核電發(fā)展現(xiàn)狀及調(diào)峰可行性分析

宋卓然，商文穎，宋穎巍，劉 凱，呂忠華，張志杰

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110030）

核電發(fā)展現(xiàn)狀及調(diào)峰可行性分析

宋卓然1，商文穎1，宋穎巍1，劉 凱1，呂忠華1，張志杰2

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網(wǎng)沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110030）

介紹了國內(nèi)外最新核電發(fā)展情況，分析了各類型機組應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，概述了MP310、CPR1000、EPR、AP1000等類型核電機組的進化過程及調(diào)峰特性，并以法國2座核電站的2臺核電機組運行情況為例，結(jié)合現(xiàn)役機組實際日運行及月運行數(shù)據(jù)分析了國外核電機組參與調(diào)峰運行情況，最后根據(jù)遼寧地區(qū)電網(wǎng)電源現(xiàn)狀及核電規(guī)劃，按照負荷預測，通過設計合理的調(diào)峰深度，提出應對調(diào)峰矛盾的解決方案。

核電機組；運行方式；調(diào)峰特性；調(diào)峰措施

遼寧地區(qū)近年來用電量增速放緩，規(guī)劃電源裝機規(guī)模較大，供需矛盾日益嚴峻。截至2014年6月底，遼寧省發(fā)電設備總裝機容量4 164萬kW。水電273萬kW，占比6.54%；火電3 084萬kW，占比74.06%；核電200萬kW，占比4.80%；風電603萬kW，占比14.48%；太陽能4.82萬kW，占比0.12%。

隨著國務院《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》、《大氣污染防治行動計劃》、《國務院關(guān)于近期支持東北振興若干重大政策舉措的意見》等政策落實，作為清潔能源的核電得到政府的進一步重視。紅沿河一期3、4號機組及紅沿河二期、徐大堡核電站總計650萬kW核電機組將于2020年前后全部投產(chǎn)。核電的大力發(fā)展與用電量增長緩慢導致遼寧地區(qū)電力供大于求矛盾進一步加深，核電與風電等不參與調(diào)峰電源裝機比重過高將影響電網(wǎng)安全運行，因此，核電的運行方式需要重新制定。

1 核電發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外核電發(fā)展現(xiàn)狀

在日本福島核電站事故之后，全球整體核電發(fā)展放緩，歐洲、美國等發(fā)達國家也出臺相關(guān)政策，限制核電發(fā)展。2012年全球核電發(fā)電量相比2011年減少1.64 TW，核電發(fā)電量占比呈逐年下降趨勢，2012年占比僅為18.37%。

國際原子能機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示（如圖1、圖2所示），截至2012年底，全球在運反應堆共有437座，壓水堆所占比例最高，達到273座，占總數(shù)的50%以上，發(fā)電容量為252.2 GW。沸水堆、氣冷堆、重水堆、石墨輕水反應堆、快速中子堆分別為84座、15座、48座、15座、2座。在建反應堆中，壓水堆為54座，占在建反應堆總數(shù)的80%，由此可見，壓水堆機組是目前全球的主流堆型，并有進一步發(fā)展的趨勢。沸水堆、重水堆、快速中子堆、石墨輕水反應堆、高溫氣冷反應堆數(shù)量分別為4座、5座、2座、1座、1座［1］。

圖1 在運各類反應堆比例

1.2 國內(nèi)核電發(fā)展現(xiàn)狀

我國核工業(yè)始于20世紀70年代，并在2005年進入高速發(fā)展階段。技術(shù)主要從法國、加拿大、俄羅斯等國引進，本土化發(fā)展主要基于法國組件。最新技術(shù)來源于美國和法國。西屋公司AP1000機組是未來一段時間的主要技術(shù)基礎(chǔ)。在充分掌握AP1000機組運行經(jīng)驗后，我國將在2016年大規(guī)模采用第3代壓水堆技術(shù)［1］。

截至2013年底，我國大陸并網(wǎng)運行核電機組19臺（如表1所示），裝機容量15 662 MW，17臺投入商業(yè)運行。

表1 我國在運核反應堆基本參數(shù)表

表1中，CEFR為我國試驗快速中子堆，是第4代核能系統(tǒng)的優(yōu)選堆型，2000年5月開工建設。2011年7月21日10：00成功實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，但未投入商業(yè)運行。

截至2012年底，我國在建核反應堆29座，其中壓水堆28座，占世界在建反應堆總數(shù)的52%，建成后可新增發(fā)電容量2 864.4萬kW。此外，還有1座高溫氣冷反應堆。

2013年國內(nèi)核電新增裝機容量約為324萬kW。2013年7月，發(fā)改委制定的核電上網(wǎng)電價為0.43元／kWh。

1.3 我國核電政策

受日本福島核電站事故影響，核電發(fā)展規(guī)劃放緩，由2004年的積極發(fā)展變?yōu)?011年保證安全的穩(wěn)步發(fā)展。2014年全國“十三五”能源規(guī)劃工作會議提出安全發(fā)展核電政策，在采用國際最高安全標準、確保安全的前提下，穩(wěn)步推進核電建設，到2020年，核電運行裝機容量達到5 800萬kW、在建達3 000萬kW。目前完成規(guī)劃核電裝機容量的50%。

我國對核電站的主要指導思想：壓水堆作為反應堆主流選擇，但不是唯一選擇；核燃料組件的制造與供應應在本地；最大化實現(xiàn)核電廠站和設備的國產(chǎn)化及自行設計與工程管理能力；鼓勵國際合作。

CPR1000與AP1000將是未來數(shù)年內(nèi)的主流技術(shù)，高溫氣冷反應堆及快速反應堆將成為優(yōu)先選擇，最終實現(xiàn)“壓水堆—快堆—聚變堆”的核電發(fā)展戰(zhàn)略。

2 機組調(diào)峰能力

2.1 M310堆型機組調(diào)峰性能

M310機型作為法國早期壓水堆核電技術(shù)的代表，已應用于大亞灣核電機組與嶺澳核電機組，大亞灣及嶺澳核電功率控制模式均設計為G模式。G模式機組調(diào)峰模式為“12－3－6－3”，可實現(xiàn)在燃料的前80%循環(huán)壽命周期內(nèi)，在日間負荷高峰時帶12 h滿出力，晚間負荷下降時用3 h線性減負荷，在低功率平臺上運行6 h，最后用3 h線性加負荷至滿出力。該機型還可以選擇快速調(diào)節(jié)模式，負荷變動速率最快為5%／min，并具備在15%～100%滿功率范圍內(nèi)實現(xiàn)10%功率階躍變化能力［2］。

2.2 CPR1000堆型機組調(diào)峰性能

已經(jīng)投運的嶺澳二期、在建的陽江核電站、規(guī)劃中的陸豐、嶺澳三期核電站核電機組為CPR1000機型，其功率控制模式同樣為G模式設計。但CPR1000比以M310為代表的第2代核電機組采用的運行技術(shù)更先進，運行安全性更高，可以更加安全可靠地參與電網(wǎng)調(diào)峰運行。CPR1000采用狀態(tài)導向法事故處理程序（SOP）取代之前的應急運行規(guī)程（EOP）。SOP既可應對單一事件導致的事故，又可處理核電站疊加事故，甚至可以彌補人為失效事件，具有更廣泛的覆蓋性和適用性［3］。

2.3 EPR堆型及AP1000堆型機組調(diào)峰性能

EPR、AP1000堆型機組分別采用歐洲、美國第3代核電技術(shù)，具有更靈活的功率控制模式。相比M310、CPR1000的前80%壽命周期的功率調(diào)節(jié)模式，AP1000、EPR堆型在燃料的前90%循環(huán)周期內(nèi)具有調(diào)峰能力。機組從滿出力開始，在2 h內(nèi)線性下降至50%的低功率平臺，并在低功率平臺上運行2～10 h，然后用2 h線性加負荷至滿出力，并在1天剩余時間內(nèi)維持滿出力運行，并可在25%～100%額定功率平臺上長期運行，不受燃料周期限制［4］。

3 機組運行情況

3.1 國外核電機組運行情況

法國核電發(fā)電占比很大，核電機組必須參與調(diào)峰。根據(jù)《JRC Scientific and Technical Reports》，歐洲129臺壓水堆機組73臺為基荷模式，56臺采用負荷跟蹤模式，其中46臺為法國核電機組。7臺年發(fā)電損失小時數(shù)超過100 h的機組有6臺在法國。

法國核電機組主要通過4種方式參與調(diào)峰運行：通過大修組合方式參與季節(jié)性調(diào)峰，利用峰谷時段需求側(cè)管理進行調(diào)峰，利用機組小修進行周調(diào)峰及日負荷跟蹤調(diào)峰。法國電力集團（EDF）共有58臺壓水堆核電機組，大部分需要參與調(diào)峰運行，有些機組通過周末停機的方式參與調(diào)峰，34臺900 MW的CPY型機組參與1年內(nèi)負荷跟蹤次數(shù)最高達120多次。除了法國，核電比重較大的美國和日本等國家核電機組均有進行日負荷跟蹤的實例。美國西屋公司建造的多臺壓水堆核電機組，已具有很多日負荷跟蹤運行的實際經(jīng)驗，其中1臺核電機組已在連續(xù)4個換料周期內(nèi)進行了600次以上的日負荷跟蹤運行。日本四國電力公司伊方核電站也有20年以上的調(diào)峰運行經(jīng)驗，2號機組于1987年10月～1988年2月間按“12－3－6－3”模式進行調(diào)峰，確認了調(diào)峰運行完全沒有問題［4］。

CHINON核電站1號機組于1984年投運，為M310型機組，2013年2月3日出力變化情況如圖3所示，機組在6：00～9：00進行了較明顯的調(diào)峰運行，7：00降出力運行到774.5 MW。

圖3 CHINON 1號機組2013年2月3日出力變化圖

圖4 CHINON 1號機組1月各時刻出力變化圖

CHINON 1號機組1月運行情況如圖4所示。通過觀察機組1個月的運行情況發(fā)現(xiàn)，機組整體運行情況平穩(wěn)。最低值出現(xiàn)在1月6日7：00～8：00，為701 MW，調(diào)峰深度為78%。

作為比M310型核電機組更先進的1 300 MW級別核電機組，其調(diào)峰深度更強。以法國BEL?LEVILLE 1號機組為例，2013年1月1日出力變化情況如圖5所示。

圖5 BELLEVILLE 1號機組1月1日各時刻出力變化圖

機組最大出力值為23：00的1 289 MW，最小出力為5：00的937.5 MW，差值為351.5 MW，最大調(diào)峰深度71%，調(diào)峰變化率為26.8%。8：00～9：00機組曾做過快速調(diào)節(jié)，從998 MW陡然攀升至1 279 MW，變化率為28%。

3.2 國內(nèi)核電機組運行情況

國內(nèi)核電發(fā)展方興未艾，現(xiàn)階段國內(nèi)核電機組分布仍較分散，且受電價機制影響，可參與調(diào)峰的方式主要為日調(diào)峰方式。

廣東、浙江等南方省份調(diào)峰電源較多，核電調(diào)峰頻率很低。大亞灣、秦山一期、嶺澳一期核電機組曾在春節(jié)、國慶等特殊低谷負荷日均降負荷運行參與調(diào)峰，其中秦山一期機組曾降功率至20萬kW運行，大亞灣、嶺澳一期機組在2009年電網(wǎng)調(diào)峰極其困難的時期（如春節(jié)、國慶和夏季強臺風時期），降至76萬kW并運行數(shù)日，且當年春節(jié)最低降至50萬kW運行較短時間。目前國內(nèi)核電機組尚未有以類似“12－3－6－3”模式參與日負荷跟蹤的運行經(jīng)驗記錄［5－7］。

4 遼寧電網(wǎng)調(diào)峰能力分析

4.1 核電調(diào)峰必要性

根據(jù)遼寧省核電發(fā)展規(guī)劃，紅沿河一期3、4號總計200萬kW機組將于2015年底投運，紅沿河二期200萬kW機組及徐大堡250萬kW機組將于2020年前后全部投運。

在2號機組投運后，2013年底到2014年初供暖期間，隨著火電機組并網(wǎng)容量大幅增加及2號機組并網(wǎng)調(diào)試，電網(wǎng)低谷調(diào)峰開始出現(xiàn)缺口，需要火電機組非常規(guī)深度調(diào)峰，尖峰時段風電接納能力嚴重不足，省內(nèi)電網(wǎng)低谷調(diào)峰安全存在較大隱患［8－10］。

4.2 調(diào)峰平衡條件

火電按照不同電站（徑流、日／季／年調(diào)節(jié)）的調(diào)節(jié)性能確定調(diào)峰能力。遼寧地區(qū)水電可參與調(diào)峰比例為25%；抽水蓄能調(diào)峰能力按照容量的200%計算；核電暫不參與調(diào)峰；火電機組尖峰出力率在考慮同時及煤質(zhì)受阻等因素，尖峰出力率按照91%考慮；熱電機組不參與調(diào)峰；旋轉(zhuǎn)備用率按8%考慮；光伏發(fā)電不參與調(diào)峰；風電不參與調(diào)峰。

4.3 核電調(diào)峰實例

選取遼寧省2014年、2015年、2017年與2020年調(diào)峰壓力最大的2月為例，當核電在滿出力運行、風電不參與調(diào)峰的條件下，調(diào)峰盈虧情況將在2015年發(fā)生逆轉(zhuǎn)，并在抽水蓄能電站投運前的2017年后矛盾最為嚴重，核電不參與調(diào)峰時調(diào)峰平衡表如表2所示。

為確保電網(wǎng)具有調(diào)峰能力，需要核電機組在其安全出力條件下，參與電網(wǎng)調(diào)峰運行。通過計算，在調(diào)峰最困難的2月，需要核電機組降出力至70%額定輸出功率運行，以保證電網(wǎng)正常調(diào)峰能力，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

由表2可見，在2015年前，調(diào)峰能力可滿足調(diào)峰需求，但裕度空間很小，2015年開始，隨著火電機組退役、綏中電廠改接、紅沿河一期4臺機組全部投入運行等因素影響，省內(nèi)調(diào)峰容量將無法滿足需求。2017年核電裝機容量為400萬kW，為滿足2017年遼寧電網(wǎng)調(diào)峰需求，平均核電調(diào)峰深度需達到88%；2020年核電裝機容量為850萬kW，為滿足2020年遼寧電網(wǎng)調(diào)峰需求，平均核電調(diào)峰深度需達到45.5%，調(diào)峰形式有所緩和的原因是抽水蓄能電站裝機容量新增320萬kW。因此，為保證電網(wǎng)安全運行，核電參與調(diào)峰運行勢在必行，同時需要加速抽水蓄能電站等調(diào)峰電源的規(guī)劃與建設。

表2 核電不參與調(diào)峰時調(diào)峰平衡表

5 結(jié)論

a.遼寧核電規(guī)劃容量較大，2014年以后政策利好，投產(chǎn)速度加快，電網(wǎng)調(diào)峰能力將面臨巨大考驗。

b.紅沿河采用CPR1000型核電機組，具備調(diào)峰能力，最大調(diào)峰深度為50%。為保證核電廠安全經(jīng)濟運行，建議最大調(diào)峰深度不低于70%。調(diào)度部門要加強負荷預測的準確性，幫助核電廠提前準備，保證核電機組線性調(diào)節(jié)出力。

c.核電調(diào)峰將對經(jīng)濟效益及社會效益產(chǎn)生負面影響，應盡量避免核電調(diào)峰，但在某些特定時刻，如春節(jié)等特殊節(jié)假日，核電可以參與調(diào)峰。

d.下一步可以考慮建立核電、風電、抽水蓄能聯(lián)合調(diào)峰經(jīng)濟模型，共同承擔調(diào)峰經(jīng)濟損失。

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Development of Nuclear Power and Analysis on Peak Shaving

SONG Zhuo?ran1，SHANG Wen?ying1，SONG Ying?wei1，LIU Kai1，Lü Zhong?hua1，ZHANG Zhi?jie2
（1.Economy Technical Research Institute of Liaoning Electric Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China；2.State Grid of Shenyang Power Supply Company，Shenyang，Liaoning 110030，China）

The latest domestic and international development of nuclear power is summarized，and the application and development of various types of power reactors are analyzed，an overview of the evolution and peak shaving characteristic of MP310，CPR1000，EPR，AP1000 nuclear power reactors is given.And the operating mode of reactors abroad is analyzed based on the real daily and monthly opearation data of two nuclear reactors in France.Also a proper peak shaving level is proposed according to the load forecasting.

Nuclear reactors；Operation mode；Peak shaving characteristic；Peak shaving methods

TM623

A

1004－7913（2015）05－0040－05

宋卓然（1985—），男，碩士，工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃、新能源技術(shù)研究工作。

2015－01－20）