近年來，我國新能源發展成效顯著，裝機規模穩居全球首位，發電量占比穩步提升，成本快速下降。“雙碳”背景下，以光伏、風電為主的新能源實現爆發式增長。國家發展改革委、國家能源局發布的《以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風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，以其他沙漠和戈壁地區為補充，綜合考慮采煤沉陷區，規劃建設大型風電光伏基地。到2030年，規劃建設風光基地總裝機約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。目前，在已有成果基礎上，新能源基地集群建設仍在有條不紊推進。

開發存在空間和時間維度制約

一是電力電量空間維度平衡挑戰大。

(資料圖片)

電力空間平衡的挑戰和需求大，需解決能源負荷失衡、輸電通道和電網安全穩定支撐強度等問題。

從能源分布情況來看，我國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%的風能、90%太陽能資源分布在西部、北部地區，80%的水能分布在西南部地區，但70%以上的電量消耗集中在東部、中部地區。從風能、太陽能、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。

從輸電通道資源情況來看，目前已存在多個密集輸電通道，而后續輸電通道建設可能增加現有密集輸電通道規模，或產生新的密集輸電通道，多回通道同時故障概率增加。同時，跨區輸電通道資源緊張，與地方規劃、環境保護等因素的矛盾愈發明顯，前期工作協調難度大。此外，大型風光基地輸電通道的起點主要位于沙漠、戈壁和荒漠，具有高海拔、重冰區、極低溫等特點，施工難度大、建設成本高、運維條件差。

從電網特性和運行機理來看，隨著大型風光基地開發外送，分布式新能源、海上風電并舉發展，以及電力系統中大規模直流接入，電力系統“雙高”特征愈發顯著，交直流耦合日趨緊密。在此趨勢下，直流故障易引發系統內大范圍的電壓、頻率失衡，電力系統動態調節能力將逐漸吃緊，電網“強直弱交”、支撐電源“空心化”的問題難以避免。

二是電力電量時間維度平衡難度大。

新能源出力受天氣因素影響，具有波動性大、波動持續時間長、季節性差異大等特點。風力發電主要集中在春冬兩季（約占60%），光伏發電主要集中在夏秋兩季（約占60%）；大小風年的風電利用小時數相差超過20%，光伏利用小時數相差約10%。長時間尺度的平衡難度大、保供壓力大。例如，2021年東北電網全網新能源最小出力同時率僅1%左右，且持續數小時；2018年新疆風電大波動最長持續時間超過2天，風電低于裝機容量20%的低出力最長持續時間超過8天。

據中國電力科學研究院預測，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%。新能源出力波動性大使電力供應緊張和棄風棄光問題同時存在。新能源低出力時段，電力系統需要高可靠出力電源實現電力平衡；新能源高出力時段則給電力系統消納安全和儲能技術帶來巨大挑戰。

協調直流與交流輸電系統發展

新能源大規模基地化開發利用，離不開穩定安全可靠的特高壓輸變電線路。特高壓直流輸電是點對點傳輸模式，具有輸送功率大、距離長、可以實現異步輸電的優勢。特高壓交流是同步電網，具有瞬時調劑的能力，以及輸電和構建網絡的雙重屬性，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，可以解決新能源發電端和用戶端的空間錯配問題。

長期以來，我國特高壓電網普遍存在“強直弱交”的問題，特高壓交流網架難以支撐特高壓直流通道滿功率送電，即特高壓直流功率受到擾動時，其激發出的超出既定設防標準或設防能力的強擾動無法由交流網架承受，進一步導致連鎖故障發生，致使全局性安全水平明顯下降。

構建合理的電網網架是電力系統安全穩定運行的基礎。面向“強直弱交”型混聯電網，協調直流與交流輸電系統發展，提升電網安全穩定水平，涉及以下兩個方面：

一方面是增強交流的沖擊承載能力。一是優化交流一次主干網架，適應直流有功強沖擊。加強送端與主網的電氣聯系，提高網架匯集能力，解決好受端電壓支撐和潮流疏散等問題。二是加強動態電壓支撐能力，適應直流強無功沖擊。有效為直流換流站提供充裕的動態無功，支撐交流電壓快速恢復，需充分利用已建的常規發電機組，優化布點新建的調相機以及增建的SVG等無功補償裝置。三是改善源網控制及其協調控制能力。優化機組調節控制系統，通過能夠等效常規同步發電機運行特征的同步發電機技術，使風電、光伏發電設備更加智能化，具備頻率自適應能力，提供電網暫態穩定支撐能力，讓新能源由“我行我素”的“自轉”變為“協調統一”的“公轉”，實現清潔能源友好并網。四是增強風電、光伏發電設備的擾動耐受能力，提升新能源涉網性能。挖掘新能源場站自身動態有功、無功調節能力，參與系統調頻調壓，防范由于新能源大規模脫網引發連鎖反應的風險。

另一方面是減少直流沖擊發生的概率。一是開展系統研究，優化直流落點和接入系統方式，實現直通合理分組，避免直流送、受端發生故障時互相影響擴大故障范圍。二是通過優化控制策略、使用先進設備，降低直流逆變器換相失敗的發生概率。

國家規劃中以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風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，處于大電網的末端、薄弱區域，既缺乏負荷本地消納，又沒有既有的電網加以支撐外送。但該區域屬于華北同步電網，在華北特高壓電網延伸覆蓋范圍之內，具有依托華北特高壓電網送出的先天優勢。可以利用近區煤電提供一定的支撐，將華北特高壓主網架向該區域延伸。

從源頭規劃建設“強交強直”的特高壓格局，交流網架用于匯集輸送自用新能源、向華北電網京津冀魯地區送電、發揮直流故障時的潮流轉移的作用，兼顧促進調峰資源的互濟，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現跨區送電。依托大電網，實現以四大沙漠為主的新能源大基地的消納與送出。

（作者：國網內蒙古東部電力有限公司經濟技術研究院 唐健）

責任編輯：周小博

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