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      摘要：針對我國核電機組是否應該參與電網調峰問題，介紹了國際核電先進國家的情況，并從技術和經濟性兩方面闡述中國核電機組最好不參與調峰，而從上網電價上對調峰機組予以適當經濟補償。

      關鍵詞：電網調峰，核電，核電機組，常規機組，上網電價。

1 問題的提出

      在我國大陸地一座核電機組——秦山核電廠開工建設22年以后的2007年，我們終于盼來了國務院正式頒布的我國第一部《核電發展中長期規劃（2005——2020年）》。按照規劃要求，我國大陸核電將從目前的投運接近910萬千瓦以較快的速度發展到2020年的投運4000萬千瓦、在建1800萬千瓦，而且按照進一步減少溫室氣體排放、調整能源結構的需要，這個指標很可能還會有大幅度提高。核電建設項目不僅正在沿海的浙江、廣東、江蘇等已有核電投運的省份開建，而且拓展到了遼寧核福建。內陸省份建設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展時，談到一個很有意思的問題。這就是核電機組能否參與電網調峰。特別是有的省份外向型經濟成分較強，電力負荷的季節性差別很大，全省十多臺核電機組全部投運后調峰就有些新困難。他們覺得如果大容量核電機組能參與調峰就好了。目前我國11臺核電機組地處國內經濟較為發達的浙江、廣東和江蘇，電力需求大，全都用作電網的基荷機組。隨著核電向其他或內陸省份的拓展，這個問題的討論總是要浮出水面。最近我專門調研了一下法國、日本等核電發達國家的情況，結合我國目前核電技術水平和我國電網狀況，提出以下想法，借以與電力同行研討。不妥之處，敬請指正。

2 核電廠運行的技術和經濟特點

      核電廠是一個極其復雜的發電系統。人們可以粗略地從技術管理和經濟性兩個層面來分析核電的負荷跟蹤性能。

      原則上講，所有的核電反應堆均有根據電網需要調節其功率，亦即負荷跟蹤的能力，但實際上真正能有效且安全地實現負荷跟蹤的反應堆類型只是有限的少數。反應堆通常利用向反應堆內插入或抽出控制棒來快速調節其功率。大多數壓水堆機組均能在30-100%的功率范圍內以每分鐘1-3%的速率進行負荷跟蹤。特殊情況下，在有限的范圍內調節速率也可以達到每分鐘5%甚至10%。壓水堆負荷跟蹤程序主要考慮三個參數：冷卻劑溫度、控制棒數目和水中的可溶硼濃度。此外還要關注裂變產物氙-135濃度隨反應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，又被稱為“黑棒”。將黑棒插入反應堆堆芯后，將引起堆內中子注量率的劇烈變動，從而使堆內功率分布不均勻。所以在現代反應堆中，人們采用一種吸收中子能力稍弱的材料制成所謂的“灰棒”。將灰棒和調節水中可溶硼濃度有機結合的方法來實現負荷跟蹤。例如，通過調節（增大）冷卻劑中的可溶硼濃度可以補償掉功率改變（下降）引起的大部分反應性變化，同時避免因功率調節引起反應堆堆芯中子注量率的過分擾動。但是帶來的另一個問題是，當需要提升功率是，則要對冷卻劑進行硼濃度稀釋和硼回收操作。這項操作比較麻煩，增加能耗，弄得不好還要產生一回路廢水。

      壓水堆需采用厚壁的壓力容器。功率變化還會引起壓力容器及其他結構材料的熱疲勞、燃料燃耗損失、運動設備部件磨損等較多的負面影響。例如核電機組用于調節電網頻率時，可能導致控制棒每天發生多達數百次的低幅運動，這對控制棒驅動機構的使用壽命會帶來很大的影響[1]。由溫度（以及壓力）的波動引起的熱約束和熱疲勞是評價反應堆壓力容器及其它部件壽命時需要考慮的關鍵因素，功率調節會使這種負面影響更加惡化。所以從壓力容器安全性和延長其服役年限來說核電機組用于基荷運行十分有利。

      現在再讓我們來分析一下常規島的情況。核電汽輪機為次高壓的飽和蒸汽，進汽壓力和容積流量相當于火電機組的中壓缸，具有明顯的低溫、低壓特點。單位工質焓降小，熱效率低，相同功率下對應的蒸汽流量接近于超超臨界機組的2倍，而容積流量則為4～6倍。由于主蒸汽是飽和蒸汽，汽輪機通流部分濕度大，蒸汽對葉片的腐蝕很大，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置汽水分離再熱器，以避免汽輪機零部件因水蝕而損壞。

      據介紹，大容量的火電汽輪機普遍采用噴嘴調節配汽方式。這種配汽方式只有在最后開啟的那組調節閥的汽流才會受到節流的影響,因此節流導致的能量損失不會很大,所以,對于變工況運行比較頻繁的火電機組是最佳的配汽方式。核電機組蒸汽參數低、流量大,采用噴嘴調節的調節級動葉片的應力很高。同時,對于濕蒸汽在噴嘴出口會發生“凝結激波”,使葉片出汽處產生裂紋,影響機組安全運行[2]，故而核電汽輪機普遍采用節流調節。在閥門全開或稍有節流的額定負荷下，節流配汽方式要比噴嘴配汽效率高；而在低于額定負荷運行時效率下降比火電機組明顯。因此，核電主要是帶基荷運行。
眾所周知，與火電機組的建設相比，核電因其核安全和高質量引起的核電廠資本投資大約占總平正化成本的60%，運行和維修費占20%左右，燃料費不到20%?？偟恼f來，核電的固定資產成本總是比火電廠的要高，再加上建設周期長，其建設可行性研究都是在機組作為基何運行的前提下進行的，而且考慮的運行時間也比火電機組高得多，即使如此，還貸壓力仍然很大，這是核電廠傾向用于基荷運行的根本性經濟原因。

3 日本和法國等核電發達國家電網的調峰

      日本和法國是西方世界核電發展相當發達德國家。它們都市從美國引進的核電技術，然后消化吸收再開發的?，F在日本的核電占全部發電量的35％，而在法國該比例更高達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。據日本專家介紹，早在上世紀80年代，全部采用沸水堆的日本東京電力公司預計核電機組負荷跟蹤很快就會勢在必行，就已經開展了大量的功率范圍在100%（運行14h）-75%（運行8h）-100%之間的日負荷跟蹤試驗?？赡芘c沸水堆可以較為容易地調節冷卻劑流量來調節功率有關，試驗結果顯示十分成功，所有運行參數均如預期落在限值以內。但是后來核電發展放緩，直到今日也沒有實行日負荷跟蹤運行。另一家全部采用壓水堆的關西電力公司早期也曾計劃實施負荷跟蹤，但考慮到難以獲得公眾的接受，計劃也被擱置了。所有的核電機組絕大多數時間均為滿發，甚至在冬天由于冷卻水溫低而超發，只是在新年假期這樣負荷極低的特殊時刻才會降功率運行。夏季海水溫度太高時也會降低一些功率，但不是電網要求。電網的負荷跟蹤全部由火電與水電機組承擔。

      法國的情況十分特殊。1983年，法國大多數核電機組均在滿功率運行，但一些核電廠有超過10%的時間降功率運行，以保證電力系統平衡之需。由于法國的電力市場開放緩慢，電力是分類計價?，F今法國核電裝機容量已達80%左右，大多數核電廠都必須有段時間降功率運行。一些機組必須有足夠的負荷跟蹤的運行靈活性，以保證電網的穩定。

      現在法國正朝著更加靈活的能源市場邁進。運行靈活性被視為一種高價值產品而經常被利用。在這種情況下，運行靈活的核電廠既可以因其穩定運行性而獲得恒定的收益，又可以因其相對靈活性而滿足系統的要求。靈活的運營管理可以帶來巨大的機遇。這就使得核電機組更加受到聯合投資方的青睞。在法國當電力需求不足時，法國電力公司挑選一些核電機組專門用于負荷跟蹤，滿足大的負荷變化。這樣做或許費用要增加一些，但燃料的燃耗降低了。用這種辦法可以使核電機組的換料時間可以更如人意地錯開用電高峰季節。

      根據其他核電國家的經驗，看起來除了法國外，其他國家均用水、火電調峰，讓核電作為基荷運行，以保證核電的經濟性和運行安全。這是值得我國考慮和借鑒的。

4 解決我國局部地區電網的調峰辦法的思考

      核電廠的運行模式取決于電力需求、科技水平、電力管制、售電合同機制與經濟性分析等許多因素。如上所說，除了少數極個別國家外，大多數國家的核電廠仍然是作為基本負荷電源點運行的，負荷跟蹤仍然是相當特殊的運行方式。中國核電裝機容量很少，即使到了2020年估計核發電量比例也不會超過個位數。在如此大的減排溫室氣體壓力下，用水、火電機組來執行電網調峰顯然更為妥當。
由于一座核電廠的停止運行，特別是其非計劃停閉，會對電網運行產生沖擊。作為一個世界通行的經驗規律，對任何電網均不建議其中的某一個核電電源點的容量超過該電網總容量的十分之一。過去有的省份如福建省是一個獨立電網，對大型核電機組的承受能力較弱?，F在我國電網已基本實現全國相連，電力調度遠比過去容易?？绯鍪‰H界限，在地區范圍內尋找合適的調峰機組應當不是個難事。
雖然各國國情不一樣，結論也可能會各不相同，但歸根到底還是在于經濟利益。日本和法國的一大特點是器電力公司手中同時擁有核電和常規電源。從電力公司的角度來說，何種機組參與調峰無所謂，“手心手背都是肉”。中國情況不一樣，現有核電公司幾乎都不擁有常規機組，的確有個經濟效益問題。根據我國《上網電價管理暫行辦法》的規定，“上網電價管理應有利于電力系統安全、穩定運行，有利于促進電力企業提高效率和優化電源結構，有利于向供需各方競爭形成電價的改革方向平穩過渡”。從這點講，可能按照不同負荷種類、不同時段計及其上網電價較為合理。

參考文獻

[1] Laurent POURET 、 William J. NUTTALL，Can Nuclear Power Be Flexible? Judge Business School, University of Cambridge,
Trumpington Street, Cambridge, CB2 1AG, UK

[2] 楊曉輝、單世超. 核電汽輪機與火電汽輪機比較分析.汽輪機技術, Vol.48 No6 Dec 2006.