基于熔盐储热的核电机组调峰特性研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.25063

发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (6): 1200-1211.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.25063

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基于熔盐储热的核电机组调峰特性研究

刘松洋¹, 白云鹏², 陈志董², 丁亮¹, 孙超杰¹, 孔艳强²

^1.中国核电工程有限公司，北京市海淀区 100840
^2.电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学)，北京市昌平区 102206

收稿日期:2025-06-25 修回日期:2025-09-29 出版日期:2025-12-31 发布日期:2025-12-25
通讯作者: 孔艳强
作者简介:刘松洋(1997)，男，工程师，研究方向为核电储能系统仿真研究，liusye@cnpe.cc；
白云鹏(2000)，男，硕士研究生，研究方向为综合能源系统，ncepubyp@163.com；
陈志董(1996)，男，博士研究生，研究方向为氢能与多能互补综合能源系统，15210196332@163.com；
丁亮(1980)，男，研究员级高级工程师，研究方向为核电工艺系统设计及核能综合利用技术，dingliang@cnpe.cc；
孙超杰(1989)，男，高级工程师，研究方向为核电工艺系统、设备及核能综合利用技术，suncj963@163.com；
孔艳强(1989)，男，博士，副教授，研究方向为多能互补发电技术，本文通信作者，kongyq@ncepu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52276062)

Study on Peak Shaving Characteristics of Nuclear Power Unit Based on Molten Salt Heat Storage

Songyang LIU¹, Yunpeng BAI², Zhidong CHEN², Liang DING¹, Chaojie SUN¹, Yanqiang KONG²

^1.China Nuclear Power Engineering Co. , Ltd. , Haidian District, Beijing 100840, China
^2.Key Laboratory of Power Station Energy Transfer Conversion and System of Ministry of Education (North China Electric Power University), Changping District, Beijing 102206, China

Received:2025-06-25 Revised:2025-09-29 Published:2025-12-31 Online:2025-12-25
Contact: Yanqiang KONG
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52276062)

摘要/Abstract

摘要：

目的核电机组调峰潜力巨大，但终端负荷峰谷波动，以及核反应堆应具备稳定输出等特征严重影响核电调峰过程的安全高效运行。储热技术可以实现热能的存储，是解决核电源荷需求失衡矛盾的重要途径，因此研究了基于熔盐储热的核电机组调峰特性。方法以某实际运行核电机组为研究对象，基于能量梯级利用原则，提出了主蒸汽加热熔盐、高压缸排汽加热熔盐和电加热熔盐3种耦合熔盐储热的核电调峰系统方案，建立了耦合系统仿真模型，并辅以针对性实验验证，研究了5%、10%、15%、20%、25%五种调峰幅度下的系统热力学性能。结果耦合熔盐储热的核电调峰系统提高了核电机组的调峰性能，同时可以满足不同供暖需求。高压缸排汽加热熔盐耦合系统方案热力性能最优，主蒸汽加热熔盐耦合系统方案次之，电加热熔盐耦合系统方案最差。在25%调峰幅度下，高压缸排汽加热熔盐耦合系统方案和电加热熔盐耦合系统方案能量效率分别为63.76%和37.84%，㶲效率分别为59.41%和23.04%。结论所提出的核电机组熔盐储热方案可应用于市政供暖场景，有助于指导参与电网调峰的核电机组安全高效运行。

关键词: 核电机组, 调峰, 熔盐储热, 耦合系统, 能量梯级利用, 热力学分析

Abstract:

Objectives Nuclear power units have great potential for peak-shaving. However, the peak-valley fluctuations in terminal load and the characteristics of nuclear reactors to maintain stable output seriously affect the safe and efficient operation of nuclear power peak-shaving process. Heat storage technology, which enables the storage of thermal energy, is an important way to solve the imbalance between nuclear power supply and demand. Therefore, the peak-shaving characteristics of nuclear power units based on molten salt heat storage are studied. Methods This study takes an actual nuclear power unit as the research object. Based on the principle of energy cascade utilization, three nuclear power peak-shaving system schemes coupled with molten salt heat storage are proposed: main steam heating molten salt, high-pressure cylinder exhaust steam heating molten salt, and electric heating molten salt. A simulation model of the coupled system is established and supplemented with targeted experimental validation. The system thermodynamic performance under five peak-shaving amplitudes of 5%, 10%, 15%, 20%, and 25% is systematically studied. Results The nuclear power peak-shaving system coupled with molten salt heat storage improves the peak-shaving performance of the nuclear power unit while meeting different heating demands. The high-pressure cylinder exhaust steam heating molten salt coupled system scheme exhibits the best thermodynamic performance, followed by the main steam heating molten salt coupled system scheme, and the electric heating molten salt coupled system scheme performs the worst. Under a 25% peak-shaving amplitude, the energy efficiencies of the high-pressure cylinder exhaust steam heating molten salt coupled system scheme and the electric heating molten salt coupled system scheme are 63.76% and 37.84%, respectively, and the exergy efficiencies are 59.41% and 23.04%, respectively. Conclusions The proposed molten salt heat storage schemes for nuclear power units can be applied to scenarios such as municipal heating supply, providing guidance for the safe and efficient operation of nuclear power units in grid peak shaving.

Key words: nuclear power unit, peak-shaving, molten salt heat storage, integrated system, energy cascade utilization, thermodynamic analysis

中图分类号:

TK 02

刘松洋, 白云鹏, 陈志董, 丁亮, 孙超杰, 孔艳强. 基于熔盐储热的核电机组调峰特性研究[J]. 发电技术, 2025, 46(6): 1200-1211.

Songyang LIU, Yunpeng BAI, Zhidong CHEN, Liang DING, Chaojie SUN, Yanqiang KONG. Study on Peak Shaving Characteristics of Nuclear Power Unit Based on Molten Salt Heat Storage[J]. Power Generation Technology, 2025, 46(6): 1200-1211.

图/表 16

参考文献 25

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参数	数值
核能输入功率/MW	3 191.16
主蒸汽温度/℃	282.0
主蒸汽压力/MPa	6.615
再热蒸汽温度/℃	270.1
再热蒸汽压力/MPa	0.99
给水温度/℃	226.0
排汽压力/kPa	5.10
发电量/MW	1 211.68
能量效率/%	37.97

参数	数值
核能输入功率/MW	3 191.16
主蒸汽温度/℃	282.0
主蒸汽压力/MPa	6.615
再热蒸汽温度/℃	270.1
再热蒸汽压力/MPa	0.99
给水温度/℃	226.0
排汽压力/kPa	5.10
发电量/MW	1 211.68
能量效率/%	37.97

参数		数值
热网回水温度		40.0
热网供水温度		130.0
主蒸汽加热熔盐方案	高温熔盐温度	272.0
主蒸汽加热熔盐方案	低温熔盐温度	150.0
高压缸排汽加热熔盐方案	高温熔盐温度	172.0
高压缸排汽加热熔盐方案	低温熔盐温度	150.0
电加热熔盐方案	高温熔盐温度	200.0/240.0
电加热熔盐方案	低温熔盐温度	150.0

参数		数值
热网回水温度		40.0
热网供水温度		130.0
主蒸汽加热熔盐方案	高温熔盐温度	272.0
主蒸汽加热熔盐方案	低温熔盐温度	150.0
高压缸排汽加热熔盐方案	高温熔盐温度	172.0
高压缸排汽加热熔盐方案	低温熔盐温度	150.0
电加热熔盐方案	高温熔盐温度	200.0/240.0
电加热熔盐方案	低温熔盐温度	150.0

组成设备	软件组件	细节
蒸汽发生器	蒸汽发生器	蒸汽发生器以整体建模，不同工况下的主蒸汽流量设置为定值
汽轮机	汽轮机	指定各级的排汽焓值；各级组机械效率设定为99.80%
泵	泵	等熵效率为83.0%；机械效率为99.8%
发电机	发电机	发电机效率为99%
加热器	给水加热器；疏水冷却器；除氧器	加热器由给水加热器(冷凝段)和疏水冷却器(疏水冷却段)组成，加热器3为除氧器。规定了每个加热器的上端温差和每个疏水冷却器的下端温差。不同加热器对应的抽汽压力损失范围为3%~5%；热损失忽略不计
再热器	通用换热器	指定热流体的入口和出口温度；指定冷流体的入口温度
凝汽器	冷凝器	指定冷却水的入口温度和压力；指定凝汽器的终端温差
高温熔盐罐/低温熔盐罐	直接存储	指定容器内温度
电加热装置	电锅炉	指定效率

基于熔盐储热的核电机组调峰特性研究

Study on Peak Shaving Characteristics of Nuclear Power Unit Based on Molten Salt Heat Storage

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摘要/Abstract

引用本文

图/表 16

参考文献 25

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编辑推荐

Metrics

参数	设计值	模拟值	相对误差
发电机功率/MW	1 212.88	1 211.68	0.09%
主蒸汽流量/(kg/h)	6 389 285	6 389 285	0%
一级再热器进口蒸汽温度/℃	181.50	181.01	0.27%
一级再热器进口蒸汽温度/℃	221.98	221.62	0.16%
二级再热器出口温度/℃	270.85	270.11	0.27%

参数	设计值
供暖热价/(元/GJ)	45
熔盐储热成本/[元/(kW∙h)]	450
电加热器成本/(元/kW)	700
设备使用寿命/年	30
折现率/%	6
系统年运行小时数/h	7 000
年供暖总时长/h	1 200
调峰补贴/[元/(kW∙h)]	0.3
上网电价/[元/(kW∙h)]	0.393 2

参数		调峰幅度
参数		5%	10%	15%	20%	25%
供热量/MW		164.19	328.98	494.05	659.13	824.21
高/低温熔盐温度/℃		271.99/150.00	271.99/150.00	271.99/150.00	271.99/150.00	271.99/150.00
用于加热熔盐的主蒸汽	温度/℃	281.99	281.99	281.99	281.99	281.99
	压力/MPa	6.62	6.62	6.62	6.62	6.62
	流量/(t/h)	281.91	564.86	848.31	1 131.76	1 415.21
核电发电量/MW		1 151.40	1 090.80	1 030.20	969.60	909.00
能量效率/%		41.23	44.49	47.76	51.04	54.31

参数		调峰幅度
参数		5%	10%	15%	20%	25%
供热量/MW		223.83	449.29	674.74	900.19	1 125.64
高/低温熔盐温度/℃		171.98/150.00	171.98/150.00	171.98/150.00	171.98/150.00	171.98/150.00
用于加热熔盐的高压缸排汽	温度/℃	181.98	181.98	181.98	181.98	181.98
	压力/MPa	1.05	1.05	1.05	1.05	1.05
	流量/(t/h)	436.04	875.23	1 314.42	1 753.61	2 192.80
核电发电量/MW		1 151.40	1 090.80	1 030.20	969.60	909.00
能量效率/%		43.09	48.26	53.43	58.59	63.76

参数		调峰幅度
参数		5%	10%	15%	20%	25%
高温熔盐200 ℃	高/低温熔盐温度/℃	200.00/150.00	200.00/150.00	200.00/150.00	200.00/150.00	200.00/150.00
	供热量/MW	59.46	119.24	179.02	238.79	298.57
	电加热器耗电量/MW	60.28	120.88	181.48	242.08	302.68
	发电量/MW	1 151.40	1 090.80	1 030.20	969.60	909.00
	能量效率/%	37.94	37.92	37.89	37.87	37.84
高温熔盐240 ℃	高/低温熔盐温度/℃	240.00/150.00	240.00/150.00	240.00/150.00	240.00/150.00	240.00/150.00
	供热量/MW	59.29	118.90	178.50	238.11	297.72
	电加热器耗电量/MW	60.28	120.88	181.48	242.08	302.68
	发电量/MW	1 151.40	1 090.80	1 030.20	969.60	909.00
	能量效率/%	37.93	37.91	37.88	37.85	37.81

项目	调峰幅度
项目	5%	10%	15%	20%	25%
主蒸汽质量流量/(kg/s)	78.31	156.91	235.64	314.38	393.11
主蒸汽净㶲输入/MW	80.46	161.21	242.10	322.99	403.89
热网回水净㶲输出/MW	38.35	76.84	115.40	153.97	192.53
㶲损失/MW	42.11	84.37	126.7	169.02	211.36
㶲效率/%	47.67	47.67	47.67	47.67	47.67

参数	调峰幅度
参数	5%	10%	15%	20%	25%
高压缸排汽质量流量/(kg/s)	121.12	243.12	365.12	487.11	609.11
高压缸排汽净㶲输入/MW	88.01	176.67	265.31	353.96	442.61
热网回水净㶲输出/MW	52.28	104.95	157.61	210.27	262.94
㶲损失/MW	35.73	71.72	107.7	143.69	179.67
㶲效率/%	59.41	59.41	59.41	59.41	59.41

项目		调峰幅度
		5%	10%	15%	20%	25%
高温熔盐200 ℃	电加热器功率/MW	60.28	120.88	181.48	242.08	302.68
	热网回水净㶲输出/MW	13.89	27.85	41.82	55.78	69.74
	㶲损失/MW	46.39	93.03	139.66	186.3	232.94
	㶲效率/%	23.04	23.04	23.04	23.04	23.04
高温熔盐240 ℃	电加热器功率/MW	60.28	120.88	181.48	242.08	302.68
	热网回水净㶲输出/MW	13.85	27.77	41.70	55.62	69.54
	㶲损失/MW	46.43	93.11	139.78	186.46	233.14
	㶲效率/%	22.98	22.98	22.98	22.98	22.98

[1]	罗城鑫, 吕彦龙, 刘润宝, 谢玉荣, 王雨昊, 刘锋, 隋军. 基于热泵技术的低碳排冷热电联供系统㶲经济性能研究[J]. 发电技术, 2025, 46(6): 1085-1096.
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