探討核電機組參與電網調峰的運行方式

徐冰

摘 ? ?要：衣食住行是人們生活的基本，而這些都離不開水電，尤其是現在這個充滿科技化的社會，高科技的產品都離不開電，人們對于電能的需求也在不斷的增加。而在電源結構中，核電所占的比重越來越大，對于在電網系統的調峰階段也發揮著不可或缺的作用。本文簡要分析國外核電機組參與電網調峰的運行情況，通過對比對我國運行方式進行探討。

關鍵詞：核電機組;電網;調峰運行

中圖分類號：TM73 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0062-02

1 ?引 言

經過2011年福島核電事故后，中國歷經5年的蟄伏期重新迎來了核電新的發展。到2016年7月份，中國的并網核電機組有33臺，總裝機容量3132萬kW。目前我國調峰容量和手段都不能夠滿足我們的需求了，也對電力行業的發展有所限制，隨著核電的發展，我們已經看到其為我國電網運行帶來的效益，也提高了電網系統在運行過程中的靈活性。

2 ?電網調峰與核電機組

2.1 ?概 述

2.1.1 ?核電機組

核電機組是由反應堆和配套的汽輪發電機組等系統所構成的基本發電單元。對于我國來說，發展核電、風電等清潔能源已經刻不容緩了，因此也正在加大對其調整力度，近期的戰略計劃是發展熱中子反應堆核電站，遠期則是發展聚變堆核電站。

2.1.2 ?電網調峰

電網調峰是指在用電的高峰時期出現，電網的發電機組需要滿足電網超負荷的需求所另外運行的電機組。因為電能是不能夠存儲的，因此需要多少電能，發電部門就需要同時間發出多少電能，因此為了保證系統的穩定運行，就要對發電機做出改變。

2.2 ?我國核電機組參與電網調峰運行現狀

目前，許多外國國家都在用水電、火電來進行調峰工作，讓核電作為基荷來運行。核能是能夠提供大規模供電需求的唯一能源，并且對環境不會造成負面影響的清潔能源。我國未來在發展核能電力的戰略方向應該是解決電力供需問題。

現階段我國電網在電力輸送過程中，低谷負荷值與高峰負荷值之間存在著明顯差距，因此需要建立新型的電網模式。

2.3 ?國外核電機組參與運行情況

歐美、日韓等發達國家在核電機組方面的都具有調峰能力，同是多年的實踐也讓他們累積了更多的經驗，但在運行方面，還是會有不同的差異。例如：美德的核電機組是需要根據電網需求來調配參與電網調峰運行;法國由于自身核電裝機占比超過了50%，所以核電機組可以進行日調峰運行;而日本、韓國等國家則是由于有足夠的調峰電源，因此一般都會讓核電機組在滿功率狀態下運行。一些工業較發達的國家他們的峰谷差最高可達到的負荷在45～60%，如表1。

美國從20世紀90年代就開始對第二代壓水堆核電機組進行研究，通過提高利用率和處理就能夠提高設備的使用年限，并且通過增加事故防范及解決措施，定期維修指導等手段就能夠有效的提高其工作的安全性能。

法國作為全球核電比重最大的國家，主要有幾種方式參與電網的調峰運行，如通過大修組合方式、利用峰谷時段側管理方式、利用機組小修進行周調峰等。其核電機組參與電網調峰的運行工作具有以下特征：①核電機組參與調峰頻繁，在現有的核電機組中，除去個別數量不參與調峰工作中，剩余的機組平均每年參與調峰的次數達到50次，最多的可以達到130次上下;②分配合理，在參與調峰工作之前，相關機構會根據核電機組自身的運行情況和使用年限來分配參與電網調峰的次數，避免有些機組過度處于調節狀態而出現損壞、過度消耗等情況;③參與幅度大，通常法國對于核電機組在擁有65%使用年限時，限額定功率進行工作，而到了65～90%之間，則會逐步加大，如圖1所示。

3 ?核電機組參與電網調峰的運行方式

3.1 ?核電機組調峰能力

3.1.1 ?A模式壓水堆能力

A模式壓水堆機組調峰能力是指反應堆在滿功率或接近滿功率水平下穩定運行，其主要依靠可溶硼濃度進行，同時還具備調節作用。在80%循環壽期內功率變化形式是為“12-3-6-3”的日負荷跟蹤，該模式運行簡單，但是由于控制棒組件插入的較少，因此不能在短時間內對電網負荷進行明顯變化。

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具有日負荷跟蹤能力，相比于A模式，G模式的核電機組還能夠進行“16-8”的快速跟蹤模式，可以不需要工作人員的操作就可進行各種瞬態，但由于反應堆循環末期會緊急停止，因此可操作性能方面會比較差。我國自主研發的第二代核電技0術則是應用的該模式。

3.1.3 ?EPR機組調峰能力

EPR機組在機器滿功率狀態下，能夠在2h內將功率降低至50%，然后在該狀態上運行工作后，還能在2h內將功率升至滿狀態。同時，EPR機組還具有長期低功率運作的能力，能夠有效避免機組受到功率水平和運行周期的影響，它采用的是第三代的核電技術，因此靈活性更高，相比一些M310等模式，該模式在燃料的90%之前都具備調峰能力。

3.2 ?核電機組參與電網調峰的運行方式

因為我國電網調峰現階段的狀況使得核電需求不斷增加，如何降低運行處理增加電網調峰時的運行能力成為重中之重。如果在調峰過程中，核電機組運行不當、操作不合理等，都會導致系統不能夠正常運行，從而對電網安全性造成隱患，也影響電網的經濟效益。以下是常見的3種核電機組參與電網調峰的運行方式。

3.2.1 ?合理安排換料時間調峰方式

該種方式，需要工作人員在電網運轉一個發電循環之后，將核電機組暫停，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間對其進行大修，從而保證設備的正常使用。這種核電機組參與電網調峰的方法較容易操作實施，同時對于自身的影響最小，也是現行調度冬季較為常用的方式。

3.2.2 ?跟蹤負荷調峰方式

該種方式則是核電機組功率隨著電網系統的需求而變化的運行方法，是通過調整核反應堆的輸出功率來進行的。控制棒是用來控制反應堆快速反應的，而硼濃度則是用來控制慢速反應的。采用先進的控制系統，能夠讓核電跟蹤負荷能力有所提升，使其主要的參數波動更小，增加其安全性運行。

3.2.3 ?極端日壓出力調峰方式

該方式是指在不能夠采用跟蹤負荷調峰方式的情況下，使用提高火電和水電等可調電源開機容量來增加電網系統的調峰能力。這種方式就需要多方面的考慮發電機組的運行因素，例如負荷需求、開關機時間等，優化結構并調整模型才能夠有效保證核電機組在電網調整過程中還能夠安全穩定工作。

3.3 ?核電機組參與電網調峰的注意事項

長期低功率運行和頻繁調峰都是造成核電機組參與電網調峰運行工作中有安全問題的原因，其主要風險有：

3.3.1 ?燃料組件損壞

因為核電燃料的內芯與其包裝外殼的熱膨脹系數是不相等的，因此當核電機組負荷工作時，包裝外殼極有可能會受到超過其承受程度的作用力導致損壞。所以在核電機組參與電網調峰工作中，需要注意核電機組燃料組件不同材料對于不同溫度、濕度、環境的影響變化，找到一個平衡點才能提高其工作使用壽命。

3.3.2 ?放射性物質泄漏

在核電機組調節功率時，反應堆與氙毒是相反作用的，因此隨著氙毒與控制棒的操作，軸向核功率會隨著偏差變化導致其振蕩，如果不均衡，就會導致放射性物質泄漏。一旦放射性物質泄漏，不僅違背了當初利用核電機組參與電網調峰工作的初衷，也使得環境污染更加嚴重，因此，在考慮使用哪一種運行方式時，需要根據自身情況、電網環境、設備設施等狀況來進行一定的調節，從而才能夠防止該情況的發生。

3.3.3 ?設備可靠性降低

如果核電機組是頻繁調峰狀態下，那么首先在功率調節的過程中，一些閥門頻繁動作會導致組件的有效壽命下降，其次控制棒與驅動機構等之間存在一定的摩擦，可能會讓控制棒在核電機組參與調峰運行過程中出現停堆等一系列事故。

4 ?結 語

核電機組因本身具備較大的調峰深度和容量，所以才能夠有效幫助電網完成調峰階段的需求。不僅能夠提高電力系統運行的安全性和調度性，從而使電網能夠面對各種情況;而且還能提高電力系統的經濟效益，加大清潔能源的利用率。因此不斷提高核電機組參與調峰運行技術才是目前最主要的努力方向。

參考文獻

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收稿日期：2018-12-3

作者簡介：徐 冰（1985-），男，工程師，本科，主要從事核電機組運行工作。