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光-核-储综合能源系统不同运行策略下的㶲分析

安泽依 刘奇洪 邱斌斌 丁旭 康博士 李旭辉

安泽依, 刘奇洪, 邱斌斌, 丁旭, 康博士, 李旭辉. 光-核-储综合能源系统不同运行策略下的㶲分析[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 271-281. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.070006
引用本文: 安泽依, 刘奇洪, 邱斌斌, 丁旭, 康博士, 李旭辉. 光-核-储综合能源系统不同运行策略下的㶲分析[J]. 核动力工程, 2025, 46(3): 271-281. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.070006
An Zeyi, Liu Qihong, Qiu Binbin, Ding Xu, Kang Boshi, Li Xuhui. Exergy Analysis of Solar-Nuclear-Storage Hybrid System under Different Operation Strategies[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 271-281. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.070006
Citation: An Zeyi, Liu Qihong, Qiu Binbin, Ding Xu, Kang Boshi, Li Xuhui. Exergy Analysis of Solar-Nuclear-Storage Hybrid System under Different Operation Strategies[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(3): 271-281. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.070006

光-核-储综合能源系统不同运行策略下的㶲分析

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.070006
基金项目: 国家自然科学基金(52276016);中核集团领创科研项目基金
详细信息
    作者简介:

    安泽依(1999—),男,硕士研究生,现主要从事机组灵活性调节和热力系统节能工作,E-mail: 584228341@qq.com

    通讯作者:

    邱斌斌,E-mail: qiubinbin@mail.xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TL334

Exergy Analysis of Solar-Nuclear-Storage Hybrid System under Different Operation Strategies

  • 摘要: 为解决传统压水堆核电机组难以在未来参与电网调峰的问题,提出了一种耦合太阳能和核能的光-核-储综合能源系统,利用热力系统仿真软件EBSILON搭建了系统模型,研究了设计工况下系统的热力学性能并进行了系统在不同运行策略下的㶲分析。不同运行策略下的㶲分析研究表明,系统中㶲损最大的3个设备依次为蒸汽发生器、集热场和汽轮机高压缸第一级,三者㶲损之和接近总㶲损的50%。与此同时,集热场的㶲效率主要受设计法向太阳直接辐射量变化影响,在不同运行策略下的最大变化量为2%,电加热器的㶲效率基本不变。

     

  • 图  1  光-核-储综合能源系统构型图

    Figure  1.  Solar-Nuclear-Storage Hybrid System

    图  2  光照良好系统承担基荷时运行策略示意图

    Figure  2.  Operation Strategy Diagram of Well-Lit System under Base Load

    图  3  光照不足系统承担基荷时运行策略示意图

    Figure  3.  Operation Strategy Diagram of Low-Irradiance System under Base Load

    图  4  光照良好系统参与调峰时运行策略示意图

    Figure  4.  Operation Strategy Diagram of Well-lit System Participating in Peak Load Regulation

    图  5  光照不足系统参与调峰时运行策略示意图

    Figure  5.  Operation Strategy Diagram of Low-Irradiance System Participating in Peak Load Regulation

    图  6  应对极端工况时系统运行策略示意图

    Figure  6.  Schematic Diagram of System Operation Strategy under Extreme Conditions

    图  7  Ebsilon软件建模及求解思路

    PTHG—边界条件中的压力、温度、焓值、吉布斯自由能。

    Figure  7.  Ebsilon Modeling and Solving Approach

    图  8  光-核-储综合能源系统EBSILON模型图

    MQ—边界条件中的质量流量、发电负荷;SG—蒸汽发生器;低加—低压加热器;高加—高压加热器。

    Figure  8.  EBSILON Model of Solar-Nuclear-Storage System

    图  9  设计工况下一日内储热罐液位变化曲线

    Figure  9.  Variation Curve of Liquid Level of Heat Storage Tank within One Day under Design Conditions

    图  10  D不变,系统承担基荷时各个设备的㶲损和㶲效率对比图

    Tx—汽轮机高压缸第x级,下同。

    Figure  10.  Comparison of Exergy Loss and Efficiency of Each Equipment under Base Load of the System with Constant D

    图  11  D不变,系统承担基荷各个设备的㶲损率对比图

    Figure  11.  Comparison of Exergy Loss Rate of Each Equipment under Base Load of the System with Constant D

    图  12  系统承担基荷,改变D时外部电能需求量变化曲线图

    Figure  12.  Variation Curve of External Power Demand under Base Load of the System with Variable D

    图  13  D增加,系统承担基荷时关键设备的㶲损变化图

    Figure  13.  Variation in Exergy Loss of Critical Equipment under Base Load of the System with Increasing D

    图  14  D增加,系统承担基荷时关键设备㶲效率变化曲线  

    Figure  14.  Exergic Efficiency Curve of Critical Equipment under Base Load of the System with Increasing D

    图  15  D不变,调峰深度增加时关键设备的㶲损变化图  

    Figure  15.  Variation in Exergy Loss of Critical Equipment under Increasing Peak Load Depth with Constant D

    图  16  D不变,调峰深度增加时关键设备㶲效率变化曲线  

    Figure  16.  Exergic Efficiency Curve of Critical Equipment under Increasing Peak Load Depth with Constant D

    图  17  D变化,调峰深度增加时外部电能需求量变化

    Figure  17.  Variation of External Power Demand under Increasing Peak Load Depth with Variable D

    图  18  D变化,调峰深度增加时关键设备的㶲损变化

    Figure  18.  Variation in Exergy Loss of Critical Equipment under Increasing Peak Load Depth with Variable D

    图  19  D变化,调峰深度增加时关键设备㶲效率曲线

    Figure  19.  Exergic Efficiency Curve of Critical Equipment under Increasing Peak Load Depth with Variable D

    表  1  ET-150型集热场参数

    Table  1.   Parameters of ET-150 Collector

    参数数值
    长度/m148.50
    总光圈宽度/m5.77
    平均焦距/m1.71
    净面积因子1
    理论峰值光学效率0.75
    镜面清洁系数0.985
    终端损失系数0.99
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    表  2  模型验证结果

    Table  2.   Results of Model Verification

    关键参数 系统设计参数 EBSILON 相对误差/%
    主蒸汽温度/℃ 280.1 280.0 −0.04
    主蒸汽压力/MPa 6.43 6.428 −0.03
    主蒸汽流量/(kg·s−1) 1613.4 1613.1 −0.01
    一级抽汽/(kg·s−1) 128.8 128.9 0.08
    二级抽汽/(kg·s−1) 87.0 88.0 1.22
    给水温度/℃ 226.1 226.1 −0.00
    再热蒸汽温度/℃ 268.1 268.2 0.04
    电功率/MW 1086.0 1085.5 −0.05
    堆芯热功率/MW 2903.0 2902.8 −0.01
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    表  3  光-核-储综合能源系统中光热子系统的性能参数

    Table  3.   Performance Parameters of the Photothermal Subsystem in the Solar-Nuclear-Storage System

    参数数值
    过热器功率/MW49.8
    过热器热效率/%96%
    储热系统热效率/%99%
    设计D/(W·m2)800
    设计D的有效时长/h8
    集热场的净热功率/MW157.7
    热罐温度/℃383.0
    冷罐温度/℃285.0
    集热场总采光口面积/m2311318
    等效满负荷时长/h16
    额定储热容量/(MW·h)1381.6
    熔盐质量/t35073.6
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    表  4  设计工况下光-核-储综合能源系统与CPR1000比较

    Table  4.   Comparison between Solar-Nuclear-Storage System and CPR1000 Unit under Design Conditions

    参数 CPR1000
    机组
    光-核-储综合
    能源系统
    绝对变化量
    主蒸汽温度/℃ 280.00 285.00 5.00
    主蒸汽压力/MPa 6.43 6.43 0.00
    主蒸汽流量/(kg·s−1) 1613.30 1612.95 −0.35
    给水温度/℃ 226.06 226.06 0.00
    给水压力/MPa 8.33 8.34 0.01
    给水流量/(kg·s−1) 1613.30 1612.95 −0.35
    再热蒸汽温度/℃ 268.15 268.14 0.01
    再热蒸汽流量/(kg·s−1) 1057.52 1074.23 16.71
    堆芯热功率/MW 2902.70 2902.31 −0.4
    光热发电功率/MW 24.61
    高压缸做功量/MW 384.39 393.64 9.24
    低压缸做功量/MW 716.03 727.30 11.27
    总电功率/MW 1084.54 1104.80 20.26
    太阳能发电占比/% 0 2.23
    光电转化效率/% 29.65
    总发电效率/% 37.36 37.01 −0.35
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-01
  • 修回日期:  2024-08-29
  • 网络出版日期:  2025-06-09
  • 刊出日期:  2025-06-09

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