一种一体化核氢转换系统的制作方法

1.本发明涉及核电及氢能源转换一体化技术领域，具体为一种一体化核氢转换系统。


背景技术：

2.现有第三代核电站存在安全隐患，环保性差，效率低下，产生大量核废料等严重缺陷。其根本原因是：
3.1、第三代核电技术落后，是上世纪五六十年代的落后技术，至今没有重大改进。
4.2、第四代核电技术，虽然比第三代核电技术核燃料效率有所提高，但是仍然延续了第三代核电技术基本理念，技术方案没有大的改进，因此安全性及环保性能仍然没有得到彻底解决，核燃料利用效率依然很低，仍然会产生大量核废料。
5.3、所有现有核电站都是单一发电，没有进行综合利用。所以综合效益都非常低。风能、太阳能、水力能等可再生能源因受天气气候地理环境影响，不太可能保障人类用电安全和可靠性。化石能源和燃煤电厂大量排放二氧化碳已经造成地球变暖、污染大气环境，对人类生存环境造成严重威胁。
6.人类急需找到一种能够满足全人类生存生活和发展需求的清洁能源。这个清洁能源就是核能和氢能。核氢转换一体化把核能和氢能转换有机结合，把二者优势发挥到了极致，核能能量巨大，不排放二氧化碳，核燃料地球藏量丰富，可以供全人类使用万年，氢能由电解水而来，水资源来源丰富，氢氧用完后生成的还是水，无任何污染，且用途广泛，可再生、可循环、可持续、可运输、可转换、无污染，取之不尽用之不竭，是人类最理想的永久清洁能源。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供了一种一体化核氢转换系统，以解决上述背景提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一体化核氢转换系统，包括核氢转化一体化系统，第五代核电站系统，核氢转换智能控制装置，光缆传输数字智能模块化控制模块，所述核氢转化一体化系统包括球形核燃料、第五代核电站、氢氧分离提纯器；
9.所述球形核燃料与第五代核电站连接，所述第五代核电站连接有供电/制氢智能控制装置，所述供电/制氢智能控制装置连接有国家高压电网和智能电解水制氢装置，所述国家电网连接有电网用户，所述智能电解水制氢装置与氢氧分离提纯器连接，所述氢氧分离提纯器连接有氢气液化装置和氧气储存罐，所述氢气液化装置连接有大型地下储氢库，所述大型地下储氢库连接有氢燃料用户，所述氧气储存罐连接有氧气用户。
10.优选的，所述第五代核电站系统包括中子发生器、球床型反应堆、蒸汽发生器、冷凝器、供热站热交换器；所述球床型反应堆设置于蒸汽发生器的内部，所述球床型反应堆和蒸汽发生器为一体结构，所述球床型反应堆的外部设置有热交换器，所述中子发生器设置
在球床型反应堆的内部，所述蒸汽发生器分别连接有汽轮机、回水泵和核燃料再生核燃料系统，所述汽轮机连接有发电机，所述冷凝器分别和汽轮机，回水泵，供热站热交换器连接，所述供热站热交换器连接有居民供暖系统，所述球床型反应堆连接有核废料后处理核燃料再生系统，所述核废料后处理核燃料再生系统连接有核废料资源化再利用系统和核废料再生核燃料系统，所述核废料再生核燃料系统与球床型反应堆连接。
11.优选的，所述核氢转换智能控制装置包括发电厂、电网指令分离器；所述发电厂和电网指令分离器连接，所述电网指令分离器分别连接有国家电网和智能电力分配控制器，所述智能电力分配控制器连接有智能电解制氢调节控制器，所述智能电解制氢调节控制器连接有电解制氢装置。
12.优选的，所述光缆传输数字智能模块化控制模块包括国家电网中央监控系统，光缆链接器；所述国家电网中央监控系统与光缆链接器连接，所述光缆链接器连接有智能控制模块和光缆链接扩展连接器，所述光缆链接扩展连接器连接有n+光缆传输数字智能模块，所述智能控制模块连接有调试用笔记本电脑、执行部件和传感器。
13.优选的，所述调试用笔记本电脑，通过ubs数据线进行在线或离线调试，所述光缆链接器和智能控制模块通过光缆双向信号连接，所述国家电网中央监控系统和光缆链接器双向信号连接，所述智能控制模块和调试用笔记本电脑、执行部件和传感器均双向信号连接。
14.优选的，所述第五代核电站系统设置与地下深处。
15.优选的，所述核氢转换智能控制装置生成的液化氢是储存在巨型地下储氢库中。
16.优选的，所述球床型反应堆是亚临界反应堆，所述球床型反应堆是由中子发生器控制的。
17.本发明提供了一种一体化核氢转换系统。具备以下有益效果：
18.(1)、本发明具有超安全、超环保、超高效、无核废料。彻底解决核电站的安全问题环保问题，确保核电站在任何情况下都不会发生严重核事故，真正做到核电站零污染零排放。即使在核电站完全废弃后也能立即恢复地表生态，不像现有的第三、四代核电站废弃核电站长期占用土地不能拆除，长期不能恢复地表生态，污染环境。超高效的第五代核电站采取多项措施，把效率比第三代第四代核电站效率高100倍以上。发相同数量的电力，核废料只有第三代第四代核电站核废料的不足1％，即使这极少量的核废料，再进行资源化再利用，最终实现完全无核废料。
19.(2)、本发明具有核电站、城市供暖、核氢转换一体化，在向电网供电的同时充分利用核电站的热能向城市供暖和工农业供热。同时充分发挥核电站的发电潜力，在电网的非用电高峰期，核电站仍然保持高效满发，用强大的核电制氢，把强大的核电转换成氢能源。满足人类发展对清洁能源的需求。
附图说明
20.图1是核氢转换一体化系统构成示意图
21.图2是第五代核电站系统构成示意图
22.图3是核氢转换智能控制装置示意图
23.图4是光缆传输数字智能模块化控制模块示意图
24.图中：101、核氢转化一体化系统；102、第五代核电站系统；103、核氢转换智能控制装置；104、光缆传输数字智能模块化控制模块；1、球形核燃料；2、第五代核电站；3、供电/制氢智能控制装置；4、国家高压电网；5、电网用户；6、智能电解水制氢装置；7、氢氧分离提纯器；8、氧气储存罐；9、氧气用户；10、氢气液化装置；11、大型地下储氢库；12、氢燃料用户；13、居民供暖系统；14、核废料后处理核燃料再生系统；15、核废料资源化再利用系统；16、核废料再生核燃料系统；17、中子发生器；18、球床型反应堆；19、蒸汽发生器；20、热交换器；21、汽轮机；22、发电机；23、供热站热交换器；24、冷凝器；25、回水泵；26、发电厂；27、电网指令分离器；28、国家电网；29、智能电力分配控制器；30、智能电解氢调节控制器；31、电解制氢装置；32、国家电网中央监控系统；33、光缆链接器；34、智能控制模块；35、执行部件；36、传感器；37、n+1光缆传输数字智能模块；38、调试用笔记本电脑；39、光缆链接扩展连接器。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例一：
27.如图1核氢转换一体化所示,将球形核燃料1，添加到第五代核电站系统2的蒸汽发生器(图2)19内的球床型反应堆18中，球形核燃料1在中子发生器17(图2)的控制激发下发生链锁反应，产生热量，通过热交换器20把一回路核燃料产生的热能传给二回路蒸汽发生器19，产生高温高压蒸汽推动汽轮机21，汽轮机21带动发电机22发电，电力经供电/制氢智能控制器3根据电网的供电需求，优先满足电网需求保障电网供电，在满足电网供电的前提下，保持发电机22(图2)高效满发，然后将发电机22发出的多余电力经智能电解水制氢装置6用于制氢，电解水生成的氢和氧经氢氧分离提纯器7分离提纯，氧气送到氧气储存罐8储存，供给氧气用户9使用，经氢氧分离提纯后的氢气经液化装置10液化后送至大型地下储氢库11储存，然后运往氢燃料用户12。
28.图2中14是核废料后处理核燃料再生系统，核废料后处理核燃料再生系统16生成的再生核燃料球1可再循环添加到，不停堆添加核燃料球床型反应堆18中，实现核燃料多次循环利用，可以把核燃料的综合利用效率提高100倍以上；经核废料后处理核燃料再生系统14最终剩余的核废料，经核废料资源化再利用系统15再进行资源化再利用，最终实现完全无核废料；17是中子发生器，其作用是像汽车电子点火器那样，向反应堆中的核燃料发射中子，使反应堆在亚临界状态也能发生链锁反应，由中子发生器发射的中子，点燃反应堆中的核燃料，进而核燃料发生链锁反应；反应堆中的核燃料在中子发生器连续发射的中子流的激发下，连续进行连锁反应，从而产生大量热能，由热交换器20加热二回路蒸汽发生器19中的软水，产生高温高压蒸汽驱动汽轮机21带动发电机22发电；图2中的中子发生器17、球床型反应堆18、蒸汽发生器19、热交换器20为反应堆蒸汽发生器一体化，中子发生器17、反应堆18、热交换器20一起置于蒸汽发生器19的外壳内；图2中24是冷凝器，其作用是把汽轮机21排出的低压水蒸汽凝结为水，经回水泵25回送到蒸汽发生器19中再加热，产生新的高温高压蒸汽推动汽轮机进行新的做功循环；冷凝器24排出的废热通过供热站热交换器23把核
电站的废热传递给城市居民供暖系统和供工农业用热；进一步提高核电站的综合利用率，同时也提高了环保效益。
29.图3是核氢转换智能控制模块原理示意图，图中发电厂26发出的满负荷电力，经过智能电力分配控制器29，同时把发电厂26发出的满发电力，根据电网和制氢的不同需求，适时优先把电力供给电网，同时把发电机的富余产能供给制氢，始终保持发电厂满负荷高效发电。不受电网用电峰谷的影响。受影响的只是制氢用电的大小；这是最合理的设计方案，因为这样作既可以最大限度把发电厂的发电潜能发挥到极致，又能最大限度的满足电网的供电稳定性和可靠性又可以提高电网的安全性；既能满足大量制氢需求又不必为了制氢投入大量基础建设，以最小的投入、最快的速度、最低的成本获得大量低成本的氢能源。
30.图4是光缆传输数字智能控制模块示意图，图中32是国家电网中央监控系统，33是光缆链接器，其作用是把国家电网中央监控系统32的控制信息传给智能控制模块34，同时也可以把智能控制模块34中的信息通过光缆传输给监控中心国家电网中央监控系统32，智能控制模块34可以通过执行部件35和传感器采集工农业数据，传输给国家电网中央监控系统32，并把国家电网中央监控系统32的指令传送给执行机构36；完成工农业生产的智能控制过程。图4中39是光缆链接扩展连接器，37是n+1光缆传输数字智能模块，n+1光缆传输数字智能模块37通过光缆链接扩展连接器无限向下延申向上链接，组成光缆传输数字智能控制系统，调试用笔记本电脑38，通过ubs数据线进行在线或离线调试；这种工业智能控制系统，适用范围广，传输速度快，抗干扰能力强，智能化水平高，体积小可靠性高，可以节省95％以上的电线电缆，即插即用，施工速度快，制造成本低。是一种智能通用工业控制模块，是我公司的另一项重要发明专利；核氢转换一体化发明专利采用光缆传输智能数字控制模块控制系统，将对我国工业控制系统智能化是一次巨大的引领和推动。
31.综上所述，这样作有十一大好处：一、提高了核反应堆的安全性，把中子发生器17、球床型反应堆18、蒸汽发生器19、热交换器20一体化，把中子发生器17、球床型反应堆18、热交换器20置于蒸汽发生器19的增强型外壳内，对中子发生器17、球床型反应堆18、热交换器20起到了坚强的防护和保护作用，大大增强了反应堆的安全性，二、提高了球床型反应堆18的热效率，由于球床型反应堆18是置于蒸汽发生器19内，热交换器20直接把一回路反应堆18所产生的热量直接加热二回路，蒸汽发生器19的水产生水蒸气，没有了中间管道传输损耗，也可以有效提高球床型反应堆18的热效率。三、可以提高反应堆的防幅射能力，球床型核反应堆18置于蒸汽发生器19内，四周有水包围着，水可以阻止放射性泄漏，增强型蒸汽发生器19的金属外壳更是大大增强了放射性幅射防护作用。四、大大简化了反应堆的结构，如图所示球床型反应堆18和热交换器20、中子发生器17同为一个整体，没有第三代、第四代核反应堆复杂的机械控制棒控制系统，五、在加强型蒸汽发生器19外壳的保护下可以大大提高蒸汽发生器19的蒸汽压力，进一步提高蒸汽的热工转换效率。六、把核燃料的热效率提高到极致，球床型核反应堆18是受中子发生器激发控制工作的，所以球床型反应堆18中的核燃料的每一个中子都可以用来产生热量都可以用来作功，不像第三代、第四代反应堆那样，用复杂的控制棒来吸收大量本可以用于产生热量的中子，不浪费一个中子，使每一个中子都用来作功，大大提高了核燃料的利用效率。七、不停堆添加核燃料球床型反应堆，采用不停堆自动添加核燃料球，始终把反应堆中核燃料装量保持在一个合理的水平，使反应堆始终运行在最佳运行状态。八、不停堆添加核燃料球床型反应堆，在添加核燃料和排出核废料
时不需停堆，不影响核电站正常发电，大大提高了核电站的运行效率。九、由于添加核燃料和排出核废料都是在密封条件下进行，所以完全没有第三代核电站、第四代核电站那样必须定期打开反应堆更换核燃料棒，造成的放射性泄漏核污染。十、由于球床型反应堆18在不停堆条件下运行，新核燃料球是从反应堆顶部加入，核废料是从反应堆底部排出，核燃料球都是在反应堆中完全燃烧后，才从反应堆底部排出，所以反应堆和核燃料的效率极高。十一、球床型核反应堆18是采用高温气冷球床型反应堆，可以把蒸汽发生器19的蒸汽温度加热到630℃以上,达到火力发电厂的超超临界的最高效水平。所以第五代核反应堆的综合效率要比第三代、第四代反应堆综合效率高一百倍以上，而且更安全更环保，总投资更少，建设周期更快，经济效益更好。
32.上述第五代核电站综合效益已经比第三代、第四代提高了一百倍以上，再加上核电站与氢能源转换一体化，把核电站非用电高峰的发电潜能都发挥出来用于制氢，转换为清洁能源氢，储存起来，又可成倍提高核电站的运行效率和经济效益。这就大大降低了核电站的发电成本，进而可以大幅降低绿氢能源的生产成本，使绿氢能源和石化能源相比更具竞争力，进而加快清洁能源的推广普及，为节能减排，保护大气环境，进而阻止地球变暖，为保护人类生存环境作出贡献。
33.实施例二：
34.本发明的核氢转换一体化也可以用于与现有的第三代、第四代核电站相结合，组成核氢转换一体化，也能把现有的第三代、第四代核电站的运行效率和经济效益成倍提高。把大量的剩余发电产能发挥到极致，生产出大量清洁能源氢，向社会供给更丰富的清洁能源。
35.实施例三：
36.本发明的发电厂氢能源转换一体化，还可以用于将燃煤发电厂的剩余潜能转化为氢能源。同时对燃煤发电厂进行技术改造，将燃煤电厂产生的二氧化碳回收加氢转化为甲醇，甲醇是一种比较环保的清洁能源。不但解决了燃煤发电厂的二氧化碳排放，还增加了燃煤发电厂的经济效益，既环保又增加了燃煤电厂的经济效益，一举两得。
37.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。