探討核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)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(xiàn)在這個充滿科技化的社會，高科技的產(chǎn)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(jié)構(gòu)中，核電所占的比重越來越大，對于在電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰階段也發(fā)揮著不可或缺的作用。本文簡要分析國外核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運行情況，通過對比對我國運行方式進(jìn)行探討。

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

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

1 ?引 言

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

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。對于我國來說，發(fā)展核電、風(fēng)電等清潔能源已經(jīng)刻不容緩了，因此也正在加大對其調(diào)整力度，近期的戰(zhàn)略計劃是發(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期出現(xiàn)，電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組需要滿足電網(wǎng)超負(fù)荷的需求所另外運行的電機(jī)組。因為電能是不能夠存儲的，因此需要多少電能，發(fā)電部門就需要同時間發(fā)出多少電能，因此為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，就要對發(fā)電機(jī)做出改變。

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

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

現(xiàn)階段我國電網(wǎng)在電力輸送過程中，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 ?國外核電機(jī)組參與運行情況

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

美國從20世紀(jì)90年代就開始對第二代壓水堆核電機(jī)組進(jìn)行研究，通過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。

法國作為全球核電比重最大的國家，主要有幾種方式參與電網(wǎng)的調(diào)峰運行，如通過大修組合方式、利用峰谷時段側(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)會根據(jù)核電機(jī)組自身的運行情況和使用年限來分配參與電網(wǎng)調(diào)峰的次數(shù)，避免有些機(jī)組過度處于調(diào)節(jié)狀態(tài)而出現(xiàn)損壞、過度消耗等情況;③參與幅度大，通常法國對于核電機(jī)組在擁有65%使用年限時，限額定功率進(jìn)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(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的運行方式

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)堆在滿功率或接近滿功率水平下穩(wěn)定運行，其主要依靠可溶硼濃度進(jìn)行，同時還具備調(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(nèi)對電網(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)末期會緊急停止，因此可操作性能方面會比較差。我國自主研發(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)上運行工作后，還能在2h內(nèi)將功率升至滿狀態(tài)。同時，EPR機(jī)組還具有長期低功率運作的能力，能夠有效避免機(jī)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(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)峰的運行方式

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

3.2.1 ?合理安排換料時間調(diào)峰方式

該種方式，需要工作人員在電網(wǎng)運轉(zhuǎn)一個發(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間對其進(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施，同時對于自身的影響最小，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)的需求而變化的運行方法，是通過調(diào)整核反應(yīng)堆的輸出功率來進(jìn)行的?？刂瓢羰怯脕砜刂品磻?yīng)堆快速反應(yīng)的，而硼濃度則是用來控制慢速反應(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)波動更小，增加其安全性運行。

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)電源開機(jī)容量來增加電網(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)組的運行因素，例如負(fù)荷需求、開關(guān)機(jī)時間等，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

長期低功率運行和頻繁調(diào)峰都是造成核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰運行工作中有安全問題的原因，其主要風(fēng)險有：

3.3.1 ?燃料組件損壞

因為核電燃料的內(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，包裝外殼極有可能會受到超過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于不同溫度、濕度、環(huán)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(zhì)泄漏

在核電機(jī)組調(diào)節(jié)功率時，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，軸向核功率會隨著偏差變化導(dǎo)致其振蕩，如果不均衡，就會導(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行方式時，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)的過程中，一些閥門頻繁動作會導(dǎo)致組件的有效壽命下降，其次控制棒與驅(qū)動機(jī)構(gòu)等之間存在一定的摩擦，可能會讓控制棒在核電機(jī)組參與調(diào)峰運行過程中出現(xiàn)停堆等一系列事故。

4 ?結(jié) 語

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)運行的安全性和調(diào)度性，從而使電網(wǎng)能夠面對各種情況;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)峰運行技術(shù)才是目前最主要的努力方向。

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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(jī)組運行工作。