縱觀當前國內外核電發展趨勢,大型集中式核電站仍是主流,而中小型核電站被看成是當前大核電的良好補充。雖然中小型核電站還未達到大規模商業化、實用化的地步,但長遠來看,集中式核電站為主,適度發展中小型核電站,將是核電未來發展的重要方向。
“后院核電站”潛在優勢明顯
目前我國在運核電站從設計與規模上基本為大型機組,與這些裝機容量為百萬千瓦的大型核電站相比,中小型核電站通常為中小城鎮或一些大的工業設施供電而設計。被稱為“后院核電站”的中小型電站往往不需要太多資金,其安全性也可以得到保障,如模塊式小型壓水堆與球床模塊高溫氣冷堆電站。
中小型核電站本身具有多方面的優點:工程總投資較低,可減少資金投入與電廠占地,縮短建設工期;靈活性好,潛在的安全危險也較小,并通過能源的梯級利用提高能源綜合利用效率;更容易操控,并且能夠將核電站選址在距離城市較近的地區,節省長距離運輸的費用。此外,利用中小型核電站所提供的清潔能源,推進冷熱電聯供,可降低化石能源消耗,減少本地污染物排放,發揮節能環保效益等。
廣闊的市場前景、客戶多元化、設備密封性良好,能持續提供能源,使得一些公司在中小型核電設計研發領域展開了激烈的競爭,如西屋、阿海琺、中核集團、華能集團、東芝等。目前,美國、中國、日本等國家都在致力于中小型核電站的研發與建設。美國總統奧巴馬近期提出要建設500個小型核電來替代老舊的火電機組,并計劃在5年內出資4.53億美元用于支持模塊式小型核電的研發;中國華能石島灣高溫氣冷堆核電示范工程(200MW級機組)已經于2012年12月開工;日本東芝公司曾提出其研發的10MW小型堆30年內不必更換燃料,可供約3000個家庭用電。
然而,中小型核電站目前也面臨一些實際問題,如單位容量投資加大、技術要求高、公眾對核電安全性的質疑等。但是隨著智能電網的大規模部署,中小型核電站可以借助這種技術克服其發展面臨的問題,從而獲得更大的發展前景。
與大電站協調運行優勢互補
為滿足未來社會經濟發展對電力的需求,中長期內我國核電的發展仍將以大型核電機組為主。而在智能電網背景下,在發展大型核電站的同時少量發展中小型核電站,可促進集中式電源和分布式電源的協調運行,全面提升電網性能并實現多元化服務。
智能電網建成后,將在常規機組快速調節、間歇性能源的功率預測和動態建模等技術領域取得突破,提升能源基地的安全穩定經濟運行水平。大容量儲能技術也將得到推廣應用,包括核電在內的清潔能源發電及其并網運行控制能力將顯著提升。而大型核電站電源容量大,可以用于系統電源支撐,與中小型核電在智能電網下優勢互補。
對大型核電站而言,利用智能電網下的發電環節先進技術,可以促進核電發展方式集約化、結構布局科學化、并網接入標準化、運行控制智能化,并極大地強化電源支撐能力。常規電源網廠協調技術可以通過勵磁和調速系統參數實測,實現對主力常規電廠的大型機組主要設備工況在線監測,并有效涵蓋核電機組各個環節。大型核電機組的智能化升級可以有效提升網廠協調水平,保障系統安全穩定,實現資源優化配置。
對中小型核電站而言,可以在智能電網中發揮類似于分布式發電的作用。未來將有大量的分布式清潔能源發電及其他形式發電接入電網,要求配電網具備靈活重構、潮流優化、清潔能源接納能力。智能電網采用“即插即用”的簡化互聯方式,可以與各類發電方式(包括集中式發電與分布式發電)和儲能裝置實現無縫銜接,實現集中式電源和分布式電源的協調運行。
實現靈活消納靈活配電統一
我國集中式核電開發為主的特點要求提高電網的大容量輸電能力,以及電網電壓、潮流控制的靈活性,而智能電網為大型核電接入與隨機性電源并網提供了可行性。同時,通過智能電網平臺,為包括核電在內的清潔能源并網提供輔助服務,實現不同能源間的互補與均衡,提升其可用性。
除大規模集中開發利用外,通過分散布局的小規模開發方式,核電可以直接就近接入地區配電網。小型核電站由于電源容量小,且距離負荷近,可以加強系統中發電與用電的電氣聯系,滿足智能電網下電源靈活接入與就近消納的要求。中小型核電站接入配電網后,原先的輻射性配網結構變為具備多個電源點的多端結構,改變了配電網的潮流分布,對配電網的無功平衡、電壓調節、繼電保護、控制、計量等技術同時提出了更高的要求。
為滿足中小型核電站分散接入需求,通過全面建設實用型配電自動化系統,可以建設高效、靈活、合理的配電網絡,并具備靈活重構、潮流優化能力,并利用配電網中小型核電站和主網協調運行等關鍵技術,實現集中/分散儲能裝置及中小型核電站的兼容接入與統一控制。此外,利用智能用電技術構建智能化雙向互動體系,可以實現電網與用戶的雙向互動,提升用戶服務質量,促進用戶合理調配用電,滿足用戶多元化需求。