新疆與中亞五國及巴基斯坦電網互聯基礎條件分析

李 恒，孫偉卿

（上海理工大學 光電信息與計算機工程學院，上海 200093）

新疆是“一帶一路”倡議中絲綢之路經濟帶的重要樞紐和全球能源互聯網戰略中跨國電網互聯的關鍵節點。我國的能源與電力負荷呈逆向分布，包括新疆在內的國內許多地區的可再生能源裝機容量已經超過了本地消納可再生能源的最大能力，導致棄風棄光問題突出。為了解決該問題，以輸送電力為重要導向的電網建設將成為未來電網發展的趨勢。

“一帶一路”經濟帶上中亞五國及巴基斯坦等國的資源和負荷需求稟賦不同，使得各國之間具有電力互聯互通的需求。我國新疆具備豐富的風光資源，但棄風棄光問題嚴重，周邊的中亞五國清潔能源資源豐富，與新疆互補性強，而巴基斯坦地區存在電力緊缺問題，因此電網互聯互通潛力大。在我國“一帶一路”倡議指導下，采用特高壓交直流技術建設新疆與中亞五國及巴基斯坦的跨境電力互聯網，不僅能夠充分發揮各國資源優勢，而且可以提高電網消納可再生能源的能力，從而大大減少化石能源的使用。

文獻［9–10］從中亞五國發電設施建設情況和各國間可再生能源的發展前景入手，介紹了中亞五國電網現狀以及電力需求情況，并對各國電力合作開發的機遇與風險進行了分析；文獻［11］中提出將我國新疆富余的新能源電力用特高壓直流線路送往阿拉伯地區，構建中阿“新能源電力絲路”，對中阿互聯線路進行了投資估算，并對中阿電網互聯的實踐性進行了探討，表明建設中阿互聯電網的時機已成熟，電網互聯后對中阿兩國的經濟和社會效益具有顯著影響。

跨國互聯電網的發展將帶來多方面好處：一是促進各國可再生能源的發展與合作；二是降低系統的備用，促進多種能源跨國互補互濟，提升可再生能源消納能力和能源利用效率，并且降低電力系統發電成本；三是保障滿足各國電力需求，增強電網的安全可靠性。本文從我國對跨國電力互聯互通的相關政策入手進行分析，介紹新疆、中亞五國及巴基斯坦的資源和負荷需求稟賦、能源結構以及電力供應現狀。基于此，從電源多能互補及負荷時空互補特性方面分析跨國電力互聯的近期及遠期優勢。最后，從我國特高壓技術優勢及當前跨國互聯的實踐依據分析新疆、中亞五國及巴基斯坦互聯互通的可行性。

1 我國相關政策分析

電力跨國互聯是電力合作與競爭的共存形式。在建立電力跨國互聯系統時，政府的直接參與主要是基于本地的能源利用和各國間的電力交換角度考慮，促進各國合作以尋求長遠利益。

2013年，習近平同志在訪問中亞和印度尼西亞期間提出了“一帶一路”倡議。“一帶一路”是連接亞歐的橋梁與紐帶，是推動亞歐共同發展的重要方針。“一帶一路”涉及范圍包括中亞、南亞、西亞及歐洲、非洲的一些國家。并在《推動共建絲綢之路經濟帶和21世紀海上絲綢之路的愿景與行動》中強調“加強能源基礎設施互聯互通合作，推進跨境電力與輸電通道建設，積極開展區域電網升級改造合作”，為新疆與中亞五國及巴基斯坦互聯電網的規劃和建設帶來了重大機遇。

2015年9月26日，習近平主席在紐約聯合國發展峰會上正式宣布：“中國倡議探討構建全球能源互聯網，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求”。舒印彪董事長在亞太經合組織（APEC）工商領導人峰會上指出，中國與鄰國之間的互聯互通有三個關鍵點：一是絲綢之路經濟帶輸電走廊，建設從中國新疆到中亞五國的輸電通道；二是俄羅斯和蒙古國對中國的輸電通道；三是與南部鄰國聯網通道。全球能源互聯網的建設與“一帶一路”建設相輔相成，已成為“一帶一路”建設實施的重要舉措，這為我國西部地區可再生能源的跨境外送提供了良好的機遇和巨大的市場。

“十三五”期間，我國政府繼續鼓勵和支持新疆電網建設，尤其是圍繞“三基地一通道”，大力推進與新疆連接的特高壓交直流輸電網架建設，增加疆電外送輸電能力，致力于把新疆建設成為與我國東部和鄰國互聯互通的“電力絲綢之路”。

以上這些都說明，以新疆為落足點，建設我國與中亞五國以及巴基斯坦之間的互聯電網，實現“一帶一路”經濟帶內可再生能源的大規模開發與廣域消納，是我國能源發展的必由之路。

2 區域電網現狀分析

2.1 我國新疆

新疆地區煤炭、風能、太陽能資源豐富，具備大規模開發條件，且風電、光電發展迅猛，但棄風棄光現象尤為嚴重。截至2017年10月底，新疆電力裝機容量達到8 057.3 萬kW，其中：風電1 835.4 萬kW，占22.8%；太陽能907.6 萬kW，占11.3%。圖1為2013—2017年新疆風電、光電裝機容量。

圖1 新疆風電、光電裝機容量Fig.1 Installed capacity of wind and solar in Xinjiang

目前，新疆電網的峰谷差率高達30%左右，并且呈現出不斷增大的態勢。電力負荷呈現明顯的時變特點，調節常規電源功率輸出來跟蹤負荷變化是系統平衡運行的原則。對于可再生能源大規模并入的新疆電網而言，由于風、光資源自身的特點，其出力較強的不確定性使得靈活性機組不僅要跟隨負荷變化，還需要平衡可再生能源輸出功率的波動。當可再生能源的出力超過系統的靈活調節范圍時，必須對其輸出進行控制以保證系統的動態平衡，此時就會產生棄風棄光。目前，新疆靈活性機組的調節能力尚無法達到可再生能源調節的需求。圖2為2015—2017年新疆棄風、棄光情況。2017年1～10月，棄風電量達到112.8億kW·h，棄風率高達29.2%；棄光電量為23.6億kW·h，棄光率達21.0%。

圖2 新疆棄風、棄光情況Fig.2 Wind power curtailment and photovoltaic power curtailment condition in Xinjiang

為解決新疆可再生能源大量廢棄的問題，應加快構建疆電外送通道，合理利用各國資源的互補特性，使多種能源的聯合輸出變得平穩，進而提升可再生能源的利用率。

2.2 中亞五國

2.2.1 哈薩克斯坦

哈薩克斯坦擁有豐富的煤炭資源，另外，其風能資源較為豐富，但開發有限。目前，其電力主要來源為煤炭、天然氣等化石能源，還有少量電力來自于水力發電站。電力總裝機容量19 000 MW，其中火電15 817 MW；燃氣渦輪發電站916.1 MW，占總裝機容量的4.8%；水電站2 259.6 MW，占總裝機容量的11.9%。

近年來，哈薩克斯坦的經濟發展較快，電力需求不斷增長。但電力產業的發展速度相對緩慢，國內雖然具備豐富的水資源和風能，但受開發的限制仍存在電力缺口，特別是哈薩克斯坦南部的電力供應不足問題將日益嚴峻。哈政府已逐步制定一系列加大電力工業發展的政策，尤其是在可再生能源發電的電力項目上，哈政府投資政策十分積極，這也為跨國互聯提供了良好機遇。

2.2.2 吉爾吉斯斯坦

吉爾吉斯斯坦國內有眾多的河流和湖泊，水能資源極其豐富，在獨立國家聯合體成員國中僅次于俄羅斯和塔吉克斯坦，但目前已開發利用的水資源僅為總量的10%左右，具備巨大的開發潛力。吉爾吉斯斯坦的電力總裝機容量為3 748 MW，其中水電是主要電力來源，占總裝機容量的80.8%。其電力總裝機容量基本能夠滿足本地工、農業生產的需求。預計2020年最大負荷將達到6 000 MW，用電量年最大增長速率能夠達到6.3%左右。

近年來，吉爾吉斯斯坦將水電開發作為國家優先發展戰略，鼓勵水電項目投資。但水資源的季節特性明顯，因此需要與別國資源互濟互補。

2.2.3 烏茲別克斯坦

烏茲別克斯坦具有較為豐富的可再生能源資源，其中，開發潛力最大的是太陽能。夏季日平均有效日照超過10 h，但目前風、光的使用效率較低。這主要是由于其發電成本高于天然氣，而當地政府也缺少對可再生能源發展利用的相關政策和規劃。

目前，烏茲別克斯坦電力以熱電為主。國內總裝機容量超過12 400 MW，熱電占88.2%，水電占11.8%。除了滿足本國需求外，還有部分剩余電力可出口到中亞其他國家。預計到2020年全國年最大負荷將達到16 000 MW，用電量將突破900 億kW·h。

2.2.4 土庫曼斯坦

土庫曼斯坦油氣資源豐富，水資源稀缺，太陽能資源較為豐富，夏季白天時間最長可達16 h，但由于熱能和天然氣的超低價格阻礙了光伏項目的投資建設。該國具備較為豐富的電力資源，且具備一定向外輸送電的能力。現有電站的總裝機容量為4 850.9 MW，主要為燃氣、燃煤、燃油機組，而水電裝機容量僅有1.2 MW。按照年最大負荷增長率6.0%增長，預計到2020年該國年最大負荷將達到5 500 MW，用電量將突破300 億kW·h。

由于土庫曼斯坦國土的80%被沙漠覆蓋，具備很好的光伏和風力發電的基礎條件，土庫曼斯坦計劃制造大型風能太陽能混合系統，且近兩年來經濟合作與發展組織和歐洲安全與合作組織均針對土國可再生能源的發展舉行了研討會，研究該國太陽能發展戰略的最佳實踐方案，計劃到2020年實現年出口電力60億kW·h。

2.2.5 塔吉克斯坦

塔吉克斯坦電力總裝機容量為5 408 MW。該國具備豐富的風、光、水資源，且具備大規模開發利用的可能性。該國的電力負荷正以每年5%～6%的速度增長，預計到2020年最大負荷將達到6 300 MW，用電量將突破340 億kW·h。由于塔吉克斯坦電力設備短缺問題，該國存在電力缺口，具備電力外受需求。

塔吉克斯坦政府也在大力發展電力基礎設施，包括建設水電站、輸電線路以及改造現有電站，并有著明確的開發水電的戰略和規劃。

2.3 巴基斯坦

巴基斯坦電網主要特征包括：一是電網為南北縱向網絡；二是巴基斯坦水力發電主要在北部地區，火力發電主要在南部地區，中部地區電源項目缺乏；三是大負荷中心與主力電源距離較遠，需要遠距離為負荷中心供電；四是電力流向呈現季節性變化。

近年來，巴基斯坦經濟發展較快，電力供需不平衡是限制其經濟持續發展的最重要原因。而本地發電能力不足是導致巴基斯坦電力危機的主要原因，電力短缺導致巴全國范圍內夏季每天停電8～10 h。圖3為巴基斯坦可用裝機容量及用電負荷。預計到2020年最大負荷增長到3 082 萬kW，可用裝機容量達到2 614 萬kW，但由于其輸電和竊電損耗接近25%，屆時市場空間可以達到1 000 萬kW。遠期來看，用電負荷將達到12 000萬kW，而可用裝機容量只有9 000 萬kW，因此市場空間將擴大到3 000 萬kW。

圖3 巴基斯坦可用裝機容量及用電負荷Fig.3 Available installation and electric load in Pakistan

巴基斯坦以燃煤發電為主。由于人口眾多，為緩解遠期供電緊張問題，應從中國、中亞和西亞等方向入手，研究區外受電方案。

3 發電資源及負荷互補特性

3.1 發電資源互補特性

多能互補重點在于利用各種能源的時空特性來達到取長補短的目的。采用多種能源相互補充進行能源供應，以達到緩解能源供需矛盾、合理保護自然資源、促進生態環境良性循環的目的。通過協調各種能源的生產和傳輸，可以減少化石能源的消耗并提高能效。此外，多能互補有利于提高能源供需協調能力，推動能源清潔生產和就近消納，減少棄風、棄光、棄水限電，促進可再生能源消納，是提高能源系統綜合效率的重要抓手。

近年來，中亞各國的經濟呈穩定發展態勢，且各國清潔能源之間的互補性較強。圖4為中亞地區一天內多能互補示意圖。在年時間尺度上，夏季中亞地區風速較低，而太陽輻射強度高，且水電處于豐水期；冬季太陽輻射強度小，水電枯水期，但風力則處于全年最大水平。在日時間尺度上，每天風速較大的時間是在夜間及清晨，而太陽輻射強度在此其間水平較低；正午時，太陽光照強度最大，而風速在此期間水平較低。

圖4 中亞地區一天內多能互補示意圖Fig.4 Multi-energy complementary of intraday in Central Asia

新疆地區風光資源豐富，但是水資源不足，靈活性調峰機組也十分有限，直接導致風光的嚴重棄用。與中亞五國及巴基斯坦互聯互通，充分發揮多能互補優勢，不僅可以減少新疆火電開機，提升新疆風光消納能力，而且可以將剩余的電力輸送至巴基斯坦，以緩解當地電力不足的困境。

整體看來，新疆具有資源儲備充足、外送潛力大等優勢，可作為主要送端電源。吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦水資源豐富，由于水電易受季節性影響，所以枯水期時可作為受端消納別國可再生能源，而豐水期豐富的水資源可用來互聯調峰，實現最大程度的能源利用。哈薩克斯坦火電充足但可再生能源開發有限，其火電可作為互聯各國的共享備用。而巴基斯坦電力緊缺，是主要的受端國家。

遠期來看，新疆與中亞五國及巴基斯坦互聯互通的側重點將由各國簡單的能源互補、緩解電力緊缺轉移為清潔主導、共建共享的現代能源供應。未來，中亞五國將大規模開發其風、光、水資源，憑借其較強的互補特性，不僅可以大幅減少五國內以熱電、火電為主要電力來源國家的化石能源的使用，最大程度實現清潔替代，而且可以推動新疆可再生能源的消納，并以清潔、環保的方式解決巴基斯坦的電力不足問題。

3.2 負荷互補特性

近年來雖然新疆用電負荷也在迅速增長，2017年本地最大負荷達1 478 萬kW，但是，由于可再生能源消納機制的不完善，新疆仍然存在大量棄風、棄光現象。負荷的時空互補特性是影響可再生能源消納的重要因素，所謂區域負荷之間的時空互補特性，實質上是將不同區域的系統負荷進行轉移，以達到擴大電力系統可再生能源消納范圍的目的。

由于塔吉克斯坦、烏茲別克斯坦、土庫曼斯坦和巴基斯坦均處在東五時區，與北京時間有3 h時差。若進一步考慮新疆與我國東部地區的互聯互通影響，可充分利用負荷的時空互補特性以促進新疆可再生能源消納。圖5為處理過時差后的我國新疆、華東某地區及巴基斯坦典型日負荷曲線。由圖中可見，3個地區日負荷具有較為顯著的互補特性。

圖5 新疆、華東某地區及巴基斯坦典型日負荷曲線Fig.5 Typical daily load curves in East China,Pakistan, and Xinjiang

4 技術可行性

通過上述分析可知，新疆與中亞五國及巴基斯坦的互聯互通與全球能源互聯網發展規劃及“一帶一路”建設方針高度契合，各國相關政策也鼓勵跨國間的電力合作。充分利用新疆與中亞五國及巴基斯坦的電源和負荷時空互補特性對各國電力發展均具有積極影響。現從我國特高壓技術和電力互聯國際實踐兩方面分析新疆與中亞五國及巴基斯坦互聯互通的技術可行性。

（1）特高壓輸電技術。在特高壓輸電、電網建設和運營管理等方面，我國已取得了舉世矚目的成績和經驗。特高壓直流和交流輸電領域技術成熟領先、性能穩定可靠，為跨區乃至跨國電網的互聯互通提供可靠的技術支持。我國從2004年開始對 ± 800 kV特高壓直流輸電技術展開了深入研究，并取得了重大突破。± 800 kV直流輸電容量最高可達8 000 MW，經濟傳輸距離為2 400 km，可以為跨國互聯電網提供足夠的輸電能力。因此，特高壓輸電可作為實現新疆與中亞五國及巴基斯坦電力互聯互通骨干網架的重要技術支撐。表1為疆電外送通道。

表1 疆電外送通道
Tab.1 Power transmission channels in Xinjiang

年份 通道 電壓等級/kV 2010 新疆—西北 AC 750 2014 哈密南—鄭州 DC ± 800在建 昌吉—古泉 DC ± 1 100“十三五”規劃準東—成都 DC ± 1 100準東—皖南 DC ± 1 100哈密北—重慶 DC ± 800伊利—巴基斯坦 DC ± 800

（2）跨國跨洲互聯的國際實踐。歐洲互聯電網（European Network of Transmission System Operators for Electricity，ENTSO?E）包括歐洲大陸、北歐、波羅的海、英國、愛爾蘭5個同步電網區域，此外還有冰島和塞浦路斯2個獨立系統。ENTSO?E由34個歐洲成員國組成，主網架電壓等級為400 kV，跨國電力交易量可觀，資源優化配置能力強。俄羅斯—波羅的海的跨國互聯電網覆蓋獨立國家聯合體和波羅的海的多個國家，橫跨8個時區，是目前覆蓋面積最大的互聯電網。上述兩個多國間的電力互聯實踐皆為構建跨國互聯電網提供了基礎。此外，北美聯合互聯電網、沙漠太陽能計劃等探索先驅也為新疆與中亞五國及巴基斯坦互聯構想提供了非常重要的實踐基礎。

5 結 論

構建清潔主導、電為中心、互聯互通、共建共享的全球電力互聯系統是當前能源電力發展的總趨勢。在我國“一帶一路”建設方針的指導下，與中亞五國及巴基斯坦在電力建設、資源共享等方面進行深度合作對各國的電力發展均有著深遠的影響和巨大的意義。首先，各國毗鄰的地理位置是多國合作的“地利”；其次，從國家政策、電源及負荷互補特性和技術可行性三個方面的分析來看，新疆與中亞五國及巴基斯坦具備互聯互通的基礎條件。最后，新疆與中亞五國及巴基斯坦的互聯互通有利于實現各地區能源的綜合利用，有利于提升各地區可再生能源的消納能力，同時也可以解決巴基斯坦電力供應緊張的現狀，能夠有效地把各國的資源、技術優勢充分發揮，以實現多國雙邊多贏共贏。