[发明专利]带负荷跟踪功率产生的核供热厂

说明书

集成能量系统包括位于核场所的核供热厂。核供热厂产生热能，这些热能被输送到位于核场所之外的蓄热系统。蓄热系统热耦合到发电系统，该发电系统也远离核场所。通过这种布置，核供热厂与发电系统隔离和解耦。核供热厂可供应800℃或更高的热能，以存储在蓄热系统中，直到需要时，诸如用于工业加热、发电或其他用途。蓄热系统是源不可知的，并且一个或更多个额外的热能产生设备(诸如额外的核反应堆、太阳能供热厂或其他热能产生设备)可以耦合到共同的蓄热系统和发电系统。

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2020年3月9日提交的第62/986,902号美国临时申请和2019年10月31日提交的第62/929,003号美国临时申请的权益，并且本申请是2020年4月13日提交的PCT/US2020/028011的部分延续，PCT/US2020/028011依据35U.S.C.§119(e)要求2019年4月12日提交的第62/833,623号美国临时申请的权益，这些申请的名称均为“NUCLEAR THERMAL PLANT WITH LOAD-FOLLOWING POWER GENERATION”，这些申请的公开内容通过该引用以其整体并入本文。

背景

本公开的领域涉及核反应堆，并且更具体地，涉及用于产生具有改进的安全性和负荷跟踪能力的热量的核反应堆。

用于从核反应堆发电的现有方法和系统要求反应堆在启动之前经历重要的核岛规划、建造和监管许可。核反应堆连接到用于将核热能转换成电能的动力循环，通常通过使用水作为工作流体的蒸汽涡轮机。虽然核反应堆以这种方式运行已经有几十年了，但典型的设置有几个缺点。

例如，包括反应堆区、燃料处理系统和能量转换系统的核岛经常以高温和高压运行，这就需要大型安全壳结构。另外，位于核岛上的结构也必须接受检查，并获得监管机构的核许可证才能运行，这是一项漫长而昂贵的工作。

此外，反应堆受到电厂辅机设备(balance of plant)跳闸的影响，在这种情况下，出现故障的设备会导致核电厂自动关闭。最后，核电厂不是为产量的快速变化而设计的，因此不能有效地满足电网的负荷需求。

尽管核电厂提供了优于其他发电形式的众多显著优势，但仍希望提供改进，以实现用于产生、存储和转换热能的更安全、更灵活和有效、以及从以下描述中将变得明显的其他特征的系统。

概述

根据一些实施例，核电厂可以被重新配置、重新布置和操作为提供许多优点的核供热厂(nuclear thermal plant)。例如，核电厂可以重新配置和运行，以提供热能，这些热能可以被运送到场外的蓄热系统(thermal energy storage system)。蓄热系统又可以耦合到能量转换设施，该能量转换设施将热能转换成工业加热、电或一些其他有用的目的。通过将核反应堆与包括能量转换系统在内的电厂辅机设备解耦，可以实现许多优势。

例如，当核岛上安装的设备较少时，监管许可可以更有效地执行。在一些核反应堆中，冷却剂由液态金属提供，如钠。当钠遇到水时，产生的反应是放热和高能的，必须有安全系统来抑制这种反应，并在发生这种反应时加以控制。通过提供远离反应堆的蒸汽设施，反应堆由此与通常可与核电厂结合使用的任何含水系统隔离。

此外，多个核供热厂可以耦合到共享的蓄热系统，这在建造成本和时间方面提供了优势，由于一个或更多个反应堆可以关闭而不影响整个核供热厂，因此易于维护，并且核供热厂可以在高需求时段期间有效地输送比其直接耦合到能量转换系统时能够输送的更多的能量。

以下描述提供了概念，该概念为钠反应堆工厂以及使用其他燃料、冷却剂和技术的核反应堆工厂的经济性提供了突破性的潜力。这些突破可以来自于对技术的重新设想，以降低成本和时间表的不确定性，或者通过扩大收入来源，如向消费者提供电力和热量。除了经济优势之外，确保解决政策问题的能力(电网可靠性、武器防扩散、可出口、易于选址等)因素，以实现收益。