[发明专利]一种用于聚变堆的熔盐储能解耦发电系统及发电方法

说明书

本发明提供了一种用于聚变堆的熔盐储能解耦发电系统，包括一回路、储能回路以及二回路；所述一回路包括聚变堆和连接在聚变堆的氦气出口的储热换热器，所述储热换热器的出气口与所述聚变堆的入气口连接；所述储能回路包括依次与所述储热换热器的熔盐出口连接的热熔盐储罐、蒸汽发生器和冷熔盐储罐，所述冷熔盐储罐的熔盐出口与储热换热器的熔盐进口连接；所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述二回路连接。本发明的用于聚变堆的熔盐储能解耦发电系统的运行持续性、安全性、稳定性高，使得聚变堆具有持续稳定输出能力，确保二回路蒸汽参数的稳定性，进一步保障汽轮发电机持续稳定输出，提高发电品质。

技术领域

本发明涉及核能技术应用领域，具体涉及一种用于聚变堆的熔盐储能解耦发电系统及发电方法。

背景技术

聚变堆，即核聚变反应堆，在高温、高压和高密度的条件下，两个质量较小的原子核结合成质量较大的新核，反应的同时会释放出巨大能量的新型核反应堆型。核聚变(nuclear fusion)，又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。核是指由质量小的原子，主要是指氘/氚，在一定条件下(如超高温、高压、高密度——三重积条件)，只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核(如氦)，在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出大量电子和中子，与此同时伴随着巨大的能量释放。

可控核聚变，指的是在一定约束区域内，有控制地产生并进行轻核聚变。核聚变均由能量密度大、清洁、燃料丰富、安全性高等突出优点，其中可控核聚变，俗称“人造小太阳”，将是人类未来开发利用的终极能源。现有技术中主要受控核聚变方式有：磁约束核聚变(托卡马克)、激光约束(惯性约束)核聚变、超声波核聚变等，目前可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置。

托卡马克(Tokamak)，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)，是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代首先发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，约束并加热腔体中的等离子体，当满足三重积条件(温度、压力、密度)时，即发生可控聚变反应。

在核聚变反应过程中，需要对核聚变产生的热量不断的冷却；具体设置为聚变堆包层，指核聚变堆中包围在反应堆外层的保护冷却层，作用是对聚变堆进行不断冷却，并将反应堆热量带出。其中，按冷却剂形式，可有多种包层冷却介质，其中应用发电领域的主要考虑水冷包层与氦冷包层，即分别采用水、氦气作为冷却介质。

聚变堆发电，指利用核聚变反应产生的热量转换为电力的技术，即聚变堆包层循环冷却介质输送出核聚变的反应热，通过换热器加热水并使之转换为较高参数的蒸汽，蒸汽进而驱动汽轮机发电的技术。

熔盐，又称熔融盐，无机盐在高温下熔化形成的液态盐，常见的熔融盐包括硝酸盐、氯化盐、氟化盐、碳酸盐和混合熔融盐等，可用作高温下的传热蓄热介质。熔盐一般物性：凝固点在120～250℃，最高工作温度在450～585℃。

目前聚变反应有多种形式，包括氘-氘(D-D)反应，氘-氚(D-T)反应，氘-氦3(D-He3)反应等，而目前聚变界普遍认为(D-T)反应是最容易实现的聚变反应，因为它要求的三重积最低，也就是说要求的反应条件最容易达到，是当前主流科研应用方向，例如可控聚变堆的试验研究以及工程应用。

核聚变的工程应用面非常广阔，正在探索工程应用的可行性，其中聚变堆发电是重点关注领域。由于聚变堆控制技术尚不成熟，仍处于研究阶段，且聚变堆的反应要求及其苛刻，聚变堆可控性或者稳定性存在一定问题，也给聚变堆发电应用带来一定困难。