探討核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行方式

徐冰

摘 ? ?要：衣食住行是人們生活的基本，而這些都離不開(kāi)水電，尤其是現(xiàn)在這個(gè)充滿(mǎn)科技化的社會(huì)，高科技的產(chǎn)品都離不開(kāi)電，人們對(duì)于電能的需求也在不斷的增加。而在電源結(jié)構(gòu)中，核電所占的比重越來(lái)越大，對(duì)于在電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰階段也發(fā)揮著不可或缺的作用。本文簡(jiǎn)要分析國(guó)外核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行情況，通過(guò)對(duì)比對(duì)我國(guó)運(yùn)行方式進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：核電機(jī)組;電網(wǎng);調(diào)峰運(yùn)行

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1004-7344（2019）03-0062-02

1 ?引 言

經(jīng)過(guò)2011年福島核電事故后，中國(guó)歷經(jīng)5年的蟄伏期重新迎來(lái)了核電新的發(fā)展。到2016年7月份，中國(guó)的并網(wǎng)核電機(jī)組有33臺(tái)，總裝機(jī)容量3132萬(wàn)kW。目前我國(guó)調(diào)峰容量和手段都不能夠滿(mǎn)足我們的需求了，也對(duì)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(guó)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的效益，也提高了電網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的靈活性。

2 ?電網(wǎng)調(diào)峰與核電機(jī)組

2.1 ?概 述

2.1.1 ?核電機(jī)組

核電機(jī)組是由反應(yīng)堆和配套的汽輪發(fā)電機(jī)組等系統(tǒng)所構(gòu)成的基本發(fā)電單元。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，發(fā)展核電、風(fēng)電等清潔能源已經(jīng)刻不容緩了，因此也正在加大對(duì)其調(diào)整力度，近期的戰(zhàn)略計(jì)劃是發(fā)展熱中子反應(yīng)堆核電站，遠(yuǎn)期則是發(fā)展聚變堆核電站。

2.1.2 ?電網(wǎng)調(diào)峰

電網(wǎng)調(diào)峰是指在用電的高峰時(shí)期出現(xiàn)，電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組需要滿(mǎn)足電網(wǎng)超負(fù)荷的需求所另外運(yùn)行的電機(jī)組。因?yàn)殡娔苁遣荒軌虼鎯?chǔ)的，因此需要多少電能，發(fā)電部門(mén)就需要同時(shí)間發(fā)出多少電能，因此為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就要對(duì)發(fā)電機(jī)做出改變。

2.2 ?我國(guó)核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行現(xiàn)狀

目前，許多外國(guó)國(guó)家都在用水電、火電來(lái)進(jìn)行調(diào)峰工作，讓核電作為基荷來(lái)運(yùn)行。核能是能夠提供大規(guī)模供電需求的唯一能源，并且對(duì)環(huán)境不會(huì)造成負(fù)面影響的清潔能源。我國(guó)未來(lái)在發(fā)展核能電力的戰(zhàn)略方向應(yīng)該是解決電力供需問(wèn)題。

現(xiàn)階段我國(guó)電網(wǎng)在電力輸送過(guò)程中，低谷負(fù)荷值與高峰負(fù)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(guó)外核電機(jī)組參與運(yùn)行情況

歐美、日韓等發(fā)達(dá)國(guó)家在核電機(jī)組方面的都具有調(diào)峰能力，同是多年的實(shí)踐也讓他們累積了更多的經(jīng)驗(yàn)，但在運(yùn)行方面，還是會(huì)有不同的差異。例如：美德的核電機(jī)組是需要根據(jù)電網(wǎng)需求來(lái)調(diào)配參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行;法國(guó)由于自身核電裝機(jī)占比超過(guò)了50%，所以核電機(jī)組可以進(jìn)行日調(diào)峰運(yùn)行;而日本、韓國(guó)等國(guó)家則是由于有足夠的調(diào)峰電源，因此一般都會(huì)讓核電機(jī)組在滿(mǎn)功率狀態(tài)下運(yùn)行。一些工業(yè)較發(fā)達(dá)的國(guó)家他們的峰谷差最高可達(dá)到的負(fù)荷在45～60%，如表1。

美國(guó)從20世紀(jì)90年代就開(kāi)始對(duì)第二代壓水堆核電機(jī)組進(jìn)行研究，通過(guò)提高利用率和處理就能夠提高設(shè)備的使用年限，并且通過(guò)增加事故防范及解決措施，定期維修指導(dǎo)等手段就能夠有效的提高其工作的安全性能。

法國(guó)作為全球核電比重最大的國(guó)家，主要有幾種方式參與電網(wǎng)的調(diào)峰運(yùn)行，如通過(guò)大修組合方式、利用峰谷時(shí)段側(cè)管理方式、利用機(jī)組小修進(jìn)行周調(diào)峰等。其核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行工作具有以下特征：①核電機(jī)組參與調(diào)峰頻繁，在現(xiàn)有的核電機(jī)組中，除去個(gè)別數(shù)量不參與調(diào)峰工作中，剩余的機(jī)組平均每年參與調(diào)峰的次數(shù)達(dá)到50次，最多的可以達(dá)到130次上下;②分配合理，在參與調(diào)峰工作之前，相關(guān)機(jī)構(gòu)會(huì)根據(jù)核電機(jī)組自身的運(yùn)行情況和使用年限來(lái)分配參與電網(wǎng)調(diào)峰的次數(shù)，避免有些機(jī)組過(guò)度處于調(diào)節(jié)狀態(tài)而出現(xiàn)損壞、過(guò)度消耗等情況;③參與幅度大，通常法國(guó)對(duì)于核電機(jī)組在擁有65%使用年限時(shí)，限額定功率進(jìn)行工作，而到了65～90%之間，則會(huì)逐步加大，如圖1所示。

3 ?核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行方式

3.1 ?核電機(jī)組調(diào)峰能力

3.1.1 ?A模式壓水堆能力

A模式壓水堆機(jī)組調(diào)峰能力是指反應(yīng)堆在滿(mǎn)功率或接近滿(mǎn)功率水平下穩(wěn)定運(yùn)行，其主要依靠可溶硼濃度進(jìn)行，同時(shí)還具備調(diào)節(jié)作用。在80%循環(huán)壽期內(nèi)功率變化形式是為“12-3-6-3”的日負(fù)荷跟蹤，該模式運(yùn)行簡(jiǎn)單，但是由于控制棒組件插入的較少，因此不能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)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(nèi)具有日負(fù)荷跟蹤能力，相比于A模式，G模式的核電機(jī)組還能夠進(jìn)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(jìn)行各種瞬態(tài)，但由于反應(yīng)堆循環(huán)末期會(huì)緊急停止，因此可操作性能方面會(huì)比較差。我國(guó)自主研發(fā)的第二代核電技0術(shù)則是應(yīng)用的該模式。

3.1.3 ?EPR機(jī)組調(diào)峰能力

EPR機(jī)組在機(jī)器滿(mǎn)功率狀態(tài)下，能夠在2h內(nèi)將功率降低至50%，然后在該狀態(tài)上運(yùn)行工作后，還能在2h內(nèi)將功率升至滿(mǎn)狀態(tài)。同時(shí)，EPR機(jī)組還具有長(zhǎng)期低功率運(yùn)作的能力，能夠有效避免機(jī)組受到功率水平和運(yùn)行周期的影響，它采用的是第三代的核電技術(shù)，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(diào)峰能力。

3.2 ?核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行方式

因?yàn)槲覈?guó)電網(wǎng)調(diào)峰現(xiàn)階段的狀況使得核電需求不斷增加，如何降低運(yùn)行處理增加電網(wǎng)調(diào)峰時(shí)的運(yùn)行能力成為重中之重。如果在調(diào)峰過(guò)程中，核電機(jī)組運(yùn)行不當(dāng)、操作不合理等，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不能夠正常運(yùn)行，從而對(duì)電網(wǎng)安全性造成隱患，也影響電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。以下是常見(jiàn)的3種核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行方式。

3.2.1 ?合理安排換料時(shí)間調(diào)峰方式

該種方式，需要工作人員在電網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)發(fā)電循環(huán)之后，將核電機(jī)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(shí)間對(duì)其進(jìn)行大修，從而保證設(shè)備的正常使用。這種核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的方法較容易操作實(shí)施，同時(shí)對(duì)于自身的影響最小，也是現(xiàn)行調(diào)度冬季較為常用的方式。

3.2.2 ?跟蹤負(fù)荷調(diào)峰方式

該種方式則是核電機(jī)組功率隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的需求而變化的運(yùn)行方法，是通過(guò)調(diào)整核反應(yīng)堆的輸出功率來(lái)進(jìn)行的。控制棒是用來(lái)控制反應(yīng)堆快速反應(yīng)的，而硼濃度則是用來(lái)控制慢速反應(yīng)的。采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，能夠讓核電跟蹤負(fù)荷能力有所提升，使其主要的參數(shù)波動(dòng)更小，增加其安全性運(yùn)行。

3.2.3 ?極端日壓出力調(diào)峰方式

該方式是指在不能夠采用跟蹤負(fù)荷調(diào)峰方式的情況下，使用提高火電和水電等可調(diào)電源開(kāi)機(jī)容量來(lái)增加電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰能力。這種方式就需要多方面的考慮發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行因素，例如負(fù)荷需求、開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間等，優(yōu)化結(jié)構(gòu)并調(diào)整模型才能夠有效保證核電機(jī)組在電網(wǎng)調(diào)整過(guò)程中還能夠安全穩(wěn)定工作。

3.3 ?核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的注意事項(xiàng)

長(zhǎng)期低功率運(yùn)行和頻繁調(diào)峰都是造成核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行工作中有安全問(wèn)題的原因，其主要風(fēng)險(xiǎn)有：

3.3.1 ?燃料組件損壞

因?yàn)楹穗娙剂系膬?nèi)芯與其包裝外殼的熱膨脹系數(shù)是不相等的，因此當(dāng)核電機(jī)組負(fù)荷工作時(shí)，包裝外殼極有可能會(huì)受到超過(guò)其承受程度的作用力導(dǎo)致?lián)p壞。所以在核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰工作中，需要注意核電機(jī)組燃料組件不同材料對(duì)于不同溫度、濕度、環(huán)境的影響變化，找到一個(gè)平衡點(diǎn)才能提高其工作使用壽命。

3.3.2 ?放射性物質(zhì)泄漏

在核電機(jī)組調(diào)節(jié)功率時(shí)，反應(yīng)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(huì)隨著偏差變化導(dǎo)致其振蕩，如果不均衡，就會(huì)導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄漏。一旦放射性物質(zhì)泄漏，不僅違背了當(dāng)初利用核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰工作的初衷，也使得環(huán)境污染更加嚴(yán)重，因此，在考慮使用哪一種運(yùn)行方式時(shí)，需要根據(jù)自身情況、電網(wǎng)環(huán)境、設(shè)備設(shè)施等狀況來(lái)進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，從而才能夠防止該情況的發(fā)生。

3.3.3 ?設(shè)備可靠性降低

如果核電機(jī)組是頻繁調(diào)峰狀態(tài)下，那么首先在功率調(diào)節(jié)的過(guò)程中，一些閥門(mén)頻繁動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致組件的有效壽命下降，其次控制棒與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等之間存在一定的摩擦，可能會(huì)讓控制棒在核電機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)停堆等一系列事故。

4 ?結(jié) 語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)

[1]張清元.核電參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行策略研究[A].經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略，2017（09）：196.

[2]陳 偉.核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行方式及效益分析[A].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016（14）：137～138.

[3]鄭 寬，王耀華，關(guān) 立，劉 暢，等.“十三五”期間核電參與電網(wǎng)調(diào)峰前景分析[J].中國(guó)電力，2017（50）：49～50.

收稿日期：2018-12-3

作者簡(jiǎn)介：徐 冰（1985-），男，工程師，本科，主要從事核電機(jī)組運(yùn)行工作。