【摘 要】
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聚变能作为一种高效清洁的能源,是目前的理想能源之一,可以有效的满足对能源的需求以及对环境的保护。中国聚变工程实验堆(CFETR)是我国独立自主开展的一项重大工程,其目的为填补国际热核聚变实验堆(ITER)和未来聚变堆DEMO之间的技术不足。其设计目标是要完成第一阶段200MW和第二阶段1.5GW聚变功率运行,等离子体达到长脉冲运行或者稳态运行,实现氚自持以及演示聚变发电等。水冷固态包层是CFETR
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聚变能作为一种高效清洁的能源,是目前的理想能源之一,可以有效的满足对能源的需求以及对环境的保护。中国聚变工程实验堆(CFETR)是我国独立自主开展的一项重大工程,其目的为填补国际热核聚变实验堆(ITER)和未来聚变堆DEMO之间的技术不足。其设计目标是要完成第一阶段200MW和第二阶段1.5GW聚变功率运行,等离子体达到长脉冲运行或者稳态运行,实现氚自持以及演示聚变发电等。水冷固态包层是CFETR候选包层概念之一,承担着能量转换的重要作用。而主回路(PHTS)与水冷包层相连,将包层中热量转移到CFETR装置的外部,并将能量转给二回路用于发电。PHTS在CFETR水冷包层和二回路之间承担了中间枢纽的关键功能,在稳态运行时要确保能够完成水冷包层的冷却要求,同时将转移出的热量传给二回路,为电力转换系统(PCS)提供稳定的能量输入。开展水冷包层主回路系统热工水力设计研究,对CFETR的高效发电和安全运行具有重要意义。本文根据现阶段的水冷包层设计的两个阶段运行目标提出了 PHTS的设计和运行方案。PHTS的设计同时满足200MW和1.5GW聚变功率的设计要求。考虑到CFETR的脉冲工作原理,本文完成了 PHTS的设计方案,将其分为两个独立的子系统,分别为增殖区(BZ)和第一壁(FW)提供冷却。由BZPHTS转移出的热量通过蒸汽发生器(SG)产生蒸汽输送至汽轮机发电,而FWPHTS转移出的热量则通过中间换热器(IHX)传递给中间换热系统(IHTS)存储起来,在间隙时间释放存储的热量,通过蒸汽发生器输送至汽轮机发电。以第二阶段的大功率为设计基础,完成了对PHTS的空间布局、主要管道、SG、IHX、给水泵、稳压器进行了初步的设计,并确定了系统部件的主要参数。基于本文设计的CFETR主回路系统,使用Ebsilon软件建立一套配套发电系统(BOP)的系统模型,模拟BOP系统在两个聚变功率运行阶段的稳态运行状态,系统由PHTS、IHTS和PCS组成,按照本文设计的运行方案,给出了各个部分的详细热工参数。每个运行阶段都按照设计方案,分别模拟了脉冲操作间的运行参数和脉冲间隙时的运行参数。通过Ebsilon的模拟仿真验证了该设计方案可以有效的消除CFETR在运行过程中脉冲到脉冲之间的间隙时间,保证了持续稳定的热功率传递给PCS,避免了周期性功率负荷对电力转换系统各部件的影响。本文针对CFETR水冷包层两个运行阶段,开展了水冷包层主回路热工水力设计和聚变发电演示的研究,相关的研究成果将为CFETR主回路系统多功率运行设计和聚变发电的进一步优化提供方便。图[33]表[14]参[80]
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