一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法和装置与流程

本发明涉及核电机组控制，特别涉及一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法和装置。

背景技术：

1、近年来，我国提出积极安全有序发展核电，积极稳妥开展核能供热示范。在保障能源安全前提下，大力实施可再生能源替代，加快构建清洁低碳安全高效的能源体系。核电迎来新一轮发展机遇，同时也面临挑战。

2、我国北方地区冬季需要集中供暖，热源主要来自燃煤机组或燃煤锅炉，每年约消耗5亿吨标煤。核能作为清洁能源，是重要的“清洁”热源。然而，长期以来我国核电多以电力生产为唯一目的。随着风电、光伏并网比重的不断上升，小容量、高能耗煤电逐步被关停，核能综合利用及电力辅助需求日益增加。在电力生产同时，兼顾满足不同品位热负荷需求等民生问题，符合国家能源局“核电+”与能源综合利用提倡，经济和环境效益突显。热电联产的核电机组利用二次回路的汽机抽汽实现供热，是热电联产来源得到拓展，同时也使核电机组负荷调整的灵活性及空间得到提升，对推动“双碳”目标的早日实现具有重要意义。

3、目前，核电机组的调峰通常采用调节核反应堆输出功率来实现。对于压水堆，一般采用控制棒位移和硼酸溶液浓度作为控制量，实现对反应堆负荷跟踪控制，这种调节方式对于核电机组寿命和运行安全性存在较大影响。因此，基于安全性和经济性等多方面考虑，我国在运核电机组通常不参与电网调峰，以基本负荷运行。随着电网峰谷差和新能源消纳压力日趋增大，电网调峰需求不断增加，核电调峰逐渐提上日程。

4、而对于承担供热的核电机组，在不改变核反应堆功率的情况下，从二次回路的汽机侧抽出部分蒸汽供热会使机组出力降低，对于因供热造成的出力降低成为一种调峰资源，使在不调节核反应堆输出功率的前提下通过调整抽汽量改变机组出力参与电网调峰成为可能。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法和装置，避免了传统核电调峰的安全隐患，有助于提升热电联产的核电机组热电负荷调整的灵活性及空间。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供了一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，包括：

3、收集热电联产核电机组的热平衡图，根据热平衡图建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程；其中，二次回路中设置有蓄热罐，以灵活调整抽汽量、拓宽电负荷调整范围；

4、将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据汽水分布方程进一步获得核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况，若满足，则进一步利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率；

5、以小于等于最大汽机功率、大于等于最小汽机功率为核电机组电负荷调整范围，并根据电负荷调整范围进行调峰。

6、在一个实施例中，该方法中根据热平衡图建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程的步骤进一步包括：

7、质量平衡方程为：

8、mfw＝m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7+mh+mc+mcw

9、式中，mi为第i级回热抽汽量,单位为t/h；mcw为低压缸的排汽流量；mh为供热抽汽流量；mc为主蒸汽通过二次再热器到七级加热器的进汽流量；

10、第一级加热器：

11、mfw(hw,1-hw,0)

12、＝m1(h1-hd,1)+m2(hd,2-hd,1)+(m3+m4+m5+m6+m7

13、+mh)(hw,1-hw,0)

14、第二级加热器：

15、mfw(hw,2-hw,1)

16、＝m2(h2-hd,2)+(m3+m4+m5+m6+m7+mh)(hw,2-hw,1)

17、第三级加热器：

18、mfw(hw,3-hw,2)

19、＝m3(h3-hw,2)+m4(hd,4-hw,2)+(m5+m6+m7+mh)(hw,3

20、-hw,2)

21、第四级加热器：

22、mfw(hw,4-hw,3)

23、＝m4(h4-hd,4)+mh(hw,4-hw,3)+(m5+m6+m7)(hw,4-hw,3)

24、除氧器：

25、mfw(hw,5-hw,4)＝m5(h5-hw,4)+mh(hh-hw,4)+(m6+m7)(hd,6-hw,4)

26、第六级加热器：

27、mfw(hw,6-hw,5)＝m6(h6-hd,6)+m7(hd,7-hd,6)

28、第七级加热器：

29、mfw(hw,7-hw,6)＝m7(h7-hd,7)+mchc；

30、式中，mfw为主蒸汽流量，单位为t/h；hw,i为第i级加热器给水焓；hd,i为第i级加热器疏水焓。

31、在一个实施例中，该方法中将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程的步骤进一步包括：

32、在蓄热罐不投入时，将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程的公式为：

33、

34、式中，τi为第i级加热器给水焓升：τi＝hw,i-hw,(i+1)；hh为抽汽焓值；a为系统矩阵；hc为汽轮机通过二次再热器到七级加热器的抽汽焓值。

35、在蓄热罐投入时，将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程的公式为：

36、

37、式中，ma为到蓄热罐蒸汽流量。

38、在一个实施例中，该方法中系统矩阵a为：

39、

40、式中，qi为回热抽汽焓降：qi＝hi-hd,i；yi为加热器疏水焓降；yi＝hd,(i-1)-hd,i；hd,i为第i级加热器疏水焓；hi为第i级回热抽汽焓。

41、在一个实施例中，该方法中根据汽水分布方程进一步获得核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况的步骤进一步包括：

42、采用公式：

43、

44、式中，ml为高压缸的轴封漏汽与阀杆漏汽之和，mlpt,min为机组自身所满足的低压缸最小进汽量；

45、验证回热抽汽量是否满足低压缸最小进汽流量工况；

46、若不满足，则对汽水分布方程的给水流量和第i级回热抽汽量重新设定，直至抽汽量满足低压缸最小进汽流量工况。

47、在一个实施例中，该方法中利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率的步骤进一步包括：

48、做功方程为：

49、

50、式中，h0为主蒸汽焓值；δhσ为再热热段焓升；hes为排除低压缸的蒸汽焓值；α为汽水分离器两端的焓差。

51、在一个实施例中，该方法中利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率的步骤进一步包括：

52、通过以下公式选取抽汽量的最大值：

53、mh,max＝min{mh1,mh2}

54、式中，mh1为核电机组设计最大供热抽汽流量，mh2为低压缸最小进汽量工况对应的供热抽汽量，单位均为t/h；

55、利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，供热抽汽量的最小值为满足当前供热的最小抽汽量，在不供热时取为0，此时低压缸进汽量达到最大值，汽机功率同时达到最大值。

56、在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：

57、对采暖季每日等时长划分为至少两个时间段；

58、收集热电联产的核电机组一天内的电负荷实际数据，根据电网调峰实际需求情况，确定需要降低或升高机组发电功率的时间段，进而确定该时间段需要降低或升高发电功率的改变量。

59、在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：

60、对采暖季每日进行等时长划分为0:00～4:00、4:00～8:00、8:00～12:00、12:00～16:00、16:00～20:00、20:00～24:00六个时间段；

61、收集热电联产的核电机组一天内的电负荷实际数据，根据电网调峰实际需求情况，确定需要降低或升高机组发电功率的时间段，进而确定该时间段需要降低或升高发电功率的改变量。

62、在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：

63、维持核反应堆输出功率不变的条件下，即在主蒸汽流量不变的前提下，针对6个时间段，对每个时间段的负荷需求进行评估，通过调整机组抽汽量与蓄热罐充、放热速率进行策略优化；

64、根据汽水分布方程和做功方程，得出电功率和热负荷的对应关系，从而根据发电功率改变量计算热负荷的改变量，进而确定抽汽改变量，通过下式得到：

65、△mh＝qh/(hh-his)

66、式中，△mh为抽汽改变量,单位为t/h；qh为热负荷改变量,单位为mw；hh为抽汽焓值,his为疏水焓值，单位均为kj/kg。

67、在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：

68、在降低发电负荷的时间段内，增加抽汽量并将热量储存在蓄热罐中，以进行压低发电出力；通过蓄热罐储存热量，改变二次回路抽汽量，以达到核电机组灵活调峰的目的。

69、在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：

70、在提高发电负荷的时间段内将蓄热罐中储存的热量放出，降低抽汽量，以提升发电出力；通过蓄热罐释放热量，改变二次回路抽汽量，以达到核电机组灵活调峰的目的。

71、根据本发明实施例的第二方面，提供了一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰装置。

72、在一个实施例中，该装置包括平衡方程建立模块、汽机功率计算模块和调峰模块；其中，

73、平衡方程建立模块，用于收集热电联产核电机组的热平衡图，根据热平衡图建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程；

74、汽机功率计算模块，用于将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据汽水分布方程进一步获得核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况，若满足，则进一步利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率；

75、调峰模块，以小于等于最大汽机功率、大于等于最小汽机功率为核电机组电负荷调整范围，用于根据电负荷调整范围进行调峰。

76、在一个实施例中，该装置中二次回路中设置有蓄热罐；调峰模块进一步包括：

77、在降低发电负荷的时间段内，将提高的抽汽量储存在蓄热罐中，以进行压低发电出力。

78、在一个实施例中，该装置中调峰模块进一步包括：

79、在提高发电负荷的时间段内将抽汽量放出，以提升发电出力。

80、根据本发明实施例的第三方面，提供了一种计算机设备。

81、在一些实施例中，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如第一方面方法的步骤。

82、根据本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质。

83、在一些实施例中，计算机可读存储介质上存储有计算机程序；计算机程序被处理器执行以实现如第一方面方法的步骤。

84、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

85、本发明提出了一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，提出了增设蓄热罐来进一步提升其调峰灵活性的方法，并给出了增设蓄热罐后电负荷调整范围的计算方法，避免了传统核电调峰的安全隐患，有利于推动核电机组参与调峰的进程。与此同时，通过在二次回路引入蓄热装置的手段不仅可以提高供热的稳定性、安全性，在一定程度上也能实现部分的热电解耦，有助于提升热电联产的核电机组热电负荷调整的灵活性及空间，是一种可行的调峰策略。

86、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。