特高壓直流主送新能源技術經濟研究

張 華，李中烜，肖 瑩，孫海森

（國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院，南京 210008）

0 引言

從當前我國社會發展情況不難看出，在西北部地區清潔能源基地，特高壓直流通道的應用能夠實現不同能源之間的聯合互補外送，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展。因此，根據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展，可以實現清潔能源的普及與廣泛應用，減少環境污染等問題，實現人類與環境和諧發展。

1 特高壓直流主送新能源技術經濟研究背景

在如今社會快速發展的背景下，無論是國家還是人民群眾，都更加注重對環境的保護，將節約能源、減少環境污染作為自身日常生活、工作中的一項重點內容。因此，全球能源互聯網概念被提出，該項內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的發展情況可以看出，未來電力供應與電力輸送逐漸朝著清潔能源方向轉變。特高壓直流在電力大容量、遠距離運輸中發揮著不可替代的作用。我國西部地區與北部地區有著豐富的清潔能源，如風能、太陽能等，同時也規劃建設了大型風力發電基地、光伏發電基地以及燃煤發電基地等，不僅能夠實現不同資源之間的協調發展，而且在資源的聯合外送中具有一定潛力。從當前我國西部、北部地區發展中不難看出，新能源的發展速度較快。例如，甘肅省酒泉市目前已經完成千萬千瓦級別的風電基地工程建設，為整個甘肅地區甚至是青海地區提供了光電支持。在光電建設規模不斷擴大的同時，也要充分考慮到區域光電共用系統自身的輸電通道建設，還要兼顧系統的調節能力，并將其納入風電系統規劃、光電系統規劃等統籌工作，這樣才能推動我國新能源事業更好發展，確保在社會發展中能夠減少環境污染問題，為人們創造良好的環境。

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實現多能源互補輸送。風電、光電都具有間歇性、分散性特點，大規模傳輸的實現要加強對專門輸電通道的應用，但這一過程中的經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，并與輸電計劃曲線之間進行有機結合，向外打捆輸送，從而實現安全穩定運行，促使風、光的容量可以得到提升，創造更多經濟效益。在特定輸電通道容量之內，要對風電比例、光電比例做出相應調整。

（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功率靈活調整運行模式。在直流通道中并不會對送電時段進行區分，在整個工作中，直流通道要接納風、光、火的聯合處理，同時根據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的調節能力，從而保證特高壓直流輸電平穩運行［2］。如果結合分段方式，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，要對受端電網負荷特性進行全面分析，并做好直流輸電功率調整工作，與火電、送端電網調節之間實現相互配合，防止棄風、棄光的不合理問題出現，為直流輸電功率自身安全穩定運行創造便利條件。②對新能源來說，在其出力低谷也要保證受端電網負特性之間的有機結合，將直流輸電功率控制在有效范圍內，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模的基礎之上實現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，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，從而保證整個系統運行的平穩性，并且不斷提升配套火電、火電系統的調節能力。

（3）將1 年（365 天）作為1 個計算周期，根據不同時間段運行特點，結合送電曲線功率值、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，就會出現新能源廢棄電力的情況。

（5）根據經濟性原則，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、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，一天之內會呈現出多個階梯［4］。對受端電網負荷高峰時段、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，要在實現直流穩定運行的前提下選用取值較低的火電配套容量。

3.5 結論

（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］。從現階段我國電力行業的發展不難看出，無論是風電發電，還是太陽能發電，兩者都可以劃歸到高上網電價電源范疇。這種情況下，可配置較低上網電價，這樣就可以有效降低送端綜合上網電價，從而不斷提升直流通道利用效率，節約更多成本，增強特高壓直流主送新能源的市場競爭力。

（2）從現實角度看，實現特高壓系統100%輸送新能源不僅具有理論根據，還是可行的方案，特別是特高壓直流發展過程中柔性直流技術的出現，為該方案的實現提供了必要支持。未來對該技術進行不斷豐富、優化會轉變既往的直流運行方式，逐漸向交流運行方式轉變，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、輸電功率調節工作，從而對全部新能源進行輸送。

4 結語

在我國電力行業的發展過程中，要對特高壓直流主送新能源技術有正確認識，結合實際情況將其應用在不同環節，增強電力行業市場競爭力。