EPR1700核電機(jī)組接入黑龍江電網(wǎng)適應(yīng)性分析

李時(shí)瑩，趙洪生

（東北電力設(shè)計(jì)院，長春 130021）

目前，核能發(fā)電作為一種清潔、可靠、可大規(guī)模替代化石能源的形式，得到我國政府的高度重視。根據(jù)2012年通過的《核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》，至 2015年，核電裝機(jī)總量為40 000 MW。根據(jù)黑龍江省煤炭資源需求和生產(chǎn)能力，2015年后全省煤炭供需逐步由現(xiàn)有的基本平衡轉(zhuǎn)入煤炭資源不足的狀況，對(duì)外依存量和依存度將會(huì)逐步增加，因此，積極合理地利用核能資源將成為解決黑龍江省未來一次能源缺乏的重要戰(zhàn)略措施。

1 黑龍江省能源狀況

黑龍江省屬于能源比較豐富地區(qū)，在國內(nèi)占有比較重要的地位，全省一次能源（原煤、原油、天然氣和水能）探明總資源儲(chǔ)量為259.97×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，其結(jié)構(gòu)為原煤67.84%，原油31.15%，天然氣0.31%，水能0.70%，煤炭資源在黑龍江省能源結(jié)構(gòu)中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位［1］。此外，黑龍江省風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉促Y源也較豐富。

a.水力資源。黑龍江省境內(nèi)有黑龍江、松花江、烏蘇里江和綏芬河4大水系，其中除東南角的綏芬河流域外，絕大部分屬于黑龍江流域。黑龍江、烏蘇里江和綏芬河屬于國界河流，支流松花江（含嫩江）貫穿全省。省內(nèi)流域面積在50km2的河流共計(jì)1 918條，水能總理論蘊(yùn)藏量8 642 MW，居?xùn)|北地區(qū)之首，約占東北地區(qū)的50%左右。黑龍江省水電技術(shù)可開發(fā)量為8 328 MW，經(jīng)濟(jì)開發(fā)量為7 282 MW。

b.煤炭資源。黑龍江省累計(jì)探明資源儲(chǔ)量236.7×108t，保有資源儲(chǔ)量219.8×108t，占東北三省煤炭總儲(chǔ)量的70%，居?xùn)|北三省首位。在保有儲(chǔ)量中，煙煤儲(chǔ)量為125.6×108t，褐煤儲(chǔ)量94.2×108t，此外尚有極少量的無煙煤。全省煤炭資源分布不均衡，呈東多西少之勢(shì)。保有儲(chǔ)量中92%煤炭資源現(xiàn)分布在東部地區(qū)，主要集中在雞西、七臺(tái)河、雙鴨山、鶴崗等地區(qū)，是我國焦煤重要產(chǎn)區(qū)之一。

從長遠(yuǎn)看，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，黑龍江省能源將由余轉(zhuǎn)為缺，且缺口逐年增加，為保持黑龍江省能源供給的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)適時(shí)開展核電建設(shè)工作。

2 黑龍江省電源建設(shè)空間

黑龍江電網(wǎng)位于東北電網(wǎng)的東北部，按其地理位置可分為東、中、西三個(gè)部分，東部電網(wǎng)與中部電網(wǎng)由3回500kV 線路和4回220kV 線路相聯(lián)，中部電網(wǎng)與西部電網(wǎng)通過3 回500kV 線路和3 回220kV 線路相聯(lián)。黑龍江電網(wǎng)經(jīng)過多年建設(shè)，形成了橫貫省內(nèi)的“V”字形500kV 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，220kV電網(wǎng)基本上實(shí)現(xiàn)了變電站多電源供電結(jié)構(gòu)，供電可靠性有了很大提高。2013年，黑龍江省全社會(huì)用電量完成845.2×108kW·h，同比增長2.09%，統(tǒng)調(diào)最大負(fù)荷為10 142 MW，同比增長3.44%。

根據(jù)《黑龍江省電網(wǎng)“十二五”主網(wǎng)架滾動(dòng)規(guī)劃》［2］及已核準(zhǔn)電源建設(shè)規(guī)劃，2014年 至2020年、2014年至2025年、2014年至2030年期間黑龍江省電源建設(shè)空間分別約為5 109 MW、10 149 MW、16 161 MW，備用率皆按20%考慮（見表1）。若再考慮2 105 MW 路條裝機(jī)后，2014年至2025年、2014年至2030年期間黑龍江省電源建設(shè)空間分別約8 044 MW、14 056MW，因此，為滿足“十三五”及以后黑龍江電網(wǎng)負(fù)荷的快速發(fā)展，緩解電網(wǎng)缺電狀況，減輕省內(nèi)一次能源消耗及省外購置一次能源壓力，為黑龍江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠的電力保障，建設(shè)核電機(jī)組是適宜的。

表1 黑龍江省電源建設(shè)空間 MW

3 EPR1700核電機(jī)組簡介

歐洲壓水堆（European pressurized water reactor，EPR）作為三代核電堆型之一，由法馬通和西門子根據(jù)歐洲用戶要求聯(lián)合開發(fā)，提高了安全性和經(jīng)濟(jì)性。在安全性上，EPR 針對(duì)防止堆芯熔化以及放射性大量釋放等安全因素進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，采取了很多防備和緩解手段，其主要設(shè)計(jì)得到了實(shí)踐證實(shí)。在經(jīng)濟(jì)性上，EPR 設(shè)計(jì)壽命60年，換料周期12～24個(gè)月，建設(shè)周期48～60 個(gè)月，機(jī)組可利用率達(dá)到92%［3］。與AP1000機(jī)組相比，EPR 機(jī)組具有容量大，單位功率技術(shù)指標(biāo)好等優(yōu)點(diǎn)。EPR1700機(jī)型為改良型四環(huán)路壓水堆核電堆型，屬于第三代技術(shù)，堆型的熱功率4 900MW，電功率為1 750 MW。

目前，全球采用此種技術(shù)建造的核電廠共有3座，分別為中國臺(tái)山核電廠、芬蘭奧爾基洛托核電廠和法國弗拉芒維爾核電廠3號(hào)機(jī)組，均為在建或擴(kuò)建核電廠。

4 EPR1700核電機(jī)組接入系統(tǒng)方案設(shè)想

根據(jù)遠(yuǎn)景年黑龍江省500kV 主干電網(wǎng)規(guī)劃，全省中西部的哈爾濱、大慶和齊齊哈爾建設(shè)一體化的受端電網(wǎng)，即中西部受端電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)是“目”字形結(jié)構(gòu)；東部送端電網(wǎng)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)和合理的送端電網(wǎng)“日”字形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大量電力的外送，并兼顧東部電網(wǎng)的供電任務(wù)；北部邊遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)為“日”字形單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，500kV 基本覆蓋北部地區(qū)主要的城市和縣市。

結(jié)合黑龍江省核電廠址普選情況，以佳木斯廠址為例，考慮4臺(tái)EPR1700機(jī)組的接入系統(tǒng)方案。該廠址處于黑龍江省東部，其電力應(yīng)主要滿足中部地區(qū)負(fù)荷中心的用電需要，即采取500kV 電壓等級(jí)接入地區(qū)主干網(wǎng)架，將電力送至哈爾濱地區(qū)消納，見圖1。具體方案為佳木斯核電廠利用4回500kV線路接入系統(tǒng)，其中2回500kV 線路接至500kV集賢變，2回500kV 線路接至500kV 望江變。

4.1 導(dǎo)線型號(hào)選擇

考慮到本期4臺(tái)核電機(jī)組最大外送電力P為6 440 MW，UN＝525kV，J＝0.9A／mm2，cosφ＝0.9。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇，導(dǎo)線截面計(jì)算如下：

圖1 2025年黑龍江核電接入系統(tǒng)設(shè)想方案

導(dǎo)線截面選擇見表2。參照黑龍江省500kV主干網(wǎng)架的架設(shè)現(xiàn)狀和導(dǎo)線截面選取規(guī)劃，按“N－1”方式校驗(yàn)，為保證電力可靠送出，可選用LGJ－630×4導(dǎo)線。

表2 導(dǎo)線型號(hào)選擇

4.2 潮流分布

佳木斯核電廠4臺(tái)EPR1700機(jī)組投運(yùn)后，相關(guān)區(qū)域冬大方式潮流見圖2，圖中單位為MW，Mvar。

圖2 2025年佳木斯核電廠擬接入系統(tǒng)方案冬大方式潮流圖

潮流計(jì)算結(jié)果表明，佳木斯核電廠通過4 回500kV 線路接入系統(tǒng)后，核電送出容量主要在黑龍江省負(fù)荷中心消納，電網(wǎng)潮流分布合理，相關(guān)500 kV 主干電網(wǎng)能夠適應(yīng)核電電力的送出要求。

4.3 穩(wěn)定分析

根據(jù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算導(dǎo)則及相關(guān)規(guī)程規(guī)定要求，為校驗(yàn)大型核電廠接入電網(wǎng)后，對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平的影響，采用以下3種故障方式分析，即：線路發(fā)生三相短路故障；同塔雙回線路異名相故障；核電廠機(jī)組發(fā)生失磁故障，計(jì)算結(jié)果詳見表3。穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表明，隨著黑龍江省主干網(wǎng)架的加強(qiáng)，大型火電電源的接入，電網(wǎng)穩(wěn)定水平不斷提高，黑龍江省電網(wǎng)能夠適應(yīng)大型核電廠的接入。

表3 暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

5 核電廠參與調(diào)峰問題研究

目前，我國現(xiàn)有核電機(jī)組均建于沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，臨近負(fù)荷中心。由于上述地區(qū)電網(wǎng)容量大，核電裝機(jī)比重小，地區(qū)缺電比較嚴(yán)重，核電廠為提高機(jī)組利用時(shí)間，發(fā)揮核電建設(shè)的最大經(jīng)濟(jì)效益，并從核電安全等方面考慮，均未參加系統(tǒng)調(diào)峰，機(jī)組始終按照最大可能出力運(yùn)行。

在核電占電網(wǎng)總裝機(jī)容量比重較大的法國、韓國、日本和美國，即使電網(wǎng)同時(shí)具備一定容量的調(diào)頻、調(diào)峰手段和削峰填谷措施，核電機(jī)組也要適當(dāng)?shù)貪M足電網(wǎng)調(diào)峰的要求［4］。法國的核電機(jī)組，大部分需要每天經(jīng)常實(shí)施40%～100%的調(diào)峰運(yùn)行，美國和德國的核電機(jī)組需要每天經(jīng)常實(shí)施50%～100%的調(diào)峰運(yùn)行。

5.1 核電調(diào)峰的可行性

目前我國在建及擬建核電廠采用的機(jī)型主要為CPR1000、AP1000或EPR1700壓水堆反應(yīng)堆。上述堆型核電機(jī)組均已具備較好的調(diào)峰能力，主要體現(xiàn)在：

a.現(xiàn)代壓水堆均設(shè)計(jì)為具有較大的負(fù)溫度系數(shù)，降低了反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度要求和頻繁動(dòng)作的要求，增強(qiáng)了核電機(jī)組跟蹤負(fù)荷的能力；

b.為增加機(jī)組應(yīng)對(duì)各種瞬態(tài)的裕度，機(jī)組設(shè)計(jì)已滿足“在負(fù)荷階躍變化±10%Pn或線性變化±5%Pn的情況下，依靠自動(dòng)調(diào)節(jié)可使機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行而一、二回路各安全保護(hù)設(shè)施不動(dòng)作”的要求；

c.采用先進(jìn)的全數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)，使核電機(jī)組對(duì)負(fù)荷變動(dòng)瞬態(tài)過程中各相關(guān)參數(shù)的控制品質(zhì)更理想；

d.低負(fù)荷下核汽輪機(jī)工作更可靠，即大型核電汽輪機(jī)普遍采用節(jié)流調(diào)節(jié)，全周進(jìn)汽，加之低負(fù)荷下主蒸汽的壓力和溫度比滿出力時(shí)略有升高，使得調(diào)節(jié)閥后新增器能夠保持溫度基本不變，有利于高低壓缸工作于濕蒸汽區(qū)［5］。

現(xiàn)代壓水堆核電機(jī)組已初步具備日常負(fù)荷變動(dòng)能力，在堆芯壽命期內(nèi)大部分時(shí)間可進(jìn)行一定形式的日負(fù)荷追蹤及參與幅度和速度不大的中間負(fù)荷調(diào)峰［6］。

5.2 核電調(diào)峰的必要性

黑龍江省地處高寒地區(qū)，調(diào)峰能力很差的集中供熱機(jī)組比例呈增加的趨勢(shì)。目前冬季用電峰谷差較大，而在全省直調(diào)機(jī)組中70%以上的火電機(jī)組承擔(dān)著供熱任務(wù)，調(diào)峰能力較弱，整體調(diào)峰電力明顯不足。根據(jù)表4的分析結(jié)果，旋轉(zhuǎn)備用率皆按8%考慮，在不考慮風(fēng)電的反調(diào)峰情況下，黑龍江省調(diào)峰能力已有較大缺額，若再考慮到風(fēng)電的反調(diào)峰能力，全省調(diào)峰缺額將進(jìn)一步加大，因此，為緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力，改善調(diào)峰狀況，除加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電的管理，加強(qiáng)需求側(cè)管理、積極建設(shè)抽水蓄能等調(diào)峰電源和深挖火電機(jī)組調(diào)峰潛力外，還應(yīng)考慮核電適度參與調(diào)峰。

表4 黑龍江省調(diào)峰能力分析

6 EPR1700機(jī)組接入黑龍江電網(wǎng)對(duì)電價(jià)的影響

以《國家發(fā)展改革委關(guān)于提高東北電網(wǎng)電價(jià)的通知》中“黑龍江省燃煤機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)每千瓦時(shí)0.365元”作為基礎(chǔ)標(biāo)桿電價(jià)，初步測算EPR1700核電機(jī)組接入黑龍江電網(wǎng)后，核電上網(wǎng)電價(jià)對(duì)電網(wǎng)電價(jià)的影響。其中核電項(xiàng)目運(yùn)營期按30年考慮，機(jī)組利用時(shí)間為7 000h。經(jīng)測算，黑龍江電網(wǎng)投運(yùn)1臺(tái)EPR1700核電機(jī)組后，每年新增123×108kW·h核電電量，全省電網(wǎng)售電價(jià)需要加價(jià)0.83 分／（kW·h）?？紤]到黑龍江電網(wǎng)調(diào)峰能力缺額較大，在黑龍江省投運(yùn)核電機(jī)組，還需建設(shè)配套的調(diào)峰電源，電網(wǎng)加價(jià)將進(jìn)一步增大，因此黑龍江省核電機(jī)組的建設(shè)對(duì)黑龍江電網(wǎng)售電價(jià)影響較大。

7 結(jié)論

a.根據(jù)黑龍江省經(jīng)濟(jì)發(fā)展及能源賦存情況，適時(shí)建設(shè)采用EPR1700等類型核電機(jī)組的大型核電廠可以滿足遠(yuǎn)期黑龍江省負(fù)荷發(fā)展需求，減輕遠(yuǎn)期一次能源匱乏壓力。

b.隨著黑龍江電網(wǎng)網(wǎng)架的加強(qiáng)，大型核電廠接入后能夠滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，黑龍江省規(guī)劃網(wǎng)架具備接納大型核電廠接入的能力。

c.由于黑龍江省所處地理位置及現(xiàn)行水電管理體系的約束，系統(tǒng)調(diào)峰缺額很大，若考慮大規(guī)模風(fēng)電的反調(diào)峰能力，調(diào)峰狀況將進(jìn)一步惡化，因此，除采用加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電的管理等常規(guī)調(diào)峰手段外，還應(yīng)考慮讓核電適度參與調(diào)峰。

d.EPR1700核電機(jī)組接入黑龍江電網(wǎng)后，對(duì)黑龍江電網(wǎng)售電價(jià)影響較大，但核電廠的建設(shè)應(yīng)更多的考慮其對(duì)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和能源資源優(yōu)化配置方面帶來的效益，以及核工業(yè)發(fā)展帶動(dòng)的相應(yīng)的社會(huì)效益。

［1］黑龍江省電力有限公司.黑龍江省電網(wǎng)電力需求預(yù)測及電源規(guī)劃調(diào)整研究報(bào)告［R］.哈爾濱：黑龍江省電力有限公司，2012.

［2］黑龍江省電力有限公司.黑龍江省電網(wǎng)“十二五”主網(wǎng)架滾動(dòng)規(guī)劃［R］.哈爾濱：黑龍江省電力有限公司，2012.

［3］羅必雄，喬旭斌，陳娟，等.國內(nèi)三代EPR 核電常規(guī)島技術(shù)特點(diǎn)［J］.電力建設(shè)，2010，31（9）：102－106.

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