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清华大学教授田嘉夫提出一种对清洁能源扬长避短的组合利用技术方案—将高温气冷堆与燃气蒸汽联合循环机组配合,称为双燃料清洁能源大型发电站。下面我们具体介绍该技术的运行和应用方式。
双燃料清洁能源大型发电站是核能与燃气的结合,其具有鲜明的特性。现在可以在初步预测的参数下,分析新联合系统的技术性能和应用特点。假如空气压缩后,温度为220℃,氦气回路在换热器的入出口温度为850和250℃,高温气冷堆的热功率为400MW,压缩空气被加热到800℃,假如加入天然气的燃烧功率为400MW,燃气轮机初温可以达到1380℃,燃气蒸汽联合循环的热电效率能够达到60%。联合系统的结构示意图见配图。这种核能燃气蒸汽联合循环可以有三种运行和应用方式。
核能小堆基本负荷运行
核能燃气蒸汽联合循环的基础是高温气冷堆配合空气布雷顿循环,是一个典型的小堆设计,不加入其它燃料时只消耗核燃料,适合供应基本负荷。燃气轮机的初温为800℃(或以后可能提高到950℃),配备专用的低参数燃气蒸汽联合循环机组,以热电效率40%发电。核能小型堆机组的热功率400MW,电功率160MW。与小型压水堆相比,它的特点是具有固有安全性,在断电事故时,即使控制棒不动作,也能停堆和排出余热,不会出现堆芯熔化事故。它的包覆颗粒燃料,虽然燃料U-235富集度较高,但燃耗深度可能达到120000MWD/tU以上,具有较高的燃料利用率,因此是一种安全性、经济性有竞争力的小型动力堆。堆芯规则堆积的外围还可以安置钍球增殖层,产生U-233后,可以转移到堆芯直接利用,能够以最简单的方式实现钍燃料利用。堆芯外围也可以堆积石墨球,降低石墨块的辐照剂量,使石墨块寿命更长,减少和避免更换问题。在堆芯的中心部位放置石墨球,可以扩大反应堆功率,能够较容易地将热功率提升到600MW,电功率达到240MW。这样的4座堆就可以组成大型核电站,与其它大型核电站相比,具有优越的安全性和经济性。
燃气蒸汽联合循环的许多优点也都能显现出来,特别是它需要的冷却水量少,厂址选择更容易,能够在不靠近海洋和大河流的内陆地区建设。
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