中能论坛丨关于新能源大规模基地化开发利用的思考

来源：中国能源新闻网 时间：2023-01-11 16:32

　　近年来，我国新能源发展成效显著，装机规模稳居全球首位，发电量占比稳步提升，成本快速下降。“双碳”背景下，以光伏、风电为主的新能源实现爆发式增长。国家发展改革委、国家能源局发布的《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》明确，计划以库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠为重点，以其他沙漠和戈壁地区为补充，综合考虑采煤沉陷区，规划建设大型风电光伏基地。到2030年，规划建设风光基地总装机约4.55亿千瓦。其中库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠基地规划装机2.84亿千瓦，采煤沉陷区规划装机0.37亿千瓦，其他沙漠和戈壁地区规划装机1.34亿千瓦。目前，在已有成果基础上，新能源基地集群建设仍在有条不紊推进。

开发存在空间和时间维度制约

　　一是电力电量空间维度平衡挑战大。

　　电力空间平衡的挑战和需求大，需解决能源负荷失衡、输电通道和电网安全稳定支撑强度等问题。

　　从能源分布情况来看，我国能源所在地区与电力消费负荷地区基本呈逆向分布：76%的煤炭、80%的风能、90%太阳能资源分布在西部、北部地区，80%的水能分布在西南部地区，但70%以上的电量消耗集中在东部、中部地区。从风能、太阳能、水能富足的西部、北部、西南部地区输送到能源消耗量大的东部、中部地区，输送距离约1000~4000千米。

　　从输电通道资源情况来看，目前已存在多个密集输电通道，而后续输电通道建设可能增加现有密集输电通道规模，或产生新的密集输电通道，多回通道同时故障概率增加。同时，跨区输电通道资源紧张，与地方规划、环境保护等因素的矛盾愈发明显，前期工作协调难度大。此外，大型风光基地输电通道的起点主要位于沙漠、戈壁和荒漠，具有高海拔、重冰区、极低温等特点，施工难度大、建设成本高、运维条件差。

　　从电网特性和运行机理来看，随着大型风光基地开发外送，分布式新能源、海上风电并举发展，以及电力系统中大规模直流接入，电力系统“双高”特征愈发显著，交直流耦合日趋紧密。在此趋势下，直流故障易引发系统内大范围的电压、频率失衡，电力系统动态调节能力将逐渐吃紧，电网“强直弱交”、支撑电源“空心化”的问题难以避免。

　　二是电力电量时间维度平衡难度大。

　　新能源出力受天气因素影响，具有波动性大、波动持续时间长、季节性差异大等特点。风力发电主要集中在春冬两季（约占60%），光伏发电主要集中在夏秋两季（约占60%）；大小风年的风电利用小时数相差超过20%，光伏利用小时数相差约10%。长时间尺度的平衡难度大、保供压力大。例如，2021年东北电网全网新能源最小出力同时率仅1%左右，且持续数小时；2018年新疆风电大波动最长持续时间超过2天，风电低于装机容量20%的低出力最长持续时间超过8天。

　　据中国电力科学研究院预测，2030年全国新能源出力占系统总负荷的比重为5%~51%，2060年新能源出力占系统总负荷的比重为16%~142%。新能源出力波动性大使电力供应紧张和弃风弃光问题同时存在。新能源低出力时段，电力系统需要高可靠出力电源实现电力平衡；新能源高出力时段则给电力系统消纳安全和储能技术带来巨大挑战。

协调直流与交流输电系统发展

　　新能源大规模基地化开发利用，离不开稳定安全可靠的特高压输变电线路。特高压直流输电是点对点传输模式，具有输送功率大、距离长、可以实现异步输电的优势。特高压交流是同步电网，具有瞬时调剂的能力，以及输电和构建网络的双重属性，对于电力的接入、传输和消纳十分灵活。特高压交直流具备的优势在承担电力远距离输送方面具有不可替代的作用，可以解决新能源发电端和用户端的空间错配问题。

　　长期以来，我国特高压电网普遍存在“强直弱交”的问题，特高压交流网架难以支撑特高压直流通道满功率送电，即特高压直流功率受到扰动时，其激发出的超出既定设防标准或设防能力的强扰动无法由交流网架承受，进一步导致连锁故障发生，致使全局性安全水平明显下降。

　　构建合理的电网网架是电力系统安全稳定运行的基础。面向“强直弱交”型混联电网，协调直流与交流输电系统发展，提升电网安全稳定水平，涉及以下两个方面：

　　一方面是增强交流的冲击承载能力。一是优化交流一次主干网架，适应直流有功强冲击。加强送端与主网的电气联系，提高网架汇集能力，解决好受端电压支撑和潮流疏散等问题。二是加强动态电压支撑能力，适应直流强无功冲击。有效为直流换流站提供充裕的动态无功，支撑交流电压快速恢复，需充分利用已建的常规发电机组，优化布点新建的调相机以及增建的SVG等无功补偿装置。三是改善源网控制及其协调控制能力。优化机组调节控制系统，通过能够等效常规同步发电机运行特征的同步发电机技术，使风电、光伏发电设备更加智能化，具备频率自适应能力，提供电网暂态稳定支撑能力，让新能源由“我行我素”的“自转”变为“协调统一”的“公转”，实现清洁能源友好并网。四是增强风电、光伏发电设备的扰动耐受能力，提升新能源涉网性能。挖掘新能源场站自身动态有功、无功调节能力，参与系统调频调压，防范由于新能源大规模脱网引发连锁反应的风险。

　　另一方面是减少直流冲击发生的概率。一是开展系统研究，优化直流落点和接入系统方式，实现直通合理分组，避免直流送、受端发生故障时互相影响扩大故障范围。二是通过优化控制策略、使用先进设备，降低直流逆变器换相失败的发生概率。

　　国家规划中以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地多处于西部、北部地区，其中大部分位于库布齐、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林四大沙漠。从地域上看，四大沙漠基本位于华北地区西部及西北地区东部，处于大电网的末端、薄弱区域，既缺乏负荷本地消纳，又没有既有的电网加以支撑外送。但该区域属于华北同步电网，在华北特高压电网延伸覆盖范围之内，具有依托华北特高压电网送出的先天优势。可以利用近区煤电提供一定的支撑，将华北特高压主网架向该区域延伸。

　　从源头规划建设“强交强直”的特高压格局，交流网架用于汇集输送自用新能源、向华北电网京津冀鲁地区送电、发挥直流故障时的潮流转移的作用，兼顾促进调峰资源的互济，提高新能源消纳水平；特高压直流通道以此为依托，向华北以外的地区实现跨区送电。依托大电网，实现以四大沙漠为主的新能源大基地的消纳与送出。

　　（作者：国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院 唐健）

责任编辑：周小博