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浅析核电机组参与电网调峰的影响

摘要：随着我国核电事业的发展，核电装机容量的增加，电网要求核电机组

参与调峰的诉求不断增加。然而，作为核电机组，满功率稳定运行是其推荐的运

行方式，本文作者根据多年核电机组运行经验，总结了核电机组参与电网调峰的

诸多影响。

关键词：调峰设备损坏人因失误风险

核电站设计为堆跟机模式，即当发电负荷变化时反应堆功率则需要随之变化，

在电网要求调峰的情况下，运行人员控制反应堆功率升高或降低。持续稳定满功

率运行是核电站推荐的运行方式，如果频繁的参与电网调峰，则会带来如下问题：

1.

不利于提升核燃料的利用率，不利于节能减排：核电厂核燃料的设计寿命有

限，超过一定期限后则需要强迫换料，例如红沿河经论证最长一个燃料循环为20

个月，这种强迫换料操作不仅降低乏燃料的利用率，造成核能的浪费，还不利于

这些没有完全利用的乏燃料的储存、运输、后处理安全；

2.

不利于提升燃料组件的安全性：

1.

对包壳的影响：机组功率的变化带来燃料芯块和堆芯冷却剂的温度变化，交

变的温度使燃料组件特别是燃料包壳产生应力，比如PCI（燃料与包壳的相互作

用），可能导致燃料包壳的破损，从而造成芯块中的裂变气体突破第一道屏障而

进行反应堆冷却剂中；

2.

对二氧化铀燃料芯块的影响：功率频繁变化时，芯块温度和温度梯度频繁发

生变化，热应力积累将会使已脆化的晶界开裂，及裂变气体的释放，燃料芯块在

设计时考虑对裂变产物和裂变气体有一定的包容作用（约98%），这种包容作用

会因此大大降低；

3.

不利于堆芯的安全稳定，存在氙震荡问题：氙震荡是大型核电机组堆芯的核

物理特性，其产生的原因是当堆芯存在扰动时，堆内的氙和中子通量在分布上产

生空间震荡，一般震荡周期为15至30小时，这种震荡会给堆芯安全带来极大的

危害，特别是造成燃料组件局部过热风险增加；

4.

不利于降低三废的产量，不利于保护环境：

1.

放射性液态废物：升降功率过程中，由于冷却剂的水体积的变化，从而导致

产生放射性废液。另外，硼浓度控制是控制一回路功率的升高和降低的主要手段，

在功率变化时需要置换一部分冷却剂来达到调节功率的目的，这也是导致产生放

射性废液的一个重要因素。

2.

放射性气态废物：正因为产生了放射性废液，这些废液的收集和储存，需先

除去溶解在废液中的裂变气体和惰性气体，这种操作将会产生放射性气态废物。

另外，正常运行情况下反应堆冷却剂为含氢液体，因调节功率而置换冷却剂导致

氢浓度变化，需要对冷却剂进行氢覆盖，这种操作也会增加放射性气态废物。

3.

放射性固态废物：根据反应堆冷却剂中的裂变产物和腐蚀活化产物杂质产生

机理，当主回路的温度频繁交替变化时，可能导致裂变产物和腐蚀活化产物增多，

这些杂质会增加电站废旧过滤器和除盐床的产量，增加放射性固态废物。

5.

不利于降低工作人员的集体剂量：升降功率的操作、三废产量的增加，导致

人员的操纵员量增加，特别是现场人员操作（比如处理这些废物的运行操作、更

换过滤器的维修操作等），这些都需要人员在辐射控制区进行工作，增加了人员

剂量；

6.

不利于蒸汽发生器在电厂全寿期的安全，增加SGTR（蒸汽发生器传热管破口

事故）的风险：

1.

蒸汽发生器传热管及管板杂质的增加：蒸汽发生器是连接反应堆冷却剂和二

回路给水/蒸汽系统的中间设备，二回路交替变化的功率导致二回路的腐蚀产物

增加，根据腐蚀产物的迁移原理，将有较多的在蒸汽发生器中聚集，这些腐蚀产

物不仅导致传热管的传热效率下降，还会导致传热管的腐蚀加剧，从而增加SGTR

的风险；

2.

交变的应力导致应力变化：蒸汽发生器传热管除了受到流质振动带来的外压

力，还受到本身温度变化导致的内应力，如果功率频繁的变化，这种交替变化的

内应力将大大应力腐蚀破损的风险；

7.

不利于G棒的安全运行：

1.

增加控制棒插入堆内时间，降低G棒使用寿命：正常基荷运行情况下，要求

除了温度调节棒（R棒）部分插入，其余控制棒全部在堆顶，频繁的调峰则需要

频繁的提插功率调节棒（G棒）使反应堆功率与汽轮机功率匹配，G棒插入堆内

暴露在中子辐照环境中，将会增加G棒组件的辐照肿胀的降低G