摘要：針對(duì)我國(guó)核電機(jī)組是否應(yīng)該參與電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題，介紹了國(guó)際核電先進(jìn)國(guó)家的情況，并從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性兩方面闡述中國(guó)核電機(jī)組最好不參與調(diào)峰，而從上網(wǎng)電價(jià)上對(duì)調(diào)峰機(jī)組予以適當(dāng)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。

      關(guān)鍵詞：電網(wǎng)調(diào)峰，核電，核電機(jī)組，常規(guī)機(jī)組，上網(wǎng)電價(jià)。

1 問(wèn)題的提出

      在我國(guó)大陸地一座核電機(jī)組——秦山核電廠開(kāi)工建設(shè)22年以后的2007年，我們終于盼來(lái)了國(guó)務(wù)院正式頒布的我國(guó)第一部《核電發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2005——2020年）》。按照規(guī)劃要求，我國(guó)大陸核電將從目前的投運(yùn)接近910萬(wàn)千瓦以較快的速度發(fā)展到2020年的投運(yùn)4000萬(wàn)千瓦、在建1800萬(wàn)千瓦，而且按照進(jìn)一步減少溫室氣體排放、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的需要，這個(gè)指標(biāo)很可能還會(huì)有大幅度提高。核電建設(shè)項(xiàng)目不僅正在沿海的浙江、廣東、江蘇等已有核電投運(yùn)的省份開(kāi)建，而且拓展到了遼寧核福建。內(nèi)陸省份建設(shè)核電的積極性也非常之高。

      最近我與一些電力公司的同行交流核電發(fā)展時(shí)，談到一個(gè)很有意思的問(wèn)題。這就是核電機(jī)組能否參與電網(wǎng)調(diào)峰。特別是有的省份外向型經(jīng)濟(jì)成分較強(qiáng)，電力負(fù)荷的季節(jié)性差別很大，全省十多臺(tái)核電機(jī)組全部投運(yùn)后調(diào)峰就有些新困難。他們覺(jué)得如果大容量核電機(jī)組能參與調(diào)峰就好了。目前我國(guó)11臺(tái)核電機(jī)組地處國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的浙江、廣東和江蘇，電力需求大，全都用作電網(wǎng)的基荷機(jī)組。隨著核電向其他或內(nèi)陸省份的拓展，這個(gè)問(wèn)題的討論總是要浮出水面。最近我專門(mén)調(diào)研了一下法國(guó)、日本等核電發(fā)達(dá)國(guó)家的情況，結(jié)合我國(guó)目前核電技術(shù)水平和我國(guó)電網(wǎng)狀況，提出以下想法，借以與電力同行研討。不妥之處，敬請(qǐng)指正。

2 核電廠運(yùn)行的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)

      核電廠是一個(gè)極其復(fù)雜的發(fā)電系統(tǒng)。人們可以粗略地從技術(shù)管理和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)層面來(lái)分析核電的負(fù)荷跟蹤性能。

      原則上講，所有的核電反應(yīng)堆均有根據(jù)電網(wǎng)需要調(diào)節(jié)其功率，亦即負(fù)荷跟蹤的能力，但實(shí)際上真正能有效且安全地實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤的反應(yīng)堆類型只是有限的少數(shù)。反應(yīng)堆通常利用向反應(yīng)堆內(nèi)插入或抽出控制棒來(lái)快速調(diào)節(jié)其功率。大多數(shù)壓水堆機(jī)組均能在30-100%的功率范圍內(nèi)以每分鐘1-3%的速率進(jìn)行負(fù)荷跟蹤。特殊情況下，在有限的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)速率也可以達(dá)到每分鐘5%甚至10%。壓水堆負(fù)荷跟蹤程序主要考慮三個(gè)參數(shù)：冷卻劑溫度、控制棒數(shù)目和水中的可溶硼濃度。此外還要關(guān)注裂變產(chǎn)物氙-135濃度隨反應(yīng)堆功率變化而變化的影響。

      普通的控制棒吸收中子的能力非常強(qiáng)，又被稱為“黑棒”。將黑棒插入反應(yīng)堆堆芯后，將引起堆內(nèi)中子注量率的劇烈變動(dòng)，從而使堆內(nèi)功率分布不均勻。所以在現(xiàn)代反應(yīng)堆中，人們采用一種吸收中子能力稍弱的材料制成所謂的“灰棒”。將灰棒和調(diào)節(jié)水中可溶硼濃度有機(jī)結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷跟蹤。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)（增大）冷卻劑中的可溶硼濃度可以補(bǔ)償?shù)艄β矢淖儯ㄏ陆担┮鸬拇蟛糠址磻?yīng)性變化，同時(shí)避免因功率調(diào)節(jié)引起反應(yīng)堆堆芯中子注量率的過(guò)分?jǐn)_動(dòng)。但是帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)需要提升功率是，則要對(duì)冷卻劑進(jìn)行硼濃度稀釋和硼回收操作。這項(xiàng)操作比較麻煩，增加能耗，弄得不好還要產(chǎn)生一回路廢水。

      壓水堆需采用厚壁的壓力容器。功率變化還會(huì)引起壓力容器及其他結(jié)構(gòu)材料的熱疲勞、燃料燃耗損失、運(yùn)動(dòng)設(shè)備部件磨損等較多的負(fù)面影響。例如核電機(jī)組用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率時(shí)，可能導(dǎo)致控制棒每天發(fā)生多達(dá)數(shù)百次的低幅運(yùn)動(dòng)，這對(duì)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用壽命會(huì)帶來(lái)很大的影響[1]。由溫度（以及壓力）的波動(dòng)引起的熱約束和熱疲勞是評(píng)價(jià)反應(yīng)堆壓力容器及其它部件壽命時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素，功率調(diào)節(jié)會(huì)使這種負(fù)面影響更加惡化。所以從壓力容器安全性和延長(zhǎng)其服役年限來(lái)說(shuō)核電機(jī)組用于基荷運(yùn)行十分有利。

      現(xiàn)在再讓我們來(lái)分析一下常規(guī)島的情況。核電汽輪機(jī)為次高壓的飽和蒸汽，進(jìn)汽壓力和容積流量相當(dāng)于火電機(jī)組的中壓缸，具有明顯的低溫、低壓特點(diǎn)。單位工質(zhì)焓降小，熱效率低，相同功率下對(duì)應(yīng)的蒸汽流量接近于超超臨界機(jī)組的2倍，而容積流量則為4～6倍。由于主蒸汽是飽和蒸汽，汽輪機(jī)通流部分濕度大，蒸汽對(duì)葉片的腐蝕很大，高壓缸的排汽不能直接排入低壓缸或中壓缸，必須在高低壓缸之間或高中壓缸之間設(shè)置汽水分離再熱器，以避免汽輪機(jī)零部件因水蝕而損壞。

      據(jù)介紹，大容量的火電汽輪機(jī)普遍采用噴嘴調(diào)節(jié)配汽方式。這種配汽方式只有在最后開(kāi)啟的那組調(diào)節(jié)閥的汽流才會(huì)受到節(jié)流的影響,因此節(jié)流導(dǎo)致的能量損失不會(huì)很大,所以,對(duì)于變工況運(yùn)行比較頻繁的火電機(jī)組是最佳的配汽方式。核電機(jī)組蒸汽參數(shù)低、流量大,采用噴嘴調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉片的應(yīng)力很高。同時(shí),對(duì)于濕蒸汽在噴嘴出口會(huì)發(fā)生“凝結(jié)激波”,使葉片出汽處產(chǎn)生裂紋,影響機(jī)組安全運(yùn)行[2]，故而核電汽輪機(jī)普遍采用節(jié)流調(diào)節(jié)。在閥門(mén)全開(kāi)或稍有節(jié)流的額定負(fù)荷下，節(jié)流配汽方式要比噴嘴配汽效率高；而在低于額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率下降比火電機(jī)組明顯。因此，核電主要是帶基荷運(yùn)行。
眾所周知，與火電機(jī)組的建設(shè)相比，核電因其核安全和高質(zhì)量引起的核電廠資本投資大約占總平正化成本的60%，運(yùn)行和維修費(fèi)占20%左右，燃料費(fèi)不到20%?？偟恼f(shuō)來(lái)，核電的固定資產(chǎn)成本總是比火電廠的要高，再加上建設(shè)周期長(zhǎng)，其建設(shè)可行性研究都是在機(jī)組作為基何運(yùn)行的前提下進(jìn)行的，而且考慮的運(yùn)行時(shí)間也比火電機(jī)組高得多，即使如此，還貸壓力仍然很大，這是核電廠傾向用于基荷運(yùn)行的根本性經(jīng)濟(jì)原因。

3 日本和法國(guó)等核電發(fā)達(dá)國(guó)家電網(wǎng)的調(diào)峰

      日本和法國(guó)是西方世界核電發(fā)展相當(dāng)發(fā)達(dá)德國(guó)家。它們都市從美國(guó)引進(jìn)的核電技術(shù)，然后消化吸收再開(kāi)發(fā)的。現(xiàn)在日本的核電占全部發(fā)電量的35％，而在法國(guó)該比例更高達(dá)80％左右，位居世界第一。

      日本的核電主力堆型為壓水堆和沸水堆兩種。據(jù)日本專家介紹，早在上世紀(jì)80年代，全部采用沸水堆的日本東京電力公司預(yù)計(jì)核電機(jī)組負(fù)荷跟蹤很快就會(huì)勢(shì)在必行，就已經(jīng)開(kāi)展了大量的功率范圍在100%（運(yùn)行14h）-75%（運(yùn)行8h）-100%之間的日負(fù)荷跟蹤試驗(yàn)?？赡芘c沸水堆可以較為容易地調(diào)節(jié)冷卻劑流量來(lái)調(diào)節(jié)功率有關(guān)，試驗(yàn)結(jié)果顯示十分成功，所有運(yùn)行參數(shù)均如預(yù)期落在限值以內(nèi)。但是后來(lái)核電發(fā)展放緩，直到今日也沒(méi)有實(shí)行日負(fù)荷跟蹤運(yùn)行。另一家全部采用壓水堆的關(guān)西電力公司早期也曾計(jì)劃實(shí)施負(fù)荷跟蹤，但考慮到難以獲得公眾的接受，計(jì)劃也被擱置了。所有的核電機(jī)組絕大多數(shù)時(shí)間均為滿發(fā)，甚至在冬天由于冷卻水溫低而超發(fā)，只是在新年假期這樣負(fù)荷極低的特殊時(shí)刻才會(huì)降功率運(yùn)行。夏季海水溫度太高時(shí)也會(huì)降低一些功率，但不是電網(wǎng)要求。電網(wǎng)的負(fù)荷跟蹤全部由火電與水電機(jī)組承擔(dān)。

      法國(guó)的情況十分特殊。1983年，法國(guó)大多數(shù)核電機(jī)組均在滿功率運(yùn)行，但一些核電廠有超過(guò)10%的時(shí)間降功率運(yùn)行，以保證電力系統(tǒng)平衡之需。由于法國(guó)的電力市場(chǎng)開(kāi)放緩慢，電力是分類計(jì)價(jià)?，F(xiàn)今法國(guó)核電裝機(jī)容量已達(dá)80%左右，大多數(shù)核電廠都必須有段時(shí)間降功率運(yùn)行。一些機(jī)組必須有足夠的負(fù)荷跟蹤的運(yùn)行靈活性，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定。

      現(xiàn)在法國(guó)正朝著更加靈活的能源市場(chǎng)邁進(jìn)。運(yùn)行靈活性被視為一種高價(jià)值產(chǎn)品而經(jīng)常被利用。在這種情況下，運(yùn)行靈活的核電廠既可以因其穩(wěn)定運(yùn)行性而獲得恒定的收益，又可以因其相對(duì)靈活性而滿足系統(tǒng)的要求。靈活的運(yùn)營(yíng)管理可以帶來(lái)巨大的機(jī)遇。這就使得核電機(jī)組更加受到聯(lián)合投資方的青睞。在法國(guó)當(dāng)電力需求不足時(shí)，法國(guó)電力公司挑選一些核電機(jī)組專門(mén)用于負(fù)荷跟蹤，滿足大的負(fù)荷變化。這樣做或許費(fèi)用要增加一些，但燃料的燃耗降低了。用這種辦法可以使核電機(jī)組的換料時(shí)間可以更如人意地錯(cuò)開(kāi)用電高峰季節(jié)。

      根據(jù)其他核電國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，看起來(lái)除了法國(guó)外，其他國(guó)家均用水、火電調(diào)峰，讓核電作為基荷運(yùn)行，以保證核電的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行安全。這是值得我國(guó)考慮和借鑒的。

4 解決我國(guó)局部地區(qū)電網(wǎng)的調(diào)峰辦法的思考

      核電廠的運(yùn)行模式取決于電力需求、科技水平、電力管制、售電合同機(jī)制與經(jīng)濟(jì)性分析等許多因素。如上所說(shuō)，除了少數(shù)極個(gè)別國(guó)家外，大多數(shù)國(guó)家的核電廠仍然是作為基本負(fù)荷電源點(diǎn)運(yùn)行的，負(fù)荷跟蹤仍然是相當(dāng)特殊的運(yùn)行方式。中國(guó)核電裝機(jī)容量很少，即使到了2020年估計(jì)核發(fā)電量比例也不會(huì)超過(guò)個(gè)位數(shù)。在如此大的減排溫室氣體壓力下，用水、火電機(jī)組來(lái)執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)峰顯然更為妥當(dāng)。
由于一座核電廠的停止運(yùn)行，特別是其非計(jì)劃停閉，會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生沖擊。作為一個(gè)世界通行的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，對(duì)任何電網(wǎng)均不建議其中的某一個(gè)核電電源點(diǎn)的容量超過(guò)該電網(wǎng)總?cè)萘康氖种?。過(guò)去有的省份如福建省是一個(gè)獨(dú)立電網(wǎng)，對(duì)大型核電機(jī)組的承受能力較弱?，F(xiàn)在我國(guó)電網(wǎng)已基本實(shí)現(xiàn)全國(guó)相連，電力調(diào)度遠(yuǎn)比過(guò)去容易?？绯鍪‰H界限，在地區(qū)范圍內(nèi)尋找合適的調(diào)峰機(jī)組應(yīng)當(dāng)不是個(gè)難事。
雖然各國(guó)國(guó)情不一樣，結(jié)論也可能會(huì)各不相同，但歸根到底還是在于經(jīng)濟(jì)利益。日本和法國(guó)的一大特點(diǎn)是器電力公司手中同時(shí)擁有核電和常規(guī)電源。從電力公司的角度來(lái)說(shuō)，何種機(jī)組參與調(diào)峰無(wú)所謂，“手心手背都是肉”。中國(guó)情況不一樣，現(xiàn)有核電公司幾乎都不擁有常規(guī)機(jī)組，的確有個(gè)經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。根據(jù)我國(guó)《上網(wǎng)電價(jià)管理暫行辦法》的規(guī)定，“上網(wǎng)電價(jià)管理應(yīng)有利于電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，有利于促進(jìn)電力企業(yè)提高效率和優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，有利于向供需各方競(jìng)爭(zhēng)形成電價(jià)的改革方向平穩(wěn)過(guò)渡”。從這點(diǎn)講，可能按照不同負(fù)荷種類、不同時(shí)段計(jì)及其上網(wǎng)電價(jià)較為合理。

參考文獻(xiàn)

[1] Laurent POURET 、 William J. NUTTALL，Can Nuclear Power Be Flexible? Judge Business School, University of Cambridge,
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[2] 楊曉輝、單世超. 核電汽輪機(jī)與火電汽輪機(jī)比較分析.汽輪機(jī)技術(shù), Vol.48 No6 Dec 2006.