中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：西北西南兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)在能源資源、電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性等方面均存在較大互補(bǔ)性，有必要規(guī)劃新的聯(lián)網(wǎng)互濟(jì)通道，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域跨流域多能互補(bǔ)。
我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)正在進(jìn)入關(guān)鍵期，各區(qū)域電網(wǎng)由于負(fù)荷及電源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，自身資源優(yōu)化配置能力有限，電力電量平衡面臨挑戰(zhàn)，亟須拓展區(qū)域電網(wǎng)間時(shí)間、空間上的互濟(jì)潛力。聚焦西北與西南這兩大特性鮮明的區(qū)域電網(wǎng)，系統(tǒng)謀劃其跨區(qū)域、跨流域的多能互補(bǔ)發(fā)展路徑，不僅關(guān)乎區(qū)域能源安全，更將為全國新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供可借鑒、可推廣的“西部方案”。
消納之痛與保供之難
西北與西南電網(wǎng)雖同屬能源資源富集區(qū)，卻面臨著截然不同又相互關(guān)聯(lián)的發(fā)展困境，折射出單一區(qū)域系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的脆弱性。
西北正在承受新能源“甜蜜的負(fù)擔(dān)”，新能源消納壓力大，保供存在不確定性。一是新能源消納形勢(shì)嚴(yán)峻。預(yù)計(jì)2030年，西北電網(wǎng)新能源裝機(jī)容量將接近8億千瓦，較“十四五”期末翻一番。在新能源大發(fā)日，新能源日理論電量超負(fù)荷日電量，午間光伏出力達(dá)到最大負(fù)荷的近2倍，新能源消納困難，全年西北電網(wǎng)新能源利用率將低于80%。二是調(diào)節(jié)資源緊缺且建設(shè)成本高昂?；痣婌`活性改造可挖潛量殆盡，水電發(fā)展趨于飽和，負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)資源總量有限，儲(chǔ)能缺乏長(zhǎng)期穩(wěn)定政策支持，自然條件約束導(dǎo)致抽水蓄能選點(diǎn)較少，且單位動(dòng)態(tài)投資約8000元/千瓦，高于“三華”地區(qū)的約1000元/千瓦。三是新能源極小發(fā)日電力保供緊張。隨著火電電源發(fā)展放緩，常規(guī)保供電源比重進(jìn)一步下降，西北電網(wǎng)平衡對(duì)新能源、儲(chǔ)能的依賴逐漸增大。西北年最大負(fù)荷一般出現(xiàn)在冬季12月，日最大負(fù)荷出現(xiàn)在晚上。與現(xiàn)狀相比，2030年西北電網(wǎng)電力電量平衡“又多又少”的問題將更加突出。在新能源極小發(fā)日，新能源日發(fā)電量?jī)H占負(fù)荷日電量的20%。為保障電力可靠供應(yīng)，需要建設(shè)一定規(guī)模的火電，新建火電主要在新能源極小發(fā)日發(fā)揮頂峰作用，年利用小時(shí)數(shù)較低。
西南則飽受“靠天吃飯”的季節(jié)性缺電煎熬，水電調(diào)節(jié)潛力可在更大范圍內(nèi)發(fā)揮作用。一是電力保供困難。西南電網(wǎng)電源以水電為主，“靠天吃飯”問題突出，全年呈電力電量雙缺態(tài)勢(shì)，夏季8月和冬季12月缺口最大，季節(jié)性缺電特征明顯。2022年7～8月，西南地區(qū)經(jīng)歷了歷史同期“最高溫度、最少來水、最大負(fù)荷、最長(zhǎng)時(shí)間”的“四最”疊加局面，有序用電規(guī)模超1500萬千瓦。二是水電調(diào)節(jié)能力可進(jìn)一步發(fā)揮作用。西南電網(wǎng)日調(diào)節(jié)及以上水電裝機(jī)占比超80%，但由于電量平衡緊張，水電調(diào)節(jié)能力發(fā)揮受到限制。若能緩解西南電網(wǎng)電量平衡緊張的情況，其水電調(diào)節(jié)能力可在更大范圍內(nèi)發(fā)揮作用，助力全國新能源消納。
西北的“風(fēng)光”無限卻難以自消，西南的“碧水”豐盈卻困于保供，二者隔山相望，實(shí)為我國能源棋盤上亟待聯(lián)通的兩處關(guān)鍵“斷點(diǎn)”。
讓西北“風(fēng)光”遇見西南水電
西北西南兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)在能源資源、電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性等方面均存在較大互補(bǔ)性，有必要規(guī)劃新的聯(lián)網(wǎng)互濟(jì)通道，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域跨流域多能互補(bǔ)。
在能源資源方面，西北區(qū)域風(fēng)光資源豐富，技術(shù)可開發(fā)量超過100億千瓦，開發(fā)成本較低，但調(diào)節(jié)資源建設(shè)成本高。西南水電空閑容量大、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間尺度優(yōu)化調(diào)節(jié)。在電源結(jié)構(gòu)方面，預(yù)計(jì)2030年，新能源、水電仍分別為西北電網(wǎng)、西南電網(wǎng)的裝機(jī)主體，其中西北電網(wǎng)新能源裝機(jī)占比將超過70%，調(diào)節(jié)電源嚴(yán)重不足。將兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)籌考慮后，新能源與調(diào)節(jié)電源裝機(jī)比例更為合理，電源結(jié)構(gòu)更加均衡，可極大緩解兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的新能源消納與電力保供壓力。在負(fù)荷特性方面，西南年最大負(fù)荷一般出現(xiàn)在夏季7～8月，日最大負(fù)荷出現(xiàn)在中午。預(yù)計(jì)2030年，兩區(qū)域年負(fù)荷特性差異導(dǎo)致總體最大負(fù)荷降低約3.5%，可以減少火電裝機(jī)容量1500萬千瓦以上。
按照兩區(qū)域調(diào)峰互濟(jì)需求最優(yōu)和最大化提升通道利用效率，西北—西南聯(lián)網(wǎng)互濟(jì)通道功能定位為“調(diào)峰互濟(jì)+保供應(yīng)急”。
在調(diào)峰互濟(jì)方面的具體舉措：在夏季、冬季，西北電網(wǎng)作為西南電網(wǎng)的跨季節(jié)儲(chǔ)能。西南電網(wǎng)電量平衡困難時(shí)，西北電網(wǎng)將火電和新能源電量送至西南電網(wǎng)，補(bǔ)充西南電網(wǎng)高峰負(fù)荷月份季節(jié)性電量缺口，替代西南電網(wǎng)火電裝機(jī)，降低系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行成本；在其他季節(jié)，白天時(shí)段西北電網(wǎng)將富余的新能源電量送至西南電網(wǎng)，晚上高峰時(shí)段西南電網(wǎng)將水電返送西北電網(wǎng)。如此，西南電網(wǎng)可作為西北電網(wǎng)的日內(nèi)調(diào)節(jié)手段，充當(dāng)快充慢放儲(chǔ)能，西北電網(wǎng)可減少火電開機(jī)和電量，進(jìn)一步拓展新能源消納空間。
在保供應(yīng)急方面的具體舉措：在新能源極小發(fā)日，西南電網(wǎng)水電作為西北電網(wǎng)跨日儲(chǔ)能。結(jié)合新能源預(yù)測(cè)情況，西北電網(wǎng)提前將富余新能源電量送至西南電網(wǎng)，依托西南水電大型水庫儲(chǔ)存電量，在新能源極小發(fā)日到來時(shí)，西南水電將之前的儲(chǔ)存電量返送西北電網(wǎng)，提供可靠電量支撐，可替代西北電網(wǎng)火電裝機(jī)。
從示范到推廣，協(xié)同機(jī)制不可少
實(shí)現(xiàn)西北西南區(qū)域的能源互補(bǔ)，有著扎實(shí)的基礎(chǔ)與清晰可行的路徑。
2024年，兩區(qū)域互濟(jì)電量183.5億千瓦時(shí)，德寶直流通道利用小時(shí)數(shù)超6100小時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益良好。規(guī)劃網(wǎng)架下，西北750千伏電網(wǎng)已翻越秦嶺，兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)距離漸近，中間僅隔大巴山。此外西北750千伏電網(wǎng)南部規(guī)劃建設(shè)“四南通道”，為聯(lián)網(wǎng)通道提供堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架支撐。
西南特高壓交流也逐步向北延伸，電網(wǎng)安全支撐、潮流疏散能力均增強(qiáng)。從距離和路徑條件上看，甘肅、陜西與西南聯(lián)網(wǎng)條件較優(yōu)。目前兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)間已投運(yùn)或處于規(guī)劃前期階段的±800千伏特高壓直流（哈密—重慶、甘肅—四川、南疆—川渝）均以送電為主，在優(yōu)化上述直流運(yùn)行曲線發(fā)揮互濟(jì)作用后，預(yù)計(jì)2030年兩區(qū)域仍有1000萬～1500萬千瓦的互濟(jì)潛力。
下一步，可考慮分期建設(shè)西北—西南互濟(jì)聯(lián)網(wǎng)通道，一期工程建設(shè)陜西—重慶300萬～500萬千瓦雙端柔直通道。工程投運(yùn)后（以300萬千瓦測(cè)算），通道交換電量約150億千瓦時(shí)，可替代兩區(qū)域火電裝機(jī)容量375萬千瓦，減少兩區(qū)域新能源棄電量60億千瓦時(shí)。據(jù)測(cè)算，西北—西南互濟(jì)聯(lián)網(wǎng)通道單位造價(jià)約相當(dāng)于同容量抽蓄電站單位造價(jià)的1/3，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
此外，還需配套推進(jìn)三項(xiàng)關(guān)鍵工作：
一是將西北—西南互濟(jì)通道打造為“調(diào)峰互濟(jì)+保供應(yīng)急”示范工程。西北—西南互濟(jì)通道將使兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)互為不同時(shí)間尺度的儲(chǔ)能。充分考慮區(qū)域電網(wǎng)特性，優(yōu)化直流運(yùn)行曲線，互濟(jì)通道基礎(chǔ)利用小時(shí)數(shù)超過4000小時(shí)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的背靠背互濟(jì)工程。我國橫跨五個(gè)時(shí)區(qū)，各大區(qū)域電網(wǎng)在負(fù)荷特性和電源結(jié)構(gòu)上具有顯著的互補(bǔ)性。后續(xù)可進(jìn)一步推廣“調(diào)峰互濟(jì)+保供應(yīng)急”跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)模式，例如東北電網(wǎng)負(fù)荷高峰早、風(fēng)電裝機(jī)占比高，可與我國中東部或光伏裝機(jī)占比高的區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)互濟(jì)。
二是加快推動(dòng)西北—西南互濟(jì)通道規(guī)劃建設(shè)。建議加快推動(dòng)西北—西南聯(lián)網(wǎng)互濟(jì)工程納規(guī)，一期工程規(guī)劃建設(shè)陜西—重慶300萬～500萬千瓦雙端柔直通道，后續(xù)研究甘肅—四川、青?！拇ɑ?jì)通道的必要性及可行性，遠(yuǎn)期結(jié)合西南地區(qū)抽水蓄能開發(fā)情況，研究擴(kuò)大區(qū)域互濟(jì)的必要性及方案。
三是完善跨區(qū)互濟(jì)通道電價(jià)體系。建議深化研究跨區(qū)互濟(jì)通道電價(jià)疏導(dǎo)模式，提升通道經(jīng)濟(jì)效益?？紤]到西北—西南互濟(jì)通道的功能定位，區(qū)別于背靠背互濟(jì)工程現(xiàn)行的容量電價(jià)模式，該通道可采用“容量電價(jià)+電量電價(jià)”的兩部制價(jià)格體系，容量電價(jià)由聯(lián)網(wǎng)的兩大區(qū)域共同承擔(dān)，電量電價(jià)由購買方承擔(dān)。后續(xù)建立跨區(qū)交易資金池平衡盈虧，盈利部分納入跨區(qū)交易資金池，優(yōu)先補(bǔ)償虧損電源和用戶，剩余部分按電量比例分?jǐn)偸找妫M(jìn)一步保障各方合理收益。
和高比例電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)的特性發(fā)生了根本性改變，由于電力電子設(shè)備的快速控制響應(yīng)和非線性特性，易出現(xiàn)寬頻振蕩問題。這些振蕩可能在跨區(qū)電網(wǎng)間傳播，威脅系統(tǒng)穩(wěn)定。當(dāng)受端電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)，直流系統(tǒng)不僅不能退出運(yùn)行，還要提供緊急功率支援，這對(duì)直流系統(tǒng)的控制保護(hù)邏輯和響應(yīng)速度提出了極高要求。
二是新能源消納與功率預(yù)測(cè)的瓶頸。新能源發(fā)電的波動(dòng)性給跨區(qū)電力互濟(jì)的計(jì)劃制定和實(shí)時(shí)平衡帶來了巨大壓力。以光伏占比較高的系統(tǒng)為例，這種“午間過剩、晚間缺電”的錯(cuò)配現(xiàn)象，要求跨區(qū)電力通道不能僅為單向輸送，還需要具備極強(qiáng)的雙向靈活調(diào)節(jié)能力。盡管風(fēng)光出力預(yù)測(cè)技術(shù)在進(jìn)步，但長(zhǎng)時(shí)間尺度的風(fēng)光功率預(yù)測(cè)仍存在較大誤差?？鐓^(qū)電力交易通常需提前一天或更早組織，如果實(shí)際出力與申報(bào)曲線偏差過大，會(huì)導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線功率越限，威脅電網(wǎng)安全，迫使調(diào)度機(jī)構(gòu)采取棄風(fēng)棄光或有序用電等緊急措施。目前的跨區(qū)電力互濟(jì)多為日內(nèi)甚至實(shí)時(shí)的功率平衡，但面對(duì)連續(xù)陰雨天、無風(fēng)期等“長(zhǎng)時(shí)間尺度”的新能源出力不足的狀況，現(xiàn)有的儲(chǔ)能和互濟(jì)機(jī)制難以提供有效的周或月調(diào)節(jié)能力。
三是多能互補(bǔ)與協(xié)同控制技術(shù)不成熟。要實(shí)現(xiàn)跨區(qū)互濟(jì)的最優(yōu)效果，需要對(duì)送受兩端的能源資源、負(fù)荷與儲(chǔ)能等進(jìn)行全局優(yōu)化協(xié)同，這對(duì)數(shù)據(jù)交互、通信安全和控制算法提出了極高的要求。
四是利益分配與價(jià)格機(jī)制不健全，這是目前制約跨區(qū)互濟(jì)的重要原因。當(dāng)送端省份自身電力緊張或電價(jià)上漲時(shí)，往往會(huì)優(yōu)先保障本省供應(yīng)，減少或停止外送；受端省份會(huì)因外來電可能擠占本地電源的發(fā)電空間，出于地方GDP和稅收的考慮，不愿意接納外來電。且跨區(qū)輸電需要送端和受端電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)，這部分成本的分?jǐn)倷C(jī)制尚不清晰。
技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展推進(jìn)跨區(qū)電力互濟(jì)
為了應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電波動(dòng)、區(qū)域電力互濟(jì)和多元多向互動(dòng)技術(shù)挑戰(zhàn)，一系列前沿技術(shù)正在從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模工程應(yīng)用。
在跨區(qū)電力互濟(jì)體系中，電源側(cè)是決定互濟(jì)能否成功的關(guān)鍵支撐，其核心正從“追求發(fā)電效率”向“追求系統(tǒng)調(diào)節(jié)和主動(dòng)支撐能力”轉(zhuǎn)變。
一是靈活性改造技術(shù)。在新能源波動(dòng)性大的背景下，傳統(tǒng)煤電和水電需從單純的“發(fā)電主力”轉(zhuǎn)型為“調(diào)節(jié)主力”。
對(duì)煤電而言，靈活性改造涉及深度調(diào)峰技術(shù)、快速啟停與爬坡等靈活性技術(shù)。為配合跨區(qū)直流輸電的功率調(diào)整，電廠需要通過燃燒器改造、控制系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)，讓煤電機(jī)組能夠在低負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，具備更快的負(fù)荷響應(yīng)速度（爬坡速率），以應(yīng)對(duì)受端電網(wǎng)的突發(fā)缺電或送端新能源大發(fā)的情況。
對(duì)水電而言，跨區(qū)互濟(jì)往往涉及同一流域梯級(jí)電站之間甚至不同流域電站的互補(bǔ)。通過數(shù)字化技術(shù)對(duì)多個(gè)水電站進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，可以平滑出力曲線，提高跨區(qū)送電的穩(wěn)定性。
二是新能源并網(wǎng)與支撐技術(shù)。新能源從“并得上”到“撐得住”，重點(diǎn)是要提升涉網(wǎng)性能，推進(jìn)構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)和故障穿越技術(shù)的研發(fā)。構(gòu)網(wǎng)型逆變器能夠主動(dòng)構(gòu)建電網(wǎng)電壓和頻率，顯著增強(qiáng)系統(tǒng)的慣量和短路容量，解決“高比例新能源接入導(dǎo)致系統(tǒng)強(qiáng)度不足”的難題，防止直流輸電發(fā)生換相失敗。需要先進(jìn)的電力電子控制算法，確保在電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)新能源電站保持在線運(yùn)行（即故障穿越）。
三是儲(chǔ)能與多能互補(bǔ)技術(shù)。電源側(cè)配置儲(chǔ)能是解決跨區(qū)電力互濟(jì)中“發(fā)用不匹配”的直接手段，從源頭解決風(fēng)光發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性問題。通過先進(jìn)的能量管理系統(tǒng)，將風(fēng)電、光伏、火電、水電和儲(chǔ)能作為一個(gè)整體進(jìn)行協(xié)同控制。
在跨區(qū)電力互濟(jì)體系中，電網(wǎng)是承載電力流動(dòng)的“物理骨架”和“神經(jīng)系統(tǒng)”。如果說電源側(cè)技術(shù)解決了電力“發(fā)得出”的問題，那么電網(wǎng)技術(shù)則解決了電力“送得走、落得下、控得住”的問題。
一是智能化調(diào)度與交易技術(shù)。 隨著 全 國 統(tǒng) 一 電 力 市 場(chǎng) 的 建 設(shè) 加 速 推進(jìn)，跨區(qū)互濟(jì)不再僅靠行政指令，而是由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來驅(qū)動(dòng)。電力現(xiàn)貨市場(chǎng)智能出清技術(shù)，依托的是毫秒級(jí)的數(shù)據(jù)交互和復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型。利用人工智能算法，結(jié)合氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)光新能源的出力進(jìn)行分鐘級(jí)預(yù)測(cè)，解決跨區(qū)交易中“計(jì)劃與實(shí)際偏差大”的痛點(diǎn)，減少預(yù)測(cè)不準(zhǔn)導(dǎo)致的功率越限風(fēng)險(xiǎn)。
二是柔性互聯(lián)技術(shù)。柔性技術(shù)可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率不同或相位不同電網(wǎng)的異步互聯(lián)，并且通過日內(nèi)多次反向送電，解決不同電網(wǎng)之間“接不上”或“送不穩(wěn)”的問題。以前跨區(qū)互濟(jì)大多在主網(wǎng)層面，將來還可下沉到配電網(wǎng)，通過安裝電力電子變換裝置，解決省際配電網(wǎng)電壓相角差問題，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)“零時(shí)差”互濟(jì)，無需人工倒閘。
三是數(shù)字孿生與全景感知。利用高精度氣象模型與電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)合，例如在覆冰嚴(yán)重的區(qū)域，利用除冰機(jī)器人和覆冰預(yù)測(cè)系統(tǒng)，提前預(yù)判線路風(fēng)險(xiǎn)，保障跨區(qū)通道在極端天氣下的物理安全。通過數(shù)字孿生系統(tǒng)模擬跨區(qū)送電對(duì)受端電網(wǎng)的沖擊，輔助進(jìn)行輸電工程線路規(guī)劃和運(yùn)行方式安排。
體制機(jī)制創(chuàng)新，打通跨區(qū)互濟(jì)大動(dòng)脈
當(dāng)前，跨區(qū)電力互濟(jì)的技術(shù)卡點(diǎn)正逐步被柔性直流、特高壓等技術(shù)攻克，真正的堵點(diǎn)已轉(zhuǎn)移到“利益分配”和“體制機(jī)制”層面。如何算好經(jīng)濟(jì)賬和安全賬，是打通跨區(qū)互濟(jì)“大動(dòng)脈”的關(guān)鍵所在。
一是破解市場(chǎng)機(jī)制與規(guī)則“不兼容”的問題。一方面，隨著電力市場(chǎng)化改革深入，規(guī)則不統(tǒng)一成為新的障礙。不同電網(wǎng)在歷史上形成了不同的市場(chǎng)規(guī)則、交易時(shí)序和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其在具體的結(jié)算方式、偏差考核、阻塞管理上，仍存在“軟壁壘”，導(dǎo)致跨區(qū)交易流程復(fù)雜、效率不高。另一方面，新能源出力波動(dòng)大，難以像煤電那樣簽訂穩(wěn)定的長(zhǎng)期電量曲線合同?，F(xiàn)有的跨區(qū)交易品種多為中長(zhǎng)期物理合約，缺乏靈活的現(xiàn)貨交易機(jī)制來適應(yīng)新能源的隨機(jī)性，導(dǎo)致“發(fā)多少、送多少、用多少”難以實(shí)時(shí)匹配。
二是避免規(guī)劃與建設(shè)的“不同步”問題。特高壓通道與配套電源的“錯(cuò)峰”建設(shè)會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。受這種“不同步”影響，送受形勢(shì)會(huì)發(fā)生較大變化，導(dǎo)致跨區(qū)通道不得不調(diào)整功率運(yùn)行，無法發(fā)揮最大效益。
電力資源優(yōu)化配置不僅是輸電通道的建設(shè)，更是一個(gè)涵蓋空間布局、時(shí)間維度以及市場(chǎng)機(jī)制的系統(tǒng)工程，需要規(guī)劃者和建設(shè)運(yùn)營(yíng)者以全局和系統(tǒng)的視角，認(rèn)識(shí)其新形勢(shì)、新邊界、新定位。
（作者系電規(guī)總院副總工程師兼能源科技創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)。編輯：張琴琴）
