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(jì)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(jì)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(jī)組應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，概述了MP310、CPR1000、EPR、AP1000等類型核電機(jī)組的進(jìn)化過程及調(diào)峰特性，并以法國2座核電站的2臺(tái)核電機(jī)組運(yùn)行情況為例，結(jié)合現(xiàn)役機(jī)組實(shí)際日運(yùn)行及月運(yùn)行數(shù)據(jù)分析了國外核電機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)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(fù)荷預(yù)測，通過設(shè)計(jì)合理的調(diào)峰深度，提出應(yīng)對(duì)調(diào)峰矛盾的解決方案。

核電機(jī)組；運(yùn)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(jī)規(guī)模較大，供需矛盾日益嚴(yán)峻。截至2014年6月底，遼寧省發(fā)電設(shè)備總裝機(jī)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(fēng)電603萬kW，占比14.48%；太陽能4.82萬kW，占比0.12%。

隨著國務(wù)院《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》、《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《國務(wù)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(shí)，作為清潔能源的核電得到政府的進(jìn)一步重視。紅沿河一期3、4號(hào)機(jī)組及紅沿河二期、徐大堡核電站總計(jì)650萬kW核電機(jī)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(dǎo)致遼寧地區(qū)電力供大于求矛盾進(jìn)一步加深，核電與風(fēng)電等不參與調(diào)峰電源裝機(jī)比重過高將影響電網(wǎng)安全運(yùn)行，因此，核電的運(yùn)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(dá)國家也出臺(tái)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(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示（如圖1、圖2所示），截至2012年底，全球在運(yùn)反應(yīng)堆共有437座，壓水堆所占比例最高，達(dá)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(yīng)堆、快速中子堆分別為84座、15座、48座、15座、2座。在建反應(yīng)堆中，壓水堆為54座，占在建反應(yīng)堆總數(shù)的80%，由此可見，壓水堆機(jī)組是目前全球的主流堆型，并有進(jìn)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(yīng)堆、高溫氣冷反應(yīng)堆數(shù)量分別為4座、5座、2座、1座、1座［1］。

圖1 在運(yùn)各類反應(yīng)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(jì)70年代，并在2005年進(jìn)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(jìn)，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(jī)組是未來一段時(shí)間的主要技術(shù)基礎(chǔ)。在充分掌握AP1000機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(yùn)行核電機(jī)組19臺(tái)（如表1所示），裝機(jī)容量15 662 MW，17臺(tái)投入商業(yè)運(yùn)行。

表1 我國在運(yùn)核反應(yīng)堆基本參數(shù)表

表1中，CEFR為我國試驗(yàn)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(shè)。2011年7月21日10：00成功實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，但未投入商業(yè)運(yùn)行。

截至2012年底，我國在建核反應(yīng)堆29座，其中壓水堆28座，占世界在建反應(yīng)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(yīng)堆。

2013年國內(nèi)核電新增裝機(jī)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(jià)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(huì)議提出安全發(fā)展核電政策，在采用國際最高安全標(biāo)準(zhǔn)、確保安全的前提下，穩(wěn)步推進(jìn)核電建設(shè)，到2020年，核電運(yùn)行裝機(jī)容量達(dá)到5 800萬kW、在建達(dá)3 000萬kW。目前完成規(guī)劃核電裝機(jī)容量的50%。

我國對(duì)核電站的主要指導(dǎo)思想：壓水堆作為反應(yīng)堆主流選擇，但不是唯一選擇；核燃料組件的制造與供應(yīng)應(yīng)在本地；最大化實(shí)現(xiàn)核電廠站和設(shè)備的國產(chǎn)化及自行設(shè)計(jì)與工程管理能力；鼓勵(lì)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(yīng)堆及快速反應(yīng)堆將成為優(yōu)先選擇，最終實(shí)現(xiàn)“壓水堆—快堆—聚變堆”的核電發(fā)展戰(zhàn)略。

2 機(jī)組調(diào)峰能力

2.1 M310堆型機(jī)組調(diào)峰性能

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

2.2 CPR1000堆型機(jī)組調(diào)峰性能

已經(jīng)投運(yùn)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(jī)組為CPR1000機(jī)型，其功率控制模式同樣為G模式設(shè)計(jì)。但CPR1000比以M310為代表的第2代核電機(jī)組采用的運(yùn)行技術(shù)更先進(jìn)，運(yùn)行安全性更高，可以更加安全可靠地參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行。CPR1000采用狀態(tài)導(dǎo)向法事故處理程序（SOP）取代之前的應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程（EOP）。SOP既可應(yīng)對(duì)單一事件導(dǎo)致的事故，又可處理核電站疊加事故，甚至可以彌補(bǔ)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(jī)組調(diào)峰性能

EPR、AP1000堆型機(jī)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(jī)組從滿出力開始，在2 h內(nèi)線性下降至50%的低功率平臺(tái)，并在低功率平臺(tái)上運(yùn)行2～10 h，然后用2 h線性加負(fù)荷至滿出力，并在1天剩余時(shí)間內(nèi)維持滿出力運(yùn)行，并可在25%～100%額定功率平臺(tái)上長期運(yùn)行，不受燃料周期限制［4］。

3 機(jī)組運(yùn)行情況

3.1 國外核電機(jī)組運(yùn)行情況

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

法國核電機(jī)組主要通過4種方式參與調(diào)峰運(yùn)行：通過大修組合方式參與季節(jié)性調(diào)峰，利用峰谷時(shí)段需求側(cè)管理進(jìn)行調(diào)峰，利用機(jī)組小修進(jìn)行周調(diào)峰及日負(fù)荷跟蹤調(diào)峰。法國電力集團(tuán)（EDF）共有58臺(tái)壓水堆核電機(jī)組，大部分需要參與調(diào)峰運(yùn)行，有些機(jī)組通過周末停機(jī)的方式參與調(diào)峰，34臺(tái)900 MW的CPY型機(jī)組參與1年內(nèi)負(fù)荷跟蹤次數(shù)最高達(dá)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(jī)組均有進(jìn)行日負(fù)荷跟蹤的實(shí)例。美國西屋公司建造的多臺(tái)壓水堆核電機(jī)組，已具有很多日負(fù)荷跟蹤運(yùn)行的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，其中1臺(tái)核電機(jī)組已在連續(xù)4個(gè)換料周期內(nèi)進(jìn)行了600次以上的日負(fù)荷跟蹤運(yùn)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，2號(hào)機(jī)組于1987年10月～1988年2月間按“12－3－6－3”模式進(jìn)行調(diào)峰，確認(rèn)了調(diào)峰運(yùn)行完全沒有問題［4］。

CHINON核電站1號(hào)機(jī)組于1984年投運(yùn)，為M310型機(jī)組，2013年2月3日出力變化情況如圖3所示，機(jī)組在6：00～9：00進(jìn)行了較明顯的調(diào)峰運(yùn)行，7：00降出力運(yùn)行到774.5 MW。

圖3 CHINON 1號(hào)機(jī)組2013年2月3日出力變化圖

圖4 CHINON 1號(hào)機(jī)組1月各時(shí)刻出力變化圖

CHINON 1號(hào)機(jī)組1月運(yùn)行情況如圖4所示。通過觀察機(jī)組1個(gè)月的運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，機(jī)組整體運(yùn)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(jī)組更先進(jìn)的1 300 MW級(jí)別核電機(jī)組，其調(diào)峰深度更強(qiáng)。以法國BEL?LEVILLE 1號(hào)機(jī)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(hào)機(jī)組1月1日各時(shí)刻出力變化圖

機(jī)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(jī)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(jī)組運(yùn)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(jī)組分布仍較分散，且受電價(jià)機(jī)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(jī)組曾在春節(jié)、國慶等特殊低谷負(fù)荷日均降負(fù)荷運(yùn)行參與調(diào)峰，其中秦山一期機(jī)組曾降功率至20萬kW運(yùn)行，大亞灣、嶺澳一期機(jī)組在2009年電網(wǎng)調(diào)峰極其困難的時(shí)期（如春節(jié)、國慶和夏季強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)期），降至76萬kW并運(yùn)行數(shù)日，且當(dāng)年春節(jié)最低降至50萬kW運(yùn)行較短時(shí)間。目前國內(nèi)核電機(jī)組尚未有以類似“12－3－6－3”模式參與日負(fù)荷跟蹤的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(hào)總計(jì)200萬kW機(jī)組將于2015年底投運(yùn)，紅沿河二期200萬kW機(jī)組及徐大堡250萬kW機(jī)組將于2020年前后全部投運(yùn)。

在2號(hào)機(jī)組投運(yùn)后，2013年底到2014年初供暖期間，隨著火電機(jī)組并網(wǎng)容量大幅增加及2號(hào)機(jī)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(jī)組非常規(guī)深度調(diào)峰，尖峰時(shí)段風(fēng)電接納能力嚴(yán)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(jì)算；核電暫不參與調(diào)峰；火電機(jī)組尖峰出力率在考慮同時(shí)及煤質(zhì)受阻等因素，尖峰出力率按照91%考慮；熱電機(jī)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(fēng)電不參與調(diào)峰。

4.3 核電調(diào)峰實(shí)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(dāng)核電在滿出力運(yùn)行、風(fēng)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(yùn)前的2017年后矛盾最為嚴(yán)重，核電不參與調(diào)峰時(shí)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(jī)組在其安全出力條件下，參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行。通過計(jì)算，在調(diào)峰最困難的2月，需要核電機(jī)組降出力至70%額定輸出功率運(yùn)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(yùn)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(jī)組退役、綏中電廠改接、紅沿河一期4臺(tái)機(jī)組全部投入運(yùn)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(jī)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(dá)到88%；2020年核電裝機(jī)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(dá)到45.5%，調(diào)峰形式有所緩和的原因是抽水蓄能電站裝機(jī)容量新增320萬kW。因此，為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，核電參與調(diào)峰運(yùn)行勢在必行，同時(shí)需要加速抽水蓄能電站等調(diào)峰電源的規(guī)劃與建設(shè)。

表2 核電不參與調(diào)峰時(shí)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(yàn)。

b.紅沿河采用CPR1000型核電機(jī)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(jì)運(yùn)行，建議最大調(diào)峰深度不低于70%。調(diào)度部門要加強(qiáng)負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確性，幫助核電廠提前準(zhǔn)備，保證核電機(jī)組線性調(diào)節(jié)出力。

c.核電調(diào)峰將對(duì)經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益產(chǎn)生負(fù)面影響，應(yīng)盡量避免核電調(diào)峰，但在某些特定時(shí)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(fēng)電、抽水蓄能聯(lián)合調(diào)峰經(jīng)濟(jì)模型，共同承擔(dān)調(diào)峰經(jīng)濟(jì)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）