Investigation on a new water-steam system with peak-load hydrogen turbine for power units with gas-cooled nuclear reactors

• Autorzy: Uzunow N.

Warianty tytułu

PL

Badanie nowego układu wodno-parowego ze szczytową turbiną wodorową do bloków jądrowych z reaktorami gazowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the investigation presented in this work was to realise complex calculations of a new, combined water-steam system with peak-load hydrogen turbine to be applied in nuclear units with gas-cooled reactors. The system's characteristic feature is the presence of two heat sources: a nuclear steam generator; and a hydrogen-oxygen combustion chamber. The main idea is to create a system capable to operate in two modes, with one or two heat sources, which leads to a significant output change. The investigation included also the overall efficiency of conversion of the nuclear energy, assumed the heat needed for producing hydrogen and oxygen comes from such a source. This part of the work included an analysis of the rationality of hydrogen production and utilisation. An additional aim of the research was to determine the optimal solution regarding the system performance and the capability of its technical realisation. The obtained results are promising: the system performance is very high, and its operating parameters are technically realisable in today's conditions. In addition, it enables an emission-free, dispatchable electricity generation during the daytime demand peak.

PL

Celem przedstawionych badań było przeprowadzenie złożonych obliczeń nowego, kombinowanego układu wodno-parowego ze szczytową turbiną wodorową do zastosowania w blokach jądrowych z reaktorami gazowymi. Cechą charakterystyczną układu jest obecność dwóch źródeł ciepła: jądrowej wytwornicy pary; oraz wodorowo-tlenowej komory spalania. Główną ideą jest stworzenie systemowej możliwości pracy w dwóch reżimach, z jednym lub dwoma źródłami ciepła, co prowadziłoby do znacznych zmian wydajności. Badania objęły również całkowitą sprawność przetwarzania energii jądrowej, przy założeniu, iż ciepło potrzebne do produkcji wodoru i tlenu pochodzi z takiego właśnie źródła. Ta część pracy zawiera analizę racjonalności produkcji i wykorzystania wodoru. Celem dodatkowym badań było określenie rozwiązania optymalnego pod względem osiągów i możliwości technicznej realizacji. Uzyskane wyniki są obiecujące: osiągi układu są na bardzo wysokim poziomie, zaś parametry pracy są w dzisiejszych warunkach w pełni realizowalne. Dodatkowo, układ umożliwia bezemisyjne i dyspozycyjne wytwarzanie energii elektrycznej w czasie dziennego szczytu zapotrzebowania.

Słowa kluczowe

EN

nuclear power; hydrogen turbine; energy storage; overall energy conversion efficiency

PL

energia jądrowa; turbina wodorowa; magazynowanie energii; całkowita sprawność konwersji energii

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. LV, nr 2
• Strony: 143--171
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Uzunow N.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Institute of Heat Engineering, 21/25 Nowowiejska St., 00-665 Warsaw, Poland,

Bibliografia

• [1] World Energy Council: Survey of Energy Resources 2007, http://www.worldenergy.org/publications/survey_of_energy_resources_2007/default.asp .
• [2] Hama J., Iki N., Miller A., Lewandowski J., Badyda K., Kiryk S., and Milewski J.: Hydrogen Gas Turbine - System Thermodynamic Analysis, Scientific Works of the Warsaw University of Technology, OWPW - Publishing House of the Warsaw University of Technology, Mechanics 190, pp. 117-126, Warsaw, 2001.
• [3] Yamaguchi M., Horiguchi M., Nakanori T., Shinohara T., Nagayama K., and Yasuda J.: Development of Large-Scale Water Electrolyzer Using Solid Polymer Electrolyte in WE-NET, Hydrogen Energy Progress XIII, International Association for Hydrogen Energy, vol. I, pp. 274-281, Beijing, 2000.
• [4] LaBar M. P., Shenoy A. S., Simon W. A., and Campbell E. M.: The Gas-Turbine Modular Helium Reactor, General Atomics, http://www.aie.org.au/syd/downloads/The%20GT-MHR.pdf , San Diego, 2004.
• [5] Pebble Bed Modular Reactor (Pty) Ltd of South Africa, http://www.pbmr.co.za .
• [6] Schultz K. R.: Use of the Modular Helium Reactor for Hydrogen Production, World Nuclear Association, 2003 Annual Symposium, 3-5 September, 2003.
• [7] Brown L. C, et al: High Efficiency Generation of Hydrogen Fuels Using Thermochemical Cycles and Nuclear Power, General Atomics Report GA-A24326, March 2002.
• [8] Uzunow N., and Furutani H.: Concept of New, Dual-Path Steam System for Dual-Mode Operation, Proc. of the ASME Turbo Expo 2004, Paper GT2004-53510.
• [9] Furutani H., and Uzunow N.: Medium-Pressure Hydrogen-Oxygen Combustion Turbine Systems for Utilization of Industrial Waste Heat, JSME International Journal, Series B, Vol. 47, No. 2, 2004.
• [10] Uzunow N., and Furutani H.: Study of Application of Steam Recuperation System in Advanced Combined Cycles, Proc. of the 31st Annual Meeting of the Gas Turbine Society of Japan, pp. 49-54, Kitami, Japan, 2003.