“雙碳”目標(biāo)下寧夏構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的問題與建議

張澤龍，車彬，陳寶生，齊彩娟，楊燕

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，寧夏 銀川 750004）

0 引言

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)[1]對(duì)貫徹落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略[2-3]，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，助力寧夏回族自治區(qū)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)建設(shè)具有重要意義[4-5]。寧夏作為我國重要的能源電力基地和“西電東送”戰(zhàn)略最早的送端之一，風(fēng)光資源豐富，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。寧夏回族自治區(qū)規(guī)劃“十四五”新增新能源裝機(jī)25 GW 以上，2022年，寧夏新能源裝機(jī)占比將達(dá)到50%，超越煤電成為區(qū)內(nèi)第一大電源，在全國率先面臨新型電力系統(tǒng)建設(shè)帶來的問題和挑戰(zhàn)[6-7]，因此，亟需開展新型電力系統(tǒng)建設(shè)的研究與實(shí)踐[8-10]。本文總結(jié)了寧夏構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)與優(yōu)勢(shì)，分析存在的問題，并結(jié)合寧夏電網(wǎng)實(shí)際提出推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)建議。

1 基礎(chǔ)與優(yōu)勢(shì)

寧夏風(fēng)光資源豐富，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)，電力系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)“強(qiáng)電網(wǎng)、大送端、高比例新能源”的特點(diǎn)，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)，具有一定優(yōu)勢(shì)。

1.1 能源資源稟賦好

寧夏地處西北腹地，風(fēng)能、太陽能資源富集，開發(fā)條件良好，新能源發(fā)展?jié)摿薮?。根?jù)最新發(fā)展?jié)摿ρ芯拷Y(jié)果，寧夏90 m 高度、風(fēng)功率密度200 W/m2以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量約52 GW，集中式光伏發(fā)電技術(shù)可開發(fā)量約454 GW，近期光伏發(fā)電發(fā)展?jié)摿σ?guī)模約54 GW。可再生能源資源稟賦豐厚，將為寧夏電網(wǎng)更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，服務(wù)清潔低碳綠色高效的經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)提供天然良機(jī)。

1.2 電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)

寧夏地區(qū)具有承東啟西、連接南北、輻射周邊的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，是東、中部地區(qū)進(jìn)入河西走廊、新疆及“一帶一路”互聯(lián)互通的重要樞紐，同時(shí)是國家“西電東送”重要戰(zhàn)略基地?！笆濉币詠恚瑖译娋W(wǎng)累計(jì)在寧投資約675 億元，率先在全國建成750 kV 雙環(huán)網(wǎng)骨干網(wǎng)架，與西北主網(wǎng)通過雙通道、四回750 kV線路強(qiáng)聯(lián)絡(luò)，電力交換能力7 GW。寧夏東南部330 kV電網(wǎng)形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，北部220 kV電網(wǎng)形成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，110 kV 配電網(wǎng)形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，電力系統(tǒng)發(fā)展呈現(xiàn)“強(qiáng)電網(wǎng)、大送端、高比例新能源”的特點(diǎn)，充分保障了寧夏地區(qū)安全可靠供電。

1.3 電力外送能力強(qiáng)

寧夏作為國家“西電東送”戰(zhàn)略重要能源基地，建成±660 kV 銀東、±800 kV 靈紹兩大直流并接入內(nèi)蒙昭沂直流送端，外送電能力14 GW。銀東直流利用小時(shí)數(shù)連續(xù)多年位于7 200 h以上，位居全國直流通道首位，是目前商業(yè)運(yùn)行效率最好的跨省區(qū)直流輸電工程。2021年靈紹直流利用小時(shí)數(shù)達(dá)到6 301 h，位居全國特高壓直流第一。寧夏是全國首個(gè)電力外送超過內(nèi)供的省級(jí)電網(wǎng)，“西電東送”十年累計(jì)外送電量突破500 TW·h。2021年外送電量90.4 TW·h，送出新能源18.2 TW·h，連續(xù)6年實(shí)現(xiàn)百億級(jí)增長。

1.4 新能源消納水平高

2021年寧夏新能源裝機(jī)容量突破28 GW，年發(fā)電量46 TW·h，新能源利用率97.5%，位居全國前列，非水可再生能源消納責(zé)任權(quán)重26.3%，高于國家規(guī)定指標(biāo)4.3 個(gè)百分點(diǎn)。新能源發(fā)電量占比達(dá)到23.3%，是全國平均水平的2 倍。寧夏將發(fā)展以新能源為主體的能源電力產(chǎn)業(yè)作為促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手，加速布局光伏一體化產(chǎn)業(yè)鏈，規(guī)劃“十四五”新能源裝機(jī)規(guī)模達(dá)到50 GW，較“十三五”翻一番。

1.5 能源轉(zhuǎn)型政策好

2022年4月27日，國家發(fā)展改革委印發(fā)了《支持寧夏建設(shè)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)實(shí)施方案》，要求大力推動(dòng)節(jié)能減污降碳協(xié)同增效，有力有序有效做好碳達(dá)峰工作，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，高水平建設(shè)新能源綜合示范區(qū)[11]。在國家能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的引領(lǐng)下，迫切需要加強(qiáng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型的統(tǒng)籌規(guī)劃，推動(dòng)能源綠色低碳發(fā)展，為寧夏“三綠”產(chǎn)業(yè)及上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供可靠支撐，助力寧夏走出一條綠色低碳的能源轉(zhuǎn)型發(fā)展之路[12]。

2 存在的問題

2.1 寧夏產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)倚重倚能，碳減排任務(wù)艱巨

寧夏經(jīng)濟(jì)發(fā)展長期倚重倚能，綠色發(fā)展水平較低，與全國同步達(dá)到碳達(dá)峰碳中和具有一定難度。一是寧夏人均碳排放高，“十三五”期間寧夏碳排放強(qiáng)度不降反升，距離國家要求的“十三五”碳排放強(qiáng)度下降17%的目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)，與此同時(shí)，寧夏人均GDP距離達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家收入水平較遠(yuǎn)[13]，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求與碳減排要求矛盾突出。二是寧夏以高耗能高排放為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)尚未根本緩解，重工業(yè)占比高，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整難度較大。三是寧夏能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主，2020年寧夏能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭占比80.8%，非化石能源占比11%，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)難以改變[14]，通過調(diào)整能源結(jié)構(gòu)降低碳排放的壓力較大。四是新能源尚未形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，寧夏將清潔能源列為重點(diǎn)發(fā)展九大產(chǎn)業(yè)之一，目前還在規(guī)劃建設(shè)階段，尚未形成產(chǎn)業(yè)集聚優(yōu)勢(shì)，能源結(jié)構(gòu)還需持續(xù)優(yōu)化。

2.2 新能源大規(guī)模發(fā)展，電力供應(yīng)保障難度大

隨著新能源裝機(jī)及負(fù)荷規(guī)模的不斷增長，系統(tǒng)平衡難度持續(xù)增加，電力供應(yīng)保障難度不斷加大。一是風(fēng)電、光伏作為波動(dòng)性電源，只能提供電量，無法參與電力平衡，高比例新能源接入電網(wǎng)會(huì)造成系統(tǒng)輸出功率隨機(jī)波動(dòng)，進(jìn)而加重電網(wǎng)調(diào)峰頻率調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)；二是高比例新能源發(fā)電接入系統(tǒng)會(huì)替代部分常規(guī)機(jī)組，進(jìn)一步削弱電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來全新挑戰(zhàn)；三是受常規(guī)電源新增規(guī)模有限新能源出力“晚峰無光”“極熱無風(fēng)”特征影響，全網(wǎng)平衡面臨電力、電量雙缺口；四是潮流分布“南電北送”“西重東輕”格局加重，西側(cè)通道及省際斷面供電能力進(jìn)入“瓶頸期”，受網(wǎng)內(nèi)關(guān)鍵斷面約束，局部地區(qū)電網(wǎng)供電能力不足，難以滿足日益增長的負(fù)荷需求。

2.3 高比例新能源接入，并網(wǎng)消納形勢(shì)嚴(yán)峻

隨著新能源裝機(jī)規(guī)模的迅速增長，受網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰資源及新能源送出斷面能力不足影響，未來新能源消納形勢(shì)嚴(yán)峻。一是由于新能源隨機(jī)性、波動(dòng)性大，午間時(shí)段網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰資源無法滿足未來高占比新能源電力系統(tǒng)調(diào)峰需求，系統(tǒng)調(diào)峰資源不足；二是當(dāng)前寧夏電網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)滯后，系統(tǒng)尚無可利用的具備長周期調(diào)節(jié)能力的大型抽水蓄能機(jī)組，同時(shí)電化學(xué)等短周期調(diào)節(jié)性儲(chǔ)能也尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，儲(chǔ)能調(diào)節(jié)能力尚未發(fā)掘；三是由于寧夏新能源集中并網(wǎng)、集中上網(wǎng)特征明顯，目前大部分新能源通過已有公網(wǎng)變電站并網(wǎng)，并通過近區(qū)公網(wǎng)線路送出，未采用專用并網(wǎng)線路接入750 kV 變電站匯集送出，造成新能源出力集中擠占公網(wǎng)資源，新能源送出面臨三級(jí)斷面受阻，主網(wǎng)架對(duì)新能源承載能力普遍不足；四是寧夏可再生能源電力總量消納責(zé)任權(quán)重及電力非水電消納責(zé)任權(quán)重逐年提升，新能源發(fā)電量無法滿足消納責(zé)任權(quán)重分配需求。

2.4 電力系統(tǒng)呈現(xiàn)“雙高”特性，安全穩(wěn)定運(yùn)行問題復(fù)雜

高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備（以下簡稱“雙高”）并網(wǎng)使得系統(tǒng)在運(yùn)行、控制和保護(hù)方面均與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)存在差異，“雙高”系統(tǒng)中決定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的因素增多，特別是復(fù)雜多樣化數(shù)字控制間的相互作用，既改造經(jīng)典穩(wěn)定性特征，又引入新型穩(wěn)定性問題。一是風(fēng)、光等可再生能源機(jī)組具有低慣性、弱致穩(wěn)性、弱抗擾性，相比傳統(tǒng)以常規(guī)電源為主導(dǎo)的系統(tǒng)，“雙高”系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)同步發(fā)電機(jī)占比降低，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足，電網(wǎng)抗擾動(dòng)能力持續(xù)下降，極端故障情況下功角、頻率、電壓失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)加劇；二是電網(wǎng)交直流耦合日趨緊密，“強(qiáng)直弱交”問題依然存在，送端多回直流集中外送，受端饋入直流落點(diǎn)密集，直流故障易引發(fā)電壓、頻率穩(wěn)定問題；三是重要輸電通道和樞紐變電站密集分布，安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)防控難度增加。

3 建議

3.1 加快能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)

加快推動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，控制高耗能產(chǎn)業(yè)規(guī)模，發(fā)展非資源型低能耗產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化改進(jìn)煤化工行業(yè)，加強(qiáng)工業(yè)節(jié)能改造，更新生產(chǎn)工藝和設(shè)備，提高用能效率。充分發(fā)揮寧夏風(fēng)能、光伏資源優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)寧夏風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能等產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，加快發(fā)展綠電制氫、綠電制氨、綠電制甲烷等化工產(chǎn)品的制造，全面擴(kuò)大碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)規(guī)模，加快建設(shè)國家新能源綜合示范區(qū)。另外，不斷優(yōu)化終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)電能替代力度，圍繞居民采暖、生產(chǎn)制造、交通運(yùn)輸和電力供應(yīng)與消費(fèi)、家庭電氣化五大領(lǐng)域，聚焦燃煤自備電廠、綠色校園和農(nóng)村電氣化等重點(diǎn)項(xiàng)目，全面推進(jìn)電能替代，提升寧夏電氣化水平。

3.2 保障電力安全可靠供應(yīng)

健全電力保供組織體系，嚴(yán)格落實(shí)防止拉閘限電“十項(xiàng)措施”[15]，壓實(shí)保供責(zé)任，發(fā)揮保供機(jī)制作用，全力保障自治區(qū)電力可靠供應(yīng)。持續(xù)加強(qiáng)發(fā)電側(cè)管理，確保火電企業(yè)電煤庫存使用天數(shù)保持在15 天以上，做好新投產(chǎn)電源、電儲(chǔ)能設(shè)施的并網(wǎng)管理，保障各類電源“能并盡并、能用盡用”，充分發(fā)揮新能源保供積極作用。合理定位煤電發(fā)展，調(diào)整優(yōu)化煤電結(jié)構(gòu)，嚴(yán)控燃煤發(fā)電增量，協(xié)調(diào)好煤電與新能源的發(fā)展節(jié)奏，逐步推進(jìn)煤電由主體性電源向調(diào)節(jié)性、支撐性電源轉(zhuǎn)型，為新能源發(fā)展提供電量空間。強(qiáng)化電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行和設(shè)備運(yùn)維管理，密切監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行情況，嚴(yán)禁超供電能力、穩(wěn)定極限和設(shè)備能力運(yùn)行，做好重要通道、樞紐變電站巡視運(yùn)維，不斷提升供電保障能力和突發(fā)事件應(yīng)急處置能力。持續(xù)加強(qiáng)用戶側(cè)管理，密切跟蹤重點(diǎn)用戶、高耗能行業(yè)負(fù)荷投產(chǎn)及變化情況，做好負(fù)荷預(yù)測(cè)和供需平衡分析，加快推動(dòng)新型電力負(fù)荷管理系統(tǒng)和虛擬電廠建設(shè)，持續(xù)擴(kuò)大可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源庫。

3.3 提升新能源并網(wǎng)消納能力

統(tǒng)籌考慮負(fù)荷和新能源發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)制定項(xiàng)目接入系統(tǒng)方案，滿足寧夏“十四五”新能源裝機(jī)超過50 GW 的并網(wǎng)需求，強(qiáng)化電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，合理安排電網(wǎng)運(yùn)行方式，加強(qiáng)省間互濟(jì)和旋轉(zhuǎn)備用共享機(jī)制，優(yōu)化調(diào)度清潔能源，確保新能源能發(fā)盡發(fā)、能用盡用。需積極推進(jìn)煤電靈活性改造，加快調(diào)峰能力建設(shè)，推動(dòng)牛首山抽水蓄能電站建設(shè)及儲(chǔ)能設(shè)施應(yīng)用，不斷挖掘省內(nèi)調(diào)節(jié)資源，構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系，合理統(tǒng)籌抽水蓄能和新型儲(chǔ)能發(fā)展，推進(jìn)核電及氫能的技術(shù)發(fā)展，在安全性、經(jīng)濟(jì)性得到解決后，有序適度開發(fā)，實(shí)現(xiàn)“風(fēng)、光、水、核、儲(chǔ)、氫”等各類電源協(xié)同發(fā)展。還要堅(jiān)持集中式和分布式開發(fā)并舉的方式，優(yōu)化布局新能源開發(fā)模式，積極應(yīng)用新技術(shù)，提升可開發(fā)規(guī)模，推進(jìn)綠電制氫、氣、熱等電力多元化轉(zhuǎn)換和跨能源系統(tǒng)利用方式。同時(shí)，加快推進(jìn)寧夏電力市場(chǎng)建設(shè)，推動(dòng)中長期市場(chǎng)連續(xù)運(yùn)營，完善新能源市場(chǎng)交易機(jī)制，持續(xù)放開新能源市場(chǎng)化電量占比，持續(xù)開拓外送電市場(chǎng)，擴(kuò)大新能源消納范圍、市場(chǎng)化消納規(guī)模。

3.4 提高新型電力系統(tǒng)安全防護(hù)能力

加快地區(qū)主網(wǎng)架與配電網(wǎng)建設(shè)，支撐分布式新能源及微電網(wǎng)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)，有源配電網(wǎng)等新形態(tài)電網(wǎng)與大電網(wǎng)協(xié)同，持續(xù)提升地區(qū)負(fù)荷及新能源并網(wǎng)消納能力。需加快構(gòu)建新一代調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，優(yōu)化調(diào)控運(yùn)行輔助決策系統(tǒng)，建設(shè)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)平臺(tái)，推進(jìn)儲(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等靈活性調(diào)節(jié)資源納入電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行控制體系，加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)度轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升電網(wǎng)智能感知及源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制能力。還需推進(jìn)電網(wǎng)設(shè)施和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施融合發(fā)展，提升電網(wǎng)全息感知能力和靈活控制能力，實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)全要素可觀、可測(cè)、可控。加強(qiáng)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)協(xié)同發(fā)展、智能調(diào)度運(yùn)行、多能互補(bǔ)、特高壓及柔性輸電技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，深化對(duì)“雙高”系統(tǒng)的本質(zhì)及運(yùn)行特性認(rèn)識(shí)，鞏固新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定“三道防線”，提升系統(tǒng)抵御事故風(fēng)險(xiǎn)能力。

4 結(jié)語

寧夏作為國家首個(gè)新能源綜合示范區(qū)，加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)是支撐實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的必然選擇，也是建設(shè)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)的內(nèi)在要求。總結(jié)寧夏構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)與優(yōu)勢(shì)，結(jié)合電網(wǎng)發(fā)展實(shí)際，分析存在的問題，并提出推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)建議，為推動(dòng)寧夏能源轉(zhuǎn)型發(fā)展和碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)注入強(qiáng)勁動(dòng)力，對(duì)推動(dòng)寧夏新型電力系統(tǒng)建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。