（國網(wǎng)內蒙古東部電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院）
一、我國新能源大規?；鼗_(kāi)發(fā)利用現狀
近年來(lái)，我國以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的新能源發(fā)展成效顯著(zhù)，裝機規模穩居全球首位，發(fā)電量占比穩步提升，成本快速下降，已基本進(jìn)入平價(jià)無(wú)補貼發(fā)展的新階段，為后續大規模、高比例、市場(chǎng)化發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎。“碳達峰、碳中和”進(jìn)程加快，促使以光伏、風(fēng)電為主的新能源實(shí)現爆發(fā)式增長(cháng)。目前，我國新能源發(fā)電裝機規模約7億千瓦，占全國發(fā)電總裝機的29%。陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電成本快速下降，2021年二者平均度電成本較2012年分別下降48%和70%。
在已取得豐碩成果的基礎上，我國仍在有條不紊地繼續推動(dòng)新能源基地集群建設?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展第十四個(gè)五年規劃和2035年遠景目標綱要》指出，為推進(jìn)能源革命，將建設金沙江上下游、雅礱江流域、黃河上游和幾字灣、河西走廊、新疆、冀北、松遼等清潔能源基地，建設廣東、福建、浙江、江蘇、山東等海上風(fēng)電基地。2022年初，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點(diǎn)的大型風(fēng)電光伏基地規劃布局方案》明確，計劃以庫布齊、烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林沙漠為重點(diǎn)，以其他沙漠和戈壁地區為補充，綜合考慮采煤沉陷區，規劃建設大型風(fēng)電光伏基地。到2030年，規劃建設風(fēng)光基地總裝機約4.55億千瓦。其中庫布齊、烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林沙漠基地規劃裝機2.84億千瓦，采煤沉陷區規劃裝機0.37億千瓦，其他沙漠和戈壁地區規劃裝機1.34億千瓦。
二、新能源大規?；鼗_(kāi)發(fā)利用仍存在制約因素
電力空間平衡的挑戰和需求大，需解決能源負荷失衡、輸電通道和電網(wǎng)安全穩定支撐強度等問(wèn)題。
從能源分布情況來(lái)看，我國新能源所在地區與電力消費負荷地區基本呈逆向分布：76%的煤炭、80%的風(fēng)能、90%太陽(yáng)能都分布在西部和北部地區，80%的水能分布在西南地區，但70%以上的電量消耗都分布在東部、中部地區。從風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能富足的西部、北部、西南部地區輸送到能源消耗量大的東部、中部地區，輸送距離約1000～4000千米左右。
從輸電通道資源情況來(lái)看，目前已存在多個(gè)密集輸電通道，而后續輸電通道建設可能增加現有密集輸電通道規模，或產(chǎn)生新的密集輸電通道，多回通道同時(shí)故障概率增加。同時(shí)，跨區輸電通道資源緊張，與地方規劃、自然保護區、環(huán)境保護等因素的矛盾愈發(fā)明顯，前期工作協(xié)調難度大。此外，大型風(fēng)光基地輸電通道的起點(diǎn)主要位于沙漠、戈壁和荒漠，高海拔、重冰區、極低溫，施工難度大、建設成本高、運維條件差。
從電網(wǎng)特性和運行機理來(lái)看，隨著(zhù)大型風(fēng)光基地開(kāi)發(fā)外送，分布式新能源、海上風(fēng)電并舉發(fā)展，以及電力系統中大規模直流接入，電力系統“雙高”特征愈發(fā)顯著(zhù)，交直流耦合日趨緊密。在此趨勢下，直流故障易引發(fā)系統內大范圍的電壓、頻率失衡，電力系統動(dòng)態(tài)調節能力將逐漸吃緊，電網(wǎng)“強直弱交”、支撐電源“空心化”的問(wèn)題難以避免。
新能源出力受天氣因素影響，具有波動(dòng)性大、波動(dòng)持續時(shí)間長(cháng)、季節性差異大等特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電主要集中在春冬兩季（約占60%），光伏發(fā)電主要集中在夏秋兩季（約占60%）；大小風(fēng)年的風(fēng)電利用小時(shí)數相差超過(guò)20%，光伏利用小時(shí)數相差約10%。長(cháng)時(shí)間尺度的平衡難度大、保供壓力大。例如，2021年?yáng)|北電網(wǎng)全網(wǎng)新能源最小出力同時(shí)率僅1%左右，且持續數小時(shí)；2018年新疆風(fēng)電大波動(dòng)最長(cháng)持續時(shí)間超過(guò)2天，風(fēng)電低于裝機容量20%的低出力最長(cháng)持續時(shí)間超過(guò)8天。
據中國電力科學(xué)研究院預測，2030年全國新能源出力占系統總負荷的比重為5%～51%，2060年新能源出力占系統總負荷的比重為16%～142%。新能源出力波動(dòng)性大使電力供應緊張和棄風(fēng)棄光問(wèn)題同時(shí)存在。新能源低出力時(shí)段，電力系統需要高可靠出力電源實(shí)現電力平衡；新能源高出力時(shí)段則給電力系統消納安全和儲能技術(shù)帶來(lái)巨大挑戰。
三、新能源大規?；鼗_(kāi)發(fā)利用有關(guān)思考
新能源大規?；鼗_(kāi)發(fā)利用，離不開(kāi)穩定安全可靠的特高壓輸變電線(xiàn)路。特高壓直流輸電是點(diǎn)對點(diǎn)傳輸模式，具有輸送功率大、距離長(cháng)、可以實(shí)現異步輸電的優(yōu)勢。特高壓交流是同步電網(wǎng)，具有瞬時(shí)調劑的能力，以及輸電和構建網(wǎng)絡(luò )的雙重屬性，對于電力的接入、傳輸和消納十分靈活。特高壓交直流具備的優(yōu)勢在承擔電力遠距離輸送方面具有不可替代的作用，可以解決新能源發(fā)電端和用戶(hù)端的空間錯配問(wèn)題。
長(cháng)期以來(lái)，我國特高壓電網(wǎng)普遍存在“強直弱交”的問(wèn)題，特高壓交流網(wǎng)架難以支撐特高壓直流通道滿(mǎn)功率送電，即特高壓直流功率受到擾動(dòng)時(shí)，其激發(fā)出的超出既定設防標準或設防能力的強擾動(dòng)無(wú)法由交流網(wǎng)架承受，進(jìn)一步導致連鎖故障發(fā)生，致使全局性安全水平明顯下降。
構建合理的電網(wǎng)網(wǎng)架是電力系統安全穩定運行的基礎。面向強直弱交型混聯(lián)電網(wǎng)，協(xié)調直流與交流輸電系統發(fā)展，提升電網(wǎng)安全穩定水平，涉及以下兩個(gè)方面：
一方面是增強交流的沖擊承載能力。一是優(yōu)化交流一次主干網(wǎng)架，適應直流有功強沖擊。加強送端與主網(wǎng)的電氣聯(lián)系，提高網(wǎng)架匯集能力，解決好受端電壓支撐和潮流疏散等問(wèn)題。二是加強動(dòng)態(tài)電壓支撐能力，適應直流強無(wú)功沖擊?？陀^(guān)要求直流大規模有功輸送，必須匹配大規模動(dòng)態(tài)無(wú)功，即“大直流輸電、強無(wú)功支撐”。有效為直流換流站提供充裕的動(dòng)態(tài)無(wú)功，支撐交流電壓快速恢復，需充分利用已建的常規發(fā)電機組，優(yōu)化布點(diǎn)新建的調相機以及增建的SVG等無(wú)功補償裝置。三是改善源網(wǎng)控制及其協(xié)調控制能力。優(yōu)化機組調節控制系統，通過(guò)能夠等效常規同步發(fā)電機運行特征的同步發(fā)電機技術(shù)，使風(fēng)電、光伏發(fā)電設備更加智能化，具備頻率自適應能力，提供電網(wǎng)暫態(tài)穩定支撐能力，讓新能源由“我行我素”的“自轉”變?yōu)?ldquo;協(xié)調統一”的“公轉”，實(shí)現清潔能源友好并網(wǎng)。四是增強風(fēng)電、光伏新能源發(fā)電設備的擾動(dòng)耐受能力，提升新能源涉網(wǎng)性能。挖掘新能源場(chǎng)站自身動(dòng)態(tài)有功、無(wú)功調節能力，參與系統調頻調壓，防范由于新能源大規模脫網(wǎng)引發(fā)連鎖反應的風(fēng)險。
另一方面是減少直流沖擊發(fā)生的概率。一是開(kāi)展系統研究，優(yōu)化直流落點(diǎn)和接入系統方式，實(shí)現直通合理分組，避免直流送、受端發(fā)生故障時(shí)互相影響擴大故障范圍。二是通過(guò)優(yōu)化控制策略、使用先進(jìn)設備，降低直流逆變器換相失敗的發(fā)生概率。
國家規劃中以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點(diǎn)的大型風(fēng)電光伏基地多處于西部、北部地區，其中大部分位于庫布齊、烏蘭布和、騰格里、巴丹吉林四大沙漠，從地域上看四大沙漠基本位于華北地區西部及西北地區東部，處于大電網(wǎng)的末端、薄弱區域，既缺乏負荷本地消納，又沒(méi)有既有的電網(wǎng)加以支撐外送。但該區域屬于華北同步電網(wǎng)，在華北特高壓電網(wǎng)延伸覆蓋范圍之內，具有依托華北特高壓電網(wǎng)送出的先天優(yōu)勢?？梢岳媒鼌^煤電提供一定的支撐，將華北特高壓主網(wǎng)架向該區域延伸。從源頭規劃建設“強交強直”的特高壓格局，交流網(wǎng)架用于匯集輸送自用新能源、向華北電網(wǎng)京津冀魯地區送電、發(fā)揮直流故障時(shí)的潮流轉移的作用，兼顧促進(jìn)調峰資源的互濟，提高新能源消納水平；特高壓直流通道以此為依托，向華北以外的地區實(shí)現跨區送電。依托大電網(wǎng)，實(shí)現以“四大沙漠”為主的新能源大基地的消納與送出。
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