淺析東北地區核電機組調峰

李科一　張龍

摘 要：作為法國引進機組，東北核電主要考慮了機組運行安全性和經濟性，未完整引進日負荷跟蹤等調峰技術。與國外原型機組相比，東北核電機組消耗了部分原設計預留的安全裕量，導致機組目前不具備靈活運行能力。目前東北地區核電機組參與調峰主要有兩種方式：長期低功率運行及日負荷跟蹤。

關鍵詞：核電；調峰；運行

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0167-01

1 遼寧電網負荷情況

截止2017年9月，遼寧電網全省發電裝機容量達到4793.40萬千瓦，累計完成發電量1309.90億千瓦時。其中：火電裝機為3187.19萬千瓦，占總容量的66.49%，完成992.42億千瓦時；水電裝機293.11萬千瓦，占總容量的6.11%，完成37.96億千瓦時；風電裝機700.69萬千瓦，占總容量的14.62%，完成106.62億千瓦時；核電裝機447.52萬千瓦，占總容量9.34%，完成165.58億千瓦時；太陽能164.90萬千瓦，占總容量的3.44%，完成7.31億千瓦時，如圖1、圖2。

在東北地區嚴峻的電力市場形勢下，不僅風電等新能源大量擠占地區發電空間，冬季供暖期更是迫使核電機組多次長時間停機或參與負荷調節，甚至進行了深度調峰。

2 核電機組參與調峰的方式及政策

國家發改委和國家能源局發布《保障核電安全消納暫行辦法》：為提高核電機組安全性和減少三廢排放，電網企業應盡量減少安排核電機組調峰。在確保核電機組安全運行前提下，可根據實際需要安排核電機組參與調峰。新建機組（2017年1月1日后核準）設計建設要考慮日調峰能力。一般情況下，電網企業應提前1周通知核電廠營運單位進行評估準備；特殊情況下，應提前2-3日通知核電廠營運單位。核電廠營運單位應按直接參與或購買輔助方式參與系統調峰。對于不具備日調峰能力的存量機組（實際運行保持在額定功率75%及以上功率平臺），要按照“補償成本、合理收益”的基本原則，向承擔輔助服務的發電主體或第三方提供者購買輔助或支付輔助補償費用。

作為法國引進機組，東北核電主要考慮了機組運行安全性和經濟性，未完整引進日負荷跟蹤等調峰技術。通過翻版、改進、不斷提高設備國產化率及當時的國內電力市場環境，在設計建造時，機組更注重發電能力的提升，主要體現在：（1）具備更高的額定功率；（2）采用長周期換料模式；（3）堆芯運行圖和保護定值裕度變小。因此，與國外原型機組相比，東北核電機組消耗了部分原設計預留的安全裕量，導致機組目前不具備靈活運行能力。目前東北地區核電機組參與調峰主要有兩種方式：長期低功率運行及日負荷跟蹤。

2.1 長期低功率運行

長期低功率運行運行模式為功率補償棒組全部抽出且運行的反應堆功率低于97%Pn，低功率運行持續時間超過12小時的運行模式。機組目前僅具備調硼長期低功率運行能力，在可預見的未來，特定機組完成設計論證、執照申請、現場實施等幾個階段的工作后，可具備與法國核電機組相當的調峰能力。

目前機組長期低功率運行在高于75%Pn功率的低功率運行平臺最長運行120個日歷天。在單次低功率運行結束，返回滿功率后，長期低功率運行裕度可以緩慢恢復，以便再次低功率運行。長期低功率運行主要是應對電網計劃性的短期負荷調節，例如國家重大節假日，極端惡劣天氣，冬季供暖期等某些短時期電網低谷容量不足的情況下，通過安排核電機組計劃性長期低功率運行，適應電網短期調峰需求。

2.2 日負荷跟蹤

12-3-6-3運行模式是核電機組有限度補償電網負荷變化的一種特殊運行模式，此模式是指在24小時運行周期內，需反應堆在高功率平臺穩定運行12小時以上，然后在3小時內降負荷至低功率平臺，在低功率平臺穩定運行小于6小時，最后必須在3小時內升至原高功率平臺。此運行模式的降、升功率是通過功率控制棒插入、提出反應堆堆芯來實現的，在此模式下，任意24小時內控制棒插入堆芯的時間嚴格控制不能超過12小時，即高功率平臺運行時間不小于12小時，低功率平臺以及降、升功率過程的時間合計不超過12小時。

對紅沿河核電機組來說，高功率平臺通常是100%FP（滿功率），對應的低功率平臺通常是75%FP；在特殊情況下，高功率平臺也可為75%FP，與之對應的低功率平臺則為50%FP。

12-3-6-3運行模式連續運行天數不能超過三天，一般情況下，若經過三天的此模式運行后，機組必須維持連續七天以上高功率水平運行，才具備再次實施12-3-6-3模式運行的能力。

2.3 機組禁止12-3-6-3模式運行的情況

核電機組燃料消耗達到設計裝載值的85%以后，禁止實施12-3-6-3模式運行，目前紅沿河1號機組（18個月換料方案）的禁止時間是大修前75個滿功率日，2、3、4號機組（年度換料方案）是大修前45個滿功率日。

堆芯燃料異常情況，如一回路放射化學水平達到規范限定的區域，機組禁止12-3-6-3模式運行。

機組某些設備缺陷，按技術規范要求機組禁止12-3-6-3模式運行情況，如含氫廢氣處理系統兩臺壓縮機不可用、反應堆控制系統一對網關不可用、一回路下泄管線不可用、一回路硼水補給系統水泵不可用、一回路硼表不可用、反應堆控制棒系統缺陷、反應堆堆外核功率監測系統缺陷等。

某些定期試驗期間，機組禁止12-3-6-3模式運行，如每月一次的反應堆堆芯中子通量圖繪制時，要求試驗前48小時及試驗期間機組功率保持穩定運行。

反應堆軸向功率偏差（△I）控制困難期間，機組禁止12-3-6-3模式運行。

2.4 停備

核電機組目前暫無長期停備的安全限制，法國核電機組也沒有該經驗。但長期停備造成部分監督要求的定期試驗不具備條件執行，無法驗證部分核安全設施的可用性。如果超期未執行的定期試驗，需要向國家核安全監管部門提交報告。另長期停備使設計在額定工況下運行的設備運行在非正常工況，給設備性能帶來很大的沖擊，增加設備損壞幾率，導致機組安全性降低。

3 結語

雖然核電機組具備參與電網調峰的能力，但核電機組在某些特定的條件下參與調峰風險較大，如壽期末進行機組長時間降功率運行，堆芯控制、上下部功率平衡等控制艱難，進而可能導致機組無法控制而快速甩負荷，引發停機停堆。應盡量保證核電機組的基荷運行，因為不可抗力需要負荷調整時，適當參與調峰。核電廠應積極研究多種運行方式配合電網調峰，例如通過長期低功率運行方式，適應電網短期調峰需求，通過日負荷跟蹤應對電網日峰谷差調峰需求，通過合理安排大修應對電網年度或季節性負荷調峰需求。