特高壓直流主送新能源技術經(jīng)濟研究

張 華，李中烜，肖 瑩，孫海森

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟技術研究院，南京 210008）

0 引言

從當前我國社會發(fā)展情況不難看出，在西北部地區(qū)清潔能源基地，特高壓直流通道的應用能夠?qū)崿F(xiàn)不同能源之間的聯(lián)合互補外送，尤其是主送新能源與全送新能源，可以推動可再生能源科學朝著更好的方向發(fā)展。因此，根據(jù)特高壓直流功率運行控制實際方式，特高壓直流主送新能源的設想被提出。通過特高壓直流新能源技術的發(fā)展，可以實現(xiàn)清潔能源的普及與廣泛應用，減少環(huán)境污染等問題，實現(xiàn)人類與環(huán)境和諧發(fā)展。

1 特高壓直流主送新能源技術經(jīng)濟研究背景

在如今社會快速發(fā)展的背景下，無論是國家還是人民群眾，都更加注重對環(huán)境的保護，將節(jié)約能源、減少環(huán)境污染作為自身日常生活、工作中的一項重點內(nèi)容。因此，全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念被提出，該項內(nèi)容提出的主要目的是推動清潔方式、綠色方式等的應用，滿足全球電力需求。從當前我國電力行業(yè)的發(fā)展情況可以看出，未來電力供應與電力輸送逐漸朝著清潔能源方向轉(zhuǎn)變。特高壓直流在電力大容量、遠距離運輸中發(fā)揮著不可替代的作用。我國西部地區(qū)與北部地區(qū)有著豐富的清潔能源，如風能、太陽能等，同時也規(guī)劃建設了大型風力發(fā)電基地、光伏發(fā)電基地以及燃煤發(fā)電基地等，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同資源之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，而且在資源的聯(lián)合外送中具有一定潛力。從當前我國西部、北部地區(qū)發(fā)展中不難看出，新能源的發(fā)展速度較快。例如，甘肅省酒泉市目前已經(jīng)完成千萬千瓦級別的風電基地工程建設，為整個甘肅地區(qū)甚至是青海地區(qū)提供了光電支持。在光電建設規(guī)模不斷擴大的同時，也要充分考慮到區(qū)域光電共用系統(tǒng)自身的輸電通道建設，還要兼顧系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，并將其納入風電系統(tǒng)規(guī)劃、光電系統(tǒng)規(guī)劃等統(tǒng)籌工作，這樣才能推動我國新能源事業(yè)更好發(fā)展，確保在社會發(fā)展中能夠減少環(huán)境污染問題，為人們創(chuàng)造良好的環(huán)境。

2 特高壓直流主送新能源設想

對于特高壓直流主送新能源設想，文章主要從以下幾點進行闡述與分析：

（1）特高壓直流在應用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)多能源互補輸送。風電、光電都具有間歇性、分散性特點，大規(guī)模傳輸?shù)膶崿F(xiàn)要加強對專門輸電通道的應用，但這一過程中的經(jīng)濟性與安全性問題難以在最大程度上得到保障［1］。在此背景下，要合理應用送端電網(wǎng)，并與輸電計劃曲線之間進行有機結(jié)合，向外打捆輸送，從而實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行，促使風、光的容量可以得到提升，創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益。在特定輸電通道容量之內(nèi)，要對風電比例、光電比例做出相應調(diào)整。

（2）特高壓直流功率控制方法。①恒功率運行模式。要考慮到送電計劃曲線和直流通道兩者之間的有機結(jié)合，可以將其劃分為不同送電時段，包括高峰送電時段、低谷送電時段等。對于高峰送電時段，在輸送電能的過程中，主要利用“通道額定容量”方法完成；對于低谷時段，其電能輸送功率計算方法為低谷功率系數(shù)乘以直流通道額定容量。上述兩個送電時段在送端電源出力的均勻性上要有所保障。而針對直流通道，應該根據(jù)兩個時段不同的功率值保證滿功率電能輸出。這種情況表明，火電機組出力在最小技術出力基礎之上，風能出力、光能出力以及火的出力要與不同時段直流通道計劃功率一致。②功率靈活調(diào)整運行模式。在直流通道中并不會對送電時段進行區(qū)分，在整個工作中，直流通道要接納風、光、火的聯(lián)合處理，同時根據(jù)額定容量的標準開展相應工作。在這個過程中允許風、光出力，但會受到火電機組和直流通道額定功率的影響。

（3）特高壓直流主送新能源思路。此思路是指通過特高壓直流系統(tǒng)直接輸送風電和光電能源，并將其作為主要輸送方式。這種情況需要在送端配置相應的火電電源，并且不斷增強送端電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，從而保證特高壓直流輸電平穩(wěn)運行［2］。如果結(jié)合分段方式，那么需要對以下幾點問題進行充分考慮：①在新能源出力高峰時段，要對受端電網(wǎng)負荷特性進行全面分析，并做好直流輸電功率調(diào)整工作，與火電、送端電網(wǎng)調(diào)節(jié)之間實現(xiàn)相互配合，防止棄風、棄光的不合理問題出現(xiàn)，為直流輸電功率自身安全穩(wěn)定運行創(chuàng)造便利條件。②對新能源來說，在其出力低谷也要保證受端電網(wǎng)負特性之間的有機結(jié)合，將直流輸電功率控制在有效范圍內(nèi)，盡量提升輸電通道利用率。特高壓直流主送新能源需要保證在進一步擴展新能源輸送規(guī)模的基礎之上實現(xiàn)不同電源之間的合理配比，要將棄風、棄光的比例控制在有效范圍內(nèi)，如可以將其控制在10%左右。

3 特高壓直流主送新能源技術經(jīng)濟研究

3.1 分析流程

對于特高壓直流主送新能源技術分析流程，文章主要從以下幾點進行分析：

（1）對輸入風電、光電全年逐時刻理論出力曲線要有正確認識，并確定以天、周、月、季、年為周期的特高壓直流送電曲線。

（2）一般情況下，對于情境組合方案，需要提取相應的電源配置，從而保證整個系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性，并且不斷提升配套火電、火電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。

（3）將1 年（365 天）作為1 個計算周期，根據(jù)不同時間段運行特點，結(jié)合送電曲線功率值、火電最小出力差值，形成對應的空間范圍，用來接收新能源（直流通道）。

（4）針對接收風光新能源（直流通道）的空間，要將其與該時刻風光綜合出力情況進行比較。如果接收空間大于風光綜合出力，就不會產(chǎn)生廢棄電力的情況，而兩者之間的差額則采用火電進行彌補。如果接收空間小于風光綜合出力，就會出現(xiàn)新能源廢棄電力的情況。

（5）根據(jù)經(jīng)濟性原則，將所棄新能源電力中的風電與光電進行解耦，形成棄風電力和棄光電力［3］。

（6）要將直流通道傳輸電價計算、受端綜合上網(wǎng)電價計算作為一項重點工作，在此基礎上，對電價競爭力進行分析。

3.2 直流通道與送端電源情況

以我國西北部某能源基地為例，對其風、光、火聯(lián)合外送方案進行分析。該直流電壓與額定輸送容量分別為±800 kV、800 萬kW。配套電源必選范圍有明確規(guī)定，火電、風電、光電分別為100 萬～300 萬kW、600 萬～1 600 萬kW、200 萬～1 600 萬kW。通過對輸電通道利用小時數(shù)、棄風棄光比例、新能源電量占比的對比分析，選擇最合理的電源組合方式與運行方式。

3.3 關鍵邊界條件設置

在對關鍵邊界條件設置的過程中，可以從以下幾點進行闡述與分析：①直流通道運行曲線分析。通常情況下，直流往往采取的是多段運行方式，這樣才能與風光基地出力特性之間相符合。在這一過程中，不僅能夠降低棄光和棄風比例，還能充分考慮到接收端的接收能力。只有這樣，才能保證輸電通道利用率逐步提升。風電、光電有自身特點，如夜間風大、日間光大，基于此，在組合出力期間，一天之內(nèi)會呈現(xiàn)出多個階梯［4］。對受端電網(wǎng)負荷高峰時段、低谷時段以及接納能力進行全面考慮與分析，并為直流通道配置五段式運行方法，該方法與常規(guī)直流兩段式運行模式比較，不僅能夠確保輸送方式的靈活性，還能在最大程度上保障高效性。②配套火電配置容量。在選擇火電配套容量時，可采用通道容量的10%作為火電配套裝置，為直流安全穩(wěn)定運行打下基礎，并為新能源預留出相應空間。

3.4 情景組合與技術經(jīng)濟

對于風光火電源配比工作，要做好研究與分析，因為直流輸電10%的最低功率有相應要求。在對比選方案的過程中可以看到，在增加火電容量時會占用一定的通道容量空間，進而保證同等規(guī)模新能源電力能夠正常輸送。值得注意的是，棄風比例、棄光比例也會發(fā)生一定變化，如果在這個時候降低火電配套容量，那么整個通道容量的利用率就會受到影響［5］。因此，要在實現(xiàn)直流穩(wěn)定運行的前提下選用取值較低的火電配套容量。

3.5 結(jié)論

（1）采用降低特高壓直通道配套火電占比的方法，能更好地完成風電、光電的高電量比例輸送［6］。從現(xiàn)階段我國電力行業(yè)的發(fā)展不難看出，無論是風電發(fā)電，還是太陽能發(fā)電，兩者都可以劃歸到高上網(wǎng)電價電源范疇。這種情況下，可配置較低上網(wǎng)電價，這樣就可以有效降低送端綜合上網(wǎng)電價，從而不斷提升直流通道利用效率，節(jié)約更多成本，增強特高壓直流主送新能源的市場競爭力。

（2）從現(xiàn)實角度看，實現(xiàn)特高壓系統(tǒng)100%輸送新能源不僅具有理論根據(jù)，還是可行的方案，特別是特高壓直流發(fā)展過程中柔性直流技術的出現(xiàn)，為該方案的實現(xiàn)提供了必要支持。未來對該技術進行不斷豐富、優(yōu)化會轉(zhuǎn)變既往的直流運行方式，逐漸向交流運行方式轉(zhuǎn)變，從而不斷縮減火電裝機的配置，并且增加更多輸電方式。但是，在這一過程中要做好送端電網(wǎng)、輸電功率調(diào)節(jié)工作，從而對全部新能源進行輸送。

4 結(jié)語

在我國電力行業(yè)的發(fā)展過程中，要對特高壓直流主送新能源技術有正確認識，結(jié)合實際情況將其應用在不同環(huán)節(jié)，增強電力行業(yè)市場競爭力。