核電機(jī)組參與遼寧電網(wǎng)調(diào)峰研究

王 勇，朱洪波，李東野

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006；

2.中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

核電機(jī)組參與遼寧電網(wǎng)調(diào)峰研究

王 勇1，朱洪波1，李東野2

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006；

2.中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

為研究核電機(jī)組投產(chǎn)對(duì)遼寧電網(wǎng)造成的影響，對(duì)遼寧電網(wǎng)的負(fù)荷以及區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線送電特性進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)合網(wǎng)內(nèi)現(xiàn)有及規(guī)劃電源的調(diào)峰能力，針對(duì)不同核電機(jī)組的運(yùn)行方式，對(duì)2013年、2015年、2017年和2020年遼寧電網(wǎng)進(jìn)行了調(diào)峰平衡以及風(fēng)電消納能力計(jì)算，驗(yàn)證了核電機(jī)組參與調(diào)峰的優(yōu)勢(shì)與必要性。

電網(wǎng)；核電機(jī)組；調(diào)峰

遼寧省位于我國(guó)東北部地區(qū)，受冬季寒冷氣候影響，地區(qū)火電裝機(jī)中供熱機(jī)組所占比例較大，在供暖期時(shí)電網(wǎng)的調(diào)峰能力受到很大限制。隨著近年來(lái)省內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量的大幅增加，其出力的間歇性與波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰能力提出了更高的要求，在負(fù)荷低谷、風(fēng)機(jī)高出力的時(shí)段需要采取切除部分風(fēng)機(jī)等措施以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著“十二五”與“十三五”期間紅沿河核電廠與徐大堡核電廠的相繼投運(yùn)，預(yù)計(jì)遼寧電網(wǎng)的調(diào)峰形勢(shì)將進(jìn)一步惡化，需要盡快尋求解決措施，以避免電網(wǎng)運(yùn)行事故的發(fā)生［1］。

1 遼寧電網(wǎng)運(yùn)行特性分析

1.1 機(jī)組調(diào)峰現(xiàn)狀

遼寧省常規(guī)煤電裝機(jī)容量12 393 MW，其中包括直調(diào)機(jī)組12 000 MW，非統(tǒng)調(diào)小機(jī)組393 MW，常規(guī)煤電機(jī)組全部參與調(diào)峰運(yùn)行時(shí)的最小出力為6 244 MW，平均最小出力率達(dá)到50%。由于不承擔(dān)供熱任務(wù)，各機(jī)組在供暖期與非供暖期最小出力基本一致。

非供暖期時(shí)，遼寧省供熱機(jī)組全部參與調(diào)峰運(yùn)行時(shí)最小出力為11 572 MW，平均最小出力率63.6%，調(diào)峰能力與常規(guī)煤電機(jī)組相比較差；供暖期始末，為保證供暖所需投運(yùn)最小裝機(jī)容量為9 970 MW（不計(jì)入小機(jī)組），最小出力6 625 MW，平均最小出力率66.4%；供暖中期強(qiáng)制開機(jī)容量加大，達(dá)到11 270 MW（不計(jì)入小機(jī)組），最小出力7 805 MW，平均最小出力率上升至69.3%。

遼寧電網(wǎng)常規(guī)水電裝機(jī)容量1 520.9 MW，其中年調(diào)節(jié)水電696.5 MW。目前，東北電網(wǎng)年調(diào)節(jié)水電調(diào)峰率約為55.8%，遼寧省年調(diào)節(jié)水電調(diào)峰能力按照389 MW計(jì)算。

1.2 負(fù)荷特性

根據(jù)2012年與2013年調(diào)度實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合遼寧電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行情況，將1年劃分為供暖期與非供暖期2個(gè)時(shí)段來(lái)統(tǒng)計(jì)分析遼寧電網(wǎng)在各時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷特性。2012年1月～2013年10月遼寧電網(wǎng)供暖期各月典型日負(fù)荷特性曲線見圖1與圖2；非供暖期各月典型日負(fù)荷特性曲線見圖3與圖4。

圖1 2012年供暖期負(fù)荷特性曲線

圖2 2013年供暖期負(fù)荷特性曲線

圖3 2012年非供暖期負(fù)荷特性曲線

圖4 2013年非供暖期負(fù)荷特性曲線

根據(jù)2年內(nèi)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，供暖期始末（3月與11月）電力負(fù)荷峰谷差相對(duì)較小，最小負(fù)荷率在0.85左右；其他3個(gè)月負(fù)荷峰谷差略高，最小負(fù)荷率約為0.80；非供暖期時(shí)遼寧電網(wǎng)日最小負(fù)荷率大多保持在0.85左右，最低達(dá)到0.813，2013年相比2012年呈下降趨勢(shì)。

隨著遼寧省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，第三產(chǎn)業(yè)與居民用電量比例的上升，預(yù)計(jì)未來(lái)遼寧省日最小負(fù)荷率將保持一定的下降趨勢(shì)，供暖期2015年與2020年將分別達(dá)到0.815和0.795；非供暖期將分別達(dá)到0.801和0.781。

1.3 區(qū)間聯(lián)絡(luò)線送電特性

1.3.1 高嶺換流站送出線路負(fù)荷特性分析

高嶺換流站是東北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)聯(lián)系的樞紐，換流容量3 000 MW。根據(jù)現(xiàn)有運(yùn)行情況，預(yù)計(jì)未來(lái)遼寧省向華北地區(qū)送電將按照線路最大輸送能力運(yùn)行，僅在負(fù)荷低谷期時(shí)適當(dāng)調(diào)峰，曲線如圖5所示。

圖5 遼寧省向華北地區(qū)輸送電力曲線預(yù)測(cè)

1.3.2 遼寧電網(wǎng)從蒙東與吉林電網(wǎng)受電分析

截至2012年底，遼寧電網(wǎng)通過呼遼直流、6回500 kV和1回220 kV交流線路與蒙東電網(wǎng)相連，正常方式下最大受入電力7 800 MW；通過4回500 kV線路與吉林電網(wǎng)相連，正常方式下最大受入電力2 000 MW。

2012年與2013年供暖期各月遼寧電網(wǎng)從外部受入最大電力超過9 500 MW，發(fā)生在2012年年末，其他月份最大受入電力水平一般保持在8 000～9 000 MW；除2012年2月電力受入明顯偏低外，遼寧電網(wǎng)從外部受入最小電力一直保持在6 000～7 000 MW。

非供暖期遼寧電網(wǎng)從外部受入電力整體低于供暖期，最大受入電力約為9 000 MW，發(fā)生在2012年10月與2013年4月，其他月份最大受入電力水平一般保持在7 500～8 500 MW；遼寧電網(wǎng)從外部受入最小電力隨時(shí)間不同差別較大，最大時(shí)接近7 000 MW，最小時(shí)低于5 000 MW。

1.4 風(fēng)電出力特性

對(duì)2012年1月～2013年10月遼寧省風(fēng)電出力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，2012年供暖期遼寧省風(fēng)電出力最大同時(shí)率為0.744 1，2013年為0.749 1；2012年非供暖期遼寧省風(fēng)電出力最大同時(shí)率為0.829 9，2013年為0.768 5，整體高于供暖期數(shù)據(jù)。

將風(fēng)電出力同時(shí)率按照從小到大排列進(jìn)行累積概率的計(jì)算，風(fēng)電出力同時(shí)率在0.55以上的概率非常小，約為5%，若對(duì)風(fēng)電出力同時(shí)率在0.55以上的時(shí)刻進(jìn)行限電，總限電量為風(fēng)電發(fā)電量的2%左右。在電網(wǎng)調(diào)峰能力一定的條件下，適當(dāng)棄風(fēng)可以大幅提高電網(wǎng)能夠接納的風(fēng)電裝機(jī)容量，促進(jìn)清潔能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與普及［2］。

2 電力預(yù)測(cè)與電源裝機(jī)規(guī)劃

2.1 電力需求預(yù)測(cè)

根據(jù)遼寧省負(fù)荷特性分析結(jié)果，未來(lái)遼寧省電網(wǎng)全口徑最大負(fù)荷峰谷差仍將存在小幅增長(zhǎng)，其中供暖期日最小負(fù)荷率與日負(fù)荷率均高于非供暖期。到2015年和2020年遼寧電網(wǎng)最大峰谷差將分別達(dá)到6 069 MW和8 351 MW。表1為遼寧省電力需求預(yù)測(cè)。

2.2 電源裝機(jī)規(guī)劃

綜合考慮遼寧電網(wǎng)退役機(jī)組和新增機(jī)組情況，對(duì)遼寧電網(wǎng)裝機(jī)進(jìn)行匯總，見表2。預(yù)計(jì)到2015年和2020年遼寧電網(wǎng)的裝機(jī)容量將分別達(dá)到47 747 MW和61 943 MW。

3 遼寧電網(wǎng)調(diào)峰平衡分析與風(fēng)電接納能力計(jì)算

3.1 計(jì)算原則

水電按不同電站（徑流、日／季／年調(diào)節(jié)）的調(diào)節(jié)性能確定調(diào)峰能力（遼寧現(xiàn)有水電的調(diào)峰能力按389 MW考慮）；抽水蓄能調(diào)峰性能200%；太陽(yáng)能機(jī)組不參與調(diào)峰。

現(xiàn)有常規(guī)火電機(jī)組與供熱機(jī)組調(diào)峰能力按照調(diào)度運(yùn)行安排結(jié)合時(shí)間點(diǎn)統(tǒng)籌考慮。新增供熱機(jī)組在供暖中期全部按照參加供暖考慮，供暖期始末按照一半容量參加供暖考慮，其調(diào)峰能力根據(jù)東北網(wǎng)調(diào)的現(xiàn)運(yùn)行情況，結(jié)合機(jī)組容量分別安排。供暖期時(shí)參與供熱的火電機(jī)組為保證熱負(fù)荷難以達(dá)到滿發(fā)出力，在平衡計(jì)算中受阻容量按照10%考慮。調(diào)峰平衡的備用容量按負(fù)荷備用4%、旋轉(zhuǎn)事故備用4%考慮。

表1 遼寧省電力需求預(yù)測(cè)MW

表2 遼寧省電源發(fā)展統(tǒng)計(jì)MW

遼寧省與其他地區(qū)的電力交換預(yù)計(jì)在“十三五”期間不會(huì)有大幅改變，高嶺換流站送華北電力按照負(fù)荷高峰時(shí)2 940 MW，負(fù)荷低谷時(shí)2 060 MW考慮；吉林與蒙東送遼寧電力預(yù)計(jì)將隨著遼寧電網(wǎng)負(fù)荷的增長(zhǎng)接近極限方式運(yùn)行，按照負(fù)荷高峰時(shí)送入9 740 MW，負(fù)荷低谷時(shí)送入7 760 MW考慮。

計(jì)算風(fēng)電消納時(shí)將遼寧電網(wǎng)消納風(fēng)電電量分為供暖期、供暖期始末與供暖中期3部分分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)不同時(shí)期的電網(wǎng)調(diào)峰能力，結(jié)合風(fēng)電出力特性概率分布，按照風(fēng)電出力高于電網(wǎng)調(diào)峰能力時(shí)即開始限電的原則進(jìn)行計(jì)算。

3.2 核電機(jī)組帶基荷時(shí)電網(wǎng)調(diào)峰分析與風(fēng)電接納能力計(jì)算

根據(jù)遼寧電網(wǎng)調(diào)峰能力分析結(jié)果可知，供暖中期大量供熱機(jī)組調(diào)峰能力受限，是1年中電網(wǎng)調(diào)峰最困難的時(shí)段［3］，按照該期間內(nèi)的電網(wǎng)調(diào)峰盈余容量來(lái)計(jì)算遼寧電網(wǎng)2013～2020年對(duì)風(fēng)電的接納能力，結(jié)果見表3。除2013年外，電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的接納能力均遠(yuǎn)小于遼寧省目前規(guī)劃的風(fēng)電裝機(jī)容量，需要尋求合理措施，以改善電網(wǎng)的調(diào)峰能力，促進(jìn)新能源在電網(wǎng)中的普及與發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

表3 遼寧電網(wǎng)風(fēng)電接納能力計(jì)算

根據(jù)各年度不同時(shí)期內(nèi)電網(wǎng)調(diào)峰能力分析結(jié)果，結(jié)合遼寧電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)劃情況與風(fēng)電出力特性，估算電網(wǎng)所能夠消納風(fēng)電的電量，結(jié)果如表4所示。遼寧電網(wǎng)所能夠接納風(fēng)電的電量隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的增加而逐年上升，但由于調(diào)峰形勢(shì)的惡化，風(fēng)電限電日趨嚴(yán)重，2013年電網(wǎng)風(fēng)電年利用小時(shí)數(shù)接近1 800 h，2017年時(shí)已下降至1 450 h左右。2020年遼寧電網(wǎng)調(diào)峰盈余容量明顯降低，雖然網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)容量進(jìn)一步增長(zhǎng)，但所能夠消納的風(fēng)電電量反而有所降低，風(fēng)電年利用小時(shí)數(shù)已跌至1 200 h以下。

表4 遼寧電網(wǎng)風(fēng)電消納電量分析

3.3 核電機(jī)組深度調(diào)峰時(shí)電網(wǎng)調(diào)峰分析與風(fēng)電接納能力計(jì)算

3.3.1 核電機(jī)組調(diào)峰能力分析

紅沿河電廠1～6號(hào)機(jī)組自2013年起開始投運(yùn)，2017年全部投入運(yùn)行，預(yù)計(jì)將采用以CPR1000為代表的＂二代加＂核電技術(shù)［4］，設(shè)計(jì)要求在前80%的循環(huán)壽期內(nèi)具有日負(fù)荷跟蹤能力，可以按照＂12－3－6－3＂模式參與調(diào)峰［5］。

目前，遼寧電網(wǎng)調(diào)峰困難主要集中在供暖期供熱機(jī)組最小出力受限的時(shí)段，根據(jù)負(fù)荷特性分析結(jié)果，供暖期時(shí)遼寧省每日負(fù)荷低谷集中在凌晨3時(shí)附近，為實(shí)現(xiàn)削峰填谷的目的，核電廠調(diào)峰時(shí)間宜在供暖期內(nèi)1時(shí)～7時(shí)，機(jī)組出力曲線如圖6所示，核電廠在每日的10時(shí)～22時(shí)滿出力運(yùn)行，其他時(shí)段參與電網(wǎng)調(diào)峰，最低出力按照國(guó)內(nèi)同類核電機(jī)組現(xiàn)有運(yùn)行能力考慮（50%）。非供暖期時(shí)遼寧電網(wǎng)每日存在多個(gè)負(fù)荷低谷，核電機(jī)組即使參與調(diào)峰亦無(wú)法為電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)太大優(yōu)勢(shì)，可以帶基荷運(yùn)行。

圖6 紅沿河核電廠供暖期出力曲線預(yù)測(cè)

徐大堡核電廠預(yù)計(jì)將采用第三代AP1000核電技術(shù)，在前90%循環(huán)壽命期限內(nèi)，核電機(jī)組能按如下方式進(jìn)行日負(fù)荷跟蹤：在滿功率運(yùn)行10～18 h，然后2 h內(nèi)線性變化至50%額定功率，在50%功率平臺(tái)上運(yùn)行2～10 h，然后在2 h內(nèi)線性升至滿功率［6］。根據(jù)遼寧電網(wǎng)負(fù)荷特性，參加調(diào)峰運(yùn)行的AP1000機(jī)組宜采用與CPR1000機(jī)組相同的低谷運(yùn)行時(shí)段，即在供暖期內(nèi)1時(shí)～7時(shí)降低至50%額定功率運(yùn)行，如圖7所示。

圖7 徐大堡核電廠供暖期出力曲線預(yù)測(cè)

3.3.2 調(diào)峰平衡與風(fēng)電消納計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表5中的計(jì)算結(jié)果，核電參與調(diào)峰后，2013年與2015年供暖中期遼寧電網(wǎng)盈余調(diào)峰容量已接近非供暖期，2017年后超過后者。“十三五”期間，核電機(jī)組參與調(diào)峰后遼寧電網(wǎng)供暖期盈余調(diào)峰容量已超過非供暖期，不再是電網(wǎng)調(diào)峰的主要約束。受負(fù)荷與核電機(jī)組特性的影響，非供暖期時(shí)遼寧電網(wǎng)日間與夜間負(fù)荷低谷相差不大，核電機(jī)組即使參與調(diào)峰亦無(wú)法為電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)太大優(yōu)勢(shì)，需要進(jìn)一步挖掘其他類型電源的調(diào)峰能力，以增加電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的接納能力。

表5 遼寧電網(wǎng)風(fēng)電接納能力計(jì)算

由風(fēng)電消納電量計(jì)算結(jié)果可知，核電機(jī)組參與調(diào)峰后遼寧電網(wǎng)供暖中期能夠消納的風(fēng)電電量大幅提升，供暖期始末所能消納的風(fēng)電電量也有一定幅度的增長(zhǎng)。如表6所示，2013～2020年間遼寧電網(wǎng)所能消納風(fēng)電的總量一直呈上升趨勢(shì)。2015年后受電網(wǎng)調(diào)峰能力的影響，風(fēng)電限電的比例略有上升。2017年風(fēng)電年利用小時(shí)數(shù)跌至1 700 h以下，2020年達(dá)到1 616 h。

表6 遼寧電網(wǎng)風(fēng)電消納電量分析

根據(jù)核電的調(diào)峰運(yùn)行曲線，計(jì)算遼寧電網(wǎng)核電機(jī)組參與調(diào)峰運(yùn)行后的年發(fā)電量與年利用小時(shí)數(shù)，結(jié)果如表7所示。計(jì)算過程中核電機(jī)組理論年利用小時(shí)數(shù)按照7 000 h考慮，檢修計(jì)劃安排在非供暖期進(jìn)行。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)遼寧電網(wǎng)全部核電機(jī)組在供暖期按照所安排方式參與調(diào)峰后，機(jī)組的年發(fā)電量與年最大利用小時(shí)數(shù)均減少了約10%，2020年前遼寧省核電機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)下降至6 321 h；2020年徐大堡2臺(tái)采用AP1000技術(shù)的機(jī)組投運(yùn)后調(diào)峰能力較強(qiáng)，核電機(jī)組的整體年利用小時(shí)數(shù)略有提高，上升至6 343 h。

表7 遼寧電網(wǎng)核電機(jī)組運(yùn)行分析

4 結(jié)束語(yǔ)

一定容量的核電機(jī)組參與調(diào)峰可以有效減少電網(wǎng)峰谷差，對(duì)增加遼寧電網(wǎng)調(diào)峰盈余容量、提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性有著深遠(yuǎn)意義。未來(lái)遼寧電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，應(yīng)大量收集其他地區(qū)相同類型核電廠的調(diào)峰運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，積極開展核電機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行試驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)核電機(jī)組的規(guī)?；{(diào)峰運(yùn)行，增加遼寧電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的靈活性，提高對(duì)風(fēng)電等清潔能源發(fā)電機(jī)組的接納能力，為同類型核電機(jī)組調(diào)峰研究提供參考。

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Study on Nuclear Power Plants Concerned with Peak Regulation of Liaoning Power Grid

WANG Yong1，ZHU Hong?bo1，LI Dong?ye2

（1.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Northeast Electric Power Design Instrtute Co.，Ltd.of China Power Engineering Consulting Group，Changchun，Jilin 130021，China）

To study the the implementation impact of nuclear power plants in Liaoning power grid，this paper analyses the characteris?tics of electrical load and transmitted power.Taking the peak regulation capability of existed and incoming power plants into considera?tion，this paper proves the superiority and necessity of the participation of nuclear power plants in power grid peak regulation based on calculations of electrical power demand balance and wind energy generation in specific years.

Power grid；Nuclear power plants；Peak regulation

TM623

A

1004－7913（2015）12－0028－05

王 勇（1974—），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃工作。

2015－06－30）