核电站潜热储热系统集成方法对储能效率影响的创新研究

《Journal of Energy Storage》：Influence of latent heat thermal energy storage integration methods on the efficiency of thermal storage systems within nuclear power plants

本综述系统评估了核电站（NPP）中潜热储热（LHTES）系统的不同集成方案，提出了一种创新的能量与经济性综合评估方法。研究表明，结合多功能蒸汽轮机的LHTES方案效率最高（24%~25%），而替代回热器的方案效率较低（≤21.5%）。该研究为提升核电站调峰能力与系统安全性提供了重要理论支撑，对促进低碳能源转型具有显著意义。

　　

当前趋势综述

为论证LHTES的能效，需明确动力设备的系统与参数运行条件。目前已有大量核电站动力单元与LHTES的结合方案问世。

混合系统备受关注。此类系统通常包含动力单元、未利用能量储存系统以及可再生能源（如太阳能电站）。太阳能与传统燃煤电站的集成...

LHTES能效评估方法

基于相变材料的热能储存系统能效评估方法，植根于成熟的热力发电厂循环热力学分析，并针对其在核电站内的运行条件进行了适配。

带LHTES装置的系统能效可评估为：

η_LHTES = E_add / Q_charge

此处，E_add 代表在...条件下产生的额外发电量。

初始条件

为确定效率指标，研究考虑了LHTES在配备VVER-1000反应堆（电功率1000 MW）的核电站动力单元中的应用。

此类反应堆动力单元的主要参数见表1[39]。此配置仅为示例。计算方法的本质保持不变；然而，为使其适配其他核电站动力单元，需了解其特定参数，如...

结果

电能转换系数对LHTES放电时间的依赖性如表4所示。

电能转换系数随LHTES放电时间延长而降低，其原因在于：随着储热系统运行时间增加，PCM质量及相应的抽汽充电量增加，导致核电站主动力单元在充电期间的效率下降。

反过来，...

经济性

Jenkins等人[55]基于对高比例可再生能源电力系统中核电站运行的研究得出结论：扩大核电站的负荷跟踪范围，相较于使其在电力需求曲线的基荷段运行，潜在收益可增加2%至5%。

Denholm等人[56]研究了将储热系统集成到核电站中的有效性。研究表明，使用TES系统可以降低...成本。

讨论

基于相变材料的储热技术实施的主要挑战之一，在于系统的高金属耗量和大尺寸，导致显著的资本支出。目前，将LHTES单元集成到核电站中仍面临挑战，因为需要大量的PCM质量和广阔的热交换表面。然而，对现有核电站址的分析表明，尽管LHTES单元尺寸可观，但其安装仍有足够的可用空间。

结论

评估LHTES接入核电站热力系统方案的复合能效的原则已被制定。使用附加涡轮机显著提高了储热系统的效率，并在厂用电全失、依靠反应堆余热产汽运行时，为核电站提供了一个额外的安全通道。此类解决方案能够显著提高核能...的系统效率和竞争力。