Brevet FR2354511A1 — publié le 19780106

La présente invention concerne la mise en oeuvre d'une centrale d'énergie et une centrale d'énergie permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé. La demande énergie électrique varie en général beaucoup au cours de la journée, la demande la plus grande correspondant normalement aux périodes de travail. Ce phénomène pose des problèmes aux générateurs de vapeur et en particulier aux générateurs de vapeur d'origine nucléaire. Le générateur doit avoir initialement une grande dimension afin qu'il corresponde à la puissance maximale en période de pointe. Il doit ensuite fonctionneràcharge partielle, correspondant à une valeur aussi faible que 25 % de la charge maximale, pendant la plus grande partie de chaque jour, et il doit pouvoir passer rapidement entre ses diverses conditions cycliques, tous les jours. Les générateurs de vapeur d'origine nucléaire doivent fonctionner dans un cas idéal à charge constante et maximale afin que le rendement et la durée de l'appareillage soient maximaux. L'invention concerne un procédé permettant un tel fonctionnement d'une centrale d'énergie. La centrale d'énergie selon l'invention comprend un générateur de vapeur d'origine nucléaire destiné à créer de la vapeur saturée ou faiblement surchauffée. Cette vapeur est transmise à un surchauffeur à chauffage direct dans lequel de l'hydrogène et de l'oxygène brtlent directement dans la canalisation de vapeur, dans un bradeur de configuration particulière, si bien que la température de la vapeur d'eau surélève, Le procédé et l'appareil conviennent aux centrales d'énergie d'origine nucléaire, du type à eau pressurisée ou à eau bouillante et en particulier aux réacteurs CANDU modérés par de liteau lourde qui donnent de la vapeur d'eau saturée ou faiblement surchauffée.La centrale énergie, y compris le réacteur nucléaire, le générateur de vapeur et les turbogénératrices peuvent fonctionner constamment à pleine charge. Pendant les périodes de creux de la journée, la plus grande partie de l'énergie créée est utilisée pour la production d'hydrogène et d'oxygène qui sont stockés puis utilisés pour l'augmen tation de la quantité d'énergie nécessaire au réseau de distribution électrique en période de pointe. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma d'une centrale d'énergie réalisée selon l'invention ; et - la figure 2 est une coupe d'un surchauffeur à chauffage direct utilisé dans la centrale représentée sur la figure 1. Sur la figure 1, la référence 10 désigne un générateur de vapeur dtorigine nucléaire qui crée de la vapeur d'eau à basse température. La vapeur saturée ou faiblement surchauffée quitte le générateur par une canalisation 12 et parvient à un surchauffeur 14 à chauffage direct. De lthydrogène et de ltoxygène parviennent directement au surchauffe-lr par les canalisations 16 et 18. Des vannes 17 et 19 règlent l'écoulement dans ces canalisations. Ces vannes sont commandées par un dispositif 21 de commande qui est sensible à la température mesurée dans la tuyauterie 20 de sortie par un dispositif convenable 25 de mesure de la température.Des débitmètres 23 mesurent les débits réels d'oxygène et d'hydrogène transmis au surchauffeur et les signaux correspondants parviennent à la commande 21 qui place les-vannes dans des positions qui assurent le maintien d'un rapport stoechiométrique. L'hydrogène et 7'oxygène brA- lent directement dans la vapeur d'eau qui circule dans le surchauffeur 14 si bien que non seulement la température de la vapeur d'eau est accrue mais aussi sa quantité. La vapeur d'eau surchauffée de la canalisation 20 entratne une turbine 22 et se condense ensuite dans un condenseur 24, la plus grande partie de l'eau étant renvoyée à l'entrée du générateur 10 par une canalisation 29. La turbine entratne une génératrice électrique 27. En période de pointe, la plus grande partie de l'énergie créée est transmise au réseau de distribution électrique. flans les périodes de faible demande, chaque jour, la plus grande partie de l'énergie est redressée par le circuit 33 sous forme d'un courant continu qui est utilisé pour le fonctionnement d'un appareil 26 d'électrolyse qui dissocie l'eau en hydrogène et oxygène élémentaires. L'eau peut parvenir à l'appareil 26 d'électrolyse par une canalisation 31 qui provient du condenseur 24.De l'eau d'appoint peut pénétrer dans le circuit ou un excès peut sistre retiré par une canalisation 28. Ltoxy- gène produit est stocké dans un réservoir 32 sous forme liquide ou gazeuse. L'hydrogène produit est stocké dans un circuit 33 de stockage sous forme gazeuse, sous forme liquide ou sous forme d'un hydrure métallique qui se décompose facilement en libérant l'hydrogène. Des pompes 35 assurent la circulation des gaz vers les zones de stockage et à partir de celles-ci. On se réfère maintenant à la figure 2 qui représente les détails du surchauffeur 14 à chauffage direct. La vapeur saturée ou faiblement surchauffée pénètre dans le bottier 14 par une canalisation 12. L'oxygène pénètre par la tuyauterie centrale 58, et il est évacué par la buse ou par l'injecteur 62. L'hydrogène parvient par la tuyauterie concentrique 54 et est rejeté par le cornet 72. La combustion a lieu dans le manchon 59 de combustion. Celui-ci comprend une série de rangées circonférentielles d'orifices 60 en forme de volets si bien que la vapeur d'eau peut circuler sur les deux faces et peut refroidir le manchon 59 qui n'est pas surchauffé étant donné la combustion qui a lieu à l'intérieur. Une matière catalytique 66 d'allumage, par exemple une gaze de platine, est placée dans un bottiers 68.De petites quantités d'oxygène et d'hydrogène passent dans l'allumeur catalytique, par des orifices 61 et 70 et créent une flamme initiale d'allumage. La gaze de platine peut aussi être remplacée par un allumeur à étincelle d'énergie élevée. Un diffuseur 64 entourant l'injecteur 62 assure le mélange de l'hydrogène, de l'oxygène et de la flamme d'allumage si bien que le brûleur a une flamme stable. L'hydrogène forme un tourbillon imposé par les ailettes radiales inclinées 74 juste avant la sortie du cornet ou pavillon 72, si bien que le mélange avec l'oxygène est facilité. Une extrémité du manchon 59 est fixée à la tuyauterie 54 d'alimentation en hydrogène et est guidée au centre, à l'autre extrémité, par un dispositif de guidage sous forme de pattes 76 d'entretoise qui sont fixées au manchon 59.Ces pattes permettent la dilatation libre du manchon 59, lorsque celui-ci est soumis à la température de combustion qui est bien supérieure à celle du bottier 14. Les parties 75 d'entrée de vapeur du manchon 59 permettent le mélange initial. d'une partie de la vapeur d'eau à faible température avec les produits de combustion si bien que la température- dans le manchon 59 est réduite. Un diffuseur sous forme d'un anneau 80 ayant des ailettes radiales inclinées est placé juste avant un capteur 25 et crée une turbulence, provoquant ainsi le mélange qui donne à la vapeur qui quitte le bottier 14 une température uniforme. On considère maintenant le fonctionnement de la centrale d'énergie. De la vapeur d'eau à basse température est créée dans le générateur de vapeur d'eau d'origine nucléaire, et elle circule vers le surchauffeur 14 par la canalisation 12. De l'hydrogène et de l'oxygène pénètrent constamment directement dans la vapeur et y br0lentsi bien que la température de la vapeur d'eau augmente. Le produit final de la combustion de l'hydrogène et de l'oxygène est de l'eau surchauffée à température très élevée si bien que la quantité de vapeur d'eau qui quitte le surchauffeur 14 est supérieure à la quantité qui a pénétré. Pendant les heures de pointe, toute 11 électricité formée est exportée vers le réseau de distribution électrique. Pendant les périodes de creux, une quantité réduite d'électricité est exportée et la plus grande partie est utilisée pour la commande de l'appareil 26 d'électrolyse qui forme de l'hydrogène et de ltoxygène qui peuvent etre conservés dans les circuits 32 et 34 de stockage. Dans un exemple d'opération, un générateur de vapeur 10 d'origine nucléaire peut produire constamment une quantité suffisante de vapeur d'eau saturée ou faiblement surchauffée pour la production de 800 MW d'électricité. La combustion d'hydrogène et d'oxygène dans le surchauffeur 14 et la transmission à la turbine de vapeur d'eau surchauffée permettent l'augmentation importante de la puissance, en période de pointe chaque jour, par exemple entre 7 h et 17 h. Pendant la période restante, c'est-à-dire la période à faible charge ou de creux, le reste de l'électricité produite peut & re utilisé pour la commande de l'appareil 26 d'électrolyse qui forme de l'hydrogène et de l'oxygène. La centrale décrite précédemment peut non seulement fonctionner aussi efficacement que possible en période de pointe, mais possède aussi d'autres avantages. Etant donné que la vapeur saturée quittant le générateur de vapeur d'origine nucléaire est considérablement surchauffée, le fonctionnement de la turbine à vapeur est nettement amélioré par réduction de l'humidité dans les étages intermédiaire et à faible pression. En outre, aucun séparateur dthumidité entre les étages de turbine ou aucun réchauffeur de vapeur vive n'est nécessaire. L'entretien de la turbine est aussi réduit car l'érosion est réduite, celle-ci étant provoquée normalement par l'humidité contenue dans la vapeur d'eau à la température de saturation. L'utilisation de vapeur d'eau surchauffée permet aussi un fonctionnement de la turbine à plus grande vitesse si bien que la dimension et le coflt de la turbine sont réduits. En outre, la centrale peut produire de l'eau enrichie en deutérium ou de l'eau très pure qui constitue un sous-produit de l'appareil d'électrolyse. La centrale permet aussi la production d'énergie en quantité nettement accrue sans augmentation de façon notable de la pollution thermique de l'eau de refroidissement des condenseurs puisque la quantité de vapeur condensée est pratiquement la même, que la turbine reçoive de la vapeur d'eau saturée ou surchauffée, et les investissements nécessaires pour le condenseur sont les mames. REVENDICATIONS 1. Procédé de mise en oeuvre d'une centrale d'énergie comprenant un générateur de vapeur d'eau et un surchauffeur à chauffage direct, ledit procédé étant caractérisé en ce que le générateur de vapeur produit de la vapeur. d'eau à basse température, et,en période de demande de pointe, de l'hydrogène et l'oxygène brûlent directement dans la vapeur d'eau qui circule dans le surchauffeur, et en période de demande partielle, une partie de l'énergie électrique produite est utilisée pour la formation d'hydrogène et d'oxygène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité d'énergie électrique produite est toujours la mime. 3. Centrale d'énergie, caractérisée en ce que son fonctionnement met en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 et 2, et le générateur de vapeur tire son énergie d'un réacteur nucléaire. 4. Centrale d'énergie, caractérisée en ce que son fonctionnement comprend la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, et elle comprend un appareil d'électrolyse destiné à produire de l'hydrogène et de l'oxygène.