浅析东北地区核电机组调峰

李科一　张龙

摘 要：作为法国引进机组，东北核电主要考虑了机组运行安全性和经济性，未完整引进日负荷跟踪等调峰技术。与国外原型机组相比，东北核电机组消耗了部分原设计预留的安全裕量，导致机组目前不具备灵活运行能力。目前东北地区核电机组参与调峰主要有两种方式：长期低功率运行及日负荷跟踪。

关键词：核电；调峰；运行

中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章編号：1671-2064（2018）09-0167-01

1 辽宁电网负荷情况

截止2017年9月，辽宁电网全省发电装机容量达到4793.40万千瓦，累计完成发电量1309.90亿千瓦时。其中：火电装机为3187.19万千瓦，占总容量的66.49%，完成992.42亿千瓦时；水电装机293.11万千瓦，占总容量的6.11%，完成37.96亿千瓦时；风电装机700.69万千瓦，占总容量的14.62%，完成106.62亿千瓦时；核电装机447.52万千瓦，占总容量9.34%，完成165.58亿千瓦时；太阳能164.90万千瓦，占总容量的3.44%，完成7.31亿千瓦时，如图1、图2。

在东北地区严峻的电力市场形势下，不仅风电等新能源大量挤占地区发电空间，冬季供暖期更是迫使核电机组多次长时间停机或参与负荷调节，甚至进行了深度调峰。

2 核电机组参与调峰的方式及政策

国家发改委和国家能源局发布《保障核电安全消纳暂行办法》：为提高核电机组安全性和减少三废排放，电网企业应尽量减少安排核电机组调峰。在确保核电机组安全运行前提下，可根据实际需要安排核电机组参与调峰。新建机组（2017年1月1日后核准）设计建设要考虑日调峰能力。一般情况下，电网企业应提前1周通知核电厂营运单位进行评估准备；特殊情况下，应提前2-3日通知核电厂营运单位。核电厂营运单位应按直接参与或购买辅助方式参与系统调峰。对于不具备日调峰能力的存量机组（实际运行保持在额定功率75%及以上功率平台），要按照“补偿成本、合理收益”的基本原则，向承担辅助服务的发电主体或第三方提供者购买辅助或支付辅助补偿费用。

作为法国引进机组，东北核电主要考虑了机组运行安全性和经济性，未完整引进日负荷跟踪等调峰技术。通过翻版、改进、不断提高设备国产化率及当时的国内电力市场环境，在设计建造时，机组更注重发电能力的提升，主要体现在：（1）具备更高的额定功率；（2）采用长周期换料模式；（3）堆芯运行图和保护定值裕度变小。因此，与国外原型机组相比，东北核电机组消耗了部分原设计预留的安全裕量，导致机组目前不具备灵活运行能力。目前东北地区核电机组参与调峰主要有两种方式：长期低功率运行及日负荷跟踪。

2.1 长期低功率运行

长期低功率运行运行模式为功率补偿棒组全部抽出且运行的反应堆功率低于97%Pn，低功率运行持续时间超过12小时的运行模式。机组目前仅具备调硼长期低功率运行能力，在可预见的未来，特定机组完成设计论证、执照申请、现场实施等几个阶段的工作后，可具备与法国核电机组相当的调峰能力。

目前机组长期低功率运行在高于75%Pn功率的低功率运行平台最长运行120个日历天。在单次低功率运行结束，返回满功率后，长期低功率运行裕度可以缓慢恢复，以便再次低功率运行。长期低功率运行主要是应对电网计划性的短期负荷调节，例如国家重大节假日，极端恶劣天气，冬季供暖期等某些短时期电网低谷容量不足的情况下，通过安排核电机组计划性长期低功率运行，适应电网短期调峰需求。

2.2 日负荷跟踪

12-3-6-3运行模式是核电机组有限度补偿电网负荷变化的一种特殊运行模式，此模式是指在24小时运行周期内，需反应堆在高功率平台稳定运行12小时以上，然后在3小时内降负荷至低功率平台，在低功率平台稳定运行小于6小时，最后必须在3小时内升至原高功率平台。此运行模式的降、升功率是通过功率控制棒插入、提出反应堆堆芯来实现的，在此模式下，任意24小时内控制棒插入堆芯的时间严格控制不能超过12小时，即高功率平台运行时间不小于12小时，低功率平台以及降、升功率过程的时间合计不超过12小时。

对红沿河核电机组来说，高功率平台通常是100%FP（满功率），对应的低功率平台通常是75%FP；在特殊情况下，高功率平台也可为75%FP，与之对应的低功率平台则为50%FP。

12-3-6-3运行模式连续运行天数不能超过三天，一般情况下，若经过三天的此模式运行后，机组必须维持连续七天以上高功率水平运行，才具备再次实施12-3-6-3模式运行的能力。

2.3 机组禁止12-3-6-3模式运行的情况

核电机组燃料消耗达到设计装载值的85%以后，禁止实施12-3-6-3模式运行，目前红沿河1号机组（18个月换料方案）的禁止时间是大修前75个满功率日，2、3、4号机组（年度换料方案）是大修前45个满功率日。

堆芯燃料异常情况，如一回路放射化学水平达到规范限定的区域，机组禁止12-3-6-3模式运行。

机组某些设备缺陷，按技术规范要求机组禁止12-3-6-3模式运行情况，如含氢废气处理系统两台压缩机不可用、反应堆控制系统一对网关不可用、一回路下泄管线不可用、一回路硼水补给系统水泵不可用、一回路硼表不可用、反应堆控制棒系统缺陷、反应堆堆外核功率监测系统缺陷等。

某些定期试验期间，机组禁止12-3-6-3模式运行，如每月一次的反应堆堆芯中子通量图绘制时，要求试验前48小时及试验期间机组功率保持稳定运行。

反应堆轴向功率偏差（△I）控制困难期间，机组禁止12-3-6-3模式运行。

2.4 停备

核电机组目前暂无长期停备的安全限制，法国核电机组也没有该经验。但长期停备造成部分监督要求的定期试验不具备条件执行，无法验证部分核安全设施的可用性。如果超期未执行的定期试验，需要向国家核安全监管部门提交报告。另长期停备使设计在额定工况下运行的设备运行在非正常工况，给设备性能带来很大的冲击，增加设备损坏几率，导致机组安全性降低。

3 结语

虽然核电机组具备参与电网调峰的能力，但核电机组在某些特定的条件下参与调峰风险较大，如寿期末进行机组长时间降功率运行，堆芯控制、上下部功率平衡等控制艰难，进而可能导致机组无法控制而快速甩负荷，引发停机停堆。应尽量保证核电机组的基荷运行，因为不可抗力需要负荷调整时，适当参与调峰。核电厂应积极研究多种运行方式配合电网调峰，例如通过长期低功率运行方式，适应电网短期调峰需求，通过日负荷跟踪应对电网日峰谷差调峰需求，通过合理安排大修应对电网年度或季节性负荷调峰需求。