的蒸汽发生器的区域相应的位置处连接(和/或穿过)蒸汽发生器。例如，第一管道可以在次级流体入口和蒸汽发生器的出口之间的中间区域连接至蒸汽发生器。

[0050] 双向泵送装置可以包括两个泵。第一泵可以用于泵送来自容器的流并且第二泵可以用于将流泵送到容器。可以提供切换装置以选择性地操作第一泵或第二泵。所述切换装置可包括计时器，以例如在一天的预定时间在第一泵和第二泵之间进行切换。

[0051] 所述系统可以被配置为与核电站一起使用。

[0052] 所述系统可以包括阀，其定位在所述蒸汽发生器和所述容器之间并且在发电厂故障时可操作以将来自容器的流体转移至蒸汽发生器。

[0053] 所述阀可以是电磁阀。

[0054] 流体回路可以连接到容器并且可以是可连接到热交换器。流体回路可以包括饱和器，其用于将热能从一种流体传递到另一种。流体回路可以配置为引导离开热交换器的流体到饱和器，引导来自饱和器的流体到热交换器的入口，引导来自饱和器的流体流到容器，以及引导流体流从容器到饱和器和/或热交换器。

[0055] 本公开的第二方面提供一种核电站，包括反应堆；用于冷却所述反应堆的初级流体流；蒸汽发生器；在蒸汽发生器中由初级流体流加热的次级流体流；由在蒸汽发生器中被加热的次级流体供能的发电机；以及根据第一方面的能量存储系统。

[0056] 能量存储系统的第一管道或流体转移装置可以在使用中次级流体处于大约饱和温度的蒸汽发生器的区域中连接到蒸汽发生器。

[0057] 本公开的第三方面提供一种发电厂，包括根据第一方面的能量存储系统。

[0058] 第二或第三方面的发电厂可以包括废热管理系统。

[0059] 第四方面提供一种核电站，包括反应堆；用于冷却所述反应堆的初级流体流；蒸汽发生器；在蒸汽发生器中由初级流体流加热的次级流体流；以及由在蒸汽发生器中被加热的次级流体供能的发电机。流体回路被提供并且包括饱和器和容器。所述流体回路被设置成给蒸汽发生器提供次级流体并选择地将至少一部分离开蒸汽发生器的蒸汽转移到饱和器。所述流体回路被设置成为容器提供来自饱和器的流体。

[0060] 本公开的第五方面提供一种变更发电系统的功率输出的方法，所述发电系统包括用于加热来自初级流体的次级流体的热交换器。所述方法包括提供存储容器和将所述容器连接到所述热交换器的第一管道；并且控制在所述热交换器和所述容器之间的流体流以调节发电。

[0061] 本公开的第六方面提供一种变更发电系统的功率输出的方法。所述发电系统包括用于加热来自初级流体的次级流体的热交换器。所述方法包括选择性地将离开热交换器的一部分次级流体转移到能量存储系统。所述方法进一步包括将来自热交换器的次级流体存储在容器中，或利用来自热交换器的次级流体加热随后被存储在容器中的流体。

[0062] 所述方法可以包括选择性地将来自容器的流体转移至所述热交换器，或利用来自容器的流体加热随后被转移至热交换器的流体。

[0063] 所述方法可以包括提供第一方面的能量存储系统。

[0064] 所述热交换器可以是蒸汽发生器并且容器中的流体可以处于与蒸汽发生器中的次级流体类似的(例如，基本上相等的)压力。

[0065] 所述流体可以在饱和压力和温度下存储在容器中。所述能量存储系统可以被设置以避免次级流体的沸腾。

[0066] 为了提高发电厂的功率输出，次级流体可以在热交换器的下游位置处从次级流体流被泵送到容器，以使来自容器的流体流动到热交换器。

[0067] 为了降低发电厂的功率输出，流体可以从容器泵送到次级流体流，以使来自热交换器的流体流动到容器。

附图说明

[0068] 现在仅通过举例的方式参照附图描述本发明，其中：

[0069] 图1示出了具有能量存储系统的核电站的示意性设置；

[0070] 图2示出了具有替代的能量存储系统的核电站的示意性设置；

[0071] 图3示出了在填充期间的图2的能量存储系统的操作；

[0072] 图4示出了在排放期间的图2的能量存储系统的操作；和

[0073] 图5示出了具有另一的替代的能量存储系统的核电站的示意性设置。

具体实施方式

[0074] 参照图1，核电站大体以10表示。核电站包括初级区域12和次级区域14。初级区域包括初级回路16，初级流体围绕该初级回路16流动。次级区域包括次级回路18，次级流体围绕该次级回路18流动。在本实施例中，初级流体和次级流体为水(液体或蒸汽取决于在相关流动路径中的位置)。

[0075] 初级区域12还包括核反应堆20，其加热初级流体流。初级回路16被设置成引导流体至核反应堆，从核反应堆到蒸汽发生器22，并且然后返回到核反应堆。泵24被配置以围绕初级回路泵送初级流体。反应堆可以是任何合适的反应堆类型，其类型是本领域技术人员已知的，因此在这里将不作更详细的说明。在示例性实施例中，反应堆20可以是小的模块化反应堆。在示例性实施例中，在使用中，初级流体可以处于约155巴的压力。在示例性实施例中，在使用中，离开反应堆和蒸汽发生器的上游的初级流体可以处于大约315℃的温度，并且离开蒸汽发生器和反应堆的上游的初级流体可以处于大约275℃的温度。

[0076] 蒸汽发生器22被设置以接收次级流体流，使得在使用中初级流体加热次级流体。次级回路18被设置成将来自蒸汽发生器的热的次级流体流引导至一个或多个涡轮机26。次级流体为涡轮机供能，该涡轮机通常连接到发电机以产生电。在示例性实施例中，在使用中，次级流体可以处于大约62巴的压力。在使用中，蒸汽发生器上游和加热器32的下游的次级流体可以处于大约220℃的温度，并且蒸汽发生器下游和涡轮机的上游的次级流体可以处于大约275℃的温度。当次级流体为水时，离开蒸汽发生器的次级流体可以是蒸汽。

[0077] 本实施例的蒸汽发生器是管壳式的，特别是U形管的蒸汽发生器。然而，在替代实施例中，蒸汽发生器可以具有替代构型，例如，它可以是热回收蒸汽发生器(HRSG)或直通式蒸汽发生器(OTSG)。蒸汽发生器可以是基本上传统的设计，但正如后面将变得显而易见的，蒸汽发生器可被变型为包括一个或多个与能量存储系统的连接。

[0078] 次级回路18将来自涡轮机26的流体流引导至冷凝器28，并且随后到冷凝器热井30。从冷凝器热井，次级回路引导流体流到加热器32。然后次级流体回路引导次级流体回到蒸汽发生器22。一个或多个泵34、36被设置成在使用中围绕次级回路泵送次级流体。

[0079] 冷供给流体储罐35被设置以在需要时提供“加满(top up)”到次级回路中的流体。次级回路中的过量流体可以从冷凝器热井提取并返回到储罐35。如随后将要被描述的，图1的电厂包括能量存储系统，该能量存储系统利用来自次级回路的流体，并且因此储罐35可以比可能为以其他方式常规提供的储罐更大。

[0080] 核电站10包括能量存储系统，其在图1中由虚线40表示。

[0081] 能量存储系统40包括存储容器42和双向流动装置，在本例中为双向泵送装置44。第三回路46将双向泵送装置44连接到次级回路18，将泵送装置44连接到存储容器42，并将存储容器42连接到蒸汽发生器22。

[0082] 流体转移装置在本例中包括第三回路46的第一管道48，第一管道48将存储容器42连接到蒸汽发生器22。第一管道在容器的上部区域连接到所述容器。第二管道50在蒸汽发生器22的上游位置将容器连接到次级流体回路18。第二管道50在容器的下部区域连接到容器。

[0083] 第一管道48被构造成在饱和(但不沸腾)流体的区域穿过蒸汽发生器。从蒸汽发生器入口到蒸汽发生器出口，蒸汽发生器中次级流体的温度升高。蒸汽发生器可被视为具有四个区域，相对冷的水的第一区域，饱和水的第二区域，两相的蒸汽和水的第三区域以及离开蒸汽发生器并流到涡轮机的蒸汽的第四区域。

[0084] 氮气源52被提供。在使用中氮气被供给到容器42，以在容器42中的流体的表面上提供氮气层54。第三管道被设置在容器的上部区域中用于引导氮气从氮气源到容器。阀58被设置以控制到容器的氮气流和/或关闭以第三管道，使得在需要时氮可被分开。

[0085] 存储容器42是加压容器。容器是球形的。容器包括不锈钢衬垫和混凝土外层。绝缘材料可以设置在衬垫和混凝土之间。所述容器被设置以阻止流体在垂直方向中的混合(在使用中并且如图1中所示)，例如以阻止在从与第二管道50连接的区域到与第一管道48连接的区域延伸的方向中的流体的混合。在本实施例中，通过提供挡板60阻止垂直方向中流体的混合。挡板包括多个板，其横跨容器的直径延伸。在本实施例中，当安装容器时，所述板横跨容器水平延伸。板的设置为次级流体提供了蛇形路径流动。在使用中，次级流体沿蛇形路径从容器的下部区域流到容器的上部区域。

[0086] 流入和流出容器42的流体由泵装置44控制。泵装置44包括两个泵62和64。一个泵62被构造为将流体泵送到容器42，而另一个泵64被构造为从容器42泵送流体。构造成将流体泵送到容器的泵62被设置为将流体以比由泵64(当泵64被激励时)从容器泵送的流体的流率更大的流率泵送到容器。其意图在于在给定的时间仅泵62、64中的一个操作。切换装置
66可以被设置以在泵62的操作和泵64的操作之间切换。切换装置可以被配置为在与峰值需求的估计变化一致的时间切换泵。

[0087] 第一管道和第二管道通过中间管道68连接。阀70被设置以在发电厂10的正常运行期间选择性地阻断中间管道。在核电站停止的情况下，阀70是可操作的，以打开并允许次级流体向蒸汽发生器的流动。

[0088] 发电厂10还包括废热回收系统68。废热回收系统被定位在涡轮机26的下游和冷凝器28的上游。次级回路18将来自涡轮机26的次级流体流引导到废热回收系统的热交换器。进一步的流体流被泵送到热交换器，在那里由次级流体流加热，然后所述进一步的流体流被提取用于加热。

[0089] 现在将对核电站10并且特别是能量存储系统40的运行进行说明。

[0090] 核反应堆在其持续以100％额定功率运行时通常是最有效的。能量存储系统40允许核反应堆以恒定的热功率输出运行，但是发电厂的电功率输出随需求变化。

[0091] 能量存储系统40的总体预期操作是在或接近饱和压力和温度的次级流体积聚在压力容器42中。应当设置能量存储系统以避免流体在容器42中沸腾。在增加的负载的时间期间(即功率需求增加时)，来自压力容器的流体可以被引导到蒸汽发生器以增加蒸汽输出并且因此增加电功率输出。在减少的负载的时间期间，在蒸汽发生器中受热的流体可以被引导至压力容器用于以后在高负载时段期间的使用。在核电站10的运行期间，反应堆以100％的热功率定额运行。

[0092] 氮气层在罐的上部区域中维持在次级流体的表面上并且处于与蒸汽发生器22中次级流体的压力基本相等的压力。

[0093] 在增加的负载的时段期间，泵62被启动以从次级回路18泵送流体到容器42。在本实施例中，大约三分之一来自泵36的次级流体从次级回路18被转移至容器42。进入容器42的次级流体流置换了容器42的上部区域中的流体，使流体通过第一管道48流到蒸汽发生器(例如，流体可以被视为是从容器42虹吸到蒸汽发生器)。被置换的流体接近饱和温度，例如在本实施例中，其中次级流体是水，大约275℃。然而，可以理解的是饱和温度将取决于蒸汽发生器的运行压力。蒸汽发生器的运行压力取决于使用蒸汽发生器的工厂设计。从容器到蒸汽发生器的置换的流体流引起流到蒸汽发生器的流体本体(即来自次级回路18的流和来自容器的置换流，其可被称为给水)的焓增加。流体本体(或给水)的增加的焓导致蒸汽发生器的增加的比率，并且因此经由涡轮机产生的功率增加，而没有对反应堆20的调整。

[0094] 如本领域技术人员将会理解的，朝向增加的负载时段的最后，相比于较热的流体(在大约275℃)，容器内将会有增加量的较冷流体(在大约220℃)。挡板60限制较热的和较冷的流体在容器中的混合。较冷流体的量的增加意味着在增加的负载的时段期间较冷和较热的流体区域之间的界面移向罐的上部区域。

[0095] 在低负载的时段期间，之前描述为将流体转移至容器42的泵62被切换成关闭，而泵64被启动。泵64被设置以将流体从容器泵送到次级回路18。泵64比泵62泵送更小流率的流体。在本实施例中，大约10％的通过次级回路的流体流为已经从容器被引导至次级回路的流体。来自容器的流体的置换引起来自蒸汽发生器的流体流到容器(例如来自蒸汽发生器的流体可以被视为从容器虹吸)。当低负载时段跟随高负载时段时，泵64引导来自容器的较冷流体，使得较热的流体(例如，在或接近饱和压力和温度的流体)可被引导到容器。如本领域技术人员将会理解的，从蒸汽发生器到容器和从容器到次级回路的流体流增大了容器中较热流体的量并将较热流体和较冷流体区域之间的界面移至罐的下部区域。因此，所述能量存储系统再次准备用于高负载时段。

[0096] 在低负载时段期间，从蒸汽发生器到存储容器流动的流体引起进入蒸汽发生器的水本体(或给水)的焓降低。这样，产生的蒸汽的量减小，并且因此产生的功率减小。不改变反应堆20的条件下，发电的这种减少是可能的。

[0097] 核电站10的示例性应用可以如下。工厂可以是标称额定在例如200MWe(约600MW热)。对于每天18个小时，例如从22：00到16：00，工厂可以被设置为输出90％的标称容量。剩余容量可用于在容器42中积累饱和流体。对于每天6个小时，例如从16：00到22：00，工厂可以被设置为输出130％的标称容量。

[0098] 如从描述的例子显而易见，能量存储系统40的优点是，可以变更发电厂10以改变其功率输出以满足高峰日需求，同时通过继续在100％的功率定额运行反应堆优化效率。

[0099] 工厂10包括废热回收系统。峰值电力需求通常与峰值热需求一致，因此能量存储系统40还有助于满足热需求的波动。

[0100] 当这些无法通过其他方式，例如其它核电站、可再生能源和化石燃料满足时，工厂10可以用作能量储备以满足能量需求。

[0101] 能量存储系统40也可以在站停止后使用。容器42提供流体的储器，其可以用于补给蒸汽发生器。在站停止的情况下，会失去所有电，因此失去泵送的流量。反应堆跳闸并关闭。阀70被打开以允许流体从容器42流到蒸汽发生器。蒸汽发生器中的流体流冷却初级流体。衰变热被蒸汽发生器吸收，使蒸汽发生器中流体的温度和压力上升。压力的上升导致蒸汽发生器上的压力释放阀解除。通过从蒸汽发生器周期性地释放蒸汽和降低蒸汽发生器压力，容器上部区域中的氮气层的压力(即类似在正常工作条件下蒸汽发生器的次级流体的压力，例如62巴)将继续从容器置换流体进入蒸汽发生器。该控制的泄放和供给可以增加蒸汽发生器沸腾干涸之前的时段。

[0102] 所描述的能量存储系统是可以用于控制发电厂的输出的一种装置。下面描述进一步的可选的能量储存系统。类似的附图标记被赋予类似的特征，但具有前缀“1”或“2”以在实施例之间进行区分。只对装置之间的差异进行说明。

[0103] 参照图2，替代的能量存储系统大体表示为140。在图2的例子中，装置类似于图1的装置，但能量存储系统包括饱和器172，例如可以视为存在第三回路，其包括沿着前面例子中被称为初级和次级管道的饱和器。此外，第三回路比图1的例子更大程度地集成到次级回路，即第三回路被设置为次级回路的一部分，而不是简单地连接到它。

[0104] 能量存储系统140包括容器142，其为类似于先前描述的容器的结构。能量存储系统还包括传热装置，这种情况下饱和器172，设置在容器142和蒸汽发生器122之间。这样，在本例中流体转移装置可以被视为包括饱和器。饱和器172的设置意味着通过蒸汽发生器的流是连续的稳定流，这减少了通过蒸汽发生器的温度和流率的变化。这在核能工业中是特别有利的，因为它减少了在次级流体的不稳态状况反馈到初级流体时可引起的反应堆尖峰的风险。

[0105] 在本例中，所述饱和器是直接饱和器。饱和器包括罐，该罐具有入口174、出口176、另一入口178和端口180，端口180可以作为入口或出口工作。所述罐被设置以便允许来自入口(和/或在适用时的端口)的流体在经由出口或端口(如适用)离开罐之前的混合。

[0106] 管道连接到入口174并被设置为使得蒸汽发生器122通过所述管道与饱和器172流体连通。提供阀装置184以选择性地控制从蒸汽发生器转移到饱和器的次级流体的量。另一管道连接到出口176并被设置为使得蒸汽发生器经由所述管道与饱和器流体连通。

[0107] 管道设置在容器142和饱和器172的端口180之间。所述管道在朝向容器142的顶部的位置连接到容器。另一管道在朝向容器底部的位置连接到容器。所述另一管道在容器和饱和器的入口178之间连接。

[0108] 双向流动装置被设置并且所述双向流动装置包括双向泵144a，双向泵144a设置在容器142和饱和器172的端口180之间，并且另一双向泵144b设置在容器142和饱和器的入口178之间。

[0109] 阀装置182沿容器142和饱和器172的入口178之间的管道设置。所述阀装置可被操作以允许来自加热器132的供给水被提供到管道，和/或用于所述管道区域被完全或部分关闭。

[0110] 单向泵186设置在饱和器172和蒸汽发生器之间。

[0111] 现在将参考图3和4描述能量储存系统140在填充(即当储存热能时)和排放(即当热能被提供给热交换器时)期间的运行。

[0112] 参照图3，在填充过程中，阀184设置成使得至少一部分来自蒸汽发生器122的蒸汽被转移到饱和器172。来自蒸汽发生器的其余蒸汽被引导到涡轮机126用于能量产生。从蒸汽发生器122到饱和器172的蒸汽流由箭头A表示。

[0113] 饱和器172包含水，其比来自蒸汽发生器122的蒸汽更冷。从蒸汽发生器转移的蒸汽通过入口174进入饱和器。蒸汽和水在饱和器中接触/混合以增加饱和器中水的温度。

[0114] 来自饱和器的受热流体(例如水和/或蒸汽)在出口180离开饱和器172，如由箭头B指示。泵144a被设置以在从饱和器到容器142的方向泵送流体，并且如箭头C所示流体从泵向容器流动。

[0115] 当受热流体进入容器142时，容器中较冷的水从容器流向饱和器，如箭头D所示。泵144b被设置以将离开容器的水泵送到饱和器，如由箭头E和F所示。

[0116] 阀装置182是可操作的，以选择性地允许来自给水加热器132的水流到饱和器，以便在系统中维持稳定的流率。

[0117] 此过程持续直到容器142填充低于但接近于饱和温度的水。

[0118] 在填充过程中，来自饱和器172的受热水被供应到蒸汽发生器。也就是说，蒸汽发生器的入口温度高于现有技术的系统中通常会预期的。

[0119] 现在参考图4，在排放过程中，泵144a在与填充过程中的操作相反的流动方向被操作，这样，如同箭头T和U所示，泵144a从容器142泵送流体到饱和器172。来自容器的流体可以被来自蒸汽发生器的蒸汽加热，以解决通过回路的任何温度损失，如由箭头Z所示。替代地，可以理解蒸汽发生器可以直接由来自容器142的流体供给。

[0120] 在排放过程中，如叉Y和X所示，采用阀装置182防止较冷的水通过入口178从给水加热器流动到饱和器。泵144b在与填充过程中的流动方向相反的方向上操作，并因此被设置以引导给水从给水加热器132到容器142，如箭头W和V所示。较冷的给水进入容器142以代替已被引导到蒸汽发生器的较热的水。

[0121] 类似于填充过程，在排放过程中，受热水从饱和器172(或直接从容器142)被供给到蒸汽发生器。也就是说，蒸汽发生器的入口温度高于现有技术的系统中通常会预期的。

[0122] 图2的系统140有利地在基本恒定的温度和压力下提供流体到热交换器。这意味着反应堆“看不到”填充和排放之间的差异并且因此反应堆尖峰的风险得到降低。

[0123] 现在参考图5，代替采用直接饱和器(如图2至4中示出)，可以采用间接饱和器。在图5示出的例子中，饱和器272为热交换器，其设置成将来自蒸汽发生器的蒸汽的热传递至饱和器中的水。

[0124] 在填充过程中，蒸汽从蒸汽发生器222流到饱和器272。在饱和器272中热从蒸汽转移到流经饱和器的水。受热水然后流到容器242用于存储。来自容器242的较冷的水从容器242被置换并流到饱和器用于加热。多个阀装置被设置以控制通过回路的流体的流向。在填充过程中，泵288是不使用的并且流体不被引导通过与泵288相关联的管道。

[0125] 在排放过程中，阀装置284被设置以防止从蒸汽发生器222到饱和器272的流动。相对于填充容器，其它阀装置被设置以颠倒饱和器和容器之间的流向。在填充过程中，来自容器的水被直接引导至蒸汽发生器，和/或水通过泵288被引导到饱和器并且随后到蒸汽发生器。

[0126] 在本例中，阀装置限定回路中的流向(例如确定双向流动装置)，而不是使用双向泵送装置。泵288和290被提供以平衡能量存储和次级回路中的流。

[0127] 本领域的技术人员将会理解，在技术特征已经结合一个或多个实施例来描述的情况下，这并不排除在适当情况下与其它实施例的特征的组合或替换。此外，对本领域技术人员来说，等效的变型和变化从本公开将是显而易见的。因此，本发明的上述示例性实施例被视为是说明性的而不是限制性的。

[0128] 例如，代替在存贮容器中提供用于氮的入口，以形成氮层以补偿不同温度下容器内流体量的变化，可以设置溢流口或补给罐。示例性的罐和罐位置在图5中由虚线方框指示。如本领域中所理解的，当流体被加热时，流体的体积增大，并且当它冷却时流体的体积减小(当在相同的压力下)。为了适应这种体积变化，溢流罐292可以被设置以存储不能在容器242中容纳的受热流体。替代地，当容器包含相对较冷的水时，可以设置补给罐294以利用冷水填充容器以补偿体积变化。补给罐可以用来自给水加热器232的流体供给。补给罐294与容器直接流体连通，但补给罐可以位于任何合适的位置，例如可使用罐296。

[0129] 存储容器已经被描述为球形容器，但在替代实施例中，存储容器可以是任何合适的形状和结构，如存储容器可以是圆柱形压力容器。

[0130] 在描述的实施例中，存储容器被构造为存储压力基本上等于蒸汽发生器中次级流体的压力的流体。然而，在替代实施例中，容器可能不是压力容器或可以不设置为如此高压力操作。例如，能量存储系统可以包括热交换器。热交换器可以从次级流体传递热到第三流体。第三流体可以具有比次级流体高的沸点，例如第三流体可以是熔融盐。

[0131] 蒸汽发生器已被描述为单一的蒸汽发生器，但在替代实施例中，多个蒸汽发生器可与单个核电站相关联。单压力容器已经进行了说明，但在替代实施例中，多个压力容器可以与单个能量存储系统相关联。

[0132] 能量存储系统已经被说明用作核电站的一部分，但在替代实施例中，存储系统可以用在其它能源产生应用中。例如，存储系统可以连接到太阳能发电厂。

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复合能量床毯-专利编号CN110558791A	2020-05-13	903
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