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小型铅冷快堆耦合铜氯循环制氢系统的性能分析

小型铅冷快堆耦合铜氯循环制氢系统的性能分析

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作者：陈佩言东北电力大学

学位级别：硕士

随着氢气需求的持续增长,以及需要更清洁的能源来代替化石能源的趋势,发展氢气经济成为一个日益增长的国际问题。经过半个多世纪的发展,人们已经掌握了日益先进、不断成熟的核技术,核能是低碳、高效的一次能源,目前,核能已经成为当前人... 详细信息

随着氢气需求的持续增长,以及需要更清洁的能源来代替化石能源的趋势,发展氢气经济成为一个日益增长的国际问题。经过半个多世纪的发展,人们已经掌握了日益先进、不断成熟的核技术,核能是低碳、高效的一次能源,目前,核能已经成为当前人类大规模工业制氢的最佳选择。与其他制氢技术相比,核能制氢具有无温室气体排放、高效、可实现大规模制氢等诸多优势。核能制氢便是将核反应堆与先进制氢工艺耦合,使能源生产和利用的过程基本实现洁净化,实现氢的大规模生产。本文基于Matlab-Simulink对小型铅冷快堆耦合铜氯循环制氢系统进行建模。首先,研究了小型铅冷快堆耦合铜氯循环制氢系统运行参数对综合系统以及不同能量转换系统的性能影响。分析了关键运行参数温度、压力和分流比的影响。研究结果表明,提高反应堆子系统的压力比有利于提高系统的整体性能。并且经过4种能量转换系统的对比研究,再热布雷顿循环综合效率最高,能够达到47%,最适合与小型铅冷快堆耦合制氢。其次,建立了（火用）分析模型。对小型铅冷快堆耦合铜氯循环制氢系统及其子系统的（火用）效率、（火用）损等重要经济指标进行计算和评估。研究结果表明,系统的能量效率为21.3%,（火用）效率为40.9%。整个系统可以2.34 g/s的速率产生压缩氢气,并生产53.9 k W的电能。系统的能源均化成本为0.04252$/k W·h。其中,设备的总资本投资和系统的运行维护分别占比63%和30%。系统最大的投资成本是小型铅冷快堆和铜氯循环,分别占比49%和37%。最后,对小型铅冷快堆耦合铜氯循环制氢系统进行了优化分析。利用CSA-BPSO求解获得了系统关键参数。据此进行了系统性能的优化对比研究。研究结果表明,优化系统的循环效率对比传统结果与朗肯结果分别提升了1.21%和2.04%。通过控制系统的的负载变化可实现对分流比的控制,从而能够实现较高的循环效率。

关键词：小型铅冷快堆铜氯循环制氢再热布雷顿循环性能分析系统优化

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