核蓄一體化是核電發(fā)展的新思路

顧 健

（中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300）

核蓄一體化是核電發(fā)展的新思路

顧 健

（中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300）

要實現(xiàn)我國經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，改善大氣污染環(huán)境，實現(xiàn)兩個百年目標(biāo)，發(fā)展核電是必然的選擇。從核電技術(shù)和經(jīng)濟特性方面分析，并參考諸多發(fā)達(dá)國家的核電運行模式，核電機組適合作為基荷機組運行，但電網(wǎng)存在峰谷差也需要調(diào)峰能力，核電作為電網(wǎng)中的一員也理應(yīng)在調(diào)峰上做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。本文建議按照 “核蓄一體化”運營模式，在規(guī)劃建設(shè)核電的同時規(guī)劃建設(shè)與之配套的抽水蓄能電站，充分利用核電及抽水蓄能電站各自的特點，走出一條核電協(xié)調(diào)發(fā)展之路。

核電；抽水蓄能；核蓄一體化

核電作為一種清潔高效能源，對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)以滿足經(jīng)濟和社會發(fā)展對能源電力的需求，改善大氣環(huán)境，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展起著十分重要的作用。

20世紀(jì)50年代以來，美國、法國、比利時、德國、英國、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國家都陸續(xù)建造了大量核電站。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前世界核電站發(fā)電量已約占世界總發(fā)電量的11%。我國發(fā)展核電起步較晚，盡管近期勢頭較猛，至2016年12月31日，我國已投入商業(yè)運行的核電機組共35臺，運行裝機容量為33 632．16MWe （額定裝機容量），但由于電網(wǎng)總?cè)萘亢艽螅瑑H占全國電力裝機約2．04%，發(fā)電量約占3．5%，遠(yuǎn)低于世界平均水平，還有很大的提升空間。

核電產(chǎn)生的歷史并不長，核電在各國的發(fā)展也是不均的，但分析一下，大國或者經(jīng)濟大國發(fā)展核電的比例較高，對戰(zhàn)略核武器重視的國家積極性更高，自然資源比較匱乏的國家自然也會想到核電。以上這幾條與我國國情都符合。核電還有利于改善能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)和符合低碳排放等功能，發(fā)展核電應(yīng)該是個必然的選擇。

核電是個極其敏感和極具爭議的話題，在不同的人群中對核電的認(rèn)知可能就是天使和魔鬼的差別。各國對核電的態(tài)度也存在很大的差異，在不同時間段也有一些變化，在建設(shè)中國特色社會主義的道路上，核電的發(fā)展應(yīng)該具備這一規(guī)律才合乎道理，中央提出的安全高效發(fā)展核電就給我們指明了方向。

1 核電就應(yīng)帶基荷

所謂基荷電源，指的是電力系統(tǒng)日負(fù)荷曲線基地部分負(fù)荷的發(fā)電機組，長期是以額定或接近額定功率運行，其他配合負(fù)荷變化而調(diào)節(jié)功率的即為調(diào)峰機組。核電從一般概念就認(rèn)為應(yīng)是基荷機組，但在電力過剩的情況下，電網(wǎng)無法完全消納增長的核電裝機，多家核電企業(yè)被要求降功率運行或臨停備用，核電發(fā)電平均利用小時數(shù)呈現(xiàn)出走低態(tài)勢。

對于核電而言，核電機組參與調(diào)峰，除了會降低經(jīng)濟效益外，還存在一定的技術(shù)限制問題。新建核電機組在理論上雖然已經(jīng)具備了一定調(diào)峰能力，但是除個別核電比重較大的國家外，實踐中核電跟蹤日負(fù)荷參與系統(tǒng)調(diào)峰的實例并不多見。原因如下：

（1）從技術(shù)上來說，核電機組不能調(diào)峰的主要理由

首先，如果核電參與調(diào)峰，頻繁的升降功率將很有可能導(dǎo)致燃料芯塊溫度發(fā)生劇烈變化而產(chǎn)生強烈的熱脹冷縮，使芯塊與包殼之間產(chǎn)生擠壓、剪切等作用 （即芯塊包殼相互作用：PCI）。而PCI易使燃料包殼 （對第一道屏障產(chǎn)生威脅）發(fā)生破裂，從而使放射性物質(zhì)泄漏到一回路中，造成嚴(yán)重安全和環(huán)保隱患。這種頻繁變功率，理論上還會誘發(fā)中子通量振蕩，俗稱 “氙振蕩”，這是反應(yīng)堆運行的大忌。

其次，核電調(diào)節(jié)功率主要手段是通過改變控制棒位置或調(diào)整冷卻劑的硼濃度來實現(xiàn)?？刂瓢羯钊攵研疚恢脮夯研緶囟确植?，造成部分熱點接近控制值，所以相對來說較少使用這種手段。那么使用調(diào)節(jié)硼濃度的方式呢？頻繁的升降功率，會使產(chǎn)生的廢液量增大至基本負(fù)荷穩(wěn)定運行時廢液量的3～5倍，帶來環(huán)?？刂埔蟮膲毫吞幚沓杀驹黾?。最不可接受的是，在一個換料循環(huán)的后期，此時硼濃度已經(jīng)較低，如仍使用通過調(diào)節(jié)硼濃度升降功率，會產(chǎn)生極大的水量，同時也會需要更多時間，也幾乎不可接受。

再者，一定頻度的調(diào)峰升降功率會造成換料周期的紊亂，有可能會造成部分燃料還沒到設(shè)計燃耗就被換出，造成嚴(yán)格意義上的 “棄核”，也是種很大的浪費。加上機組在非額定工況附近運行，不僅熱效率低，而且控制系統(tǒng)不處在最佳狀態(tài)，增加了失靈的風(fēng)險。

盡管上述有些理由尚存爭議，在不同堆型、運行的不同時間段也有所不同，而且通過管理和技術(shù)手段的提升，這種負(fù)面影響也有一定程度的控制和消除，但我認(rèn)為中央和國家對核安全這么重視的情況下，拋開爭議僅從保障核安全角度來說，外界少給核電一些干擾，盡量使之穩(wěn)定運行，就是對核電和保證核安全最大的支持。

（2）從經(jīng)濟上看核電不應(yīng)該調(diào)峰

核電是大型化機組，運行可靠穩(wěn)定，而且發(fā)電能力不靠天吃飯，完全可以自主掌控，具備基荷機組的能力。講經(jīng)濟性就離不開成本，核電的電價遠(yuǎn)低于后來居上的清潔能源，比現(xiàn)階段的火電略高一點，但與火電的成本組成卻是明顯不一樣。一般業(yè)內(nèi)認(rèn)為，核電的建設(shè)成本占總成本的60%，運行成本 （燃料加運維）只占40%，而火電則正好倒過來。這樣的成本組成決定著管控的基礎(chǔ)，在沒有其他條件的約束下，如果機組已經(jīng)建成，一定是讓運行成本低的機組多發(fā)。這樣簡單的道理是顯而易見，國家的決策部門也清楚看到了這一點，在出臺的有關(guān)規(guī)定上，將核電放在運行成本更低的風(fēng)、光、水之后的第二梯隊，并給了核電一定基礎(chǔ)倍數(shù)來實際控制發(fā)電量，這是成熟、理性的大局觀，顯而易見認(rèn)可了上述觀點。

（3）從世界范圍看核電同行在更加商業(yè)化的環(huán)境里是如何運作的。

國外核電在正常情況下，普遍帶基荷運行，都保持著較高的年均負(fù)荷因子水平 （見表1），即便如美國、俄羅斯等核電大國，其核電裝機規(guī)模均超過20%以上，核電機組一直保持帶基荷運行，需要說明一點的是國外機組因建造時間早，其負(fù)荷因子值基本就在設(shè)計值上了，我國基本都是最新機組，還有一定能力可提升。

表1 國內(nèi)外核電數(shù)據(jù)表Table 1 Domestic and foreign nuclear data table

綜上所述，世界核電的發(fā)展情況莫不如此。從安全、環(huán)保和利益最大化來說，對于核電存量發(fā)電機組就應(yīng)該帶基荷運行，這個道理大家都能明白。

2 電網(wǎng)調(diào)峰工作應(yīng)有所有參與者共同承擔(dān)

2．1 電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷特點

上節(jié)講了核電應(yīng)該帶基荷運行，這是從核電角度來說的，但電網(wǎng)總得有機組來調(diào)峰，因為電網(wǎng)峰谷變化也是客觀現(xiàn)實。隨著季節(jié)變化和節(jié)假日以及晝夜用電需求量的不同，對用電的需求也會有高峰期和低谷時段，導(dǎo)致電網(wǎng)電力消耗產(chǎn)生峰谷差。盡管電網(wǎng)公司也采取了一系列諸如實行峰谷電價差的需求側(cè)管理手段，但目前我國電力消耗的晝夜峰谷差依然存在，面臨著嚴(yán)峻的電網(wǎng)調(diào)峰問題。

在此背景下，維持功率平衡，保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，是電網(wǎng)當(dāng)前首要解決的問題。但受自然條件影響，水電豐枯期出力相差懸殊，風(fēng)電和光伏發(fā)電本身具有間歇性、波動性大的特點。隨著我國能源結(jié)構(gòu)中風(fēng)、光發(fā)電比例的逐漸增加，電網(wǎng)系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)越來越大，必須有強有力的調(diào)峰電源與風(fēng)、光發(fā)電相配合，才能保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，因此亟需優(yōu)質(zhì)調(diào)峰電源來解決系統(tǒng)調(diào)峰能力不足問題，而抽水蓄能就是其中之一。

圖1 典型日負(fù)荷曲線Fig．1 Typical daily load curve

2．2 抽水蓄能電站的特點

抽水蓄能電站具有機組啟停迅速、工況轉(zhuǎn)變靈活，可以實現(xiàn)頂峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、緊急事故備用等特點，在快速跟蹤負(fù)荷、事故備用和保證電能質(zhì)量方面發(fā)揮著極其重要的作用，并且它同其它水電不同的是基本不受自然界的影響，能夠保障長期穩(wěn)定運行，被喻為電網(wǎng)的“調(diào)節(jié)器”“穩(wěn)壓器”和 “蓄電池”。

抽水蓄能電站實質(zhì)上也是一種水電站，它與常規(guī)水電站不同的是：抽水蓄能電站能夠把電網(wǎng)負(fù)荷低谷時多余的電能轉(zhuǎn)化為水的勢能儲存起來，在負(fù)荷高峰時將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)電能的有效存儲，并將電能在時間上重新分配，可有效調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)生產(chǎn)、供應(yīng)、使用之間的動態(tài)平衡。

2．3 抽水蓄能的超強調(diào)峰能力

相比于眾多電力機組的單向調(diào)峰，抽水蓄能調(diào)峰是雙向調(diào)峰，其調(diào)峰彈性具有先天優(yōu)勢。眾多熱力機組 （如煤電、核電）只能在其自身裝機能力范圍內(nèi)通過增減負(fù)荷來調(diào)峰，抽水蓄能電站卻可以吸收過剩產(chǎn)能，調(diào)峰更具靈活性，特別是在應(yīng)對大型高溫高壓熱力機組（如煤電機組和核電機組）最低負(fù)荷低于可調(diào)能力時表現(xiàn)突出。

電力系統(tǒng)中的大型高溫高壓熱力機組不適于在低負(fù)荷下工作，在強迫壓低負(fù)荷后，燃煤消耗、廠用電和機組磨損都將增加。抽水蓄能機組的填谷作用，可以改善熱力機組的運行方式并提高其運行效率，另外通過抽水蓄能機組的抽水耗電還可以減少熱力機組停機的可能。

當(dāng)然這種存儲能力也是有一定時效的，即需要及時將所儲勢能轉(zhuǎn)化為電能，才能保證下次儲能，而且這種發(fā)電方式從純個體經(jīng)濟上來說肯定是虧本的，因為它的電能轉(zhuǎn)換率只有75%左右，即用4度電抽水只能發(fā)出3度電來。

3 核蓄一體化是種新思路

在我國，核電總占比還是較小的，但由于分布不均勻，在某些省份已同世界平均數(shù)相接近?？紤]到未來電力供需情況，核電的占比可能還會增加，所以現(xiàn)在就應(yīng)該考慮涉及核電的調(diào)峰問題。首先按照上級部門所要求的在保證核安全的前提下，新建核電機組應(yīng)具備一定調(diào)峰能力的方向去積極努力。同時還可以尋找其它辦法去解決核電調(diào)峰問題。其中本文中所提出的把電網(wǎng)調(diào)峰量以市場形式進(jìn)行交易，將最不好調(diào)的核電與調(diào)節(jié)能力最強的抽蓄結(jié)成對子，則應(yīng)該也是辦法之一，也符合供給側(cè)改革的要求。

在分析核電機組和抽水蓄能機組運行特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)大力發(fā)展核電的實際情況，漳州能源公司率先提出一種新的運營模式——核蓄一體化。一體化至少有三個意思：一是投資主體一體化。即核電站和抽水蓄能電站統(tǒng)一由一家運營公司統(tǒng)一管理，體現(xiàn)責(zé)任的落實，誰家的孩子誰家抱，核電由于其特殊性不能很好履行調(diào)峰義務(wù)的責(zé)任就由其通過抽水蓄能作為核電站的配套設(shè)施，承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，避免了間接手段帶來的其它影響；二是時間上同步。核電站和抽水蓄能電站的建設(shè)周期都很長，在規(guī)劃建設(shè)核電站的同時就要規(guī)劃建設(shè)與之配套的抽水蓄能電站，確保做到 “三同時”，即同時規(guī)劃、同時建設(shè)、同時投產(chǎn)，以便能及時配合補償運行，相得益彰；三是運營模式一體化。每個電站的贏利模式都是一樣的，就是成本和收入差，那么在發(fā)電價相對固定的情況下，對核電就是充分多發(fā)，來攤薄成本，取得更多的利潤，不調(diào)峰或者少調(diào)峰也或多或少有爭取多發(fā)的因素在。對于抽水蓄能，國家就是給其抽水的電價就基本決定了它的存在價值。以前更多由電網(wǎng)公司決定它的受電電價，所以現(xiàn)在的差別就是電網(wǎng)公司管最后結(jié)果，中間的過程由這兩個單元自己決定，類似直供電的形式，充分發(fā)揮了市場的調(diào)節(jié)作用。

用核電的電量來進(jìn)行抽水。核電站與抽水蓄能電站組成一個電力單元，核電的運行成本相對較低，在保證一定電量的情況下，超發(fā)部分承受低電價的能力也較強，而這部分低的電價正好可以貼補抽水蓄能成本較高，需要由較大受、發(fā)電價差來配合的要求。真可謂天作之合。

“核蓄一體化”可以解決電網(wǎng)的難題和促進(jìn)這兩種清結(jié)能源的共同發(fā)展。核電要保持滿發(fā)，清潔能源不能棄，電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差依然存在，看似不可調(diào)和的矛盾面前，需要大家用勇氣和智慧去應(yīng)對，而不是只堅持自己的利益。在 “核蓄一體化”運營模式下，更加清晰地確定了各自的角色定位，揚長避短。核電機組可利用抽水蓄能機組調(diào)峰，抽水蓄能機組以核電機組為依托，不僅可以有效解決核電機組不適宜變負(fù)荷運行和滿足電網(wǎng)對核電機組提出的調(diào)峰要求之間的矛盾，同時還可為電網(wǎng)和電力用戶帶來突出的社會效益和可觀的經(jīng)濟效益。特別當(dāng)電網(wǎng)中不能調(diào)峰的容量大于最低負(fù)荷時，抽水蓄能是解決問題的唯一手段。

從長遠(yuǎn)來看，隨著電力系統(tǒng)輔助服務(wù)市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策逐步建立和健全，抽水蓄能電站作為目前電網(wǎng)最大規(guī)模的儲能設(shè)施，其效益將進(jìn)一步得到體現(xiàn)，必將在今后我國核電運營模式改革發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

現(xiàn)在國內(nèi)各省都在積極爭取建設(shè)核電站，在福建省 “科學(xué)發(fā)展，跨越式發(fā)展”的戰(zhàn)略指導(dǎo)下，為了解決未來核電站基本負(fù)荷運行與調(diào)峰的矛盾，并從根本上解決電網(wǎng)的調(diào)峰和電網(wǎng)安全問題，在分析核電機組和抽水蓄能機組運行特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)大力發(fā)展核電的實際情況，中核國電漳州能源有限公司提出 “核蓄一體化”運營模式，并愿意做出嘗試和探索。通過建設(shè)抽水蓄能電站項目 （云霄抽水蓄能電站裝機容量為1 800MW），進(jìn)一步優(yōu)化福建省能源結(jié)構(gòu)，緩解福建省電力緊張局面，促進(jìn)福建省經(jīng)濟、社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

（責(zé)任編輯：白佳）

法律、法規(guī)、規(guī)章、規(guī)范性文件的區(qū)別

1．法律

在我國，法律由全國人民代表大會及其常委會依照立法程序制定和頒布。

2．法規(guī)

法規(guī)包括行政法規(guī)和地方性法規(guī)：1）行政法規(guī)由國務(wù)院根據(jù)憲法和法律制定，并由總理簽署國務(wù)院令公布。行政法規(guī)的名稱一般稱 “條例”，也可以稱 “規(guī)定”“辦法”等；2）地方性法規(guī)由省、自治區(qū)、直轄市以及較大的市的人民代表大會及其常委會根據(jù)本行政區(qū)域的具體情況和實際需要制定，由大會主席團(tuán)或常務(wù)委員會發(fā)布公告予以公布；3）行政法規(guī)的名稱一般稱 “條例”，也可以稱 “規(guī)定”、“辦法”等。

3．規(guī)章

規(guī)章包括國務(wù)院部門規(guī)章和地方政府規(guī)章：1）國務(wù)院部門規(guī)章由國務(wù)院各部、委員會、中國人民銀行、審計署和具有行政管理職能的直屬機構(gòu)根據(jù)法律和國務(wù)院的行政法規(guī)、決定、命令在本部門的權(quán)限范圍內(nèi)制定；2）地方政府規(guī)章由省、自治區(qū)、直轄市和較大的市的人民政府根據(jù)法律、行政法規(guī)和本地區(qū)的地方性法規(guī)制定；3）規(guī)章由本部門首長或者省長、自治區(qū)主席、市長簽署命令予以公布。規(guī)章的名稱一般稱 “規(guī)定”“辦法”，但不得稱 “條例”。

4．規(guī)范性文件

規(guī)范性文件是指除法律、法規(guī)、規(guī)章以外的國家機關(guān)在職權(quán)范圍內(nèi)依法制定的具有普遍約束力的文件。在日常工作中我們常見的是國家行政機關(guān)制定的規(guī)范性文件，也稱行政規(guī)范性文件。

The Integration of Nuclear Power and Pumped Storage，the New Thought of Nuclear Power Development

GU Jian
（Guodian Zhangzhou Energy Co．，Ltd．，CNNP，Zhangzhou，F(xiàn)ujian Prov．，363300，China）

The development of nuclear power is the necessary option to realize the coordinated development of economy，society and ecological environment，and to improve air pollution as well as to achieve the Two Centenary Goals．Nuclear power plant is suitable for operation as the base load power plant as a result of the analysis for nuclear power technology and economics，and taking nuclear power operation modes of many developed countries as reference．The nuclear power，as a member of the State Grid，should make its due contribution for the grid which has the peak－valley difference and needs the peaking capability．This paper proposes to construct nuclear power plant and pumped storage power station at the same time by taking respective advantages of each plant in the mode of“Integration of nuclear power and pumped storage”to create a coordinated development path of nuclear power．

nuclear power；pumped storage；integration of nuclear power and pumped storage

F42 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0430－05

F42

A

1674－1617 （2017）03－0430－05

10．12058／zghd．2017．03．430

2017－05－08

顧 健 （1963—），男，浙江海寧人，碩士，研究員級高工，現(xiàn)主要從事經(jīng)營管理工作 （E－mail：guj＠zgzec．com．cn）。