特表 2024-541556 原子炉電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-08

(54)【発明の名称】原子炉電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 11/00 20060101AFI20241031BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H02J11/00

H02J7/00 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024531543

(86)(22)【出願日】2023-03-29

(85)【翻訳文提出日】2024-05-27

(86)【国際出願番号】 CN2023084624

(87)【国際公開番号】W WO2023185909

(87)【国際公開日】2023-10-05

(31)【優先権主張番号】202210342916.X

(32)【優先日】2022-04-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523214188

【氏名又は名称】上▲海▼核工程研究▲設▼▲計▼院股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(72)【発明者】

【氏名】リュウ チャン

(72)【発明者】

【氏名】シュエ シャンフー

(72)【発明者】

【氏名】チャン メンウェイ

(72)【発明者】

【氏名】ニー ダン

(72)【発明者】

【氏名】チャン クン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン ボー

(72)【発明者】

【氏名】カオ ケーメイ

(72)【発明者】

【氏名】マー タオ

(72)【発明者】

【氏名】ファン ガオフェン

(72)【発明者】

【氏名】スン ハオ

【テーマコード（参考）】

5G015

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G015GB05

5G015JA56

5G015KA14

5G503AA05

5G503AA07

5G503BA01

5G503BB01

5G503DA05

(57)【要約】

本発明に係る原子炉電源システムは、常用交流電源を含む交流電源システムと直流電源システムを備える。常用交流電源は、高電圧バス、低電圧バス、変圧装置を含み、高電圧バスには、小型原子炉モジュールにから電力が供給され、高電圧バスは変圧装置で変圧され、低電圧バスに電力を供給する。直流電源システムは、ＡＣ／ＤＣコンバーター、直流バスとバッテリを含み、ＡＣ／ＤＣコンバーターは、低電圧バスに接続され、低電圧バスから供給される交流電力を直流電力に変換し、直流バスを通じてバッテリを充電する。本発明は、小型原子炉の原子力エネルギーの綜合利用と合理的な電力供給を実現し、小型原子炉の応用範囲を広げ、原子力エネルギーの電力供給の信頼性を高める。先端的な小型原子炉の受動的設計を更に用い、高安全クラス電源装置を採用せず、小型原子炉の安全性と経済性をさらに高めることができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

常用交流電源を含み、前記常用交流電源が小型原子炉モジュールと接続し、外部電力網に電力を供給する交流電源システムと、
発電所通常運転時に交流電源が停止した時に、発電所の所定の負荷に継続的に電源を供給する直流電源システムと、
を備え、
前記常用交流電源は、高電圧バス、低電圧バス、変圧装置を含み、前記高電圧バスには、前記小型原子炉モジュールから電力が供給され、前記高電圧バスは前記変圧装置で変圧され、前記低電圧バスに電力を供給し、
前記直流電源システムは、ＡＣ／ＤＣコンバーター、直流バスとバッテリを含み、前記ＡＣ／ＤＣコンバーターは、前記低電圧バスに接続され、前記低電圧バスから供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流バスを通じて前記バッテリを充電する
ことを特徴とする原子炉電源システム。

【請求項2】

前記交流電源システムは予備交流電源をさらに含み、前記予備交流電源はディーゼル発電機を含み、前記ディーゼル発電機は、前記低電圧バスに接続され、前記常用交流電源が利用できないときに前記直流バスに電力を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の原子炉電源システム。

【請求項3】

前記予備交流電源はさらに補助交流電源を含み、前記補助交流電源は補助発電機により電力を生成し、前記小型原子炉モジュールのコールドスタートに電力を供給し、前記高電圧バスに電力を供給する
ことを特徴とする請求項２に記載の原子炉電源システム。

【請求項4】

前記直流電源システムは予備直流電源をさらに含み、前記予備直流電源は、ディーゼル発電機が利用できないときに、前記バッテリを充電する
ことを特徴とする請求項１に記載の原子炉電源システム。

【請求項5】

前記バッテリは高信頼性バッテリを含み、前記高信頼性バッテリは、発電所の通常運転時と交流電源が停止した時に、発電所の共通負荷、前記小型原子炉モジュールの各モジュール保護システムとその関連負荷に電力を供給する
ことを特徴とする請求項４に記載の原子炉電源システム。

【請求項6】

前記バッテリは常用バッテリを含み、前記常用バッテリは小型原子炉モジュールの安全性に関わらない負荷に電力を供給し、前記電力は複数のモジュールに共有される
ことを特徴とする請求項４に記載の原子炉電源システム。

【請求項7】

前記予備直流電源は、燃料電池又はモバイル電源を含む
ことを特徴とする請求項４に記載の原子炉電源システム。

【請求項8】

前記高電圧バスは、外部電力網、マイクロ電力網または専用負荷に接続され、電力を供給する
ことを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の原子炉電源システム。

【請求項9】

前記マイクロ電力網は、風力と太陽光のハイブリッド発電、海水淡水化、電気分解による水素製造又はエネルギー貯蔵負荷を含む
ことを特徴とする請求項８に記載の原子炉電源システム。

【請求項10】

前記電気分解による水素製造は、燃料電池に水素を供給する
ことを特徴とする請求項９に記載の原子炉電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２２年０４月０２日に出願された、発明の名称が「原子炉電源システム」である、中国特許出願２０２２１０３４２９１６．Ｘ、の優先権を主張し、当該出願の全ての内容が引用によって本願に組み込まれる。

【0002】

技術分野
本発明は、原子炉電力供給技術分野に関わり、特に原子炉の電源システムに関する。

【背景技術】

【0003】

近年、クリーンで低炭素化は世界のエネルギー産業発展の主流となっており、中国はエネルギー構造の転換を積極的に推進し、特に、原子力エネルギーは、クリーンエネルギーの中に重要な役割を果たし、また、他のクリーンエネルギーと協同に成長する局面は急速に形成されている。風力発電や太陽光発電のようなクリーンエネルギーの急速な発展に伴い、安定的でベースとなるエネルギー源は風力・太陽光発電と互いに補って発展することが必要とされ、原子力はその出力の安定性から風力発電や太陽光発電との補い合いに適している。

【0004】

小型原子炉は、そのモジュール性や様々な場面に応用できるなどの特徴から、その研究開発は国内外で注目されている。国際原子力機関の定義によれば、小型原子炉とは、一般的に、出力３００ＭＷｅ未満の原子炉を指し、一般的にモジュール化設計を採用し、比較的に柔軟な配置ができ、建設費用が比較的に低い。先端的な小型原子炉は、通常、受動的設計を採用し、また、小型原子炉の事故軽減や事故後の保護システムに関わる設備に対する電力供給も非常に重要であり、事故後に高信頼性の電力供給は事故の影響を効果的に軽減することができる。

【0005】

従来の原子炉電力供給システムは、応用場面が少なく、高安全クラス給電電源が採用され、発電所の建設と運転の経済性が悪く、原子炉の安全性と原子力エネルギーの応用範囲が影響される。

【発明の概要】

【0006】

本発明は、上記課題を解決するために、高安全クラス交流電源、直流電源に依存せず、信頼性の高い小型原子炉電力供給システムの設計を実現でき、安全性と経済性を高め、小型原子炉による原子力エネルギーの綜合利用を実現できる原子炉電源システムを提供する。

【0007】

本発明の原子炉電源システムは、常用交流電源を含み、常用交流電源が小型原子炉モジュールと接続し、外部電力網に電力を供給する交流電源システムと、発電所通常運転時に交流電源が停止した時に、発電所の所定の負荷に継続的に電源を供給する直流電源システムと、を備える。そして、常用交流電源は、高電圧バス、低電圧バス、変圧装置を含み、高電圧バスには、小型原子炉モジュールから電力が供給され、高電圧バスは変圧装置で変圧され、低電圧バスに電力を供給する。直流電源システムは、ＡＣ／ＤＣコンバーター、直流バスとバッテリを含み、ＡＣ／ＤＣコンバーターは、低電圧バスに接続され、低電圧バスから供給される交流電力を直流電力に変換し、直流バスを通じしてバッテリを充電する。

【0008】

好ましくは、交流電源システムは予備交流電源をさらに含み、予備交流電源はディーゼル発電機を含み、ディーゼル発電機は、低電圧バスに接続され、常用交流電源が利用できないときに直流バスに電力を供給する。

【0009】

好ましくは、予備交流電源はさらに補助交流電源を含み、補助交流電源は補助発電機により電力を生成し、小型原子炉モジュールのコールドスタートに電力を供給し、高電圧バスに電力を供給することもできる。

【0010】

好ましくは、直流電源システムは予備直流電源をさらに含み、予備直流電源はディーゼル発電機が利用できないときに、バッテリを充電する。

【0011】

好ましくは、バッテリは高信頼性バッテリを含み、高信頼性バッテリは、発電所の通常運転時と交流電源が停止した時に、発電所の共通負荷、小型原子炉モジュールの各モジュール保護システムとその関連負荷に電力を供給する。

【0012】

好ましくは、バッテリは常用バッテリを含み、常用バッテリは小型原子炉モジュールの安全性に関わらない負荷に電力を供給し、電力は複数のモジュールに共有される。

【0013】

好ましくは、予備直流電源は燃料電池又はモバイル電源を含む。

【0014】

好ましくは、高電圧バスは、外部電力網、マイクロ電力網または専用負荷に接続され、電力を供給する。

【0015】

好ましくは、マイクロ電力網は、風力と太陽光のハイブリッド発電、海水淡水化、電気分解による水素製造、エネルギー貯蔵負荷を含む。

【0016】

好ましくは、電気分解による水素製造は燃料電池に水素を供給する。

【0017】

本発明に係る原子炉電源システムは、小型原子炉の原子力エネルギーの綜合利用と合理的な電力供給を実現し、小型原子炉の応用範囲を広げ、原子力エネルギーの電力供給の信頼性を高める。先端的な小型原子炉の受動的設計をさらに用い、高安全クラス電源装置を採用せず、小型原子炉の安全性と経済性をさらに高める。また、小型原子炉の受動的設計は、高安全クラス交流／直流電源システムに依存せず、発電所外の海水淡水化や、電気分解による水素生成などの負荷への電力供給、あるいは風力・太陽光ハイブリッド発電を互いに補うベース・エネルギー源とし、また、専用負荷への電力供給、例えば、アイランド電力供給に用いられ、原子力エネルギーの総合利用を実現し、小型原子炉の原子力発電のコストを効果的に削減し、経済性を高めることができる。

【0018】

なお、上記記載と下記の詳細的な説明は、例示的なものであり、本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0019】

本願発明をより明確に説明するため、以下、本願の実施形態で用いられる図面を簡単に説明する。以下に説明する図面は本願の一の実施形態に過ぎず、当業者は、以下の図面に基づき、創造的な労働を経ずに他の実施例を得ることができる。

【0020】

【図1】図１は本発明の具体的な実施例の原子炉電源システムの概略図である。

【符号の説明】

【0021】

１００ 交流電源システム
１０５ 予備交流電源
１１０ 常用交流電源
１１５ ディーゼル発電機
１２０ 補助交流電源
１２５ 補助発電機
１３０ 高電圧バス
１４０ 低電圧バス
２００ 直流電源システム
２０５ 予備バッテリ
２１０ ＡＣ／ＤＣコンバーター
２２０ 直流バス
２２５ 常用バッテリ
２３０ 高信頼性バッテリ
２３５ 発電所共通負荷
２４０ モジュール保護システム
３００ 外部電力網
３１０ マイクロ電力網
３２０ 専用負荷
４００ 小型原子炉モジュール

【0022】

添付の図面は、明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本願の実施例を示し、明細書と共に本願発明を説明する。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下実施例の詳細な記載と図面は、本発明を例示するものであり、本発明は以下の実施例に限られるものではない。なお、説明の便宜上、図面に本発明に関連する構造の一部のみ示されている。

【0024】

図１は本発明の具体的な実施例の原子炉電源システムの概略図である。

【0025】

図１に示すように、本発明に係る原子炉電源システムは、交流電源システム１００と直流電源システム２００とを備える。交流電源システム１００と直流電源システム２００は、いずれも高安全クラス電源システムではない。交流電源システム１００は常用交流電源１１０を含み、常用交流電源１１０は小型原子炉モジュール４００に接続され、外部電力網３００に電力を供給する。直流電源システム２００は、発電所通常運転時に交流電源が停止した時に、所定の発電所負荷に継続的に電源を供給する。

【0026】

発電所の小型原子炉モジュール４００は、モジュール１、モジュール２、……モジュールＸなど、複数のモジュールを含み、発電所のニーズに応じてモジュールの数Ｘを設定し、これらのモジュールが連動して発電し、交流電源システム１００を介して外部電力網３００に電力を供給することができる。

【0027】

常用交流電源１１０は、高電圧バス１３０、低電圧バス１４０、および変圧装置１５０を含み、高電圧バス１３０は小型原子炉モジュール４００から電力が供給され、高電圧バス１３０は変圧装置１５０により変圧され、低電圧バス１４０に電力を供給する。発電所のニーズに応じて、中電圧バス（図示せず）を設けてもよく、高電圧バス１３０は変圧装置１５０により変圧され、中電圧バスに電力を供給し、中電圧バスは変圧装置１５０により変圧され、低電圧バス１４０に電力を供給する。

【0028】

直流電源システム２００は、ＡＣ／ＤＣコンバーター２１０、直流バス２２０、およびバッテリ２５０を含み、ＡＣ／ＤＣコンバーター２１０は、低電圧バス１４０に接続され、低電圧バス１４０から供給される交流電力を直流電力に変換し、直流バス２２０を通じてバッテリ２５０を充電する。

【0029】

本発明に係る原子炉電源システムは、小型原子炉モジュール４００が発電し、生成された電力を、常用交流電源１１０の高電圧バス１３０を経由し外部電力網３００に送電し、外部電力網３００に電力を供給する。小型原子炉モジュール４００の複数のモジュールが連動し、互いに予備となり、電源の信頼性と安全性が効果的に実現される。また、小型原子炉モジュール４００が発電し生成された電力は、高電圧バス１３０を経て変圧装置１５０に変圧された後、低電圧バス１４０に送電される。低電圧バス１４０が送電している電力は交流電力であるため、低電圧バス１４０は直流電源システム２００のＡＣ／ＤＣコンバーター２１０に接続され、ＡＣ／ＤＣコンバーター２１０で交流電力が直流電力に変換された後、直流バス２２０を介してバッテリ２５０を充電する。バッテリ２５０は発電所の通常運転時と交流電源が停止した時に、発電所の所定の負荷に継続的に電源を供給し、小型原子炉モジュール４００の安全性と関わらない負荷、例えば「投資保護」や発電機能をサポートする負荷に電力を供給することができる。発電所は突然停電した場合、一部の設備が停止してしまう。発電所の出資者の利益を保護するために、一定のバッテリ容量を非常用電源として設置する。このバッテリ容量は出資者の利益を保護するのみに用いられ、発電所の安全性に影響せず、予定外の停電の回数と時間を減らし、「投資保護」となる。

【0030】

本発明に係る原子炉電源システムは、小型原子炉モジュール４００が発電し、外部電力網３００に電力を供給すると共に、自身が生成した電力をバッテリ２５０に蓄積し、発電所の所定の負荷に継続的に電源を供給し、また、小型原子炉モジュール４００の安全性に関わらない負荷に電力を提供し、これにより、原子炉電源システムは外部電力網３００に依存せず、発電所の外で送電網を利用できない場所、または発電所の外で送電網の信頼性が低い場所に原子炉を設置することができる。

【0031】

一実施例として、常用交流電源１１０の高電圧バス１３０は、外部電力網３００、マイクロ電力網３１０または専用負荷３２０に接続され、電力を供給する。

【0032】

マイクロ電力網３１０は、風力・太陽光ハイブリッド発電、海水淡水化、電気分解による水素製造又はエネルギー貯蔵負荷を含む。風力発電や太陽光発電のようなクリーンエネルギーが急速に発展し、安定でベースとなるエネルギー源がそれらと補い合うことが必要となる。本発明に係る原子炉電源システムは、その出力の安定性から、ベースとなるエネルギー源として風力太陽光発電との補い合いに適しており、また、例えばアイランド給電等の専用負荷３２０への電源供給にも用いられ、原子力エネルギーの総合利用を実現し、小型原子炉の原子力発電のコストを削減することができる。

【0033】

小型原子炉モジュール４００の各モジュールが発電し、自身の運転用の電力以外に、ほかの電力は、外部電力網３００、マイクロ電力網３１０及び専用負荷３２０に供給する。発電所が正常に稼働している場合、発電所内の交流電源システム１００は、小型原子炉モジュール４００で高電圧バス１３０を介して電力を提供する。発電所の原子炉が停止している間に、外部電力網３００、マイクロ電力網３１０は、高電圧バス１３０を介して発電所内の交流電源システム１００に電力を供給することができる。発電所内の電力負荷は、必要電圧の相違に応じて、高電圧バス１３０に接続された変圧装置１５０で電力が供給される。

【0034】

図１に示すように、一実施例として、交流電源システム１００は予備交流電源１０５をさらに含み、予備交流電源１０５はディーゼル発電機１１５を含み、ディーゼル発電機１１５は低電圧バス１４０に接続され、常用交流電源１１０が利用できない時に、ＡＣ／ＤＣコンバーター２１０を介して交流電力を直流電力に変換した後、直流バス２２０に電力を供給する。

【0035】

常用交流電源１１０が利用できない場合に、予備交流電源１０５を発電所内の電力供給に用いてもよい。例えば、小型原子炉モジュール４００のすべてのモジュールが運転停止し、外部電力網３００又はマイクロ電力網３１０が接続されていない（または利用できない）場合、予備交流電源１０５のディーゼル発電機１１５を、発電所内の電力供給に用いてもよい。ディーゼル発電機１１５は低電圧バス１４０に接続され、所定の負荷の予備電源となる。

【0036】

一実施例として、予備交流電源１０５は補助交流電源１２０をさらに含み、補助交流電源１２０は補助発電機１２５を介して電力を生成し、小型原子炉モジュール４００のコールドスタートに電力を供給してもよく、また、高電圧バス１３０に電力を供給してもよい。

【0037】

補助交流電源１２０の補助発電機１２５は、ガスタービンであってもよく、高電圧バス１３０に接続され、発電所外の電源が使用できない場合に小型原子炉モジュール４００の各モジュールのコールドスタートに電力を供給することができ、また、発電所の運転中に、小型原子炉モジュール４００のすべての主発電機と発電所外の電源が同時に停止したという可能性の極めて低い場合に、小型原子炉モジュール４００の正常な停止と冷却のために電力を供給することができる。補助交流電源１２０の種類と設計は、発電所の立地特性に応じて選択してもよく、また、補助交流電源１２０は、ディーゼル発電機１１５から物理的に分離され、電源同士に対する潜在的な故障（例えば燃料火災）の悪影響を最小限に抑える。

【0038】

一実施例として、直流電源システム２００は予備直流電源２０５をさらに含み、予備直流電源２０５は、ディーゼル発電機１１５が利用できないときに、バッテリ２５０を充電する。

【0039】

バッテリ２５０は高信頼性バッテリ２３０を含み、高信頼性バッテリ２３０は、発電所通常運転時と交流電源が停止した時に、発電所の共通負荷２３５、小型原子炉モジュール４００の各モジュール保護システム２４０とその関連負荷に電力を供給する。

【0040】

高信頼性バッテリ２３０は、発電所通常運転時と交流電源が停止した時に、発電所の共通負荷２３５（例えば、コントロールルーム）に電力を供給し、また各モジュール保護システム２４０の関連負荷に電力を供給する。高信頼性バッテリ２３０は冗長設計であり、接続された負荷の必要な機能に応じて、２４時間または７２時間の動作サイクルとし、事故後に発電所の安定で制御可能な状態を保証する。

【0041】

一実施例として、バッテリ２５０は常用バッテリ２２５を含み、常用バッテリ２２５は投資保護や発電機能のサポートに関連する負荷に電力を供給し、その電力は小型原子炉モジュール４００の各モジュールに共有される。

【0042】

常用バッテリ２２５は、小型原子炉モジュール４００のすべてのモジュールの安全性に関わらない負荷、例えば投資保護や、発電機能をサポートする負荷に電力を供給することができる。常用バッテリ２２５も直流バス２２０を介して充電される。

【0043】

一実施例として、ディーゼル発電機１１５は、バッテリ２５０の通常の充電電源が利用できない場合に、低電圧バス１４０に電力を供給し、バッテリ電力を維持する。ディーゼル発電機１１５の負荷は、主に高信頼性バッテリ２３０と常用バッテリ２２５であり、ディーゼル発電機１１５は、低電圧バス１４０、直流バス２２０を通じて高信頼性バッテリ２３０と常用バッテリ２２５を充電する。

【0044】

ディーゼル発電機１１５が使用できない場合、予備直流電源２０５を起動してもよく、高信頼性バッテリ２３０と常用バッテリ２２５に電力を供給する。予備直流電源２０５は燃料電池又はモバイル電源を含む。

【0045】

一実施例として、電気分解による水素製造は、予備直流電源２０５の燃料電池に水素を供給する。発電所がマイクロ電力網３１０の電気分解による水素製造に電力を供給するとき、水素酸素燃料電池を用いて直流バス２２０に電力を供給してもよい。

【0046】

本発明に係る原子炉電源システムは、小型原子炉モジュール４００の複数のモジュールが連動し、外部電力網３００、ディーゼル発電機１１５、補助発電機１２５（ガスタービン）及び予備直流電源２０５（燃料電池又はモバイル電源）と接続し、電源の信頼性と安全性を効果的に実現でき、また、小型原子炉の受動的設計を併用し、高安全クラス交流／直流電源システムに依存せず、発電所外での海水淡水化、電気分解による水素製造などの負荷へ電源供給、あるいは風力・太陽光ハイブリッド発電のベース・エネルギー源、または、アイランド給電等の専用負荷３２０への電源供給に用いられ、原子力エネルギーの総合利用を実現し、小型原子炉の原子力発電のコストを効果的に削減し、経済性を高めることができる。

【0047】

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。本発明の技術的思想に属する様々な実施形態は本発明の保護範囲に属する。当業者は、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で、以上の実施例に対して行った変更または修正は、本発明の保護範囲に属する。

【図1】

【国際調査報告】