核电站配套问题探讨

当电力系统电源扩展规划中明确有核电站时,应从核电站的运行特性及电网运行安全角度,分析配套建设抽水蓄能电站的必要性。

核电机组在频繁变出力运行情况下,将增加机组检修次数,加大机组检修费用,影响机组使用寿命,甚至危及核电站的安全。因此,无论是从经济角度还是从安全角度考虑,都要尽可能使核电机组担任基荷平稳运行,以提高核电站及电网的安全性和经济性,有必要建设一定规模的抽水蓄能电站与核电站配合运行。

至于合理的配套比(即配套抽水蓄能电站的装机容量占核电站装机容量的比重)如何计算,目前尚无公认的计算方法。洪盛治和谢昌渝二位先生在“核电站与蓄能电站”一文中提出了比较简便的计算方法,现简介如下。

假设电力系统中只有核电站和蓄能电站,没有其他电源;蓄能电站运行没有库容限制。为了让核电站带基荷平稳运行,在典型日负荷曲线上画一条水平线,作为核电站的发电线,令与其对应的核电站的上网容量为n,同时令该水平线以上部分与日负荷曲线所围的面积为A,水平线以下与日负荷曲线所围的面积为B,二者之间有以下关系:

式中 η——蓄能电站的综合效率。

设与核电站上网容量n相对应的蓄能电站容量为s,可从图5.1中取g 和p/m 之大者为s,即

图5.1　典型日负荷曲线

(a)夏季非假日;(b)冬季非假日

式中 m——蓄能电站抽水工况容量与发电工况容量之比,本例取m =1.1(广蓄一期机组抽水工况容量为330MW,发电工况容量为300MW)。

配套蓄能机组容量与核电机组容量之比k为:

式中 c——核电机组上网容量与发电容量之比,本例取c=0.95。

在夏季和冬季非假日的日负荷曲线上分别用上述方法求出k1(夏季)和k2(冬季)。在广东冬季填谷调峰比夏季更严峻,因为冬季峰谷差更大,而核电机组仍安排满载带基荷。如果核电机组安排在冬季换料检修,可以部分缓和这个矛盾。夏季和冬季的假日峰谷差都比非假日峰谷差小,所以对假日负荷曲线可以不作复核。

考虑到核电机组换料周期的发展趋势是从12个月延至18、24个月,冬季可能不安排换料检修,因此合理的配套比K 取夏季、冬季的配套比之大者是合适的。

式中 a——蓄能电站的可用率,蓄能电站可用率的合理水平是0.8～0.9,本例取a=0.8。(www.xing528.com)

根据上述方法,编制计算机程序进行计算,计算结果如表5.1所示:

表5.1　配套容量比计算成果表单位:%

注 大城市是指广州、上海等城市。

从表5.1看,对广东电网而言,取2010年冬季数据按下式计算:

亦即对2×1000MW 的核电站,须不少于700MW 蓄能电站与之配套。

为了验证此结论,现提出其他一些研究成果供参考。1996年8月,电力部电力规划设计研究总院曾对秦山核电站二、三期建设投运后需要多少调峰容量进行研究,结论是秦山核电站二、三期(共2600MW)会使电网调峰容量缺口增加1200MW,建议同步建设1000MW 的抽水蓄能电站或燃气轮机电站。1997年广东省水利勘测设计院在其《广东省第二抽水蓄能电站规划选点报告》中,对蓄能电站与核电站配套有个估算,认为当核电容量为4000MW 时,配套蓄能需装机1400～1600MW。

笔者建议按下列方法计算:用本书6.3节调峰容量平衡计算方法,先按有核电站投入并使核电站在基荷运行、不承担调峰容量进行电力系统调峰容量平衡计算,求得系统调峰容量缺口数,然后再按无核电站投入,进行电力系统调峰容量平衡计算,又得到一个系统调峰容量缺口数,二者之差即为需要配套的蓄能电站容量。

现将6.3.6节的计算实例的调峰容量平衡表移植过来,见表5.2。

表5.2　某电力系统2015年调峰容量平衡表

由表5.2 可得有核电情况下的调峰容量缺口为13057MW(取夏、冬季调峰容量缺口之大值)。再按表5.3计算无核电情况下的调峰容量缺口。

表5.3　某电力系统2015年调峰容量平衡表

由表5.3得无核电情况下的调峰容量缺口为9884MW,则有、无核电系统调峰容量缺口之差为:

表明系统投入9066MW 的核电容量,需要配套3173MW 的抽水蓄能装机容量,此配套容量约占核电投入容量的35%。