核电发展现状及调峰可行性分析

宋卓然，商文颖，宋颖巍，刘 凯，吕忠华，张志杰

（1.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015；2.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110030）

核电发展现状及调峰可行性分析

宋卓然1，商文颖1，宋颖巍1，刘 凯1，吕忠华1，张志杰2

（1.国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院，辽宁 沈阳 110015；2.国网沈阳供电公司，辽宁 沈阳 110030）

介绍了国内外最新核电发展情况，分析了各类型机组应用现状及发展趋势，概述了MP310、CPR1000、EPR、AP1000等类型核电机组的进化过程及调峰特性，并以法国2座核电站的2台核电机组运行情况为例，结合现役机组实际日运行及月运行数据分析了国外核电机组参与调峰运行情况，最后根据辽宁地区电网电源现状及核电规划，按照负荷预测，通过设计合理的调峰深度，提出应对调峰矛盾的解决方案。

核电机组；运行方式；调峰特性；调峰措施

辽宁地区近年来用电量增速放缓，规划电源装机规模较大，供需矛盾日益严峻。截至2014年6月底，辽宁省发电设备总装机容量4 164万kW。水电273万kW，占比6.54%；火电3 084万kW，占比74.06%；核电200万kW，占比4.80%；风电603万kW，占比14.48%；太阳能4.82万kW，占比0.12%。

随着国务院《节能减排“十二五”规划》、《大气污染防治行动计划》、《国务院关于近期支持东北振兴若干重大政策举措的意见》等政策落实，作为清洁能源的核电得到政府的进一步重视。红沿河一期3、4号机组及红沿河二期、徐大堡核电站总计650万kW核电机组将于2020年前后全部投产。核电的大力发展与用电量增长缓慢导致辽宁地区电力供大于求矛盾进一步加深，核电与风电等不参与调峰电源装机比重过高将影响电网安全运行，因此，核电的运行方式需要重新制定。

1 核电发展现状

1.1 国外核电发展现状

在日本福岛核电站事故之后，全球整体核电发展放缓，欧洲、美国等发达国家也出台相关政策，限制核电发展。2012年全球核电发电量相比2011年减少1.64 TW，核电发电量占比呈逐年下降趋势，2012年占比仅为18.37%。

国际原子能机构数据显示（如图1、图2所示），截至2012年底，全球在运反应堆共有437座，压水堆所占比例最高，达到273座，占总数的50%以上，发电容量为252.2 GW。沸水堆、气冷堆、重水堆、石墨轻水反应堆、快速中子堆分别为84座、15座、48座、15座、2座。在建反应堆中，压水堆为54座，占在建反应堆总数的80%，由此可见，压水堆机组是目前全球的主流堆型，并有进一步发展的趋势。沸水堆、重水堆、快速中子堆、石墨轻水反应堆、高温气冷反应堆数量分别为4座、5座、2座、1座、1座［1］。

图1 在运各类反应堆比例

1.2 国内核电发展现状

我国核工业始于20世纪70年代，并在2005年进入高速发展阶段。技术主要从法国、加拿大、俄罗斯等国引进，本土化发展主要基于法国组件。最新技术来源于美国和法国。西屋公司AP1000机组是未来一段时间的主要技术基础。在充分掌握AP1000机组运行经验后，我国将在2016年大规模采用第3代压水堆技术［1］。

截至2013年底，我国大陆并网运行核电机组19台（如表1所示），装机容量15 662 MW，17台投入商业运行。

表1 我国在运核反应堆基本参数表

表1中，CEFR为我国试验快速中子堆，是第4代核能系统的优选堆型，2000年5月开工建设。2011年7月21日10：00成功实现并网发电，但未投入商业运行。

截至2012年底，我国在建核反应堆29座，其中压水堆28座，占世界在建反应堆总数的52%，建成后可新增发电容量2 864.4万kW。此外，还有1座高温气冷反应堆。

2013年国内核电新增装机容量约为324万kW。2013年7月，发改委制定的核电上网电价为0.43元／kWh。

1.3 我国核电政策

受日本福岛核电站事故影响，核电发展规划放缓，由2004年的积极发展变为2011年保证安全的稳步发展。2014年全国“十三五”能源规划工作会议提出安全发展核电政策，在采用国际最高安全标准、确保安全的前提下，稳步推进核电建设，到2020年，核电运行装机容量达到5 800万kW、在建达3 000万kW。目前完成规划核电装机容量的50%。

我国对核电站的主要指导思想：压水堆作为反应堆主流选择，但不是唯一选择；核燃料组件的制造与供应应在本地；最大化实现核电厂站和设备的国产化及自行设计与工程管理能力；鼓励国际合作。

CPR1000与AP1000将是未来数年内的主流技术，高温气冷反应堆及快速反应堆将成为优先选择，最终实现“压水堆—快堆—聚变堆”的核电发展战略。

2 机组调峰能力

2.1 M310堆型机组调峰性能

M310机型作为法国早期压水堆核电技术的代表，已应用于大亚湾核电机组与岭澳核电机组，大亚湾及岭澳核电功率控制模式均设计为G模式。G模式机组调峰模式为“12－3－6－3”，可实现在燃料的前80%循环寿命周期内，在日间负荷高峰时带12 h满出力，晚间负荷下降时用3 h线性减负荷，在低功率平台上运行6 h，最后用3 h线性加负荷至满出力。该机型还可以选择快速调节模式，负荷变动速率最快为5%／min，并具备在15%～100%满功率范围内实现10%功率阶跃变化能力［2］。

2.2 CPR1000堆型机组调峰性能

已经投运的岭澳二期、在建的阳江核电站、规划中的陆丰、岭澳三期核电站核电机组为CPR1000机型，其功率控制模式同样为G模式设计。但CPR1000比以M310为代表的第2代核电机组采用的运行技术更先进，运行安全性更高，可以更加安全可靠地参与电网调峰运行。CPR1000采用状态导向法事故处理程序（SOP）取代之前的应急运行规程（EOP）。SOP既可应对单一事件导致的事故，又可处理核电站叠加事故，甚至可以弥补人为失效事件，具有更广泛的覆盖性和适用性［3］。

2.3 EPR堆型及AP1000堆型机组调峰性能

EPR、AP1000堆型机组分别采用欧洲、美国第3代核电技术，具有更灵活的功率控制模式。相比M310、CPR1000的前80%寿命周期的功率调节模式，AP1000、EPR堆型在燃料的前90%循环周期内具有调峰能力。机组从满出力开始，在2 h内线性下降至50%的低功率平台，并在低功率平台上运行2～10 h，然后用2 h线性加负荷至满出力，并在1天剩余时间内维持满出力运行，并可在25%～100%额定功率平台上长期运行，不受燃料周期限制［4］。

3 机组运行情况

3.1 国外核电机组运行情况

法国核电发电占比很大，核电机组必须参与调峰。根据《JRC Scientific and Technical Reports》，欧洲129台压水堆机组73台为基荷模式，56台采用负荷跟踪模式，其中46台为法国核电机组。7台年发电损失小时数超过100 h的机组有6台在法国。

法国核电机组主要通过4种方式参与调峰运行：通过大修组合方式参与季节性调峰，利用峰谷时段需求侧管理进行调峰，利用机组小修进行周调峰及日负荷跟踪调峰。法国电力集团（EDF）共有58台压水堆核电机组，大部分需要参与调峰运行，有些机组通过周末停机的方式参与调峰，34台900 MW的CPY型机组参与1年内负荷跟踪次数最高达120多次。除了法国，核电比重较大的美国和日本等国家核电机组均有进行日负荷跟踪的实例。美国西屋公司建造的多台压水堆核电机组，已具有很多日负荷跟踪运行的实际经验，其中1台核电机组已在连续4个换料周期内进行了600次以上的日负荷跟踪运行。日本四国电力公司伊方核电站也有20年以上的调峰运行经验，2号机组于1987年10月～1988年2月间按“12－3－6－3”模式进行调峰，确认了调峰运行完全没有问题［4］。

CHINON核电站1号机组于1984年投运，为M310型机组，2013年2月3日出力变化情况如图3所示，机组在6：00～9：00进行了较明显的调峰运行，7：00降出力运行到774.5 MW。

图3 CHINON 1号机组2013年2月3日出力变化图

图4 CHINON 1号机组1月各时刻出力变化图

CHINON 1号机组1月运行情况如图4所示。通过观察机组1个月的运行情况发现，机组整体运行情况平稳。最低值出现在1月6日7：00～8：00，为701 MW，调峰深度为78%。

作为比M310型核电机组更先进的1 300 MW级别核电机组，其调峰深度更强。以法国BEL⁃LEVILLE 1号机组为例，2013年1月1日出力变化情况如图5所示。

图5 BELLEVILLE 1号机组1月1日各时刻出力变化图

机组最大出力值为23：00的1 289 MW，最小出力为5：00的937.5 MW，差值为351.5 MW，最大调峰深度71%，调峰变化率为26.8%。8：00～9：00机组曾做过快速调节，从998 MW陡然攀升至1 279 MW，变化率为28%。

3.2 国内核电机组运行情况

国内核电发展方兴未艾，现阶段国内核电机组分布仍较分散，且受电价机制影响，可参与调峰的方式主要为日调峰方式。

广东、浙江等南方省份调峰电源较多，核电调峰频率很低。大亚湾、秦山一期、岭澳一期核电机组曾在春节、国庆等特殊低谷负荷日均降负荷运行参与调峰，其中秦山一期机组曾降功率至20万kW运行，大亚湾、岭澳一期机组在2009年电网调峰极其困难的时期（如春节、国庆和夏季强台风时期），降至76万kW并运行数日，且当年春节最低降至50万kW运行较短时间。目前国内核电机组尚未有以类似“12－3－6－3”模式参与日负荷跟踪的运行经验记录［5－7］。

4 辽宁电网调峰能力分析

4.1 核电调峰必要性

根据辽宁省核电发展规划，红沿河一期3、4号总计200万kW机组将于2015年底投运，红沿河二期200万kW机组及徐大堡250万kW机组将于2020年前后全部投运。

在2号机组投运后，2013年底到2014年初供暖期间，随着火电机组并网容量大幅增加及2号机组并网调试，电网低谷调峰开始出现缺口，需要火电机组非常规深度调峰，尖峰时段风电接纳能力严重不足，省内电网低谷调峰安全存在较大隐患［8－10］。

4.2 调峰平衡条件

火电按照不同电站（径流、日／季／年调节）的调节性能确定调峰能力。辽宁地区水电可参与调峰比例为25%；抽水蓄能调峰能力按照容量的200%计算；核电暂不参与调峰；火电机组尖峰出力率在考虑同时及煤质受阻等因素，尖峰出力率按照91%考虑；热电机组不参与调峰；旋转备用率按8%考虑；光伏发电不参与调峰；风电不参与调峰。

4.3 核电调峰实例

选取辽宁省2014年、2015年、2017年与2020年调峰压力最大的2月为例，当核电在满出力运行、风电不参与调峰的条件下，调峰盈亏情况将在2015年发生逆转，并在抽水蓄能电站投运前的2017年后矛盾最为严重，核电不参与调峰时调峰平衡表如表2所示。

为确保电网具有调峰能力，需要核电机组在其安全出力条件下，参与电网调峰运行。通过计算，在调峰最困难的2月，需要核电机组降出力至70%额定输出功率运行，以保证电网正常调峰能力，确保电网安全稳定运行。

由表2可见，在2015年前，调峰能力可满足调峰需求，但裕度空间很小，2015年开始，随着火电机组退役、绥中电厂改接、红沿河一期4台机组全部投入运行等因素影响，省内调峰容量将无法满足需求。2017年核电装机容量为400万kW，为满足2017年辽宁电网调峰需求，平均核电调峰深度需达到88%；2020年核电装机容量为850万kW，为满足2020年辽宁电网调峰需求，平均核电调峰深度需达到45.5%，调峰形式有所缓和的原因是抽水蓄能电站装机容量新增320万kW。因此，为保证电网安全运行，核电参与调峰运行势在必行，同时需要加速抽水蓄能电站等调峰电源的规划与建设。

表2 核电不参与调峰时调峰平衡表

5 结论

a.辽宁核电规划容量较大，2014年以后政策利好，投产速度加快，电网调峰能力将面临巨大考验。

b.红沿河采用CPR1000型核电机组，具备调峰能力，最大调峰深度为50%。为保证核电厂安全经济运行，建议最大调峰深度不低于70%。调度部门要加强负荷预测的准确性，帮助核电厂提前准备，保证核电机组线性调节出力。

c.核电调峰将对经济效益及社会效益产生负面影响，应尽量避免核电调峰，但在某些特定时刻，如春节等特殊节假日，核电可以参与调峰。

d.下一步可以考虑建立核电、风电、抽水蓄能联合调峰经济模型，共同承担调峰经济损失。

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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，硕士，工程师，从事电网规划、新能源技术研究工作。

2015－01－20）