核電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運行方式及效益分析

摘要：核能作為一種清潔能源，不僅能為生產(chǎn)生活提供海量的電力資源，同時對環(huán)境的影響微弱，是我國建設(shè)環(huán)境友好型國家的有力推動技術(shù)。文章通過分析核電機組在電網(wǎng)調(diào)峰中的發(fā)電成本和收益，提出合理的核電機組電網(wǎng)調(diào)峰運行模式，為核能發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)提供輔助。

關(guān)鍵詞：核電機組；電網(wǎng)調(diào)峰；電力管控；企業(yè)效益；核能資源 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2016）14-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.069

核電機組調(diào)峰過程中，需要考慮發(fā)電企業(yè)進行核電機組調(diào)整的運行成本，計算核電機組調(diào)峰成本，結(jié)合核電發(fā)電機組運行的日、周、月、年數(shù)據(jù)，綜合多方面影響發(fā)電機組運行的因素，提高在發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)電力資源過程中的靈活程度。只有合理配置電力資源，才能提升我國核能建設(shè)的科學(xué)、合理化程度。我國大規(guī)模建設(shè)核能發(fā)電站已成為核能發(fā)電站建設(shè)速度最快的國家。核能發(fā)電站運行需要制定很高的安全標準，進行周期性的維護，因此核能發(fā)電站建設(shè)費用是很大的，但運行效益明顯，且作為清潔能源對環(huán)境影響微弱，是目前世界電力資源發(fā)展的主要方向。

1 核電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰運行現(xiàn)狀

生產(chǎn)生活中對電力的需求，要求核能發(fā)電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰。核能電力是唯一一種能夠滿足大規(guī)模供電需求，且經(jīng)濟效益顯著、不破壞環(huán)境的清潔能源。根據(jù)我國的電力資源發(fā)展計劃，快速發(fā)展核能電力是解決我國目前電力供應(yīng)問題的主要發(fā)展方向。未來，核能電力在我國電力能源的組成中將顯得愈發(fā)重要。面對當下國家電網(wǎng)承載的電力輸送負荷低谷與峰值的差異明顯，需要建設(shè)新型的電網(wǎng)調(diào)整模式，核能電力使用數(shù)量的增加，需要電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)加入對核電機組的控制。多種電力能源生成的電力資源在電網(wǎng)中融合，已經(jīng)成為目前電網(wǎng)調(diào)控與運行的趨勢。

電網(wǎng)調(diào)控運行過程中，需針對核電機組參與電網(wǎng)電力輸送的方式，將核能電源與其他調(diào)峰電源聯(lián)合調(diào)整，目前的智能控制與集約化管理系統(tǒng)，成為電網(wǎng)運行的必要保障。世界范圍內(nèi)的電網(wǎng)運作系統(tǒng)都通過多種方式，改進核電機組與電網(wǎng)調(diào)峰的相容度。核電反應(yīng)堆技術(shù)從20世紀80年初期，就著手進行核電壓水堆、沸水堆新技術(shù)革新的中子反應(yīng)堆的電力負載測試。測試結(jié)果表明：核電機組能夠承受高強度的電力輸送負荷，為核電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰打下了堅實的理論基礎(chǔ)。世界各核電大國在這方面做了大量的研究和實踐。

美國的核能電力發(fā)電設(shè)施建造過程較早，20世紀70年代就已經(jīng)開始進行核電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰的研究。美國威斯特伍德核能電力公司建造的壓水堆發(fā)電機組，經(jīng)過多次發(fā)電負荷測驗，測驗表明核能機組能夠承受在5個更換燃料周期之內(nèi)進行750次以上的高負荷運行。

法國38臺核電機組共占全國核電裝機總?cè)萘?0%以上的機組，參與了電網(wǎng)調(diào)峰運行。在電網(wǎng)電力輸送過程中，法國的核電調(diào)峰最大可控功率為4050MW，占法國全境電力的35%，法國已經(jīng)完成了2500次電網(wǎng)負荷跟蹤。

德國和日本也有大量的核能電力參與電網(wǎng)調(diào)峰運行，德國聯(lián)邦電力公司進行了3500次以上的核電參與電網(wǎng)調(diào)峰的運行研究，15臺發(fā)電能力在14989MW的核電機組參與了電網(wǎng)的電力輸送，最大可控電功率為2890MW，占德國全電網(wǎng)發(fā)電容量的28%。日本之前也進行了核電機組功率全開向電網(wǎng)輸送電力的實驗，但由于2010年福島核電站事故的發(fā)生，日本的核電發(fā)展與測試計劃已暫停，日本的核電發(fā)展速度已經(jīng)放緩。

我國的核能發(fā)電機組多建設(shè)于東部沿海或南部沿海的經(jīng)濟發(fā)達中心，目前的核能發(fā)電技術(shù)需要大量的冷卻水，對地理環(huán)境有要求，同時核電機組靠近東南沿海對電力需求量大的地區(qū)，也有利于核電機組進行電網(wǎng)調(diào)峰，減少電力輸送成本。

2 常見核電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰模式

2.1 我國常見核電機組種類

目前世界核電站發(fā)電主流模式是壓水反應(yīng)堆式核能電站，占全球核電站中85%以上，我國目前建造的核電站中除了秦山三期的機組外，其余都采用壓水反應(yīng)堆這一核電發(fā)電站建設(shè)模式。

傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆機組長時間進行高伏的電網(wǎng)電力輸出情況較差，根據(jù)追蹤的電力數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆適合參與長期低伏的電網(wǎng)運行。改進型壓水反應(yīng)堆在核電機組滿負荷的全功率運行下，仍能夠保持安全穩(wěn)定地發(fā)電。改進型壓水反應(yīng)堆依靠反應(yīng)堆內(nèi)使用的硼酸溶液濃度的增減來應(yīng)對調(diào)峰，但單純依靠冷卻液濃度的調(diào)整，難以滿足核能反應(yīng)堆對電網(wǎng)用電量迅速變化進行相應(yīng)調(diào)整的要求，所以改進型反應(yīng)堆通過設(shè)置反應(yīng)堆控制棒，滿足電網(wǎng)迅速變化的要求。

2.2 我國核電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰模式

目前我國的電網(wǎng)調(diào)峰處于可調(diào)整電源比重下降，調(diào)峰需求增大，調(diào)峰差異增加的不和諧情況，核電需要增加能夠降低運行處理的系統(tǒng)，增加整體電網(wǎng)的調(diào)整能力。核電發(fā)電站參與電網(wǎng)的調(diào)峰，需要中央控制，因為電網(wǎng)的調(diào)峰過程中如果核電機組的操作不合理，可能引發(fā)安全問題，同時也影響發(fā)電站的經(jīng)濟效益。核電站通常使用的調(diào)峰管理方式是科學(xué)設(shè)置核電站原料更換

時間。

科學(xué)設(shè)置核電站原料更換時間的調(diào)峰方式是指核電機組完成發(fā)電過程之后，將核電機組運行完全停止，在新的發(fā)電原料更換之前，利用時間差進行核電機組的維修，以保證在運行期間核電反應(yīng)堆的安全與穩(wěn)定。這種方式核電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰最常用，同時對核電站經(jīng)營收入影響最小。

3 核電機組聯(lián)合多電源電網(wǎng)調(diào)峰模式

在國家電網(wǎng)的電力輸送過程中，需要對多種不同發(fā)電模式的電力資源進行整合。不同發(fā)電方式的電站運行模式可以相互補充，電網(wǎng)需要根據(jù)電站的運行方式，發(fā)電特性，制定合理的電力調(diào)控策略，同時兼顧電力輸送過程的經(jīng)濟型。

核電機組直接參與電網(wǎng)日負荷調(diào)峰模式中，為滿足核電站運行安全，保證電網(wǎng)調(diào)整速度需要采用“12-3-6-3”的核電機組追蹤模式。通過分析核電發(fā)電的處理模式，可以正確調(diào)整電網(wǎng)調(diào)峰的深度與速度，同時最大限度地保證核電站反應(yīng)堆運行的穩(wěn)定，以提升發(fā)電企業(yè)的經(jīng)營收入。

核電機組與其他水力發(fā)電機組、火力發(fā)電機組、風(fēng)力發(fā)電機組處于同一電力運行網(wǎng)絡(luò)下時，對于聯(lián)合電力調(diào)峰，需要使用考慮多種發(fā)電機組運行因素，比如負荷需求、備用機組、發(fā)電出力、開關(guān)機時間等，采用優(yōu)化后的合理調(diào)整模型，保證在電網(wǎng)調(diào)整過程中，核電發(fā)電機組仍然能夠平穩(wěn)運行。

多種電力資源協(xié)調(diào)運行與互動機制調(diào)整機制的建立，能夠有效提高新能源核電力在電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰中的穩(wěn)定性。優(yōu)化電力資源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，結(jié)合大量的實際測算數(shù)據(jù)，才能使核能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電績效得到提高。新能源的應(yīng)用不僅是對自然環(huán)境的保護，同時作為新興技術(shù)，能夠通過減少使用的成本，創(chuàng)造更多的生產(chǎn)價值，這是傳統(tǒng)發(fā)電模式所不具備的特點。

電網(wǎng)調(diào)峰的控制系統(tǒng)需要針對目前協(xié)同多電力輸送源頭的能力，采取智能化控制提升電網(wǎng)調(diào)峰過程的效率，整合核能發(fā)電強大的發(fā)電能力，在調(diào)峰過程中以科學(xué)的調(diào)峰規(guī)劃，為核能發(fā)電企業(yè)減少運作成本，同時提高我國的國家電網(wǎng)在電力輸送環(huán)節(jié)中的靈活度。

目前核能技術(shù)與電網(wǎng)調(diào)控的發(fā)展已經(jīng)能夠滿足核能電力與其他種類的電力運作的運行需求，控制電網(wǎng)中的電力輸送功率。先進的電網(wǎng)控制模式，是核能等新型能源電力發(fā)展的必要保證。電力科研人員仍需不懈努力，突破目前核能發(fā)電遇到的技術(shù)瓶頸，提升核能資源在發(fā)電過程中的應(yīng)用程度，為人類創(chuàng)造美好的明天。

4 結(jié)語

大力推行核能發(fā)電技術(shù)，是對我國建設(shè)創(chuàng)新型國家發(fā)展戰(zhàn)略的貫徹，不僅提高了我國對核能技術(shù)的利用，更保護了自然環(huán)境。目前以核能為首的水利發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等清潔能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)的火力礦石能源發(fā)電技術(shù)成為主流。核電發(fā)電機組作為清潔能源中的佼佼者，能夠滿足電網(wǎng)調(diào)峰的需求，在保證穩(wěn)定的同時兼顧發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟效益，我國應(yīng)該繼續(xù)加大核能發(fā)電技術(shù)的投入力度，促進核能技術(shù)的飛躍。

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作者簡介：陳偉（1987-），男，山西平遙人，山東核電有限公司助理專工，助理工程師，研究方向：核電廠運行。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）