閩贛兩省電網異步互聯探索研究

胡 晟，鄭 春，聶更生，張雪婷

（1.國網江西省電力有限公司經濟技術研究院，江西 南昌 330043；2.江西騰達電力設計院有限公司，江西 南昌 330043）

0 引言

在“碳達峰、碳中和”發展背景下，我國持續推動能源低碳轉型發展，電網作為連接能源與消費者之間的“橋梁”，在能源轉型中起著至關重要的作用，高比例新能源的格局對電力保供提出了更高的要求，同時也對電網未來的建設和運行提出了極大的考驗。

江西省和福建省是我國華東地區的兩個相鄰省份，而兩省電網又分屬于華中和華東電網，兩省電力合作以及電網互聯，一直為相關部門所關注。早期閩贛聯網項目曾列入全國聯網規劃，實現華中、華東電網同步互聯，后因同步聯網安全性爭議導致擱置。2021年4月1日，國家電網公司董事長辛保安調研指導江西公司工作時，明確指出“要推進好江西第二條直流工作”，即閩贛直流聯網工程。2021年底國家發布“十四五”電力規劃，明確提出“研究閩贛異步聯網工程”。

閩贛聯網工程關乎華中電網與華東電網兩大區域電網相連，涉及電源布局、聯網效益、技術實現等諸多方面的問題。文中基于中長期電力需求及平衡分析，結合地區能源發展戰略，從聯網效益、功能定位、技術方案等方面提出兩省電網異步互聯，提高能源效率的探索和思考。

1 閩贛兩省供需形勢及電網特點

1.1 江西供需形勢及電網特點

根據《江西省國民經濟與社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》，“十四五”期間江西省主要經濟指標增速繼續保持全國“第一方陣”，GDP年均增速6.7%～7%左右[1]。同時，江西省目前人均用電量僅為全國平均水平的64%，電氣化率（電能占終端能源消費比重）僅為18%左右，較全國平均水平低7～8個百分點。隨著江西工業化、城鎮化加速推進，城鄉電氣化水平持續提升，人民對美好生活的追求，經濟發展用電潛力將加快釋放，電力需求將呈剛性增長。預計“十四五”、“十五五”末，江西全社會用電量將分別達到2 300、2 980億kW·h，最高負荷4 300、5 600萬kW左右[2-3]。

江西用電需求呈現夏、冬季“雙峰”形態。受亞熱帶季風性濕潤氣候影響，夏、冬兩季降溫、采暖負荷需求大，且極寒極熱時段新能源出力不穩定，全年用電最大需求出現在夏季或冬季，近年均實施了需求側響應及有序用電措施。

江西電力供應以火電為主，新能源為輔，新能源裝機占比較大。火電裝機占比56%，電煤供應需從北方內陸省份運入；水電基本已開發完畢，裝機增長空間非常有限；內陸核電暫無規劃；“十三五”期間大力發展風電、光伏，年均增長率達到49.9%、77.9%，2021年新能源裝機占比達到32.4%，風電、光伏資源為三、四類地區，風電發電利用小時數平均2 000 h左右，光伏利用小時數為1 000 h左右。

江西電網周邊電網聯絡不斷增強，江西特高壓工程投運后，江西電網通過南昌—長沙1 000 kV特高壓線路與湖南電網相連，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線路與湖北電網相連，整體送、受電能力得到大幅提高。“十四五”期間，規劃建成南昌—武漢1 000 kV特高壓線路工程，融入華中“日字型”特高壓交流環網，進一步提升江西電網與區外電網電力交換能力。

1.2 福建供需形勢及電網特點

近年來，國家出臺一系列政策持續支持福建加快發展，賦予福建省自由貿易試驗區、21世紀海上絲綢之路核心區、生態文明試驗區、福州新區、平潭綜合實驗區、自主創新示范區等“多區疊加”建設任務。2021年，習總書記來閩考察，明確提出“一個篇章”總目標、“四個更大”重要要求和四項重點任務，為福建省“十四五”期間社會經濟穩定增長指明方向，根據《福建省國民經濟與社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》，“十四五”期間福建省主要經濟指標保持較快增長，GDP年均增速6.3%左右[4]。綜合考慮福建省區域地緣及資源稟賦和產業經濟發展動能特點，預計“十四五”、“十五五”末福建全社會用電量將分別達到3 370、3 900億kW·h，最高負荷5 600、6 600萬kW左右[5-6]。

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

福建省電源結構較為多元化，保障相對充足。支撐性電源（火電、核電）裝機占比接近70%，新能源裝機占比為11%左右。大型煤電依托沿海區位優勢，電煤供應較有保障；沿海核電廠址豐富，已開發四個大型核電廠址資源（福清、福鼎、云霄、霞浦）；受臺灣海峽狹管效應影響，海上風電資源豐富；境內水系較為發達，具有一定規模的水力資源。

福建電網現與浙江聯網相連，聯絡通道由浙南（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。預計2023年將建成閩粵聯網工程，實現福建電網與廣東電網之間互補余缺，互為備用和緊急事故支援。

2 閩贛電力聯網效益分析與定位

江西與福建的用電負荷特性具有互補優勢，通過電網互聯能夠充分發揮兩省風、光資源季節性互補優勢，提升清潔能源消納總體利用率，提高電網互濟能力，節省電源建設投資，具有較好的建設效益。

2.1 錯峰互補效益

江西用電負荷為夏季、冬季“雙高峰”，福建用電負荷為夏季“單峰”，如圖1所示。根據“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kW后，還有一定電力盈余。因此，冬季江西電力緊缺時段，福建具備送電江西的能力，如圖2所示。

圖1 閩贛兩省年負荷和特性

圖2 閩贛兩省典型月份電力盈余互補情

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

煤礦的產煤處會有大量的裂縫和空隙出現，因為地質原因，這樣會使煤層之間的空隙發生變化，嚴重影響煤層之間的透氣性。而采用水力壓裂技術可改變這種情況。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，煤層與煤層之間就會產生高壓，使煤層的弱面進行延伸和擴展，同時，高壓水中的沙子會填充新出現的空隙，這樣，煤層與煤層之間的縫隙就會形成空隙網絡，提高煤層之間的透氣性，進而使煤層產生的瓦斯可以輕松轉移消散，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

閩贛兩省風光資源具有較為明顯的氣候性互補特性，江西光伏中長期發展空間大，“十四五”末預計達到2 400萬kW，“十五五”末預計達到3 680萬kW。如圖5所示，江西夏季白天光伏大發，多數月份將存在棄光現象，可考慮在棄光時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重指標考核壓力較大，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比圖

相比之下，福建海上風電發展空間大，“十四五”末預計達到1 300萬kW，“十五五”末預計達到1 800萬kW，如圖6所示，冬季盛風，供應能力充足，具備外送條件。兩省風光資源形成氣候性互補效應，江西冬季寒冷，出現全年用電負荷高峰，極端天氣下出現枯水、風機結冰等惡劣情況，電力供應早晚高峰緊張，可考慮消納福建風電盈余電力。

圖6 福建夏季、冬季典型日風電出力對比圖

2.3 緊急事故支援

江西電網冬季寒潮冰凍災害時有發生，福建電網夏季臺風自然災害頻發，電網安全穩定運行面臨較大風險，即使華中電網特高壓“日字型”環網建成，江西電網抗災害能力得到一定的提升，但華中區域氣候條件類似，冬季寒潮期間，華中四省均存在供電緊張風險。且從電網結構看，江西和福建電網分別位于華中電網和華東電網的末端，抗災害能力不足。

江西與福建聯網后，能夠大大增強兩省電網緊急事故下的支援能力，可加快電網事故后的恢復，降低運行風險，緊急事故支援互補效益顯著。

2.4 碳減排

“十四五”、“十五五”時期，江西省內盈余光伏電量送至福建省域，既能增加江西省內的新能源利用率，又能提升福建省含水可再生能源消納指標權重，助力兩省實現“雙碳”目標。根據目前兩省用電負荷預測推算，預計“十四五”末，福建2025年新增碳減排量將達到86.35～149.74萬t，江西2025年新增碳減排量將達到0.49～0.5萬t；到“十五五”末，福建新增碳減排量將達到112.47～216.23萬t，江西新增碳減排量將達到1.75～2.0萬t。

2.5 現貨市場效益

另一方面是擴大碳排放權的現貨市場，實現省間及大區域間碳排放交易，以市場化手段，以光伏、風電、核電等清潔能源為主體，通過閩贛聯網實現直接的碳排放交易，進一步提升兩省綠色低碳發展水平，加快區域的“碳中和、碳達峰”步伐，為全國早日實現“雙碳”目標貢獻力量。

3 閩贛電力聯網方案

3.1 聯網模式

福建、江西電網分屬于華東區域電網和華中區域電網，目前華東、華中區域電網彼此獨立，屬于“不同步”的兩個大型交流電網。交流聯網將帶來一系列的短路電流、暫態穩定等問題[7]，國內大電網之間聯網互濟的工程應用場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換流閥的常規直流，電壓等級低、輸送容量較小。靈寶背靠背工程是我國第一個背靠背工程，連接西北電網和華中電網，靈寶背靠背有2個單元，電壓分別120 kV、167 kV，設計容量36萬kW和75萬kW，總容量111萬kW。高嶺背靠背工程連接東北電網和華北電網，由4個換流單元構成，容量4×75萬kW。中俄背靠背連接東北電網和俄羅斯電網，容量75萬kW，直流電壓±125 kV。

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

3.2 聯網通道

“十四五”末，根據現狀規劃邊界計算平衡，江西電力缺額主要在東部、西部地區，以及贛南的吉安、贛州地區，中部地區、北部地區電力則有部分電力盈余；福建電網則呈現明顯的北電南送的特點，如圖7所示。

圖7 “十四五”末江西、福建分區電力流

從兩省電力互濟的角度出發，結合兩省電網情況，南端贛州市、龍巖市和北端上饒市、南平市可以作為聯網落點，如圖8所示。聯網通道大部分均為山區，北側通道需避開武夷山風景區，通道長度約190 km；南側通道條件相對較好，通道長度約75 km，南、北側通道設想如圖9、圖10所示。

圖8 閩贛聯網通道設想

圖9 北側通道設想

圖10 南側通道設想

4 結語

江西省和福建省是我國華東地區的兩個相鄰省份，而兩省電網又分屬于華中和華東電網，兩省電力合作以及電網互聯，一直備受關注。文中基于兩省中長期電力供需形勢，結合地區能源發展戰略，從電網互聯的功能定位，錯峰互補、新能源消納、緊急事故支援等多種效益以及技術方案實現等方面，提出了兩省電網異步互聯的探索和思考。