探討核電機組參與電網(wǎng)調峰的運行方式

摘 " "要：衣食住行是人們生活的基本，而這些都離不開水電，尤其是現(xiàn)在這個充滿科技化的社會，高科技的產品都離不開電，人們對于電能的需求也在不斷的增加。而在電源結構中，核電所占的比重越來越大，對于在電網(wǎng)系統(tǒng)的調峰階段也發(fā)揮著不可或缺的作用。本文簡要分析國外核電機組參與電網(wǎng)調峰的運行情況，通過對比對我國運行方式進行探討。

關鍵詞：核電機組;電網(wǎng);調峰運行

中圖分類號：TM73 " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " 文章編號：1004-7344（2019）03-0062-02

1 "引 言

經(jīng)過2011年福島核電事故后，中國歷經(jīng)5年的蟄伏期重新迎來了核電新的發(fā)展。到2016年7月份，中國的并網(wǎng)核電機組有33臺，總裝機容量3132萬kW。目前我國調峰容量和手段都不能夠滿足我們的需求了，也對電力行業(yè)的發(fā)展有所限制，隨著核電的發(fā)展，我們已經(jīng)看到其為我國電網(wǎng)運行帶來的效益，也提高了電網(wǎng)系統(tǒng)在運行過程中的靈活性。

2 "電網(wǎng)調峰與核電機組

2.1 "概 述

2.1.1 "核電機組

核電機組是由反應堆和配套的汽輪發(fā)電機組等系統(tǒng)所構成的基本發(fā)電單元。對于我國來說，發(fā)展核電、風電等清潔能源已經(jīng)刻不容緩了，因此也正在加大對其調整力度，近期的戰(zhàn)略計劃是發(fā)展熱中子反應堆核電站，遠期則是發(fā)展聚變堆核電站。

2.1.2 "電網(wǎng)調峰

電網(wǎng)調峰是指在用電的高峰時期出現(xiàn)，電網(wǎng)的發(fā)電機組需要滿足電網(wǎng)超負荷的需求所另外運行的電機組。因為電能是不能夠存儲的，因此需要多少電能，發(fā)電部門就需要同時間發(fā)出多少電能，因此為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，就要對發(fā)電機做出改變。

2.2 "我國核電機組參與電網(wǎng)調峰運行現(xiàn)狀

目前，許多外國國家都在用水電、火電來進行調峰工作，讓核電作為基荷來運行。核能是能夠提供大規(guī)模供電需求的唯一能源，并且對環(huán)境不會造成負面影響的清潔能源。我國未來在發(fā)展核能電力的戰(zhàn)略方向應該是解決電力供需問題。

現(xiàn)階段我國電網(wǎng)在電力輸送過程中，低谷負荷值與高峰負荷值之間存在著明顯差距，因此需要建立新型的電網(wǎng)模式。

2.3 "國外核電機組參與運行情況

歐美、日韓等發(fā)達國家在核電機組方面的都具有調峰能力，同是多年的實踐也讓他們累積了更多的經(jīng)驗，但在運行方面，還是會有不同的差異。例如：美德的核電機組是需要根據(jù)電網(wǎng)需求來調配參與電網(wǎng)調峰運行;法國由于自身核電裝機占比超過了50%，所以核電機組可以進行日調峰運行;而日本、韓國等國家則是由于有足夠的調峰電源，因此一般都會讓核電機組在滿功率狀態(tài)下運行。一些工業(yè)較發(fā)達的國家他們的峰谷差最高可達到的負荷在45～60%，如表1。

美國從20世紀90年代就開始對第二代壓水堆核電機組進行研究，通過提高利用率和處理就能夠提高設備的使用年限，并且通過增加事故防范及解決措施，定期維修指導等手段就能夠有效的提高其工作的安全性能。

法國作為全球核電比重最大的國家，主要有幾種方式參與電網(wǎng)的調峰運行，如通過大修組合方式、利用峰谷時段側管理方式、利用機組小修進行周調峰等。其核電機組參與電網(wǎng)調峰的運行工作具有以下特征：①核電機組參與調峰頻繁，在現(xiàn)有的核電機組中，除去個別數(shù)量不參與調峰工作中，剩余的機組平均每年參與調峰的次數(shù)達到50次，最多的可以達到130次上下;②分配合理，在參與調峰工作之前，相關機構會根據(jù)核電機組自身的運行情況和使用年限來分配參與電網(wǎng)調峰的次數(shù)，避免有些機組過度處于調節(jié)狀態(tài)而出現(xiàn)損壞、過度消耗等情況;③參與幅度大，通常法國對于核電機組在擁有65%使用年限時，限額定功率進行工作，而到了65～90%之間，則會逐步加大，如圖1所示。

3 "核電機組參與電網(wǎng)調峰的運行方式

3.1 "核電機組調峰能力

3.1.1 "A模式壓水堆能力

A模式壓水堆機組調峰能力是指反應堆在滿功率或接近滿功率水平下穩(wěn)定運行，其主要依靠可溶硼濃度進行，同時還具備調節(jié)作用。在80%循環(huán)壽期內功率變化形式是為“12-3-6-3”的日負荷跟蹤，該模式運行簡單，但是由于控制棒組件插入的較少，因此不能在短時間內對電網(wǎng)負荷進行明顯變化。

3.1.2 "G模式壓水堆能力

G模式則是要求在80%之前的使用年限期內具有日負荷跟蹤能力，相比于A模式，G模式的核電機組還能夠進行“16-8”的快速跟蹤模式，可以不需要工作人員的操作就可進行各種瞬態(tài)，但由于反應堆循環(huán)末期會緊急停止，因此可操作性能方面會比較差。我國自主研發(fā)的第二代核電技0術則是應用的該模式。

3.1.3 "EPR機組調峰能力

EPR機組在機器滿功率狀態(tài)下，能夠在2h內將功率降低至50%，然后在該狀態(tài)上運行工作后，還能在2h內將功率升至滿狀態(tài)。同時，EPR機組還具有長期低功率運作的能力，能夠有效避免機組受到功率水平和運行周期的影響，它采用的是第三代的核電技術，因此靈活性更高，相比一些M310等模式，該模式在燃料的90%之前都具備調峰能力。

3.2 "核電機組參與電網(wǎng)調峰的運行方式

因為我國電網(wǎng)調峰現(xiàn)階段的狀況使得核電需求不斷增加，如何降低運行處理增加電網(wǎng)調峰時的運行能力成為重中之重。如果在調峰過程中，核電機組運行不當、操作不合理等，都會導致系統(tǒng)不能夠正常運行，從而對電網(wǎng)安全性造成隱患，也影響電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。以下是常見的3種核電機組參與電網(wǎng)調峰的運行方式。

3.2.1 "合理安排換料時間調峰方式

該種方式，需要工作人員在電網(wǎng)運轉一個發(fā)電循環(huán)之后，將核電機組暫停，然后將新的燃料代替舊的燃料組件。而核電站利用該換料時間對其進行大修，從而保證設備的正常使用。這種核電機組參與電網(wǎng)調峰的方法較容易操作實施，同時對于自身的影響最小，也是現(xiàn)行調度冬季較為常用的方式。

3.2.2 "跟蹤負荷調峰方式

該種方式則是核電機組功率隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的需求而變化的運行方法，是通過調整核反應堆的輸出功率來進行的。控制棒是用來控制反應堆快速反應的，而硼濃度則是用來控制慢速反應的。采用先進的控制系統(tǒng)，能夠讓核電跟蹤負荷能力有所提升，使其主要的參數(shù)波動更小，增加其安全性運行。

3.2.3 "極端日壓出力調峰方式

該方式是指在不能夠采用跟蹤負荷調峰方式的情況下，使用提高火電和水電等可調電源開機容量來增加電網(wǎng)系統(tǒng)的調峰能力。這種方式就需要多方面的考慮發(fā)電機組的運行因素，例如負荷需求、開關機時間等，優(yōu)化結構并調整模型才能夠有效保證核電機組在電網(wǎng)調整過程中還能夠安全穩(wěn)定工作。

3.3 "核電機組參與電網(wǎng)調峰的注意事項

長期低功率運行和頻繁調峰都是造成核電機組參與電網(wǎng)調峰運行工作中有安全問題的原因，其主要風險有：

3.3.1 "燃料組件損壞

因為核電燃料的內芯與其包裝外殼的熱膨脹系數(shù)是不相等的，因此當核電機組負荷工作時，包裝外殼極有可能會受到超過其承受程度的作用力導致?lián)p壞。所以在核電機組參與電網(wǎng)調峰工作中，需要注意核電機組燃料組件不同材料對于不同溫度、濕度、環(huán)境的影響變化，找到一個平衡點才能提高其工作使用壽命。

3.3.2 "放射性物質泄漏

在核電機組調節(jié)功率時，反應堆與氙毒是相反作用的，因此隨著氙毒與控制棒的操作，軸向核功率會隨著偏差變化導致其振蕩，如果不均衡，就會導致放射性物質泄漏。一旦放射性物質泄漏，不僅違背了當初利用核電機組參與電網(wǎng)調峰工作的初衷，也使得環(huán)境污染更加嚴重，因此，在考慮使用哪一種運行方式時，需要根據(jù)自身情況、電網(wǎng)環(huán)境、設備設施等狀況來進行一定的調節(jié)，從而才能夠防止該情況的發(fā)生。

3.3.3 "設備可靠性降低

如果核電機組是頻繁調峰狀態(tài)下，那么首先在功率調節(jié)的過程中，一些閥門頻繁動作會導致組件的有效壽命下降，其次控制棒與驅動機構等之間存在一定的摩擦，可能會讓控制棒在核電機組參與調峰運行過程中出現(xiàn)停堆等一系列事故。

4 "結 語

核電機組因本身具備較大的調峰深度和容量，所以才能夠有效幫助電網(wǎng)完成調峰階段的需求。不僅能夠提高電力系統(tǒng)運行的安全性和調度性，從而使電網(wǎng)能夠面對各種情況;而且還能提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，加大清潔能源的利用率。因此不斷提高核電機組參與調峰運行技術才是目前最主要的努力方向。

參考文獻

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收稿日期：2018-12-3

作者簡介：徐 冰（1985-），男，工程師，本科，主要從事核電機組運行工作。