Brevet FR2248585A1 — publié le 19750516

L'invention concerne les centrales nucl8aires, et,notamment, les pro tédés de mise d'une centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité. On connait un procédé de mise au régime de production réduite de lté- lectricité d'une centrale nucléaire à deux piles à neutrons rapides, branchiées en parallèle dans un circuit de refroidissement, qui transmettent de la chaleur au fluide moteur dtune turbine > ledit procédé consistant en ce qu'on diminue, en fonction d'une charge électrique assignée, le débit du fluide moteur et la quantité de chaleur transférée de la pile au fluide moteur de la turbine .Dans cette réalisation, la quantité de chaleur transmise au fluide moteur de la turbine est diminuée par réduction de la puissance d'une pile et diminution de débit du caloporteur à travers cette pile de façoflque les paramètres du caloporteur à l'entrée et à la sortie des piles suivent maintenus constants. Un inconvénient de ce procédé réside dans le fait que, lors de la mise de la centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité,il faut réduire la puissance d'une pile, ce qui ralentit le couvage ou surrégénération et diminue l'efficacité énergétique du combustible utilisé. Le but de l'invention est de remédier à l'inconvénient ci-dessus. L'invention vise à créer un procédé de mise d'une centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité permettant, à la diminution de la quantité de la chaleur transmise des piles au fluide moteur de tur bine1 d'augmenter, et non diminuer, la puissance thermique de la pile travaillant en couveuse ou surregénérateur, ce qui aurait pour conséquence l'accélération du couvage. Le problème posé est resolu par le fait que, dans le procédé de mise -au régime de production réduite de l'électricité d'une centrale nucléaire à deux piles, dont ltune est une pile couveuse, qui transmettent la chaleur au fluide moteur de turbine > consistant à diminuer en fonction d'une charge électrique déterminée, le débit du fluide moteur et la quantité de chaleur, selon L'invention, les piles nucléaires sont branchées dans des circuits de refroidissement autonomes pour une transmission successive de la chaleur au fluide-moteur de turbine, la pile couveuse est insérée dans le circuit à plus basse température, et la température du caloporteur à l'entrée et à la sortie de la pile couveuse est diminuée jusqu'a une valeur assurant le fonctionnement de la centrale à une charge électrique réduite prédéterminée ce grâce à quoi la puissance thermique de la pile couveuse croît, l'excès de chaleur étant évacué. Il est avantageux, dans le procédé de mise d'une centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité, de prélever sur la sortie de la pile insérée dans le circuit à plus haute température une partie de caloporteur utilisée pour chauffer le caloporteur à la sortie de la pile couveuse en prenant de cette partie de caloporteur une quantité de chaleur telle que sa température devienne égale à la température du caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température, et en mélangeant ensuite cette partie avec le caloporteur à l'entrée de cette même pile Il est également avantageux de prélever sur la sortie de la pile insérée dans le circuit à plus haute température une partie de caloporteur à utiliser pour chauffer le caloporteur à la sortie de la pile couveuse en prenant de cette partie la quantité maximale de chaleur et, ensuite,d'uti- liser cette partie de caloporteur pour chauffer le fluide moteur de turbine dans un vaporisateur en y prenant une quantité de chaleur telle que sa température devienne égale à la température du caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température et en mélangeant ensuite cette partie avec le caloporteur à l'entrée de cette même pile. En outre, il est préférable de prélever sur la sortie de la pile insérée dans le circuit à plus haute température une partie de caloporteur et de la mélanger au caloporteur à la sortie de la pile couveuse en utilisant ce flux sommaire de caloporteur pour chauffer le fluide moteur de la turbine dans le vaporisateur en prenant de ce flux une quantité de chaleur telle, que sa température devienne égale à la température du caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température, ensuite de prélever de ce flux sommaire la partie de caloporteur ajoutée auparavant et enfin de mélanger cette dernière au caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température. On peut également,dans le procédé de mise dlune centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité, prélever à la sortie de la pile insérée dans le circuit à plus haute température une partie de caloporteur et l'utiliser pour chauffer le fluide moteur de turbine dans le vaporisateur en prenant de cette partie de caloporteur une quantité de cha leur telle, que sa température devienne égale à la température du caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température et, ensuite, mélanger cette partie au caloporteur à ltentrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température. L'avantage, du procédé de mise d'une centrale électrique au régime de production réduite de l'électricité selon l'invention, réside dans le fait qu'il permet d'augmenter la vitesse de couvage lorsque la centrale nucléaire travaille au régime de production réduite de l'électricité. L'invention ressortira de la description ci-après d'une forme d'exécution schématiséCaux dessins annexés sur lesquels la fig. 1 représente une version du schéma (simplifié) de'une centrale nucléaire permettant de réaliser le procédé de sa mise au régime de production réduite de l'électricité selon l'invention ; la fig. 2 représente une deuxième version simplifiée du schéma d'une centrale nucléaire permettant de réaliser le procédé de sa mise au régime de production réduite de l'électricité selon l'invention ;; la fig 3 représente une troisième version simplifiée du schéma d'une centrale nucléaire permettant de réaliser le procédé de sa mise au régime de production réduite de l'électricité selon l'invention la fig. 4 représente une quatrième version simplifiée du schéma d'une centrale nucléaire permettant de réaliser le procédé de sa mise au régime de production réduite de l'électricité selon l'invention ;; la fig. 5 représente une cinquième version simplifiée du schéma d'une centrale nucléaire permettant de réaliser le procédé de sa mise au régime de production réduite de l'électricité selon l'invention la fig. 6 représente la courbe de variation de la température (T) du caloporteur et du fluide moteur en fonction de la quantité de chaleur (Q) transmise du caloporteur au fluide (diagramme TQ) pour la version représentee sur la fig. 2 lors de la réalisation du procédé de mise de la centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité selon l'invention. Le schéma de la centrale nucléaire pour réaliser le procédé proposé représenté sur la fig. 1 comprend un circuit de refroidissement 1 à caloporteur de plus haute température, un circuit de refroidissement 2 à caloporteur de plus basse tespérature, un circuit de fluide moteur 3 et un circuit 4 de consommateur de chaleur Une pile à haute température 5, des soupapes de régulation 6, et un surchauffeur 7 mis en série constituent le circuit de refroidissement I à plus haute température. Une pile couveuse 8, un vaporisateur 9, des soupapes de régulation 10, 11, 12, 13, 14 et un échangeur de chaleur 15 mis en série, constituent le circuit de refroidissement 2 à plus basse température, Le vaporisateur 9, le surchauffeur 7, des soupapes de régulation 16 de la turbine à vapeur 17, un condenseur 18, des pompes 19, des soupapes de régulation 20 mis en série, constituent le- circuit à fluide moteur 3. L'échangeur de chaleur 15, un consommateur de chaleur 21 et des soupapes de régulation 22 mis en série, constituent le circuit de consommateur de chaleur 4. Le vaporisateur 9 est fabriqué de façon què sa surface d'échange, côté sortie caloporteur, présente quelques sections qui peuvent âtre débranchées à l'aide des soupapes de régulation 10, 11, 12, ce qui permet de réduire la surface d'échange du vaporisateur 9 et le caloporteur peut être prélevé sur le point du vaporisateur 9 dont la température correspond à la production de l'électricité donnée. Comme pile à haute température 5, on peut utiliser un réacteur à combustible oxyde refroidi au sodium, on peut aussi utiliser un réacteur refroidi par gaz ou vapeur. Comme pile couveuse 8, on peut utiliser une pile convense à neutrons rapides à combustible métallique ou à monocarbure, on peut aussi utiliser une couveuse thermique à thorium. La fig. 2 représente la deuxième version du schéma de la centrale nucléaire permettant de réaliser le procédé proposé qui diffère du schéma représenté sur fig. 1 par le fait qu'un échangeur de chaleur 23 récupérateur auxiliaire et des soupapes de régulation auxiliaires 24 sont mis en parallèle avec le surchauffeur 7, étant insérés dans le circuit de refroidissement 1 à plus haute température.A noter que l'échangeur de chaleur 23 est inséré dans le circuit de refroidissement 1 du coté du caloporteur chauf- fant et dans le circuit de refroidissement 2 à plus basse température, du caté du caloporteur chauffé, entre la sortie de la pile couveuse et l'en- trée du vaporisateur 9 La troisième version du schéma de la centrale nucléaire permettant de réaliser le procédé proposé, représenté sur fig. 3, diffère du schéma donné sur fig. 2 par le fait qu'entre la sortie de caloporteur chauffant de l'échangeur de chaleur 23 auxiliaire et l'entrée de la pile à haute température 5 est branchée une section auxiliaire 25 du vaporisateur 9 avec soupapes de régulation 26, 27, 28. Cette section auxiliaire 25 du vaporisateur 9 est une surface auxili aire d'échange par laquelle la chaleur d'une partie de caloporteur est transférée au fluide moteur. Cette surface auxiliaire est disposée dans le vaporisateur de façon que le caloporteur de la pile à haute température 5 coule dans le même sens que le flux principal de caloporteur dans le circuit 2 et parallèlement à lui et sa température sur toute portion de son trajet est égale à la température des portions correspondantes du trajet du flux principal de caloporteur. Les soupapes de régulation 26, 27, 28 sont réalisées de façon à permettre de prélever le caloporteur sur des points différents de la section auxi liaire 25, conformément à la production de l'électricité nécessaire. Sur la fig. 4 est représentée la quatrième version du schéma de la centrale électrique permettant de réaliser le procédé proposé, qui diffère du schéma représenté sur la fig. 3 par le fait qu'on utilise comme échangeur de chaleur auxiliaire un échangeur de chaleur 23'mélangeur et,comme section auxiliaire 25, la partie initiale 25' dans le sens du courant de caloporteur de la surface d'échange principale du vaporisateur 9. Sur la fig, 5 est représentée la cinquième version du schéma de la centrale nucléaire permettant de réaliser le procédé proposé, qui diffère du schéma représenté sur la fig. 1 par le fait que la surface d'échange du vaporisateur 9 est divisée en deux parties indépendantes 29, 30. La partie à plus haute températuer 29 peut être branchée à l'aide des soupapes de régu lation 24, 26, 27,028, parallèlement au surchauffeur 7, tandis que la partie è plus basse température 30 est branchée sur le circuit de refroidissement 2 à plus basse température de la même manière que sur le schéma de la centrale nucléaire-de la fig. -l .En outre, la partie à plus haute température 29 présente des sections, ce qui permet de prélever à l'aide des soupapes 26, 27, 28 le caloporteur sur le point de ladite partie 29 dont la température correspond å la production de l'électricité donnée. Sur le diagramme TQ donné sur la fig. 6, sur l'axe des abscisses est portée la quantité de chaleur Q transmise du caloporteur au fluide moteur et sur-l'axè des ordonnées sont portées les températures T du caloporteur et du fluide moteur. La courbe 31 reflète la variation de la température du caloporteur de la pile à haute tenpérature 5 lorsque la centrale nucléaire fonctionne au régime nominal et au régime de charge électrique réduite, respectivement au fur et à mesure quelle caloporteur transmet la chaleur au fluide moteur dans le surchauffeur 7 Les courbes 32 et 33 refletent la variation de la température du caloporteur de la pile couveuse 8 à basse température lorsque la centrale nucléaire fonctionne au régime nominal et au régime de charge électrique réduite respectivement au fur et à mesure de la transmission de la chaleur du caloporteur au fluide moteur dans le vaporisateur 9 et dans l'échangeur de chaleur 15. Les courbes 34 et 35 reflètent la variation de la température du fluide de la turbine 17 lorsque la centrale nucléaire fonctionne au régime nominal et au régime de charge électrique réduite, respectivement au fur et à mesure du chauffage du fluide dans le vaporisateur 9 et dans le surchauffeur 7. Dans ce qui précède on a décrit les versions des schémas pour réaliser le procédé proposé pour les centrales nucléaires à deux circuits de refroidissement . Pour les centrales nucléaires à trois circuits de refroidissement utilisant des piles à neutrons rapides refroidies par métal liquide dans les circuits premier et intermédiaire, il est avantageux de réaliser les schémas décrits dans le circuit intermédiaire en utilisant des échangeurs de chaleur entre le premier circuit et le circuit intermédiaire. La mise de la centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité selon l'invention se fait comme suit. En réduisant la production de l'électricité par la centrale nucléaire, on réduit en même temps l'aide des soupapes de régulation 16, 20 (fig. 1), le débit du fluide moteur de façon à maintenir constants les paramètres (pression et vitesse) du fluide en amont de la turbine 17. Simultanément, on débranche, à l'aide des soupapes de régulation 10, 11, 12, dans le circuit 2 de la pile couveuse 8, une partie de la surface d'échange du vaporisateur 9, du côté où le caloporteur en sort, en réduisant ainsi la quantité de chaleur transmise de la pile couveuse 8 au fluide moteur en fonction de la diminution de la production de l'électricité. En même temps, on branche, à l'aide des soupapes de régulation 13; 14 l'échangeur thermique 15 dans le circuit 2 de la pile couveuse à basse température 8, et à l'aide des soupapes de régulation 22 on branche le consommateur de chaleur 21 en évacuant ainsi la chaleur obtenue en plus de la quantité nécessaire au fonctionnement de la centrale nucléaire sous charge réduite. Le branchement de l'échangeur de chaleur 15 a pour conséquence la réduction sensible de la température du caloporteur à ltentrée et à la sortie de la pile couveuse 8, en augmentant sa puissance thermique. Le débit du caloporteur passant à travers la pile couveuse 8 est alors maintenu constant. Dans la version du schéma de la centrale nucléaire représenté sur fig. 2, lors de la mise de la centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité, à la sortie de la pile à haute température 5 on repartit complémentairement le caloporteur en utilisant à cet effet les soupapes de régulation 6, 24 de façon à envoyer dans le surchauffeur 7 sa partie nécessaire à la surchauffe du fluide moteur de turbine jusqu'à la température donnée. Son autre partie est dirigée dans l'échangeur de chaleur auxiliaire 23 récupérateur où la chaleur de cette partie du caloporteur de la pile 5 à haute température est transmise au caloporteur sortant de la pile couveuse 8 à basse température, ensuite cette partie de caloporteur est renvoyée à I'entrée de la pile 5 à haute température. La réalisation des opérations ci-dessus pour la version donnée du schéma donne lieu aux processus représentés par le diagramme TQ de la fig. 6 (courbes de 31 à 35). Dans la version du schéma de la centrale nucléaire représenté sur la fig. 3, lors de la mise de la centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité, on envoie comme milieu chauffant complémentairement, en comparaison avec le schéma représenté sur la fig. I, une partie de caloporteur de la pile 5 à haute température, en la prélevant sur la sortie de cette pile, dans ltéchangeur de chaleur auxiliaire 23, et ensuite, après la transmission de chaleur au caloporteur de la pile couveuse à basse température 8 réalisée dans cet échangeur de chaleur 23, on la dirige, dans la section auxiliaire 25 du vaporisateur 9 où cette partie de caloporteur transmet au fluide moteur de turbine une quantité de chaleur telle que la température du caloporteur devienne égale à la température à l'entrée de la pile 5 à haute température.Puis, en utilisant les soupapes de régulation 26, 27, 28 on prélève sur le point de la section auxiliaire 25, dans le sens de mouvement du caloporteur, où la température du caloporteur devient égale à la température à l'entrée de la pile 5 à haute température et correspond en même temps à la charge partielle de la centrale nucléaire, cette partie de caloporteur en la renvoyant à llentrée de la pille 5 à haute température. Dans la version du schéma de la centrale nucléaire représenté sur la fig. 4, lors de la mise de la centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité, on repartit complémentairement, par comparaison avec schéma représenté sur la fig. 1, à l'aide de l'appareillage de régulation 6, 24, le caloporteur de la sortie de la pile 5 à haute température, de façon qu'une partie de caloporteur nécessaire à la surchauffe du fluide moteur de turbine 17 fonctionnant au régime de production réduite de l'électricité jusqu'à obtenir une température donnée soit dirigée dans le surchauffeur 7. L'autre partie de caloporteur est envoyée dans I'échangeur de chaleur mélangeur auxiliaire 23t où elle est mélangée avec le caloporteur venu de la sortie de la pile couveuse à basse température 8. Après le mélange, la température du caloporteur de la pile couveuse 8 croît. Après le mélange, le flux sommaire de caloporteur est envoyé dans le vaporisateur 9, où il se refroidit en transmettant la chaleur au fluide moteur de turbine.Puis, au flux sommaire de caloporteurlon prélève sur le point, suivant le sens de mouvement du caloporteur de la surface d'échange du vaporisateur 9, où la température du caloporteur devient égale à la température à l'entrée de la pile 5 à haute température et correspond en même temps à la charge partielle de la centrale nucléaire, la partie de caloporteur ajoutée auparavant, en utilisant à cet effet les soupapes de régulation 6 27, 28, et on l'envoie à l'entrée de la pile 5 à haute température. Dans la version du schéma de la centrale nucléaire représentée sur fig. 5, on envoie, à la différence du schéma représenté sur fig. 1, la partie de caloporteur de la sortie de la pile 5 à haute température vers l'entrée de la section 29 à haute température du vaporisateur 9 où cette partie du caloporteur transmet au fluide moteur de turbine une quantité de chaleur telle que la température du caloporteur devienne égale à la température du caloporteur à l'entrée de la pile 5 à haute température.Puis, on prélève,à l'aide des soupapes de régulation 26, 27, 28, sur le point de la section 29 à haute température suivant le sens de mouvement du réfrigérant os la tempéture du caloporteur devient égale à la température à l'entrée de la pile 5 à haute température et correspond en même temps à la charge partielle de la centrale nucléaire, une partie de caloporteur en l'envoyant à ltentrée de la pile 5 à haute température. La réalisation du procédé proposé pour la centrale nucléaire dont la puissance électrique est de 3000 MW comprend deux piles : une pile à neutrons rapides à haute température à combustible oxyde refroidie au sodium et une pile à neutrons rapides à basse température à combustible métallique refroidie au sodium dont le rapport des puissances thermiques est 0,3/0,7 (proportionnellement au rapport des secteurs surchauffeur d'une part et économiseur avec vaporisateur d'autre part), la température minimale du caloporteur après l'échangeur de chaleur 15 étant de 1000C et les paramètres de la vapeur en amont de la turbine étant T = 505 C, P=' 130 atm. on peut ainsi,lors dé la mise de la centrale nucléaire à 507 de puissance électrique nominale, augmenter la vitesse de régénération du conbustible de 30 à 40% . La période de doublement de la pile à basse température diminue de 20" (de 3,7 ans à 3,0 ans). REVENDICATIONS 1. Procédé de mise d'une centrale nucléaire au régime de production réduite de l'électricité comprenant au moins deux piles, dont une au moins est une pile couveuse, qui transmettent la chaleur au fluide moteur de turbine1 consistant en ce qu'en fonction de la charge électrique partielle assignée, on diminue le débit du fluide moteur et la quantité de chaleur transmise des piles au fluide moteur de turbine, c a r a c t é r i s é en ce que les piles sont branchées dans des circuits de refroidissement autonomes pour la transmission successive de la chaleur au fluide moteur de turbine, la pile couveuse étant insérée dans un circuit à plus basse température et la température à l'entrée et à la sortie du caloporteur de la pile couveuse étant diminuée jusqulà la valeur assurant le fonctionnement de la centrale nucléaire sous charge partielle assignee,- grâce à quoi on augmente la puissance thermique de la pile couveuse en évacuant la chaleur excédente. 2. Procédé de mise d'une centrale nucléaire au régime de production réduite d'electricitd selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu'on prélève sur la sortie de la pile insérée dans le circuit à plus haute température une partie de caloporteur utilisée pour chauffer le caloporteur à la sortie de la pile couveuse pour que la température de cette partie de caloporteur devienne égale à la température du caloporteur à l'entrée du réacteur insére dans le circuit à plus haute température, ensuite, on mélange cette partie de caloporteur au caloporteur à l'entrée de la pile insérée dane le circuit à plus haute température. 3. Procédé de mise d'une centrale nucléaire au régime de production réduite d'électricité selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu'on prélève sur la sortie de la pile insérée dans le circuit à plus haute température un partie de caloporteur en l'utilisant pour chauffer le caloporteur à la sortie de la pile couveuse en prenant la quantité maximale de chaleur, de cette partie de caloporteur, puis on utilise cette partie de caloporteur pour chauffer le fluide moteur de turbine en prenant une quantité de chaleur telle, que la température de cette partie de caloporteur devienne égale à la température de caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température et ensuite, cette partie de caloporteur est mélangée au caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température 4.Procédé de mise d'une centrale nucléaire au réprime de production réduite d'électricité selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu on prélève à la sortie de la pile insérée dans le circuit à plus haute température une partie de caloporteur et on la mélange au caloporteur à la sortie de la pile couveuse, puis on utilise le flux sommaire de caloporteur pour chauffer le fluide moteur de turbine en prenant une quantité de chaleur telle que la température de ce flux sommaire devienne égale à la température du caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température, ensuite, on prélève du flux la partie de caloporteur ajoutée auparavant et on la mélange au caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température. 5. Procédé de mise d'une centrale nucléaire au régime de production réduite d'électricité selon la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce qu'on prélève à la sortie de la pile insérée dans le circuit à plus haute température une partie de caloporteur, on utilise cette partie de caloporteur pour chauffer le fluide moteur de turbine en prenant une quantité de chaleur telle que sa température devienne égale à la température du caloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température ensuite, on mélange cette partie de caloporteur au zaloporteur à l'entrée de la pile insérée dans le circuit à plus haute température.