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该国核电、风/光发电、水电、煤电和油/气电发电比重分别为20%、24%、15%、16%和22%。由于风力发电波动性、反调峰特性,加上核电基荷运行的需求,西班牙主要依赖油/气电发电和抽水蓄能作为调峰电源。 就电力系统建设和运行而言,核电参与调峰有利于提高电力系统运行的安全裕度与调度柔性,更好地适应各种不确定性因素的影响;有利于减少火电开停机,并减少高成本的燃气、燃油发电,降低系统运行成本;有利于提高风电等清洁能源的接入规模与利用效率。不过,国外核电参与电网调峰的实践表明:核电机组是否参与电网调峰主要取决于核电装机占比、调峰电源配置情况、新能源发电的比重和电网负荷特性;局部地区核电占比高和核电参与电网调峰没有必然联系。关键要看是否可以通过其他手段,如加快电网建设,优化调峰电源配置,加大储能设备设置,特别是抽水蓄能电站建设来解决调峰问题;优先发电成本高的电站参与调峰;国外核电参与调峰公众接受度低,如日本大多数公众并不支持核电参与调峰。 核电调峰技术发展与风险分析 从核电参与调峰的技术开发应用情况看,核电参与调峰并不容易,且有一定风险。法国上世纪70年代开始进行核电厂调峰的准备工作,到1983年才全面具备负荷跟随能力,耗时近15年。可见,核电厂调峰运行从可行性研究、试点开展、经验反馈到全面普及是一项长期且细致的工作。 国外实践表明,不同核电机组调峰技术特点及方法不尽相同。当前,我国运行的36台核电机组,在大部分寿期内都有一定的日负荷跟踪能力,可以在一定程度上参与调峰。但我国至今没有系统地开展核电厂调峰的相关安全性和经济性评价工作,缺少实际操作经验。国际上,据统计,参与调峰的法国每年核电非计划停堆小时数449小时,远高于带基荷运行的美国108小时、韩国74小时。这一定程度上说明核电运行方式不同所带来的运营效果及安全影响是截然不同的。参与调峰的法国核电机组人因失误所造成的非计划停堆小时数为162小时,远高于带基荷运行美国、韩国人因失误所造成的非计划停堆6小时及0小时,其中一个重要原因就是由于实施反应堆功率调节导致操作难度增加,反应堆控制难度增大。 从安全性角度考虑,核电长期参与调峰,存在导致机组运行可靠性降低的风险。核电机组功率频繁变化会增加压力容器及其他结构材料的热疲劳、燃料燃耗损失、运动设备部件磨损等。同时,由于频繁、深度的功率调节,将造成堆内中子通量振荡、堆芯温度分布不均匀,带来反应性控制方面的问题。当核电机组跟踪调节电网频率时,功率调节会对控制棒驱动机构、反应堆压力容器、稳压器、蒸汽发生器及其他部件的寿命产生一定的影响。 核电由于具有不间断发电、不受自然条件约束及发电运行成本低等诸多优势,一直以来都承担着基荷电源的地位。而且核电机组除正常检修以外保持满负荷运行状态的安全性最高。核电参与调峰,核电机组的控制棒可能由于插入过深而引发局部功率峰,降低安全裕量;调节硼浓度会造成放射性水的产生和排放等系列问题;功率调节棒必须不断动作以补偿毒物的影响,毒物瞬态效应明显,稍有不顺或不慎堆芯功率严重畸变,增加机组停堆概率;堆芯在寿期末将逐步失去跟踪负荷或参与调峰的能力。 此外,压水堆采用定期换料,频繁调峰、降负荷运行,必然浪费核燃料,并增加放射性废物的产生和处理量。统计数据表明,法国核电厂参与负荷跟踪和调频,导致核电厂可用性降低2%,燃料费用占发电总费用的比重从约20%增加至近24%;瑞典、芬兰和德国对给定负荷跟踪运行工况的计算表明,核电调峰时燃料费用占发电总费用的比重约25%,考虑到9%的计算不确定性,最大不超过34%;德国运行经验表明负荷跟踪运行导致维护费用增加大约2%。 我国核电调峰需求分析 现阶段,我国国内大部分核电机组以基负荷运行,不参与电网的调峰。但随着我国电力需求放缓,负荷峰谷差的日益增大,可再生能源发电在电力系统的比例不断提高,电力系统调峰形势越来越严峻,核电占比较高的地区核电机组面临着比较迫切的调峰运行需求。 如2016年以来,辽宁电网日均最低负荷为1943万千瓦,其中核电机组出力占日均最低负荷比例达23.03%,导致负荷低谷时段负荷备用不足问题突出。另外,负荷结构和电源结构不协调,导致系统调峰调频极为困难。又如海南昌江核电机组由于占海南电网的比重很高,两台机组满功率发电量占电网低谷负荷超过50%,直接面临大机小网的问题。再如福建近10台百万级核电机组陆续投产,核电机组出力占日均最低负荷比例高达40.3l%,致使电网低谷调峰能力的缺口高达200万~300万千瓦,使福建电网面临较为严重的调峰困难。 而在设计上,核电站具有一定的适应系统负荷变化的能力,大多数压水堆核电站在寿期初和寿期中在30%~100%的功率范围内具有最大不超过10%功率阶跃增加能力和最大不超过5%每分钟持续升/降功率的能力,可以满足变化速率要求较慢的负荷跟踪运行。但由于核电参与调峰对其安全性和经济性有一定影响,因此,核电宜带基荷运行,应尽量避免或减少频繁地参与调峰。我国大亚湾核电厂曾有在节日、周末和台风过境期间降低功率至76万千瓦运行2~3天的运行方式,但是该运行方式累计天数和次数受到限制,1年内不超过5次。
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