Brevet FR2346815A1 — publié le 19771028

La présente invention concerne une installation de production d'énergie pour desservir un réseau à demande variable, dont la source thermique de base est constituée par un réacteur nucléaire, notamment du type à neutrons rapides, refroidi au sodium liquide. Une installation de ce type comporte généralement une boucle primaire de refroidissement parcourue par du sodium liquide, ladite boucle étant agencée à l'intérieur de la cuve du réacteur. Elle comporte, en outre, au moins une boucle secondaire de refroidissement, également parcourue par du sodium liquide, ladite boucle étant placée en relation d'échange thermique indirect avec la boucle primaire au moyen d'un échangeur de chaleur agencé à l'intérieur de la cuve du réacteur. Le sodium liquide parcourant la boucle secondaire étant inactif, ladite boucle peut sans inconvénient traverser la paroi de ladite cuve. Un générateur de vapeur chauffé au sodium par la boucle secondaire alimente une turbine à vapeur, laquelle entrain un alternateur desservant un réseau de distribution de courant électrique. La puissance électrique fournie au réseau par une telle installation est réglée en adaptant à chaque instant la puissance thermique du réacteur à la demande de courant électrique. L'installation fournit donc une puissance électrique au plus égale à celle qui correspond à la puissance thermique maximale du réacteur. Elle fournit souvent une puissance nettement inférieure. Etant donné que la construction d'un réacteur nucldai- re nécessite un important investissement de capitaux, il est avantageux de faire fonctionner un réacteur en permanence i sa puissance maximale. A cet effet, l'énergie excédentaire produite pendant les heures creuses est souvent easasinée dans des acculumateurs de chaleur pour être ensuite restituée au réseau pendant les heu- res de pointe. Un accumulateur usuel est formé par 'an réservoir rempli par un fluide thermique. Le fluide de remplissage du ré- servoir est chauffé au moyen d'un circuit de charge qui prélève de la chaleur en provenance du réacteur, un circuit de restitution étant adapté pour déverser ladite chaleur sur le réseau. Dans les installations connues, le prélèvement de chaleur steffectue par soutirage de vapeur i la sortie du générateur de vapeur. Une telle disposition présente l'inconvénient de ne restituer au réseau qu'une fraction de l'énergie prélevée, le taux de restitution étant généralement limité à une valeur de l'ordre de 0,75. L'invention a pour but d'éviter un tel inconvénient. Elle consiste essentiellement à prélever de l'énergie à haute température afin d'atteindre un taux de restitution voisin de l'unité. A cet effet, elle prévoit d'effectuer le prélèvement au niveau du courant de sodium liquide parcourant l'une des boucles de refroidIssement. L'invention a plus précisément pour objet une installation thermique de production d'énergie pour desservir un réseau à demande variable, comprenant un réacteur nucléaire, notamment du type à neutrons rapides, au moins une boucle de refroidissement dudit réacteur au sodium liquide, un générateur de vapeur chauffé au sodium liquide par ladite boucle, une turbine alimentée en vapeur par ledit générateur, un accumulateur de chaleur formé par un réservoir rempli par un fluide thermique, un circuit de charge adapté pour prélever, à la demande, de la chaleur en pro venante du réacteur et pour l'emmagasiner dans ledit accumulateur, et un circuit de restitution adapté pour déverser, à la demande, la chaleur emmagasinée dans ledit accumulateur, caractérisé en ce que le circuit de charge est agencé pour prélever de la chaleur au sodium liquide parcourant une boucle de refroidissement du réacteur. Elle a également pour objet une iastallation thermi- que de production d'énergie pour desservir un réseau à demande variable, comprenant un réacteur nucléaire, notamment du type à neutrons rapides, au moins une boucle de refroidissement dudit réacteur au sodium liquide, un générateur de vapeur chauffé au sodium liquide par ladite boucle, une turbine principale alimen tée en vapeur par ledit générateur, un accuulateur de chaleur formé par un réservoir rempli par un fluide thermique, un circuit de charge adapté pour prélever, à la demande, de la chaleur en provenance du réacteur et pour l'emmagasiner dans ledit accumula- teur, et un circuit de restitution adapté pour déverser, à la demande, la chaleur emmagasinée dans ledit accumulateur, caractérisée en ce que d'une part, le circuit de charge est agencé pour prélever de la chaleur au sodium liquide parcourant une boucle de refroidissement du réacteur, et en ce que d'autre part, le circuit de restitution est agencé pour céder ladite chaleur à un générateur de vapeur qui alimente une turbine à vapeur auxiliaire. Le circuit de charge de l'accumulateur de chaleur est avantageusement branché en dérivation sur une boucle de refroi pissement du réacteur. Suivant une forme de l'invention, ledit circuit de charge est raccordé à la partie supérieure de l'accumulateur de manière à alimenter ce dernier en sodium liquide, ledit sodium liquide constituant ainsi le fluide thermique de remplissage du réservoir, et à la partie inférieure dudit accumulateur de manié- re à retourner le sodium liquide vers la boucle de refroidissement. Suivant une autre forme de l'invention, ledit circuit de charge traverse l'accumulateur. Le circuit de charge de l'accumulateur de chaleur est, selon une variante de réalisation, placé en relation d'échange thermique indirect avec une boucle de refroidissement du réacteur au moyen d'un échangeur de chaleur supplémentaire. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant deux formes particulières de réalisation données à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 représente, de façon schématique, une installation réalisée suivant une przziEre forme de l'invention. La figure 2 représente, de façon également schémati- que, une installation réalisée suivant une deuxième forme de l'in vention. Sur la figure 1, on a représenté un réacteur nuclEai- re 1 du type à neutrons rapides. Ce réacteur est refroidi par du sodium liquide parcourant une boucle primaire de refroidissement 2. La boucle 2 comporte une pompe 3 pour assurer la circulation du sodium. Le repère 4 désigne une boucle secondaire de refroidissement, également parcourue par du sodium liquide dont la circulation est assurée par une pompe 5. Les boucles 2 et 4 sont placés en relation d'échange thermique indirect au moyen d'un échangeur de chaleur 6 dans lequel le sodium de la boucle 2 tiède sa chaleur au- sodiu de la boucle 4. Un générateur de vapeur 7, réalisé sous la forme d'un changeur de chaleur, est chauffé au sodium liquide par la boucle 4. Ce générateur alimente une turbine à vapeur 8 qui entraine un alternateur 9, lequel dessert en courant électrique un réseau à demande variable. La turbine 8 est munie d'UR condenseur 10 relié au générateur de vapeur 7 par une ligne 11 sur laquelle sont montés une pompe 12 pour l'alimentation en eau du générateur 7, et un poste de réchauffage 13 de l'eau d'alimentation. Ce poste est chauffé par tout moyen connu, notamment par soutirage de vapeur à la turbine 8. La pompe 3 est avantageusement placée sur le tronçon de la boucle 2 à la température la plus basse, c'est-2-dired la sortie de l'échangeur 6. De maie la pompe 5 est avantageusement placée sur le tronçon de la boucle 4 à la température la plus basse, c'est-à-dire à la sortie du générateur de vapeur 7. La boucle primaire 2 parcourue par du sodium actif, ainsi que 1'd- changeur 6 traversé par un courant de sodium, sont logés à l'in- térieur de la cuve du réacteur 1 représentée schématiquement par la ligne 14. L'installation comporte un accumulateur de chaleur 15 formé par un réservoir doat la partie supérieure est reliée par une conduite 16 au tronçon de la boucle 4 à la température la plus élevée. Une conduite 17 relie la partie inférieure dudit réservoir au tronçon de la boucle 4 à la température la plus basse. Les conduites 16 et 17 définissent le circuit de charge de l'accumula- teur 15 branché en dérivation sur la boucle 4. Le sodium liquide prélevé sur la boucle 4 par la conduite 16 est introduit à la partie supérieure de l'accumulateur 15.A l'intérieur dudit accu mutateur, un niveau de séparation N s'établit entre le sodium chaud et le sodium froid, lequel est renvoyé vers le tronçon de la boucle 4 à la température la plus basse, au moyen de la conduite 17 munie d'une pompe 18. Un mélangeur 19 assure le mélange du sodium ramené dans la boucle 4 par la conduite 17 avec le sodium provenant du générateur de vapeur 7. L'accumulateur 15 est muni d'un circuit de restitution de la chaleur emmagasinée. Ce circuit est formé par deux conduites 20 et 21 respectivement raccordées à la partie supérieure et à la partie inférieure dudit accumulateur. Ces deux conduites sont raccordées à un générateur de vapeur 22 chauffé au sodium par la conduite 20, laquelle introduit dans ledit générateur le sodium liquide prélevé à la partie supérieure de l'accumulateur 15. Le sodium refroidi à la sortie du générateur de vapeur 22 est ramené à la partie inférieure de l'accumulateur 15 par la conduite 21 munie d'une pompe 23 assurant la circulation du sodium dans le circuit de restitution.Le générateur de vapeur 22 est, bien entendu, réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur éventuellement identique au générateur de vapeur 7. De façon analogue au générateur 7, le générateur 22 alimente une turbine à vapeur 24 qui entraine un alternateur 25. La turbine 24 est munie d'un condenseur 26 relié par une ligne 27 à l'entrée du générateur 22. La ligne 27 comporte une pompe 28 pour assurer l'alimentation en eau du générateur 22 et un poste de réchauffage 29 de l'eau d'alimentation. L'accumulateur de chaleur 15 fonctionne comme un accumulateur usuel rempli par un thermofluide classique, le thermo- fluide de remplissage étant ici formé par le sodium liquide prd- levé sur la boucle 4. Pendant la périodede charge, on prélève une partie, ou éventuellement la totalité du débit de sodium chaud inactif qui parcourt la boucle 4. Le sodium ainsi prélevé est introduit par la conduite 16 à la partie supérieure de l'accumulateur 15. Un débit égal de sodium froid, prélevé à la partie inférieure dudit accumulateur, est renvoyé à la boucle 4 par la conduite 17. il se mélange dans le mélangeur 19 au débit résiduel de sodium provenant du générateur de vapeur 7 avant de retourner à l'échangeur 6. Le réacteur 1 fournit audit échangeur sa puissance maximale. La turbine 8, dite turbine principale, fonctionne alors à puissance rd- duite, éventuellement nulle. La différence d'énergie est emraga- sinue dans l'accumulateur 15. Pendant la période de restitution, on arrête le prél6- vexent de sodium sur la boucle 4. La turbine 8 fonctionne alors à pleine charge. Le générateur de vapeur 22 est alors alimenté en sodium chaud par la conduite 20, pratiquement à la même tempéra- ture que le générateur de vapeur 7, les pertes thermiques dans l'accumulateur 15 étant négligeables. La turbine à vapeur 24, dite turbine auxiliaire, est alors alimentée en vapeur dans les mêmes conditions de température et de pression que la turbine principale 8. La disposition que l'on vient de décrire permet de réaliser une installation suivant laquelle la puissance supplé- dentaire délivrée en période de restitution peut atteindre celle délivrée par la turbine principale. Les turbines 8 et 24 sont alors identiques ainsi que les générateurs de vapeur 7 et 22, ce qui constitue UR avantage supplémentaire. Sur la figure 2, on a représenté une variante de l'installation suivant laquelle un échangeur de chaleur 30 supplémentaire est interposé entre la boucle de refroidissement 4 et le circuit de charge de l'accumulateur 15. On a conservé les mêmes repères que sur la figure précédente pour désigner les éléments communs ou équivalents, et l'on se bornera dans ce qui suit à décrire les seules dispositions particulières à cette deuxième forme de réalisation de l'invention. Les conduites 16 et 17 formant le circuit de charge sont ici raccordées à l'échangeur supplémentaire 30 au moyen duquel la boucle de refroidissement 4 est placée en relation d'échange thermique indirect avec ledit circuit de charge. A cet effet, des conduites 31 et 32, respectivement branchées sur les tronçons à haute et basse températures de la boucle 4 sont raccordées à l'échangeur supplémentaire 30. Le mélangeur 19 est aloz disposé au point de branchement de la conduite 32. L'accuulateur 15 est rempli de sodium liquide qui circule en circuit fermé le long des conduites 16 et 17.A la partie supérieure dudit accumu- lateur, le sodium se trouve pratiquement à la même température que le sodium qui parcourt le tronçon de la boucle 4 sur lequel la conduite 31 est branchée. L'installation suivant l'invention présente de multi- ples avantages. Elle permet tout d'abord d'éliminer toute dégradation de l'énergie emmagasinée dans l'accumulateur. Ce dernier restitue une énergie équivalente en qualité et en quantité à celle qui lui a été fournie. Le taux de restitution est donc pratiquement égal à l'unité. Comme cela a déjà été souligné, l'installation permet, par ailleurs, de faire appel à un générateur de vapeur auxiliaire et à une turbine à vapeur auxiliaire respectivement identiques au générateur de vapeur et à la turbine principale qui lui est asso citée. En cas de panne du générateur alimentant la turbine principale, le générateur auxiliaire et la turbine auxiliaire peuvent être utilisés dans les mêmes conditions. L'invention permet en outre d'éviter la mise en oeuvre d'un fluide thermique suppléen- taire. Les exigences de sécurité sont satisfaites du fait que les règles découlant de ces exigences sont déjà appliquées aux circuits de sodium existants. Bien que l'invention ait été décrite en référence à deux formes particulières de réalisation, il va de soi qu'elle n'y est en rien limitée et que des modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son domaine. Le circuit de restitution de la chaleur emmagasinée pourra alimenter un générateur de vapeur tel que 7 et/ou un autre poste d'utilisation de chaleur, par exemple un resurchauffeur pla cé entre un étage haute-pression et un étage basse-pression d'une turbine. Le circuit de charge de l'accumulateur pourra traverser ledit accumulateur repli de sodium liquide, ce dernier étant alors chauffe par échange indirect de chaleur. Les circuits de -charge et de restitution sont alors complètement indépendants. Il est bien entendu possible de prévoir plusieurs boucles secondaires de refroidissement, le prélèvement de chaleur du sodium étant effectué sur l'une quelconque de ces boucles qui se trouvent pratiquement à la même température. Le prélèvement sur la boucle primaire, théoriquement possible, est centre indiqué en raison de la radioactivité du sodium en circulation dans cette boucle. il est également possible de prévoir une installation comportant plusieurs générateurs alimentant une turbine commune on un générateur alimentant plusieurs turbines. L'invention couvre doae, outre les exemples décrits, leurs différentes variantes de réalisation possibles. R E V E N D I C A T I O N S 1 - installation thermique de production d'énergie pour desservir un réseau à demande variable, comprenant un réacteur nucléaire, notamment du type à neutrons rapides, au moins une boucle de refroidissement dudit réacteur au sodium liquide, un générateur de vapeur chauffé au sodium liquide par ladite boucle, une turbine alimentée en vapeur par ledit générateur, un accumulateur de chaleur formé par un réservoir rempli par un fluide thermique-, un circuit de charge adapté pour prélever, à la demande, de la chaleur en provenance du réacteur et pour l'emmagasiner dans ledit accumulateur, et un circuit de restitution adapté pour déverser, à la demande, la chaleur emmagasinée dans ledit accumulateur, caractérisée en ce que le circuit de charge est agencé pour prélever de la chaleur au sodium liquide parcourant une boucle de refroidissement du réacteur. 2 - installation thermique de production d'énergie pour desservir un réseau à demande variable, comprenant un réacteur nucléaire, notamment du type à neutrons rapides, au moins une boucle de re froidissement dudit réacteur au sodium liquide, un générateur de vapeur chauffé au sodium liquide par -ladite boucle, une turbine principale alimentée en vapeur par ledit gdntrateur, un accumula- teur de chaleur formé par un réservoir rempli par un fluide ther- moque, un circuit de charge adapté pour prélever, à la demande, de la chaleur en provenance du réacteur et pour l'emmagasiner dans ledit accumulateur, et un circuit de restitution adapté pour déverser, à la demande, la chaleur emmagasinée dans ledit accumu- lateur, caractérisée en ce que d'une part, le circuit de charge est agencé pour prélever de la chaleur au sodium liquide parcourant une boucle de refroidissement du réacteur, et en ce que d'autre part, le circuit de restitution est agencé pour céder ladite chaleur à un générateur de vapeur qui alimente une turbine à vapeur auxiliaire. 3 - installation suivant l'une des revendications 1 ou 2, caract4- risée en ce que le circuit de charge de l'accumulateur est branché en dérivation sur une boucle de refroidissement du réacteur. 4 - installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le circuit de charge de l'accumulateur est raccordé à la partie supérieure dudit accumulateur de manière à alimenter ce dernier en sodium liquide, ledit solium liquide constituant ainsi le fluide thermique de remplissage du réservoir, et à la partie infé rieure dudit accumulateur de manière à retourner le sodium liquide vers la boucle de refroidissement. s - installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le circuit de charge de l'accumulateur traverse ledit accumu- laveur. 6 - installation suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée est ce que le circuit de charge de l'accumulateur est placé en relation d'échange thermique indirect avec une boucle de refroidissement du réacteur au moyen d1un échangeur de chaleur supplémentaire.