核蓄一体化是核电发展的新思路

顾 健

（中核国电漳州能源有限公司，福建 漳州 363300）

核蓄一体化是核电发展的新思路

顾 健

（中核国电漳州能源有限公司，福建 漳州 363300）

要实现我国经济、社会、生态环境的协调发展，改善大气污染环境，实现两个百年目标，发展核电是必然的选择。从核电技术和经济特性方面分析，并参考诸多发达国家的核电运行模式，核电机组适合作为基荷机组运行，但电网存在峰谷差也需要调峰能力，核电作为电网中的一员也理应在调峰上做出应有的贡献。本文建议按照 “核蓄一体化”运营模式，在规划建设核电的同时规划建设与之配套的抽水蓄能电站，充分利用核电及抽水蓄能电站各自的特点，走出一条核电协调发展之路。

核电；抽水蓄能；核蓄一体化

核电作为一种清洁高效能源，对于优化能源结构以满足经济和社会发展对能源电力的需求，改善大气环境，实现经济、社会、生态环境的协调发展起着十分重要的作用。

20世纪50年代以来，美国、法国、比利时、德国、英国、日本、加拿大等发达国家都陆续建造了大量核电站。据统计数据显示，目前世界核电站发电量已约占世界总发电量的11%。我国发展核电起步较晚，尽管近期势头较猛，至2016年12月31日，我国已投入商业运行的核电机组共35台，运行装机容量为33 632．16MWe （额定装机容量），但由于电网总容量很大，仅占全国电力装机约2．04%，发电量约占3．5%，远低于世界平均水平，还有很大的提升空间。

核电产生的历史并不长，核电在各国的发展也是不均的，但分析一下，大国或者经济大国发展核电的比例较高，对战略核武器重视的国家积极性更高，自然资源比较匮乏的国家自然也会想到核电。以上这几条与我国国情都符合。核电还有利于改善能源战略结构和符合低碳排放等功能，发展核电应该是个必然的选择。

核电是个极其敏感和极具争议的话题，在不同的人群中对核电的认知可能就是天使和魔鬼的差别。各国对核电的态度也存在很大的差异，在不同时间段也有一些变化，在建设中国特色社会主义的道路上，核电的发展应该具备这一规律才合乎道理，中央提出的安全高效发展核电就给我们指明了方向。

1 核电就应带基荷

所谓基荷电源，指的是电力系统日负荷曲线基地部分负荷的发电机组，长期是以额定或接近额定功率运行，其他配合负荷变化而调节功率的即为调峰机组。核电从一般概念就认为应是基荷机组，但在电力过剩的情况下，电网无法完全消纳增长的核电装机，多家核电企业被要求降功率运行或临停备用，核电发电平均利用小时数呈现出走低态势。

对于核电而言，核电机组参与调峰，除了会降低经济效益外，还存在一定的技术限制问题。新建核电机组在理论上虽然已经具备了一定调峰能力，但是除个别核电比重较大的国家外，实践中核电跟踪日负荷参与系统调峰的实例并不多见。原因如下：

（1）从技术上来说，核电机组不能调峰的主要理由

首先，如果核电参与调峰，频繁的升降功率将很有可能导致燃料芯块温度发生剧烈变化而产生强烈的热胀冷缩，使芯块与包壳之间产生挤压、剪切等作用 （即芯块包壳相互作用：PCI）。而PCI易使燃料包壳 （对第一道屏障产生威胁）发生破裂，从而使放射性物质泄漏到一回路中，造成严重安全和环保隐患。这种频繁变功率，理论上还会诱发中子通量振荡，俗称 “氙振荡”，这是反应堆运行的大忌。

其次，核电调节功率主要手段是通过改变控制棒位置或调整冷却剂的硼浓度来实现。控制棒深入堆芯位置会恶化堆芯温度分布，造成部分热点接近控制值，所以相对来说较少使用这种手段。那么使用调节硼浓度的方式呢？频繁的升降功率，会使产生的废液量增大至基本负荷稳定运行时废液量的3～5倍，带来环保控制要求的压力和处理成本增加。最不可接受的是，在一个换料循环的后期，此时硼浓度已经较低，如仍使用通过调节硼浓度升降功率，会产生极大的水量，同时也会需要更多时间，也几乎不可接受。

再者，一定频度的调峰升降功率会造成换料周期的紊乱，有可能会造成部分燃料还没到设计燃耗就被换出，造成严格意义上的 “弃核”，也是种很大的浪费。加上机组在非额定工况附近运行，不仅热效率低，而且控制系统不处在最佳状态，增加了失灵的风险。

尽管上述有些理由尚存争议，在不同堆型、运行的不同时间段也有所不同，而且通过管理和技术手段的提升，这种负面影响也有一定程度的控制和消除，但我认为中央和国家对核安全这么重视的情况下，抛开争议仅从保障核安全角度来说，外界少给核电一些干扰，尽量使之稳定运行，就是对核电和保证核安全最大的支持。

（2）从经济上看核电不应该调峰

核电是大型化机组，运行可靠稳定，而且发电能力不靠天吃饭，完全可以自主掌控，具备基荷机组的能力。讲经济性就离不开成本，核电的电价远低于后来居上的清洁能源，比现阶段的火电略高一点，但与火电的成本组成却是明显不一样。一般业内认为，核电的建设成本占总成本的60%，运行成本 （燃料加运维）只占40%，而火电则正好倒过来。这样的成本组成决定着管控的基础，在没有其他条件的约束下，如果机组已经建成，一定是让运行成本低的机组多发。这样简单的道理是显而易见，国家的决策部门也清楚看到了这一点，在出台的有关规定上，将核电放在运行成本更低的风、光、水之后的第二梯队，并给了核电一定基础倍数来实际控制发电量，这是成熟、理性的大局观，显而易见认可了上述观点。

（3）从世界范围看核电同行在更加商业化的环境里是如何运作的。

国外核电在正常情况下，普遍带基荷运行，都保持着较高的年均负荷因子水平 （见表1），即便如美国、俄罗斯等核电大国，其核电装机规模均超过20%以上，核电机组一直保持带基荷运行，需要说明一点的是国外机组因建造时间早，其负荷因子值基本就在设计值上了，我国基本都是最新机组，还有一定能力可提升。

表1 国内外核电数据表Table 1 Domestic and foreign nuclear data table

综上所述，世界核电的发展情况莫不如此。从安全、环保和利益最大化来说，对于核电存量发电机组就应该带基荷运行，这个道理大家都能明白。

2 电网调峰工作应有所有参与者共同承担

2．1 电网负荷的峰谷特点

上节讲了核电应该带基荷运行，这是从核电角度来说的，但电网总得有机组来调峰，因为电网峰谷变化也是客观现实。随着季节变化和节假日以及昼夜用电需求量的不同，对用电的需求也会有高峰期和低谷时段，导致电网电力消耗产生峰谷差。尽管电网公司也采取了一系列诸如实行峰谷电价差的需求侧管理手段，但目前我国电力消耗的昼夜峰谷差依然存在，面临着严峻的电网调峰问题。

在此背景下，维持功率平衡，保持系统频率稳定，是电网当前首要解决的问题。但受自然条件影响，水电丰枯期出力相差悬殊，风电和光伏发电本身具有间歇性、波动性大的特点。随着我国能源结构中风、光发电比例的逐渐增加，电网系统面临的挑战越来越大，必须有强有力的调峰电源与风、光发电相配合，才能保证电力系统稳定和经济运行，因此亟需优质调峰电源来解决系统调峰能力不足问题，而抽水蓄能就是其中之一。

图1 典型日负荷曲线Fig．1 Typical daily load curve

2．2 抽水蓄能电站的特点

抽水蓄能电站具有机组启停迅速、工况转变灵活，可以实现顶峰填谷、调频调相、紧急事故备用等特点，在快速跟踪负荷、事故备用和保证电能质量方面发挥着极其重要的作用，并且它同其它水电不同的是基本不受自然界的影响，能够保障长期稳定运行，被喻为电网的“调节器”“稳压器”和 “蓄电池”。

抽水蓄能电站实质上也是一种水电站，它与常规水电站不同的是：抽水蓄能电站能够把电网负荷低谷时多余的电能转化为水的势能储存起来，在负荷高峰时将水的势能转化为电能，实现电能的有效存储，并将电能在时间上重新分配，可有效调节电力系统生产、供应、使用之间的动态平衡。

2．3 抽水蓄能的超强调峰能力

相比于众多电力机组的单向调峰，抽水蓄能调峰是双向调峰，其调峰弹性具有先天优势。众多热力机组 （如煤电、核电）只能在其自身装机能力范围内通过增减负荷来调峰，抽水蓄能电站却可以吸收过剩产能，调峰更具灵活性，特别是在应对大型高温高压热力机组（如煤电机组和核电机组）最低负荷低于可调能力时表现突出。

电力系统中的大型高温高压热力机组不适于在低负荷下工作，在强迫压低负荷后，燃煤消耗、厂用电和机组磨损都将增加。抽水蓄能机组的填谷作用，可以改善热力机组的运行方式并提高其运行效率，另外通过抽水蓄能机组的抽水耗电还可以减少热力机组停机的可能。

当然这种存储能力也是有一定时效的，即需要及时将所储势能转化为电能，才能保证下次储能，而且这种发电方式从纯个体经济上来说肯定是亏本的，因为它的电能转换率只有75%左右，即用4度电抽水只能发出3度电来。

3 核蓄一体化是种新思路

在我国，核电总占比还是较小的，但由于分布不均匀，在某些省份已同世界平均数相接近。考虑到未来电力供需情况，核电的占比可能还会增加，所以现在就应该考虑涉及核电的调峰问题。首先按照上级部门所要求的在保证核安全的前提下，新建核电机组应具备一定调峰能力的方向去积极努力。同时还可以寻找其它办法去解决核电调峰问题。其中本文中所提出的把电网调峰量以市场形式进行交易，将最不好调的核电与调节能力最强的抽蓄结成对子，则应该也是办法之一，也符合供给侧改革的要求。

在分析核电机组和抽水蓄能机组运行特点的基础上，结合国内大力发展核电的实际情况，漳州能源公司率先提出一种新的运营模式——核蓄一体化。一体化至少有三个意思：一是投资主体一体化。即核电站和抽水蓄能电站统一由一家运营公司统一管理，体现责任的落实，谁家的孩子谁家抱，核电由于其特殊性不能很好履行调峰义务的责任就由其通过抽水蓄能作为核电站的配套设施，承担调峰任务，避免了间接手段带来的其它影响；二是时间上同步。核电站和抽水蓄能电站的建设周期都很长，在规划建设核电站的同时就要规划建设与之配套的抽水蓄能电站，确保做到 “三同时”，即同时规划、同时建设、同时投产，以便能及时配合补偿运行，相得益彰；三是运营模式一体化。每个电站的赢利模式都是一样的，就是成本和收入差，那么在发电价相对固定的情况下，对核电就是充分多发，来摊薄成本，取得更多的利润，不调峰或者少调峰也或多或少有争取多发的因素在。对于抽水蓄能，国家就是给其抽水的电价就基本决定了它的存在价值。以前更多由电网公司决定它的受电电价，所以现在的差别就是电网公司管最后结果，中间的过程由这两个单元自己决定，类似直供电的形式，充分发挥了市场的调节作用。

用核电的电量来进行抽水。核电站与抽水蓄能电站组成一个电力单元，核电的运行成本相对较低，在保证一定电量的情况下，超发部分承受低电价的能力也较强，而这部分低的电价正好可以贴补抽水蓄能成本较高，需要由较大受、发电价差来配合的要求。真可谓天作之合。

“核蓄一体化”可以解决电网的难题和促进这两种清结能源的共同发展。核电要保持满发，清洁能源不能弃，电网负荷峰谷差依然存在，看似不可调和的矛盾面前，需要大家用勇气和智慧去应对，而不是只坚持自己的利益。在 “核蓄一体化”运营模式下，更加清晰地确定了各自的角色定位，扬长避短。核电机组可利用抽水蓄能机组调峰，抽水蓄能机组以核电机组为依托，不仅可以有效解决核电机组不适宜变负荷运行和满足电网对核电机组提出的调峰要求之间的矛盾，同时还可为电网和电力用户带来突出的社会效益和可观的经济效益。特别当电网中不能调峰的容量大于最低负荷时，抽水蓄能是解决问题的唯一手段。

从长远来看，随着电力系统辅助服务市场和产业发展政策逐步建立和健全，抽水蓄能电站作为目前电网最大规模的储能设施，其效益将进一步得到体现，必将在今后我国核电运营模式改革发展中发挥重要作用。

现在国内各省都在积极争取建设核电站，在福建省 “科学发展，跨越式发展”的战略指导下，为了解决未来核电站基本负荷运行与调峰的矛盾，并从根本上解决电网的调峰和电网安全问题，在分析核电机组和抽水蓄能机组运行特点的基础上，结合国内大力发展核电的实际情况，中核国电漳州能源有限公司提出 “核蓄一体化”运营模式，并愿意做出尝试和探索。通过建设抽水蓄能电站项目 （云霄抽水蓄能电站装机容量为1 800MW），进一步优化福建省能源结构，缓解福建省电力紧张局面，促进福建省经济、社会和环境可持续发展做出积极贡献。

（责任编辑：白佳）

法律、法规、规章、规范性文件的区别

1．法律

在我国，法律由全国人民代表大会及其常委会依照立法程序制定和颁布。

2．法规

法规包括行政法规和地方性法规：1）行政法规由国务院根据宪法和法律制定，并由总理签署国务院令公布。行政法规的名称一般称 “条例”，也可以称 “规定”“办法”等；2）地方性法规由省、自治区、直辖市以及较大的市的人民代表大会及其常委会根据本行政区域的具体情况和实际需要制定，由大会主席团或常务委员会发布公告予以公布；3）行政法规的名称一般称 “条例”，也可以称 “规定”、“办法”等。

3．规章

规章包括国务院部门规章和地方政府规章：1）国务院部门规章由国务院各部、委员会、中国人民银行、审计署和具有行政管理职能的直属机构根据法律和国务院的行政法规、决定、命令在本部门的权限范围内制定；2）地方政府规章由省、自治区、直辖市和较大的市的人民政府根据法律、行政法规和本地区的地方性法规制定；3）规章由本部门首长或者省长、自治区主席、市长签署命令予以公布。规章的名称一般称 “规定”“办法”，但不得称 “条例”。

4．规范性文件

规范性文件是指除法律、法规、规章以外的国家机关在职权范围内依法制定的具有普遍约束力的文件。在日常工作中我们常见的是国家行政机关制定的规范性文件，也称行政规范性文件。

The Integration of Nuclear Power and Pumped Storage，the New Thought of Nuclear Power Development

GU Jian
（Guodian Zhangzhou Energy Co．，Ltd．，CNNP，Zhangzhou，Fujian Prov．，363300，China）

The development of nuclear power is the necessary option to realize the coordinated development of economy，society and ecological environment，and to improve air pollution as well as to achieve the Two Centenary Goals．Nuclear power plant is suitable for operation as the base load power plant as a result of the analysis for nuclear power technology and economics，and taking nuclear power operation modes of many developed countries as reference．The nuclear power，as a member of the State Grid，should make its due contribution for the grid which has the peak－valley difference and needs the peaking capability．This paper proposes to construct nuclear power plant and pumped storage power station at the same time by taking respective advantages of each plant in the mode of“Integration of nuclear power and pumped storage”to create a coordinated development path of nuclear power．

nuclear power；pumped storage；integration of nuclear power and pumped storage

F42 Article character：A Article ID：1674－1617 （2017）03－0430－05

F42

A

1674－1617 （2017）03－0430－05

10．12058／zghd．2017．03．430

2017－05－08

顾 健 （1963—），男，浙江海宁人，硕士，研究员级高工，现主要从事经营管理工作 （E－mail：guj＠zgzec．com．cn）。