EPR1700核电机组接入黑龙江电网适应性分析

2014-11-28李时莹赵洪生

吉林电力 2014年4期

李时莹，赵洪生

（东北电力设计院，长春 130021）

目前，核能发电作为一种清洁、可靠、可大规模替代化石能源的形式，得到我国政府的高度重视。根据2012年通过的《核电中长期发展规划（2011—2020年）》，至 2015年，核电装机总量为40 000 MW。根据黑龙江省煤炭资源需求和生产能力，2015年后全省煤炭供需逐步由现有的基本平衡转入煤炭资源不足的状况，对外依存量和依存度将会逐步增加，因此，积极合理地利用核能资源将成为解决黑龙江省未来一次能源缺乏的重要战略措施。

1 黑龙江省能源状况

黑龙江省属于能源比较丰富地区，在国内占有比较重要的地位，全省一次能源（原煤、原油、天然气和水能）探明总资源储量为259.97×108t标准煤，其结构为原煤67.84%，原油31.15%，天然气0.31%，水能0.70%，煤炭资源在黑龙江省能源结构中占有绝对优势地位［1］。此外，黑龙江省风能、生物质能、太阳能、地热能等可再生能源资源也较丰富。

a.水力资源。黑龙江省境内有黑龙江、松花江、乌苏里江和绥芬河4大水系，其中除东南角的绥芬河流域外，绝大部分属于黑龙江流域。黑龙江、乌苏里江和绥芬河属于国界河流，支流松花江（含嫩江）贯穿全省。省内流域面积在50km2的河流共计1 918条，水能总理论蕴藏量8 642 MW，居东北地区之首，约占东北地区的50%左右。黑龙江省水电技术可开发量为8 328 MW，经济开发量为7 282 MW。

b.煤炭资源。黑龙江省累计探明资源储量236.7×108t，保有资源储量219.8×108t，占东北三省煤炭总储量的70%，居东北三省首位。在保有储量中，烟煤储量为125.6×108t，褐煤储量94.2×108t，此外尚有极少量的无烟煤。全省煤炭资源分布不均衡，呈东多西少之势。保有储量中92%煤炭资源现分布在东部地区，主要集中在鸡西、七台河、双鸭山、鹤岗等地区，是我国焦煤重要产区之一。

从长远看，随着经济的快速发展，黑龙江省能源将由余转为缺，且缺口逐年增加，为保持黑龙江省能源供给的可持续发展，应适时开展核电建设工作。

2 黑龙江省电源建设空间

黑龙江电网位于东北电网的东北部，按其地理位置可分为东、中、西三个部分，东部电网与中部电网由3回500kV 线路和4回220kV 线路相联，中部电网与西部电网通过3 回500kV 线路和3 回220kV 线路相联。黑龙江电网经过多年建设，形成了横贯省内的“V”字形500kV 电网结构，220kV电网基本上实现了变电站多电源供电结构，供电可靠性有了很大提高。2013年，黑龙江省全社会用电量完成845.2×108kW·h，同比增长2.09%，统调最大负荷为10 142 MW，同比增长3.44%。

根据《黑龙江省电网“十二五”主网架滚动规划》［2］及已核准电源建设规划，2014年至2020年、2014年至2025年、2014年至2030年期间黑龙江省电源建设空间分别约为5 109 MW、10 149 MW、16 161 MW，备用率皆按20%考虑（见表1）。若再考虑2 105 MW 路条装机后，2014年至2025年、2014年至2030年期间黑龙江省电源建设空间分别约8 044 MW、14 056MW，因此，为满足“十三五”及以后黑龙江电网负荷的快速发展，缓解电网缺电状况，减轻省内一次能源消耗及省外购置一次能源压力，为黑龙江省经济发展提供可靠的电力保障，建设核电机组是适宜的。

表1 黑龙江省电源建设空间 MW

3 EPR1700核电机组简介

欧洲压水堆（European pressurized water reactor，EPR）作为三代核电堆型之一，由法马通和西门子根据欧洲用户要求联合开发，提高了安全性和经济性。在安全性上，EPR 针对防止堆芯熔化以及放射性大量释放等安全因素进行设计改进，采取了很多防备和缓解手段，其主要设计得到了实践证实。在经济性上，EPR 设计寿命60年，换料周期12～24个月，建设周期48～60 个月，机组可利用率达到92%［3］。与AP1000机组相比，EPR 机组具有容量大，单位功率技术指标好等优点。EPR1700机型为改良型四环路压水堆核电堆型，属于第三代技术，堆型的热功率4 900MW，电功率为1 750 MW。

目前，全球采用此种技术建造的核电厂共有3座，分别为中国台山核电厂、芬兰奥尔基洛托核电厂和法国弗拉芒维尔核电厂3号机组，均为在建或扩建核电厂。

4 EPR1700核电机组接入系统方案设想

根据远景年黑龙江省500kV 主干电网规划，全省中西部的哈尔滨、大庆和齐齐哈尔建设一体化的受端电网，即中西部受端电网的基本结构是“目”字形结构；东部送端电网建设坚强和合理的送端电网“日”字形结构，实现大量电力的外送，并兼顾东部电网的供电任务；北部边远地区电网为“日”字形单环网结构，500kV 基本覆盖北部地区主要的城市和县市。

结合黑龙江省核电厂址普选情况，以佳木斯厂址为例，考虑4台EPR1700机组的接入系统方案。该厂址处于黑龙江省东部，其电力应主要满足中部地区负荷中心的用电需要，即采取500kV 电压等级接入地区主干网架，将电力送至哈尔滨地区消纳，见图1。具体方案为佳木斯核电厂利用4回500kV线路接入系统，其中2回500kV 线路接至500kV集贤变，2回500kV 线路接至500kV 望江变。

4.1 导线型号选择

考虑到本期4台核电机组最大外送电力P为6 440 MW，UN＝525kV，J＝0.9A／mm2，cosφ＝0.9。按经济电流密度选择，导线截面计算如下：

图1 2025年黑龙江核电接入系统设想方案

导线截面选择见表2。参照黑龙江省500kV主干网架的架设现状和导线截面选取规划，按“N－1”方式校验，为保证电力可靠送出，可选用LGJ－630×4导线。

表2 导线型号选择

4.2 潮流分布

佳木斯核电厂4台EPR1700机组投运后，相关区域冬大方式潮流见图2，图中单位为MW，Mvar。

图2 2025年佳木斯核电厂拟接入系统方案冬大方式潮流图

潮流计算结果表明，佳木斯核电厂通过4 回500kV 线路接入系统后，核电送出容量主要在黑龙江省负荷中心消纳，电网潮流分布合理，相关500 kV 主干电网能够适应核电电力的送出要求。

4.3 稳定分析

根据电网安全稳定计算导则及相关规程规定要求，为校验大型核电厂接入电网后，对系统安全稳定水平的影响，采用以下3种故障方式分析，即：线路发生三相短路故障；同塔双回线路异名相故障；核电厂机组发生失磁故障，计算结果详见表3。稳定计算结果表明，随着黑龙江省主干网架的加强，大型火电电源的接入，电网稳定水平不断提高，黑龙江省电网能够适应大型核电厂的接入。

表3 暂态稳定计算结果

5 核电厂参与调峰问题研究

目前，我国现有核电机组均建于沿海发达地区，临近负荷中心。由于上述地区电网容量大，核电装机比重小，地区缺电比较严重，核电厂为提高机组利用时间，发挥核电建设的最大经济效益，并从核电安全等方面考虑，均未参加系统调峰，机组始终按照最大可能出力运行。

在核电占电网总装机容量比重较大的法国、韩国、日本和美国，即使电网同时具备一定容量的调频、调峰手段和削峰填谷措施，核电机组也要适当地满足电网调峰的要求［4］。法国的核电机组，大部分需要每天经常实施40%～100%的调峰运行，美国和德国的核电机组需要每天经常实施50%～100%的调峰运行。

5.1 核电调峰的可行性

目前我国在建及拟建核电厂采用的机型主要为CPR1000、AP1000或EPR1700压水堆反应堆。上述堆型核电机组均已具备较好的调峰能力，主要体现在：

a.现代压水堆均设计为具有较大的负温度系数，降低了反应堆功率调节系统的调节精度要求和频繁动作的要求，增强了核电机组跟踪负荷的能力；

b.为增加机组应对各种瞬态的裕度，机组设计已满足“在负荷阶跃变化±10%Pn或线性变化±5%Pn的情况下，依靠自动调节可使机组稳定运行而一、二回路各安全保护设施不动作”的要求；

c.采用先进的全数字化仪表控制系统，使核电机组对负荷变动瞬态过程中各相关参数的控制品质更理想；

d.低负荷下核汽轮机工作更可靠，即大型核电汽轮机普遍采用节流调节，全周进汽，加之低负荷下主蒸汽的压力和温度比满出力时略有升高，使得调节阀后新增器能够保持温度基本不变，有利于高低压缸工作于湿蒸汽区［5］。

现代压水堆核电机组已初步具备日常负荷变动能力，在堆芯寿命期内大部分时间可进行一定形式的日负荷追踪及参与幅度和速度不大的中间负荷调峰［6］。

5.2 核电调峰的必要性

黑龙江省地处高寒地区，调峰能力很差的集中供热机组比例呈增加的趋势。目前冬季用电峰谷差较大，而在全省直调机组中70%以上的火电机组承担着供热任务，调峰能力较弱，整体调峰电力明显不足。根据表4的分析结果，旋转备用率皆按8%考虑，在不考虑风电的反调峰情况下，黑龙江省调峰能力已有较大缺额，若再考虑到风电的反调峰能力，全省调峰缺额将进一步加大，因此，为缓解电网调峰压力，改善调峰状况，除加强对风电的管理，加强需求侧管理、积极建设抽水蓄能等调峰电源和深挖火电机组调峰潜力外，还应考虑核电适度参与调峰。

表4 黑龙江省调峰能力分析

6 EPR1700机组接入黑龙江电网对电价的影响

以《国家发展改革委关于提高东北电网电价的通知》中“黑龙江省燃煤机组上网电价每千瓦时0.365元”作为基础标杆电价，初步测算EPR1700核电机组接入黑龙江电网后，核电上网电价对电网电价的影响。其中核电项目运营期按30年考虑，机组利用时间为7 000h。经测算，黑龙江电网投运1台EPR1700核电机组后，每年新增123×108kW·h核电电量，全省电网售电价需要加价0.83 分／（kW·h）。考虑到黑龙江电网调峰能力缺额较大，在黑龙江省投运核电机组，还需建设配套的调峰电源，电网加价将进一步增大，因此黑龙江省核电机组的建设对黑龙江电网售电价影响较大。