秦山核電參與電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)的現(xiàn)狀與思考

丁明

摘 要

秦山核電是中國大陸核電的發(fā)源地，是中國大陸裝機容量最大、機組數(shù)量最多、堆型最豐富的核電基地?；氐靥幷憬｛}縣，位于華東電網(wǎng)負荷中心區(qū)域，年發(fā)電量約520億千瓦時。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展進入新階段以及華東電網(wǎng)電力市場的新環(huán)境，核電的基荷電源地位逐漸受到挑戰(zhàn)，設備利用小時數(shù)呈逐年下降趨勢。近年來華東區(qū)外來電受入規(guī)模不斷增加，區(qū)內(nèi)電源尤其是風電、光伏新能源的高速發(fā)展，以及受經(jīng)濟影響電力市場需求側增長乏力，目前核電機組在華東電網(wǎng)的消納受到一定的限制。本文通過秦山核電參與電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)的現(xiàn)狀入手，基于核電運行的優(yōu)劣勢進行深度剖析，旨在為相關專業(yè)技術人員提供參考。

關鍵詞

秦山核電;清潔能源;負荷調(diào)節(jié)

中圖分類號： TU832 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 08 . 82

0 概述

（1）華東電網(wǎng)及外部電力環(huán)境

華東電網(wǎng)是我國最大的跨省市區(qū)域電網(wǎng)，包括上海、江蘇、浙江、安徽和福建四省一市。2019年華東電網(wǎng)全網(wǎng)調(diào)度口徑用電量16753.57億千瓦時，全社會最高負荷為297910MW。華東區(qū)內(nèi)風電、光伏等新能源裝機持續(xù)高速增長，最大用電峰谷差持續(xù)增大，跨區(qū)特高壓直流送電能力逐步釋放以及受經(jīng)濟影響電力市場需求側增長乏力。華東電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行面臨更大的挑戰(zhàn)，面臨越來越大的峰谷差，負荷調(diào)節(jié)壓力與日俱增。

（2）秦山核電概況

秦山核電基地位于浙江省嘉興市海鹽縣，處于華東電網(wǎng)負荷中心區(qū)域，基地內(nèi)共擁有9臺核電機組，總裝機容量660.4萬千瓦，年發(fā)電量約520億千瓦時，是我國裝機容量最大、機組數(shù)量最多、堆型最豐富的核電基地。截至2019年年度，累計安全運行123.04堆.年，安全發(fā)電5889.8億千瓦時，減少標準煤消耗1.86億噸，減排二氧化碳5.70億噸，二氧化硫約320萬噸，相當于植樹造林369個西湖，創(chuàng)造了良好的環(huán)境效益。

1 秦山核電參與華東電網(wǎng)調(diào)峰運行情況

秦山核電9臺機組的反應堆設計均按照帶基本負荷運行模式設計，不具備低功率運行和參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的能力。由于機組調(diào)峰能力的關鍵設計的差異，秦山核電核電機組自投產(chǎn)以來，尚未參與過電網(wǎng)的日調(diào)峰運行，僅在法定節(jié)假日或者臺風等自然災害下負荷驟降等情況下，配合電網(wǎng)進行降出力調(diào)整，一般降至最低技術出力運行。

近五年來，秦山核電累積參與電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)運行139臺次，其中降功率運行126臺次，停機13臺次。其中法定節(jié)假日調(diào)峰損失占比最大，占比達到95%以上。在法定節(jié)假日中，春節(jié)與國慶長假的調(diào)峰損失分別占比64.96%和20%，超過總損失的80%以上。秦山核電越來越頻繁地參與電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)運行。

2 秦山核電參與電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)運行的限制因素

秦山核電現(xiàn)有機組的設計基于我國核電發(fā)展初期核電在全網(wǎng)總裝機占比低，未考慮日負荷調(diào)節(jié)。機組僅在電網(wǎng)特殊時段下，在計劃安排下降功率至最低技術出力參與電網(wǎng)負荷調(diào)整。限制核電機組參與調(diào)峰運行的主要因素有以下幾個方面：

2.1 反應堆控制

參與節(jié)假日調(diào)峰導致的堆功率的變化將使反應堆軸向功率偏差運行控制困難，堆功率調(diào)節(jié)越多，氙毒產(chǎn)額越大，暫態(tài)效應越明顯，反應堆難以控制，從而導致安全裕度下降。在壽期末，氙振蕩比壽期初更劇烈，導致軸向功率偏差的振蕩也更難控制，在壽期末更要避免功率的波動。同時頻繁進行升降功率操作增加了核電站人因失誤及設備故障的風險。

2.2 降低核燃料可靠性

由于燃料芯塊與包殼的熱膨脹系數(shù)不同，在核電機組負荷變化時，若速率或幅度較大，包殼局部可能產(chǎn)生過應力和過應變，芯塊膨脹的更大，芯塊與包殼相互作用容易導致燃料包殼的損壞。同時，裂變產(chǎn)物碘可使包殼內(nèi)壁產(chǎn)生微裂紋，在過大的拉應力下這種裂紋會形成破口。若功率大幅下降，則同樣因熱膨脹系數(shù)不同導致芯塊和包殼的間隙出現(xiàn)又閉合，這時快速提升功率且超過原負荷值時，包殼更易破裂。反應堆功率的頻繁變化，嚴重時會危及核反應堆的安全。

2.3 環(huán)境成本增加

核電站是通過功率補償棒、溫度控制棒、硼濃度等方式控制堆功率，負荷變動都會涉及硼濃度調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)硼濃度時，在稀釋過程中會從一回路釋放出一定量的放射性水。對于百萬千瓦機組來說，負荷跟蹤期間系統(tǒng)平均每天需要處理的一回路水流量約為47m3，遠遠大于基本負荷運行時平均每天10 m3左右的水量。隨著燃耗的加深，進行負荷跟蹤將產(chǎn)生更多的放射性廢水。這在很大程度上增加了系統(tǒng)的負擔，增加了環(huán)境成本。

2.4 降低設備可靠性

核電機組頻繁地參與負荷調(diào)節(jié)也影響一些關鍵設備的可靠性。一是控制棒與驅(qū)動機構，控制棒與導向筒之間存在著磨損，這種磨損會降低控制棒的可靠性，可能導致控制棒落棒事故、彈棒事故和一回路破口事故發(fā)生概率的增加。二是負荷調(diào)節(jié)過程中一回路溫度和壓力的反復變化引起的疲勞破壞對機組的某些設備可靠性會產(chǎn)生影響。如低功率下穩(wěn)壓器波動管熱分層現(xiàn)象可能對波動管的完整性構成威脅等。

3 核電參與電網(wǎng)負荷調(diào)節(jié)運行的思考

3.1 核電與其他型機組調(diào)節(jié)能力的分析

3.1.1 出力的可控性方面

風電、光伏等可再生能源受自然條件影響出力隨機性和波動性較大。而常規(guī)火電在最小技術出力范圍內(nèi)靈活控制，水電（抽蓄）機組除徑流式水電站出力不可控之外，可實現(xiàn)出力的控制;核電機組在滿足運行安全的前提下在一定范圍內(nèi)出力可控。

3.1.2 調(diào)節(jié)速率方面對比

抽蓄機組調(diào)節(jié)速度最快，非徑流式水電機組其次，燃機低于水電機組但高于燃煤火電，核電機組在滿足安全的前提下調(diào)節(jié)范圍小，速度也相對較慢，而新能源機組在無儲能時基本不可控。

綜上所述，核電的主要優(yōu)點在于運行穩(wěn)定性和可靠性，缺點是調(diào)節(jié)能力不如常規(guī)電源，但優(yōu)于風電和光伏等新能源。因此秦山核電機組更適合保持現(xiàn)階段的調(diào)峰運行模式，即正常情況下帶基荷運行模式，在電網(wǎng)特殊時段可降功率至最低技術出力，運行時限不超過并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議規(guī)定的時間。

3.2 在調(diào)峰壓力日益嚴峻情況下，核電機組的探索

基于秦山核電參與電網(wǎng)調(diào)峰的數(shù)據(jù)分析，秦山核電參與調(diào)峰主要集中在法定節(jié)假日，春節(jié)和國慶長假尤為突出。核電企業(yè)通過優(yōu)化生產(chǎn)計劃安排，盡可能將機組的檢修工作（大修及消缺等）安排在春節(jié)及國慶長假期間執(zhí)行，配合電網(wǎng)的負荷調(diào)節(jié)。

其次，為了面對日益嚴峻的調(diào)峰壓力，后續(xù)的核電機組應按照具備調(diào)峰能力進行設計或引進。同時電網(wǎng)調(diào)度按照“新人新辦法、老人老辦法”對不同類型核電機組制定不同調(diào)峰政策。

4 結論

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展進入新階段，華東區(qū)外來電受入規(guī)模不斷增加，區(qū)內(nèi)新能源的高速發(fā)展，大電網(wǎng)已逐步建成。核電在電網(wǎng)中的地位也將更加突出，也將更加頻繁參與電網(wǎng)的安全控制，這就決定核電從業(yè)者更為開放、更為與時俱進，為核電及電網(wǎng)的穩(wěn)定運行出謀劃策。

參考文獻

[1]華東電網(wǎng)2019年度信息發(fā)布會.