Reglering med Kärnkraft. Hans Henriksson, Vattenfall, R&D Projects

Transkript

1 Reglering med Kärnkraft Hans Henriksson, Vattenfall, R&D Projects

2 Sammanfattning av två Elforsk-projekt En första studie 2011 kring möjligheter att lastfölja med kärnkraft: Elforsk 12:08 Uppföljning i studie med fokus på kostnaden, Elforsk 12:71 Slutsatser: Lastföljande drift innebär endast små extra kostnader. Om det planeras behöver det inte bli några extra kostnader alls. Ökad bränslekostnad (som ger upp till 4% ökning av totalt produktionspris i en BWR). Ytterligare lite mer för en PWR. Utökat underhåll i styrstavsmekaniken och minskad tillänglighet har setts i Frankrike (med primärreglering). Att använda flera reaktorer i serie är fördelaktigt för att undvika större effektnedgång. Vissa arbetsområden bör identifieras och undvikas.

3 Bakgrund Kärnkraft är baslast: 100% effekt hela tiden (om möjligt). Men, i en del länder varieras effekten ofta och mycket. Exempel: primärreglering (frekvensstyrt), sekundärreglering (krav styr) och Lastföljning (efterfrågan och timpriser styr). Varför lastfölja? Mer variationer (ex. vindkraft) i systemet Nya nätföreskrifter Andra ekonomiska villkor (fyra elområden i Sverige) Nya utlandsförbindelser Frågor som ska besvaras: Vilka komponenter påverkas i anläggningen? Vilka kostnader? Bränsle, byte av komponenter, åldring? Vilka säkerhetsaspekter, kompetens, och optimeringsfrågor?

4 Bakgrund: reglerad kärnkraft i Frankrike Primärreglering (automatisk frekvensreglering, avvikelse från 50 Hz). Sekundärreglering kopplad till elmarknaden (spotpriset styr). Lastföljning: Anpassning av effekten till efterfrågan, dvs. minska från 100% produktion på dagen till ex. 50% på natten.

5 Projektöversikt Extra kostnader vid lastföljning kan indelas i: Slitage på komponenter Drift Underhåll Bränslekostnader Erfarenheter från Sverige, Finland, Frankrike, Tyskland: Intervjuer med FKA, RAB, OKG Bränslemodell för BWR- och PWR-cykler Besök hos EnBW och Philippsburg I, Sept 2012, Besök hos EDF och Nogent-sur-Seine, Nov 2012.

6 Hur reglerar man effekt? För att ändra reaktoreffekten: Kokvattenreaktorer: Huvudcirkulationsflöde Styrstavar Tryckvattenreaktorer: Styrstavar Borsyra Vattentemperatur

7 Styrstavar Kokvattenreaktor Tryckvattenreaktor

8 Erfarenheter från Frankrike Franska kärnkraftverk används för alla operativa drifter: 1. Primärreglering (automatisk frekvenskompensation). 2. Sekundärreglering. 3. Lastföljning. RTE (nätägare i Frankrike) kontrollerar nätbehovet och diskuterar direkt med EDF (elproducent och kraftverksägare). Gråa styrstavar används vid frekvensreglering. Detta leder till en jämnare axiell effektdistribution. Reaktoreffekten begränsas till 93%, så en margin på 2% för frekvensreglering och 5% marginal för sekundärreglering. Lastföljning kan därefter göras i området 37%-93% (under 85% av bränslecykeln). Effektreserv: 700 MW har EDF skyldighet att kunna reglera med kärnkraft (av 3,2 GW i Europa)

9 Simulator i Nogent-sur-Seine, Frankrike Några kostnader identifierades: Tillgängligheten är 1.8% lägre pga flexibel produktion (detta beror på frekvensreglering!) Slitage i styrstavsdrivdon ger ökat underhåll: byte vart tredje år

10 Exempel på reglering i Tyskland

11 Exempel, Forsmark 1983 Helg Nätter Lastföljning i Forsmark 1, slutet av bränslecykeln

12 Exempel från dec 2012 Nedreglering, Ringhals

13 Resultat Optimal arbetspunkt kan inte alltid nås: lägre turbinverkningsgrad, och sämre utbränning (ex. mindre Pu via spektralskift) Generellt är det minst krävande effektregleringsområdet %. Man kan undvika behov av låg effekt (<60%) om fler reaktorer samverkar vid upp- och nedreglering. Effektökning måste ske försiktigt pga bränsleskaderisk, xenongifter, et c.

14 Resultat (2) Lastföljning ger bara mindre extra kostnader som helt kan undvikas om man planerar för detta. Bränslekostnaden (vilken står för 20% av total elproduktionskostnad): i en BWR kan kostnaden (i värsta fallet) öka med 17-23%. i en PWRs, blir motsvarande siffra %. (Värsta fallet: en härd för 100% drift, men där nedreglering sker varje helg) Extra underhåll på styrstavsdrivdon som kan leda till lägre tillgänglighet (en minskning med ungefär 1,8% har setts i Frankrike under primärreglering.) Notera, ingen lastföljning görs under de sista 15% av bränslecykeln i en PWR (för liten reaktivitetsmarginal att justera med bor).

15 Slutsatser Endast små extra rörliga kostnader vid lastföljning. Utebliven intäkt då det idag inte finns marknad för reglering av kärnkraft. Ersättningsnivå behöver utredas. Ingen modifiering krävs vid svenska verk (för lastföljning). Skador och begränsningar i drift har inte identifierats pga lastföljning. Allmän risk att förändra drift vid gamla verk. Vissa arbetsområden bör identifieras och undvikas. Eventuell kostnad för nya typer av styrstavsdrivdon, bättre regleringssystem, uppdaterat bor-system (vid primärreglering). Ett systemperspektiv behövs: flera reaktorer samverkar vid reglering.

16 Reglering med kärnkraft Tack! Hans Henriksson, Vattenfall R&D Projects Projektgrupp: Karin Andgren John Loberg Christian Malm Jonas Persson (projektledare) Lars Pettersson Johan Sandström Timmy Sigfrids