可再生能源扩张成主因
韩国水力原子力公司设定2032年实际应用目标
开发出力调节50%技术
经济性、设备疲劳、补偿机制等
亟待解决课题仍然存在
随着可再生能源的扩大,此前一直作为“刚性电源”承担基荷(持续维持的最低电力需求)的核电站,出力受限(削减)的情况大幅增加。为应对未来频繁的出力限制,韩国水力原子力公司正在开发一项技术,使核电站出力能在瞬间降低至50%。但有意见指出,一旦设备利用率下降,核电的最大优势——经济性将恶化,必须制定相应的补充对策。
据电力交易所和韩国水力原子力公司5日统计,核电出力受限的次数从2020年的2次,增加到2021年的3次、2022年的4次、2023年的7次、2024年的7次,而今年1月至6月就已增至25次,5年间增加了12.5倍。若将今年下半年也计算在内,增幅预计将更加陡峭。随着秋季电力需求下降,有预测认为核电出力限制将再次增加。
短短3小时内9台机组被迫降出力
以被动员实施出力限制的核电机组数量为基准,增幅更加明显。电力交易所仅在今年上半年,就向合计115台次核电机组下达了降低出力的调度指令,这一数字较去年全年(10台次)增加了11倍以上。这意味着在同一时段,多台核电机组同时进入出力受限状态。
例如,在今年3月9日上午11时至下午2时约3个小时内,韩光核电站1、4、6号机组,新古里2号机组,古里4号机组,世越2号机组,新月城2号机组,韩蔚2、3号机组等共9台机组进入出力控制。
通过出力限制而减少的核电发电量,仅今年上半年就达到1万8434兆瓦时(MW)。这一数值约为去年全年出力控制发电量3203兆瓦时的6倍。
就在短短2年前的2023年,主管部门产业通商资源部还曾表示,“核电站出力削减仅在极为例外的情况下才会考虑其必要性”,但如今形势已发生变化。
所谓出力控制,是指在电力供应多于需求时,人为降低发电出力。当预计电力供需失衡将加剧时,电力交易所会向发电企业下达调度指令,要求降低出力。出力限制措施主要在春、秋季的周末实施,因为与不断增加的可再生能源发电量相比,该时段电力需求处于全年最低水平。
过去主要在火力发电中实施出力限制,但随着可再生能源供应增加,这一措施正扩展至核电。今年上半年实施出力限制的核电机组中,有一半以上(51.3%)为位于全罗南道灵光的韩光核电站。这意味着在太阳能发电量较大的湖南地区,核电出力限制尤为频繁。今年3月29日,韩光1、4、6号机组曾连续27小时降低出力。
韩国水力原子力公司开发可降至50%的出力调节技术
问题在于,今后可再生能源将急剧增加,对核电出力限制的要求也会随之上升,而国内核电站从设计上属于难以调节出力的“刚性”电源。
能源转型论坛专业委员 Seok Gwanghun 上月在国会举行的“新政府核电政策方向与争点讨论会”上表示:“即便是与周边5个国家通过输电线路相连的法国,由于核电占比过高和可再生能源的急速增长,今年上半年核电发电量的9.1%、太阳能发电量的7.2%因出力限制而被浪费”,“在电力系统相对孤立的韩国新建这种刚性电源的核电站,是造成巨大公共资源浪费和抑制太阳能投资的捷径”。
但专家解释称,国内核电站也可以实现灵活出力调节。核电出力控制可通过在一回路的反应堆侧实施控制棒插入、注入硼酸水、调节冷却水温度,或在二回路通过调节蒸汽量等方式实现。
目前韩国最多仅将出力降至80%,而德国、欧洲等地区则可将出力调节至20%。在总发电量中,核电占比超过60%的法国,自20世纪70年代起就开发弹性运行技术,目前已实现全年365天、每天24小时的负荷跟踪运行(根据电力需求变化调节发电机组出力)。
韩国水力原子力公司正为“与可再生能源共存”加快弹性运行技术的开发。今年7月底启动了“核电弹性运行技术开发”项目,由韩国能源技术评价院主导推进至2028年。韩国水力原子力公司计划,短期内每年约100天将出力削减至70%,中长期则开发可将出力削减至50%的技术。预计真正应用于实际核电站的时间点为2032年10月的新韩蔚2号机组。
须先解决安全监管与经济性问题
即便从技术上可以调节核电出力,仍有诸多课题亟待解决。核电业界担忧,若出力调节频繁发生,可能会提高关键设备的疲劳度,进而成为故障诱因。
中央大学能源系统工学部教授 Jeong Donguk 表示:“目前在运的核电站是按照能够承受极为严苛工况的标准进行设计的,因此即使扩大出力控制范围,发生故障的可能性也不大”,“若能逐步积累经验,出力削减完全是可行的”。
核电业界呼吁政府在放宽监管的同时,对因设备利用率下降导致的经济性恶化给予支持。当核电出力削减频繁发生时,其作为最廉价电源的优势将被削弱。根据电力交易所数据,截至今年7月,核电的结算单价为每千瓦时83韩元,而可再生能源为每千瓦时133韩元。
韩国水力原子力公司中央研究院院长 Shin Hocheol 强调:“应当取消对控制棒插入累计时间的限制措施”,“还需要建立因出力调节产生的补偿机制”。
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