閩贛兩省電網(wǎng)異步互聯(lián)探索研究

胡 晟，鄭 春，聶更生，張雪婷

（1.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江西 南昌 330043；2.江西騰達(dá)電力設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330043）

0 引言

在“碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展背景下，我國(guó)持續(xù)推動(dòng)能源低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，電網(wǎng)作為連接能源與消費(fèi)者之間的“橋梁”，在能源轉(zhuǎn)型中起著至關(guān)重要的作用，高比例新能源的格局對(duì)電力保供提出了更高的要求，同時(shí)也對(duì)電網(wǎng)未來(lái)的建設(shè)和運(yùn)行提出了極大的考驗(yàn)。

江西省和福建省是我國(guó)華東地區(qū)的兩個(gè)相鄰省份，而兩省電網(wǎng)又分屬于華中和華東電網(wǎng)，兩省電力合作以及電網(wǎng)互聯(lián)，一直為相關(guān)部門所關(guān)注。早期閩贛聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目曾列入全國(guó)聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)華中、華東電網(wǎng)同步互聯(lián)，后因同步聯(lián)網(wǎng)安全性爭(zhēng)議導(dǎo)致擱置。2021年4月1日，國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)辛保安調(diào)研指導(dǎo)江西公司工作時(shí)，明確指出“要推進(jìn)好江西第二條直流工作”，即閩贛直流聯(lián)網(wǎng)工程。2021年底國(guó)家發(fā)布“十四五”電力規(guī)劃，明確提出“研究閩贛異步聯(lián)網(wǎng)工程”。

閩贛聯(lián)網(wǎng)工程關(guān)乎華中電網(wǎng)與華東電網(wǎng)兩大區(qū)域電網(wǎng)相連，涉及電源布局、聯(lián)網(wǎng)效益、技術(shù)實(shí)現(xiàn)等諸多方面的問題。文中基于中長(zhǎng)期電力需求及平衡分析，結(jié)合地區(qū)能源發(fā)展戰(zhàn)略，從聯(lián)網(wǎng)效益、功能定位、技術(shù)方案等方面提出兩省電網(wǎng)異步互聯(lián)，提高能源效率的探索和思考。

1 閩贛兩省供需形勢(shì)及電網(wǎng)特點(diǎn)

1.1 江西供需形勢(shì)及電網(wǎng)特點(diǎn)

根據(jù)《江西省國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，“十四五”期間江西省主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)增速繼續(xù)保持全國(guó)“第一方陣”，GDP年均增速6.7%～7%左右[1]。同時(shí)，江西省目前人均用電量?jī)H為全國(guó)平均水平的64%，電氣化率（電能占終端能源消費(fèi)比重）僅為18%左右，較全國(guó)平均水平低7～8個(gè)百分點(diǎn)。隨著江西工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速推進(jìn)，城鄉(xiāng)電氣化水平持續(xù)提升，人民對(duì)美好生活的追求，經(jīng)濟(jì)發(fā)展用電潛力將加快釋放，電力需求將呈剛性增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)“十四五”、“十五五”末，江西全社會(huì)用電量將分別達(dá)到2 300、2 980億kW·h，最高負(fù)荷4 300、5 600萬(wàn)kW左右[2-3]。

江西用電需求呈現(xiàn)夏、冬季“雙峰”形態(tài)。受亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候影響，夏、冬兩季降溫、采暖負(fù)荷需求大，且極寒極熱時(shí)段新能源出力不穩(wěn)定，全年用電最大需求出現(xiàn)在夏季或冬季，近年均實(shí)施了需求側(cè)響應(yīng)及有序用電措施。

江西電力供應(yīng)以火電為主，新能源為輔，新能源裝機(jī)占比較大?；痣娧b機(jī)占比56%，電煤供應(yīng)需從北方內(nèi)陸省份運(yùn)入；水電基本已開發(fā)完畢，裝機(jī)增長(zhǎng)空間非常有限；內(nèi)陸核電暫無(wú)規(guī)劃；“十三五”期間大力發(fā)展風(fēng)電、光伏，年均增長(zhǎng)率達(dá)到49.9%、77.9%，2021年新能源裝機(jī)占比達(dá)到32.4%，風(fēng)電、光伏資源為三、四類地區(qū)，風(fēng)電發(fā)電利用小時(shí)數(shù)平均2 000 h左右，光伏利用小時(shí)數(shù)為1 000 h左右。

江西電網(wǎng)周邊電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)不斷增強(qiáng)，江西特高壓工程投運(yùn)后，江西電網(wǎng)通過南昌—長(zhǎng)沙1 000 kV特高壓線路與湖南電網(wǎng)相連，通過雅湖±800 kV特高壓直流線路受入西南水電，通過三回500 kV線路與湖北電網(wǎng)相連，整體送、受電能力得到大幅提高。“十四五”期間，規(guī)劃建成南昌—武漢1 000 kV特高壓線路工程，融入華中“日字型”特高壓交流環(huán)網(wǎng)，進(jìn)一步提升江西電網(wǎng)與區(qū)外電網(wǎng)電力交換能力。

1.2 福建供需形勢(shì)及電網(wǎng)特點(diǎn)

近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)一系列政策持續(xù)支持福建加快發(fā)展，賦予福建省自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)、21世紀(jì)海上絲綢之路核心區(qū)、生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)、福州新區(qū)、平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)、自主創(chuàng)新示范區(qū)等“多區(qū)疊加”建設(shè)任務(wù)。2021年，習(xí)總書記來(lái)閩考察，明確提出“一個(gè)篇章”總目標(biāo)、“四個(gè)更大”重要要求和四項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，為福建省“十四五”期間社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)指明方向，根據(jù)《福建省國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，“十四五”期間福建省主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)保持較快增長(zhǎng)，GDP年均增速6.3%左右[4]。綜合考慮福建省區(qū)域地緣及資源稟賦和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)能特點(diǎn)，預(yù)計(jì)“十四五”、“十五五”末福建全社會(huì)用電量將分別達(dá)到3 370、3 900億kW·h，最高負(fù)荷5 600、6 600萬(wàn)kW左右[5-6]。

與江西不同的是，福建用電需求呈現(xiàn)夏季最高的“單峰”形態(tài)。受亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候影響，福建夏季高溫，冬季較為溫暖，全年用電最大需求一般出現(xiàn)在夏季（7～8月）。由于電源出力的季節(jié)性較為明顯，在滿足夏季最大用電需求、實(shí)現(xiàn)自平衡基礎(chǔ)上，福建電網(wǎng)春、秋和冬季存在一定的盈余電力。

福建省電源結(jié)構(gòu)較為多元化，保障相對(duì)充足。支撐性電源（火電、核電）裝機(jī)占比接近70%，新能源裝機(jī)占比為11%左右。大型煤電依托沿海區(qū)位優(yōu)勢(shì)，電煤供應(yīng)較有保障；沿海核電廠址豐富，已開發(fā)四個(gè)大型核電廠址資源（福清、福鼎、云霄、霞浦）；受臺(tái)灣海峽狹管效應(yīng)影響，海上風(fēng)電資源豐富；境內(nèi)水系較為發(fā)達(dá)，具有一定規(guī)模的水力資源。

福建電網(wǎng)現(xiàn)與浙江聯(lián)網(wǎng)相連，聯(lián)絡(luò)通道由浙南（蓮都）—福州（榕城）雙回1 000 kV特高壓線路及寧德—金華雙回500 kV超高壓線路組成，送、受電能力強(qiáng)。預(yù)計(jì)2023年將建成閩粵聯(lián)網(wǎng)工程，實(shí)現(xiàn)福建電網(wǎng)與廣東電網(wǎng)之間互補(bǔ)余缺，互為備用和緊急事故支援。

2 閩贛電力聯(lián)網(wǎng)效益分析與定位

江西與福建的用電負(fù)荷特性具有互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，通過電網(wǎng)互聯(lián)能夠充分發(fā)揮兩省風(fēng)、光資源季節(jié)性互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，提升清潔能源消納總體利用率，提高電網(wǎng)互濟(jì)能力，節(jié)省電源建設(shè)投資，具有較好的建設(shè)效益。

2.1 錯(cuò)峰互補(bǔ)效益

江西用電負(fù)荷為夏季、冬季“雙高峰”，福建用電負(fù)荷為夏季“單峰”，如圖1所示。根據(jù)“十四五”末分月電力平衡，江西夏季晚高峰存在少量電力缺口，早高峰時(shí)段有較大電力盈余，冬季早晚高峰均有較大電力缺口。福建冬季早、晚高峰均有較大電力盈余，扣除送電華東450萬(wàn)kW后，還有一定電力盈余。因此，冬季江西電力緊缺時(shí)段，福建具備送電江西的能力，如圖2所示。

圖1 閩贛兩省年負(fù)荷和特性

圖2 閩贛兩省典型月份電力盈余互補(bǔ)情

從閩贛兩省典型日電力盈虧情況來(lái)看，預(yù)計(jì)“十四五”福建夏季呈現(xiàn)緊平衡狀態(tài)，早高峰時(shí)段缺口在120萬(wàn)kW左右，同時(shí)段江西電力盈余較多（686萬(wàn)kW以上），具備送電能力“；十五五”江西日間電力盈余在520萬(wàn)kW以上，可向福建送電。如圖3所示。冬季兩省則情況相反，預(yù)計(jì)“十四五”、“十五五”福建具備支援江西的能力，如圖4所示。

煤礦的產(chǎn)煤處會(huì)有大量的裂縫和空隙出現(xiàn)，因?yàn)榈刭|(zhì)原因，這樣會(huì)使煤層之間的空隙發(fā)生變化，嚴(yán)重影響煤層之間的透氣性。而采用水力壓裂技術(shù)可改變這種情況。利用含有沙子的高壓水流或者其他的一些液體進(jìn)行水力壓裂，高壓水通過煤層之間的空隙逐漸滲透，隨著高壓水的水壓不斷增強(qiáng)，煤層與煤層之間就會(huì)產(chǎn)生高壓，使煤層的弱面進(jìn)行延伸和擴(kuò)展，同時(shí)，高壓水中的沙子會(huì)填充新出現(xiàn)的空隙，這樣，煤層與煤層之間的縫隙就會(huì)形成空隙網(wǎng)絡(luò)，提高煤層之間的透氣性，進(jìn)而使煤層產(chǎn)生的瓦斯可以輕松轉(zhuǎn)移消散，這樣，有利于大面積瓦斯的抽采。合理利用水力壓裂技術(shù)能夠有效地增加煤層通氣性，提高瓦斯抽取效率。

圖3 閩贛兩省夏季典型日電力盈虧

圖4 閩贛兩省冬季典型日電力盈虧

2.2 新能源消納提升

閩贛兩省風(fēng)光資源具有較為明顯的氣候性互補(bǔ)特性，江西光伏中長(zhǎng)期發(fā)展空間大，“十四五”末預(yù)計(jì)達(dá)到2 400萬(wàn)kW，“十五五”末預(yù)計(jì)達(dá)到3 680萬(wàn)kW。如圖5所示，江西夏季白天光伏大發(fā)，多數(shù)月份將存在棄光現(xiàn)象，可考慮在棄光時(shí)段將清潔電量向外輸送，福建光伏資源有限，且全年含水可再生能源消納權(quán)重指標(biāo)考核壓力較大，可消納江西光伏盈余電力。

圖5 江西夏季、冬季典型日光伏出力對(duì)比圖

相比之下，福建海上風(fēng)電發(fā)展空間大，“十四五”末預(yù)計(jì)達(dá)到1 300萬(wàn)kW，“十五五”末預(yù)計(jì)達(dá)到1 800萬(wàn)kW，如圖6所示，冬季盛風(fēng)，供應(yīng)能力充足，具備外送條件。兩省風(fēng)光資源形成氣候性互補(bǔ)效應(yīng)，江西冬季寒冷，出現(xiàn)全年用電負(fù)荷高峰，極端天氣下出現(xiàn)枯水、風(fēng)機(jī)結(jié)冰等惡劣情況，電力供應(yīng)早晚高峰緊張，可考慮消納福建風(fēng)電盈余電力。

圖6 福建夏季、冬季典型日風(fēng)電出力對(duì)比圖

2.3 緊急事故支援

江西電網(wǎng)冬季寒潮冰凍災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，福建電網(wǎng)夏季臺(tái)風(fēng)自然災(zāi)害頻發(fā)，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨較大風(fēng)險(xiǎn)，即使華中電網(wǎng)特高壓“日字型”環(huán)網(wǎng)建成，江西電網(wǎng)抗災(zāi)害能力得到一定的提升，但華中區(qū)域氣候條件類似，冬季寒潮期間，華中四省均存在供電緊張風(fēng)險(xiǎn)。且從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)看，江西和福建電網(wǎng)分別位于華中電網(wǎng)和華東電網(wǎng)的末端，抗災(zāi)害能力不足。

江西與福建聯(lián)網(wǎng)后，能夠大大增強(qiáng)兩省電網(wǎng)緊急事故下的支援能力，可加快電網(wǎng)事故后的恢復(fù)，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，緊急事故支援互補(bǔ)效益顯著。

2.4 碳減排

“十四五”、“十五五”時(shí)期，江西省內(nèi)盈余光伏電量送至福建省域，既能增加江西省內(nèi)的新能源利用率，又能提升福建省含水可再生能源消納指標(biāo)權(quán)重，助力兩省實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。根據(jù)目前兩省用電負(fù)荷預(yù)測(cè)推算，預(yù)計(jì)“十四五”末，福建2025年新增碳減排量將達(dá)到86.35～149.74萬(wàn)t，江西2025年新增碳減排量將達(dá)到0.49～0.5萬(wàn)t；到“十五五”末，福建新增碳減排量將達(dá)到112.47～216.23萬(wàn)t，江西新增碳減排量將達(dá)到1.75～2.0萬(wàn)t。

2.5 現(xiàn)貨市場(chǎng)效益

另一方面是擴(kuò)大碳排放權(quán)的現(xiàn)貨市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)省間及大區(qū)域間碳排放交易，以市場(chǎng)化手段，以光伏、風(fēng)電、核電等清潔能源為主體，通過閩贛聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)直接的碳排放交易，進(jìn)一步提升兩省綠色低碳發(fā)展水平，加快區(qū)域的“碳中和、碳達(dá)峰”步伐，為全國(guó)早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

3 閩贛電力聯(lián)網(wǎng)方案

3.1 聯(lián)網(wǎng)模式

福建、江西電網(wǎng)分屬于華東區(qū)域電網(wǎng)和華中區(qū)域電網(wǎng)，目前華東、華中區(qū)域電網(wǎng)彼此獨(dú)立，屬于“不同步”的兩個(gè)大型交流電網(wǎng)。交流聯(lián)網(wǎng)將帶來(lái)一系列的短路電流、暫態(tài)穩(wěn)定等問題[7]，國(guó)內(nèi)大電網(wǎng)之間聯(lián)網(wǎng)互濟(jì)的工程應(yīng)用場(chǎng)景主要采用的是背靠背直流輸電工程。

早期的背靠背直流工程均為采用半控?fù)Q流閥的常規(guī)直流，電壓等級(jí)低、輸送容量較小。靈寶背靠背工程是我國(guó)第一個(gè)背靠背工程，連接西北電網(wǎng)和華中電網(wǎng)，靈寶背靠背有2個(gè)單元，電壓分別120 kV、167 kV，設(shè)計(jì)容量36萬(wàn)kW和75萬(wàn)kW，總?cè)萘?11萬(wàn)kW。高嶺背靠背工程連接?xùn)|北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)，由4個(gè)換流單元構(gòu)成，容量4×75萬(wàn)kW。中俄背靠背連接?xùn)|北電網(wǎng)和俄羅斯電網(wǎng)，容量75萬(wàn)kW，直流電壓±125 kV。

隨著換流閥技術(shù)進(jìn)步，直流背靠背工程開始出現(xiàn)全控器件，魯西背靠背連接云南電網(wǎng)和南網(wǎng)主網(wǎng)，是世界上首個(gè)采用大容量柔直與常規(guī)直流組合模式的背靠背直流工程，工程最終規(guī)模300萬(wàn)kW，其中柔直單元100萬(wàn)kW，直流電壓±350 kV[8]。渝鄂背靠背則是我國(guó)首個(gè)全部采用柔性技術(shù)的背靠背直流工程，其連接華中電網(wǎng)和川渝電網(wǎng)，該工程分為南北兩個(gè)通道，分別新建兩座背靠背換流站，每座換流站建設(shè)±420 kV電壓等級(jí)，2×125萬(wàn)kW柔性直流換流單元[9]。

3.2 聯(lián)網(wǎng)通道

“十四五”末，根據(jù)現(xiàn)狀規(guī)劃邊界計(jì)算平衡，江西電力缺額主要在東部、西部地區(qū)，以及贛南的吉安、贛州地區(qū)，中部地區(qū)、北部地區(qū)電力則有部分電力盈余；福建電網(wǎng)則呈現(xiàn)明顯的北電南送的特點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 “十四五”末江西、福建分區(qū)電力流

從兩省電力互濟(jì)的角度出發(fā)，結(jié)合兩省電網(wǎng)情況，南端贛州市、龍巖市和北端上饒市、南平市可以作為聯(lián)網(wǎng)落點(diǎn)，如圖8所示。聯(lián)網(wǎng)通道大部分均為山區(qū)，北側(cè)通道需避開武夷山風(fēng)景區(qū)，通道長(zhǎng)度約190 km；南側(cè)通道條件相對(duì)較好，通道長(zhǎng)度約75 km，南、北側(cè)通道設(shè)想如圖9、圖10所示。

圖8 閩贛聯(lián)網(wǎng)通道設(shè)想

圖9 北側(cè)通道設(shè)想

圖10 南側(cè)通道設(shè)想

4 結(jié)語(yǔ)

江西省和福建省是我國(guó)華東地區(qū)的兩個(gè)相鄰省份，而兩省電網(wǎng)又分屬于華中和華東電網(wǎng)，兩省電力合作以及電網(wǎng)互聯(lián)，一直備受關(guān)注。文中基于兩省中長(zhǎng)期電力供需形勢(shì)，結(jié)合地區(qū)能源發(fā)展戰(zhàn)略，從電網(wǎng)互聯(lián)的功能定位，錯(cuò)峰互補(bǔ)、新能源消納、緊急事故支援等多種效益以及技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)等方面，提出了兩省電網(wǎng)異步互聯(lián)的探索和思考。