我國(guó)核電發(fā)展，一方面帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，提供了更多可靠的清潔電力，另一方面也給部分核電裝機(jī)大省和核電裝機(jī)容量增長(zhǎng)較快地區(qū)的電網(wǎng)帶來(lái)了較大的調(diào)峰壓力。隨著我國(guó)可再生能源和核電在電力系統(tǒng)的比例不斷提高，核電參與電力系統(tǒng)調(diào)峰的需要越來(lái)越迫切。為此，深入調(diào)研國(guó)內(nèi)外核電調(diào)峰的實(shí)踐情況，加強(qiáng)利弊分析，研究實(shí)施適合我國(guó)國(guó)情的核電參與調(diào)峰的策略十分重要。

　　國(guó)外核電參與調(diào)峰情況

　　縱觀國(guó)際，核電起步較早的國(guó)家，如美國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、韓國(guó)等，都具有豐富的核電調(diào)峰經(jīng)驗(yàn)。尤其是法國(guó)，其核電已有30余年參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。法國(guó)的實(shí)踐驗(yàn)證了壓水堆參與調(diào)峰的可靠性及日負(fù)荷跟蹤運(yùn)行的可行性，值得我國(guó)學(xué)習(xí)和借鑒。

　　法國(guó)作為世界上核電裝機(jī)比例最大的國(guó)家，其電網(wǎng)中核電裝機(jī)比例超過(guò)50％，發(fā)電量比例超過(guò)75％。而調(diào)峰電源，如燃?xì)?油發(fā)電、水電、煤電發(fā)電量占比較小，2015年分別約為4%、11%和2%；調(diào)峰特性較差的電源，如風(fēng)/光發(fā)電，發(fā)電量占比5%左右。另外，相較于歐洲其他國(guó)家，法國(guó)電網(wǎng)負(fù)荷特性起伏相對(duì)較大。其電源結(jié)構(gòu)和負(fù)荷特性決定了法國(guó)核電廠是電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行的主力。盡管法國(guó)58 臺(tái)核電機(jī)組大部分都具備日負(fù)荷跟蹤的調(diào)峰能力，但基于安全、經(jīng)濟(jì)等方面的考量，一般不采取日負(fù)荷跟蹤調(diào)峰，仍將煤電、氣電、油電、水電等作為優(yōu)先調(diào)峰的手段，有選擇性地限定20多臺(tái)核電機(jī)組不參與任何形式的調(diào)峰。當(dāng)電網(wǎng)其它可調(diào)容量用盡后才允許核電參與電網(wǎng)季節(jié)性調(diào)峰。

　　法國(guó)核電調(diào)峰運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，除了大力提高核電機(jī)組調(diào)節(jié)發(fā)電功率、適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化能力及負(fù)荷跟蹤的運(yùn)行靈活性以外，在核電運(yùn)行管理方面也有很多值得借鑒之處。

　　一是通過(guò)大修組合方式參與季節(jié)性調(diào)峰。法國(guó)電力系統(tǒng)執(zhí)行的是核電5年檢修計(jì)劃，即首先安排好5年內(nèi)的核電檢修計(jì)劃，然后在此基礎(chǔ)上每年度再安排水電、火電機(jī)組的檢修計(jì)劃。由于法國(guó)用電量受季節(jié)變化影響較大，因此，在不同的季節(jié)安排的檢修機(jī)組數(shù)量也是不同的。對(duì)于用電負(fù)荷最大的12月、1月，一般只安排2～6臺(tái)機(jī)組進(jìn)行大修；對(duì)于用電負(fù)荷較小的6月～8月，一般會(huì)安排10～12臺(tái)機(jī)組大修或換料。

　　二是重視需求側(cè)管理。每年設(shè)置22天避峰日，提前一天通知用戶。法國(guó)避峰電價(jià)很高，是平日電價(jià)的3～4倍。法國(guó)充分采取峰谷電價(jià)實(shí)現(xiàn)調(diào)峰目的，峰時(shí)段16小時(shí)，谷時(shí)段8小時(shí)，峰谷電價(jià)差約30%～50%，峰谷比為3～4倍。

　　三是做好小修與電網(wǎng)周調(diào)峰的協(xié)調(diào)。在用電負(fù)荷最小的周末，法國(guó)有時(shí)會(huì)停掉一臺(tái)核電機(jī)組進(jìn)行計(jì)劃性小修，這既滿足了機(jī)組的維修要求，同時(shí)也滿足了電網(wǎng)的調(diào)峰需求。

　　法國(guó)的調(diào)度次序?yàn)閺搅魇剿?、核電、常?guī)火電、庫(kù)容水電、抽水蓄能發(fā)電，以徑流式水電、核電作為基荷電源，以常規(guī)火電作為腰荷電源，庫(kù)容水電、抽水蓄能作為峰荷電源。調(diào)度次序是按照電源發(fā)電成本來(lái)考慮的，徑流式水電和核電的發(fā)電成本最低，煤電及其他火電發(fā)電成本其次、庫(kù)容水電、抽水蓄能發(fā)電成本最高。

　　除法國(guó)外，國(guó)際上，核電占電網(wǎng)總裝機(jī)容量比重較大的國(guó)家，核電機(jī)組往往也要適當(dāng)?shù)貪M足電網(wǎng)調(diào)峰的要求。這些國(guó)家，根據(jù)能源結(jié)構(gòu)的不同，大致可分為四類。

　　第一類為核電發(fā)電比重較大，同時(shí)燃油燃?xì)獍l(fā)電比重也較大。如比利時(shí)、韓國(guó)、英國(guó)、美國(guó)和俄羅斯。這些國(guó)家2015年核電發(fā)電比重分別約為38%、30%、21%、20%和17%，而燃油燃?xì)獍l(fā)電比重分別約為31%、57%、30%、34%和50%。這些國(guó)家或天然氣資源豐富，如俄羅斯和美國(guó)；或?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境保護(hù)有更高的要求，如比利時(shí)和韓國(guó)。由于油/氣電是優(yōu)質(zhì)調(diào)峰電源，因此在這些國(guó)家核電、煤電機(jī)組主要承擔(dān)基荷，油/氣電承擔(dān)電網(wǎng)的腰荷和峰荷。

　　第二類為核電發(fā)電比重較大，同時(shí)水電發(fā)電比重很大，如加拿大。該國(guó)核電和水電2015年發(fā)電占比分別約為16%和60%。網(wǎng)中參與調(diào)峰的電源主要是水電，核電由于均為重水堆，機(jī)組本身調(diào)節(jié)性能較差，因此較少參與調(diào)峰，僅在電網(wǎng)調(diào)峰極困難的時(shí)候適當(dāng)降低出力。

　　第三類為核電和煤電比重均較大，水電和油/氣電發(fā)電比重均較小，如德國(guó)。該國(guó)核電、煤電、水電和油/氣電發(fā)電比重分別約為14%、43%、4%和9%。由于德國(guó)的棄核政策使德國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量迅速增加，風(fēng)/光發(fā)電量占比已達(dá)到19%，加大了核電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的需求。

　　第四類為核電和風(fēng)/光發(fā)電占比較大，水電、煤電和油/氣電發(fā)電比重均不大，如西班牙。該國(guó)核電、風(fēng)/光發(fā)電、水電、煤電和油/氣電發(fā)電比重分別為20%、24%、15%、16%和22%。由于風(fēng)力發(fā)電波動(dòng)性、反調(diào)峰特性，加上核電基荷運(yùn)行的需求，西班牙主要依賴油/氣電發(fā)電和抽水蓄能作為調(diào)峰電源。

　　就電力系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行而言，核電參與調(diào)峰有利于提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全裕度與調(diào)度柔性，更好地適應(yīng)各種不確定性因素的影響；有利于減少火電開(kāi)停機(jī)，并減少高成本的燃?xì)狻⑷加桶l(fā)電，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本；有利于提高風(fēng)電等清潔能源的接入規(guī)模與利用效率。不過(guò)，國(guó)外核電參與電網(wǎng)調(diào)峰的實(shí)踐表明：核電機(jī)組是否參與電網(wǎng)調(diào)峰主要取決于核電裝機(jī)占比、調(diào)峰電源配置情況、新能源發(fā)電的比重和電網(wǎng)負(fù)荷特性；局部地區(qū)核電占比高和核電參與電網(wǎng)調(diào)峰沒(méi)有必然聯(lián)系。關(guān)鍵要看是否可以通過(guò)其他手段，如加快電網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化調(diào)峰電源配置，加大儲(chǔ)能設(shè)備設(shè)置，特別是抽水蓄能電站建設(shè)來(lái)解決調(diào)峰問(wèn)題；優(yōu)先發(fā)電成本高的電站參與調(diào)峰；國(guó)外核電參與調(diào)峰公眾接受度低，如日本大多數(shù)公眾并不支持核電參與調(diào)峰。

　　核電調(diào)峰技術(shù)發(fā)展與風(fēng)險(xiǎn)分析

　　從核電參與調(diào)峰的技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用情況看，核電參與調(diào)峰并不容易，且有一定風(fēng)險(xiǎn)。法國(guó)上世紀(jì)70年代開(kāi)始進(jìn)行核電廠調(diào)峰的準(zhǔn)備工作，到1983年才全面具備負(fù)荷跟隨能力，耗時(shí)近15年?？梢?jiàn)，核電廠調(diào)峰運(yùn)行從可行性研究、試點(diǎn)開(kāi)展、經(jīng)驗(yàn)反饋到全面普及是一項(xiàng)長(zhǎng)期且細(xì)致的工作。

　　國(guó)外實(shí)踐表明，不同核電機(jī)組調(diào)峰技術(shù)特點(diǎn)及方法不盡相同。當(dāng)前，我國(guó)運(yùn)行的36臺(tái)核電機(jī)組，在大部分壽期內(nèi)都有一定的日負(fù)荷跟蹤能力，可以在一定程度上參與調(diào)峰。但我國(guó)至今沒(méi)有系統(tǒng)地開(kāi)展核電廠調(diào)峰的相關(guān)安全性和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)工作，缺少實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)。國(guó)際上，據(jù)統(tǒng)計(jì)，參與調(diào)峰的法國(guó)每年核電非計(jì)劃停堆小時(shí)數(shù)449小時(shí)，遠(yuǎn)高于帶基荷運(yùn)行的美國(guó)108小時(shí)、韓國(guó)74小時(shí)。這一定程度上說(shuō)明核電運(yùn)行方式不同所帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)效果及安全影響是截然不同的。參與調(diào)峰的法國(guó)核電機(jī)組人因失誤所造成的非計(jì)劃停堆小時(shí)數(shù)為162小時(shí)，遠(yuǎn)高于帶基荷運(yùn)行美國(guó)、韓國(guó)人因失誤所造成的非計(jì)劃停堆6小時(shí)及0小時(shí)，其中一個(gè)重要原因就是由于實(shí)施反應(yīng)堆功率調(diào)節(jié)導(dǎo)致操作難度增加，反應(yīng)堆控制難度增大。

　　從安全性角度考慮，核電長(zhǎng)期參與調(diào)峰，存在導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行可靠性降低的風(fēng)險(xiǎn)。核電機(jī)組功率頻繁變化會(huì)增加壓力容器及其他結(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。同時(shí)，由于頻繁、深度的功率調(diào)節(jié)，將造成堆內(nèi)中子通量振蕩、堆芯溫度分布不均勻，帶來(lái)反應(yīng)性控制方面的問(wèn)題。當(dāng)核電機(jī)組跟蹤調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率時(shí)，功率調(diào)節(jié)會(huì)對(duì)控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、反應(yīng)堆壓力容器、穩(wěn)壓器、蒸汽發(fā)生器及其他部件的壽命產(chǎn)生一定的影響。

　　核電由于具有不間斷發(fā)電、不受自然條件約束及發(fā)電運(yùn)行成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，一直以來(lái)都承擔(dān)著基荷電源的地位。而且核電機(jī)組除正常檢修以外保持滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)的安全性最高。核電參與調(diào)峰，核電機(jī)組的控制棒可能由于插入過(guò)深而引發(fā)局部功率峰，降低安全裕量；調(diào)節(jié)硼濃度會(huì)造成放射性水的產(chǎn)生和排放等系列問(wèn)題；功率調(diào)節(jié)棒必須不斷動(dòng)作以補(bǔ)償毒物的影響，毒物瞬態(tài)效應(yīng)明顯，稍有不順或不慎堆芯功率嚴(yán)重畸變，增加機(jī)組停堆概率；堆芯在壽期末將逐步失去跟蹤負(fù)荷或參與調(diào)峰的能力。

　　此外，壓水堆采用定期換料，頻繁調(diào)峰、降負(fù)荷運(yùn)行，必然浪費(fèi)核燃料，并增加放射性廢物的產(chǎn)生和處理量。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，法國(guó)核電廠參與負(fù)荷跟蹤和調(diào)頻，導(dǎo)致核電廠可用性降低2%，燃料費(fèi)用占發(fā)電總費(fèi)用的比重從約20%增加至近24%；瑞典、芬蘭和德國(guó)對(duì)給定負(fù)荷跟蹤運(yùn)行工況的計(jì)算表明，核電調(diào)峰時(shí)燃料費(fèi)用占發(fā)電總費(fèi)用的比重約25%，考慮到9%的計(jì)算不確定性，最大不超過(guò)34%；德國(guó)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明負(fù)荷跟蹤運(yùn)行導(dǎo)致維護(hù)費(fèi)用增加大約2%。

　　我國(guó)核電調(diào)峰需求分析

　　現(xiàn)階段，我國(guó)國(guó)內(nèi)大部分核電機(jī)組以基負(fù)荷運(yùn)行，不參與電網(wǎng)的調(diào)峰。但隨著我國(guó)電力需求放緩，負(fù)荷峰谷差的日益增大，可再生能源發(fā)電在電力系統(tǒng)的比例不斷提高，電力系統(tǒng)調(diào)峰形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，核電占比較高的地區(qū)核電機(jī)組面臨著比較迫切的調(diào)峰運(yùn)行需求。

　　如2016年以來(lái)，遼寧電網(wǎng)日均最低負(fù)荷為1943萬(wàn)千瓦，其中核電機(jī)組出力占日均最低負(fù)荷比例達(dá)23.03％，導(dǎo)致負(fù)荷低谷時(shí)段負(fù)荷備用不足問(wèn)題突出。另外，負(fù)荷結(jié)構(gòu)和電源結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻極為困難。又如海南昌江核電機(jī)組由于占海南電網(wǎng)的比重很高，兩臺(tái)機(jī)組滿功率發(fā)電量占電網(wǎng)低谷負(fù)荷超過(guò)50%,直接面臨大機(jī)小網(wǎng)的問(wèn)題。再如福建近10臺(tái)百萬(wàn)級(jí)核電機(jī)組陸續(xù)投產(chǎn)，核電機(jī)組出力占日均最低負(fù)荷比例高達(dá)40.3l％，致使電網(wǎng)低谷調(diào)峰能力的缺口高達(dá)200萬(wàn)～300萬(wàn)千瓦，使福建電網(wǎng)面臨較為嚴(yán)重的調(diào)峰困難。

　　而在設(shè)計(jì)上，核電站具有一定的適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷變化的能力，大多數(shù)壓水堆核電站在壽期初和壽期中在30％～100％的功率范圍內(nèi)具有最大不超過(guò)10％功率階躍增加能力和最大不超過(guò)5％每分鐘持續(xù)升/降功率的能力，可以滿足變化速率要求較慢的負(fù)荷跟蹤運(yùn)行。但由于核電參與調(diào)峰對(duì)其安全性和經(jīng)濟(jì)性有一定影響，因此，核電宜帶基荷運(yùn)行，應(yīng)盡量避免或減少頻繁地參與調(diào)峰。我國(guó)大亞灣核電廠曾有在節(jié)日、周末和臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間降低功率至76萬(wàn)千瓦運(yùn)行2～3天的運(yùn)行方式，但是該運(yùn)行方式累計(jì)天數(shù)和次數(shù)受到限制，1年內(nèi)不超過(guò)5次。

　　對(duì)各種發(fā)電形式來(lái)說(shuō)，年發(fā)電量的多少直接影響著電站的收益。為追求利潤(rùn)最大化，都希望盡可能帶滿出力運(yùn)行。但電網(wǎng)大幅的調(diào)峰或潮流優(yōu)化總是要有大量的機(jī)組參與降負(fù)荷。從上網(wǎng)電價(jià)、環(huán)保要求來(lái)說(shuō)，利用可再生能源的發(fā)電站是最應(yīng)該帶基本負(fù)荷運(yùn)行的，但由于調(diào)峰等原因，現(xiàn)實(shí)卻是棄風(fēng)、棄水、棄光比較頻繁。新常態(tài)下，電力工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、用電需求放緩，加上電力外送遇阻，繼棄水、棄風(fēng)、棄光之后，核電消納問(wèn)題也愈演愈烈，個(gè)別機(jī)組不得不降功率運(yùn)行甚至停堆。核電頻繁參與深度調(diào)峰，甚至長(zhǎng)期停機(jī)備用，會(huì)造成清潔能源資產(chǎn)的浪費(fèi)，應(yīng)引起高度重視。

　　我國(guó)核電調(diào)峰策略的建議

　　針對(duì)核電消納困局，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局2017年印發(fā)了《保障核電安全消納暫行辦法》，明確核電保障性消納的基本原則為“確保安全、優(yōu)先上網(wǎng) 、保障電量、平衡利益”，提出應(yīng)盡量減少安排核電機(jī)組調(diào)峰，并鼓勵(lì)核電廠營(yíng)運(yùn)單位按直接參與或購(gòu)買輔助服務(wù)方式參與系統(tǒng)調(diào)峰。

　　核電廠的運(yùn)行方式取決于電力需求、技術(shù)水平、電力管制、運(yùn)行管理、售電合同機(jī)制與經(jīng)濟(jì)性等許多因素。為了既能保持核電高水平、高效率運(yùn)行，充分利用其清潔低碳、穩(wěn)定高效的優(yōu)勢(shì)，又能應(yīng)對(duì)我國(guó)調(diào)峰需求，提出如下建議。

　　一是應(yīng)該從政策上對(duì)核電基荷運(yùn)行給予支持。從核電安全性和經(jīng)濟(jì)性的角度來(lái)看，核電站運(yùn)行不宜參與快速調(diào)峰。在滿功率運(yùn)行的狀態(tài)下，核電站才能夠使堆芯內(nèi)部達(dá)到較好的功率均衡和穩(wěn)定的狀態(tài)。功率快速調(diào)整有可能打破這種均衡，不利于安全操控運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)因調(diào)節(jié)功率增加廢物排放并影響機(jī)組壽命。同時(shí)，考慮到在非化石能源發(fā)電中，核電是發(fā)電出力最為穩(wěn)定的電源，為了節(jié)能減排、提高核燃料利用效率等，應(yīng)優(yōu)先保證核電廠基荷運(yùn)行。

　　二是應(yīng)盡快開(kāi)展對(duì)核電調(diào)峰安全分析的研究。現(xiàn)役、在建和擬建核電機(jī)組均具備2天以上中長(zhǎng)期降功率運(yùn)行配合電網(wǎng)調(diào)峰的能力，大部分核電機(jī)組設(shè)計(jì)上均具備日調(diào)峰能力。盡管如此，考慮到目前國(guó)內(nèi)核電機(jī)組尚未有參與日負(fù)荷跟蹤的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)核電調(diào)峰風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究開(kāi)展較少，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)非常匱乏，為此，應(yīng)盡快開(kāi)展對(duì)核電調(diào)峰安全分析的研究，加大核電調(diào)峰運(yùn)行相關(guān)人員培訓(xùn)的力度，積極提高我國(guó)核電參與調(diào)峰的技術(shù)和管理等方面的能力。

　　三是推動(dòng)核電集中跨區(qū)送電。隨著我國(guó)核電及光伏、風(fēng)電等可再生能源占比的持續(xù)增加，給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)，甚至出現(xiàn)局部地區(qū)電力消納困難。因此，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)，考慮加強(qiáng)跨省區(qū)電網(wǎng)通道建設(shè)和利用，推動(dòng)核電集中跨區(qū)送電，保障核電等清潔能源消納，統(tǒng)籌電源、電網(wǎng)的優(yōu)化布局，改善電源結(jié)構(gòu)，同時(shí)，加大調(diào)峰電源建設(shè)力度，特別是抽水蓄能電站建設(shè)。

　　四是核電參與調(diào)峰運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)核電機(jī)組的運(yùn)行模式和燃料循環(huán)周期，選擇合適的功率調(diào)節(jié)速度和幅度，重點(diǎn)是增強(qiáng)核電站運(yùn)行靈活性。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，我國(guó)核能發(fā)電量占比仍不高，且大多數(shù)核電機(jī)組所在地電量總體處于供不應(yīng)求狀態(tài)，核電機(jī)組具有長(zhǎng)期維持基荷運(yùn)行的條件。同時(shí)，由于水電、光伏、風(fēng)電等清潔能源不同程度上受自然條件影響較大，而核電相對(duì)煤電、燃?xì)?、燃油發(fā)電而言，享有電網(wǎng)調(diào)度優(yōu)先權(quán)，核電作為基荷運(yùn)行更具現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

　　五是應(yīng)借鑒國(guó)外核電調(diào)峰運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合我國(guó)國(guó)情，從電源檢修與調(diào)峰安排的協(xié)調(diào)、電力需求側(cè)管理、智能電網(wǎng)建設(shè)、調(diào)峰市場(chǎng)化補(bǔ)償管理、新能源保障性收購(gòu)政策制定等方面，積極研究和采取各種技術(shù)或經(jīng)濟(jì)手段，并在電力市場(chǎng)改革進(jìn)程中研究實(shí)施相關(guān)配套機(jī)制，強(qiáng)化督導(dǎo)檢查，確保政策落實(shí)到位，讓核電采用基荷運(yùn)行，并盡可能實(shí)現(xiàn)滿發(fā)。（孫杉  茍峰｜文　作者單位分別是中國(guó)華能集團(tuán)核電部、國(guó)家能源局核電司）