核電發展現狀及調峰可行性分析

宋卓然，商文穎，宋穎巍，劉 凱，呂忠華，張志杰

（1.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110030）

核電發展現狀及調峰可行性分析

宋卓然1，商文穎1，宋穎巍1，劉 凱1，呂忠華1，張志杰2

（1.國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽 110015；2.國網沈陽供電公司，遼寧 沈陽 110030）

介紹了國內外最新核電發展情況，分析了各類型機組應用現狀及發展趨勢，概述了MP310、CPR1000、EPR、AP1000等類型核電機組的進化過程及調峰特性，并以法國2座核電站的2臺核電機組運行情況為例，結合現役機組實際日運行及月運行數據分析了國外核電機組參與調峰運行情況，最后根據遼寧地區電網電源現狀及核電規劃，按照負荷預測，通過設計合理的調峰深度，提出應對調峰矛盾的解決方案。

核電機組；運行方式；調峰特性；調峰措施

遼寧地區近年來用電量增速放緩，規劃電源裝機規模較大，供需矛盾日益嚴峻。截至2014年6月底，遼寧省發電設備總裝機容量4 164萬kW。水電273萬kW，占比6.54%；火電3 084萬kW，占比74.06%；核電200萬kW，占比4.80%；風電603萬kW，占比14.48%；太陽能4.82萬kW，占比0.12%。

隨著國務院《節能減排“十二五”規劃》、《大氣污染防治行動計劃》、《國務院關于近期支持東北振興若干重大政策舉措的意見》等政策落實，作為清潔能源的核電得到政府的進一步重視。紅沿河一期3、4號機組及紅沿河二期、徐大堡核電站總計650萬kW核電機組將于2020年前后全部投產。核電的大力發展與用電量增長緩慢導致遼寧地區電力供大于求矛盾進一步加深，核電與風電等不參與調峰電源裝機比重過高將影響電網安全運行，因此，核電的運行方式需要重新制定。

1 核電發展現狀

1.1 國外核電發展現狀

在日本福島核電站事故之后，全球整體核電發展放緩，歐洲、美國等發達國家也出臺相關政策，限制核電發展。2012年全球核電發電量相比2011年減少1.64 TW，核電發電量占比呈逐年下降趨勢，2012年占比僅為18.37%。

國際原子能機構數據顯示（如圖1、圖2所示），截至2012年底，全球在運反應堆共有437座，壓水堆所占比例最高，達到273座，占總數的50%以上，發電容量為252.2 GW。沸水堆、氣冷堆、重水堆、石墨輕水反應堆、快速中子堆分別為84座、15座、48座、15座、2座。在建反應堆中，壓水堆為54座，占在建反應堆總數的80%，由此可見，壓水堆機組是目前全球的主流堆型，并有進一步發展的趨勢。沸水堆、重水堆、快速中子堆、石墨輕水反應堆、高溫氣冷反應堆數量分別為4座、5座、2座、1座、1座［1］。

圖1 在運各類反應堆比例

1.2 國內核電發展現狀

我國核工業始于20世紀70年代，并在2005年進入高速發展階段。技術主要從法國、加拿大、俄羅斯等國引進，本土化發展主要基于法國組件。最新技術來源于美國和法國。西屋公司AP1000機組是未來一段時間的主要技術基礎。在充分掌握AP1000機組運行經驗后，我國將在2016年大規模采用第3代壓水堆技術［1］。

截至2013年底，我國大陸并網運行核電機組19臺（如表1所示），裝機容量15 662 MW，17臺投入商業運行。

表1 我國在運核反應堆基本參數表

表1中，CEFR為我國試驗快速中子堆，是第4代核能系統的優選堆型，2000年5月開工建設。2011年7月21日10：00成功實現并網發電，但未投入商業運行。

截至2012年底，我國在建核反應堆29座，其中壓水堆28座，占世界在建反應堆總數的52%，建成后可新增發電容量2 864.4萬kW。此外，還有1座高溫氣冷反應堆。

2013年國內核電新增裝機容量約為324萬kW。2013年7月，發改委制定的核電上網電價為0.43元／kWh。

1.3 我國核電政策

受日本福島核電站事故影響，核電發展規劃放緩，由2004年的積極發展變為2011年保證安全的穩步發展。2014年全國“十三五”能源規劃工作會議提出安全發展核電政策，在采用國際最高安全標準、確保安全的前提下，穩步推進核電建設，到2020年，核電運行裝機容量達到5 800萬kW、在建達3 000萬kW。目前完成規劃核電裝機容量的50%。

我國對核電站的主要指導思想：壓水堆作為反應堆主流選擇，但不是唯一選擇；核燃料組件的制造與供應應在本地；最大化實現核電廠站和設備的國產化及自行設計與工程管理能力；鼓勵國際合作。

CPR1000與AP1000將是未來數年內的主流技術，高溫氣冷反應堆及快速反應堆將成為優先選擇，最終實現“壓水堆—快堆—聚變堆”的核電發展戰略。

2 機組調峰能力

2.1 M310堆型機組調峰性能

M310機型作為法國早期壓水堆核電技術的代表，已應用于大亞灣核電機組與嶺澳核電機組，大亞灣及嶺澳核電功率控制模式均設計為G模式。G模式機組調峰模式為“12－3－6－3”，可實現在燃料的前80%循環壽命周期內，在日間負荷高峰時帶12 h滿出力，晚間負荷下降時用3 h線性減負荷，在低功率平臺上運行6 h，最后用3 h線性加負荷至滿出力。該機型還可以選擇快速調節模式，負荷變動速率最快為5%／min，并具備在15%～100%滿功率范圍內實現10%功率階躍變化能力［2］。

2.2 CPR1000堆型機組調峰性能

已經投運的嶺澳二期、在建的陽江核電站、規劃中的陸豐、嶺澳三期核電站核電機組為CPR1000機型，其功率控制模式同樣為G模式設計。但CPR1000比以M310為代表的第2代核電機組采用的運行技術更先進，運行安全性更高，可以更加安全可靠地參與電網調峰運行。CPR1000采用狀態導向法事故處理程序（SOP）取代之前的應急運行規程（EOP）。SOP既可應對單一事件導致的事故，又可處理核電站疊加事故，甚至可以彌補人為失效事件，具有更廣泛的覆蓋性和適用性［3］。

2.3 EPR堆型及AP1000堆型機組調峰性能

EPR、AP1000堆型機組分別采用歐洲、美國第3代核電技術，具有更靈活的功率控制模式。相比M310、CPR1000的前80%壽命周期的功率調節模式，AP1000、EPR堆型在燃料的前90%循環周期內具有調峰能力。機組從滿出力開始，在2 h內線性下降至50%的低功率平臺，并在低功率平臺上運行2～10 h，然后用2 h線性加負荷至滿出力，并在1天剩余時間內維持滿出力運行，并可在25%～100%額定功率平臺上長期運行，不受燃料周期限制［4］。

3 機組運行情況

3.1 國外核電機組運行情況

法國核電發電占比很大，核電機組必須參與調峰。根據《JRC Scientific and Technical Reports》，歐洲129臺壓水堆機組73臺為基荷模式，56臺采用負荷跟蹤模式，其中46臺為法國核電機組。7臺年發電損失小時數超過100 h的機組有6臺在法國。

法國核電機組主要通過4種方式參與調峰運行：通過大修組合方式參與季節性調峰，利用峰谷時段需求側管理進行調峰，利用機組小修進行周調峰及日負荷跟蹤調峰。法國電力集團（EDF）共有58臺壓水堆核電機組，大部分需要參與調峰運行，有些機組通過周末停機的方式參與調峰，34臺900 MW的CPY型機組參與1年內負荷跟蹤次數最高達120多次。除了法國，核電比重較大的美國和日本等國家核電機組均有進行日負荷跟蹤的實例。美國西屋公司建造的多臺壓水堆核電機組，已具有很多日負荷跟蹤運行的實際經驗，其中1臺核電機組已在連續4個換料周期內進行了600次以上的日負荷跟蹤運行。日本四國電力公司伊方核電站也有20年以上的調峰運行經驗，2號機組于1987年10月～1988年2月間按“12－3－6－3”模式進行調峰，確認了調峰運行完全沒有問題［4］。

CHINON核電站1號機組于1984年投運，為M310型機組，2013年2月3日出力變化情況如圖3所示，機組在6：00～9：00進行了較明顯的調峰運行，7：00降出力運行到774.5 MW。

圖3 CHINON 1號機組2013年2月3日出力變化圖

圖4 CHINON 1號機組1月各時刻出力變化圖

CHINON 1號機組1月運行情況如圖4所示。通過觀察機組1個月的運行情況發現，機組整體運行情況平穩。最低值出現在1月6日7：00～8：00，為701 MW，調峰深度為78%。

作為比M310型核電機組更先進的1 300 MW級別核電機組，其調峰深度更強。以法國BEL?LEVILLE 1號機組為例，2013年1月1日出力變化情況如圖5所示。

圖5 BELLEVILLE 1號機組1月1日各時刻出力變化圖

機組最大出力值為23：00的1 289 MW，最小出力為5：00的937.5 MW，差值為351.5 MW，最大調峰深度71%，調峰變化率為26.8%。8：00～9：00機組曾做過快速調節，從998 MW陡然攀升至1 279 MW，變化率為28%。

3.2 國內核電機組運行情況

國內核電發展方興未艾，現階段國內核電機組分布仍較分散，且受電價機制影響，可參與調峰的方式主要為日調峰方式。

廣東、浙江等南方省份調峰電源較多，核電調峰頻率很低。大亞灣、秦山一期、嶺澳一期核電機組曾在春節、國慶等特殊低谷負荷日均降負荷運行參與調峰，其中秦山一期機組曾降功率至20萬kW運行，大亞灣、嶺澳一期機組在2009年電網調峰極其困難的時期（如春節、國慶和夏季強臺風時期），降至76萬kW并運行數日，且當年春節最低降至50萬kW運行較短時間。目前國內核電機組尚未有以類似“12－3－6－3”模式參與日負荷跟蹤的運行經驗記錄［5－7］。

4 遼寧電網調峰能力分析

4.1 核電調峰必要性

根據遼寧省核電發展規劃，紅沿河一期3、4號總計200萬kW機組將于2015年底投運，紅沿河二期200萬kW機組及徐大堡250萬kW機組將于2020年前后全部投運。

在2號機組投運后，2013年底到2014年初供暖期間，隨著火電機組并網容量大幅增加及2號機組并網調試，電網低谷調峰開始出現缺口，需要火電機組非常規深度調峰，尖峰時段風電接納能力嚴重不足，省內電網低谷調峰安全存在較大隱患［8－10］。

4.2 調峰平衡條件

火電按照不同電站（徑流、日／季／年調節）的調節性能確定調峰能力。遼寧地區水電可參與調峰比例為25%；抽水蓄能調峰能力按照容量的200%計算；核電暫不參與調峰；火電機組尖峰出力率在考慮同時及煤質受阻等因素，尖峰出力率按照91%考慮；熱電機組不參與調峰；旋轉備用率按8%考慮；光伏發電不參與調峰；風電不參與調峰。

4.3 核電調峰實例

選取遼寧省2014年、2015年、2017年與2020年調峰壓力最大的2月為例，當核電在滿出力運行、風電不參與調峰的條件下，調峰盈虧情況將在2015年發生逆轉，并在抽水蓄能電站投運前的2017年后矛盾最為嚴重，核電不參與調峰時調峰平衡表如表2所示。

為確保電網具有調峰能力，需要核電機組在其安全出力條件下，參與電網調峰運行。通過計算，在調峰最困難的2月，需要核電機組降出力至70%額定輸出功率運行，以保證電網正常調峰能力，確保電網安全穩定運行。

由表2可見，在2015年前，調峰能力可滿足調峰需求，但裕度空間很小，2015年開始，隨著火電機組退役、綏中電廠改接、紅沿河一期4臺機組全部投入運行等因素影響，省內調峰容量將無法滿足需求。2017年核電裝機容量為400萬kW，為滿足2017年遼寧電網調峰需求，平均核電調峰深度需達到88%；2020年核電裝機容量為850萬kW，為滿足2020年遼寧電網調峰需求，平均核電調峰深度需達到45.5%，調峰形式有所緩和的原因是抽水蓄能電站裝機容量新增320萬kW。因此，為保證電網安全運行，核電參與調峰運行勢在必行，同時需要加速抽水蓄能電站等調峰電源的規劃與建設。

表2 核電不參與調峰時調峰平衡表

5 結論

a.遼寧核電規劃容量較大，2014年以后政策利好，投產速度加快，電網調峰能力將面臨巨大考驗。

b.紅沿河采用CPR1000型核電機組，具備調峰能力，最大調峰深度為50%。為保證核電廠安全經濟運行，建議最大調峰深度不低于70%。調度部門要加強負荷預測的準確性，幫助核電廠提前準備，保證核電機組線性調節出力。

c.核電調峰將對經濟效益及社會效益產生負面影響，應盡量避免核電調峰，但在某些特定時刻，如春節等特殊節假日，核電可以參與調峰。

d.下一步可以考慮建立核電、風電、抽水蓄能聯合調峰經濟模型，共同承擔調峰經濟損失。

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Development of Nuclear Power and Analysis on Peak Shaving

SONG Zhuo?ran1，SHANG Wen?ying1，SONG Ying?wei1，LIU Kai1，Lü Zhong?hua1，ZHANG Zhi?jie2
（1.Economy Technical Research Institute of Liaoning Electric Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110015，China；2.State Grid of Shenyang Power Supply Company，Shenyang，Liaoning 110030，China）

The latest domestic and international development of nuclear power is summarized，and the application and development of various types of power reactors are analyzed，an overview of the evolution and peak shaving characteristic of MP310，CPR1000，EPR，AP1000 nuclear power reactors is given.And the operating mode of reactors abroad is analyzed based on the real daily and monthly opearation data of two nuclear reactors in France.Also a proper peak shaving level is proposed according to the load forecasting.

Nuclear reactors；Operation mode；Peak shaving characteristic；Peak shaving methods

TM623

A

1004－7913（2015）05－0040－05

宋卓然（1985—），男，碩士，工程師，從事電網規劃、新能源技術研究工作。

2015－01－20）