新型电力系统格局下高压直流输电角色定位探讨

实现碳达峰、碳中和目标，能源是“主战场”，电力是“主力军”。南方电网公司率先发布了建设新型电力系统行动方案白皮书，在社会各界引起了广泛关注。构建以新能源为主体的新型电力系统，是推动能源革命、保障能源供应安全的重要战略举措，也是推动电力清洁低碳发展的必然选择，对支持南方五省区及港澳地区实现碳达峰、碳中和目标，保障南方区域能源供应安全具有重要意义。

新型电力系统的显著特征是绿色高效、柔性开放、数字赋能，新能源在电源结构中占据主导地位，电网作为消纳大规模新能源的核心枢纽作用将更加显著。而高压直流输电在输电距离、输电容量、灵活性、成本等方面具有天然优势，在构建新型电力系统格局下，其发展空间将更加广阔，与此同时，也面临着诸多新挑战。

新型电力系统格局下高压直流输电角色定位分析

以高压直流输电为主形成的西电东送主网架，是南方区域能源资源跨省区高效优化配置的基础平台，在服务建设以新能源为主体的新型电力系统中将发挥关键性作用。高压直流输电将重点扮演远距离零碳送电大通道、深远海上风电并网首选技术方案、大电网安全稳定运行与电力交易坚强支撑等关键角色。

(一)我国陆上大规模新能源基地和负荷中心的逆向分布格局，必然需要依托高压直流输电大通道实现新能源远距离跨时空协同消纳。

从能源资源禀赋来看，西部12省(区、市)100米高度风能资源技术可开发量超过30亿千瓦，在全国占比接近80%；西部太阳能资源年总辐射量也远高于全国平均水平，大多处于太阳能最丰富与很丰富地带，且地广人稀，开发潜力巨大，仅西藏地区的太阳能技术可开发量就超过了1亿千瓦。我国“十四五”发展规划纲要中提出，在西部、北部等新能源资源富集地区，科学规划、布局一批以新能源为主的清洁电源基地，充分发挥西部能源资源优势。南方区域能源整体自给率低，两广地区尤为匮乏，区内新能源发展潜力有限，有必要引入区外清洁电力。

从电力需求来看，“双碳”目标下，终端能源消费“新电气化”进程逐渐加快，并逐步推进电能替代。随着“两区一港”等国家战略的深入实施，广东等南方区域“十四五”及中长期电力需求增长空间巨大，而沿海海上风电容量替代效益仅为5%(即开发1000万千瓦海上风电只能减少50万千瓦的火电装机需求)，预计广东2025年、2030年、2035年电力缺口将分别达950万千瓦、2700万千瓦、4300万千瓦。

总体来看，我国大规模新能源基地与负荷中心呈现出逆向分布的格局将长期存在，这就决定了构建新型电力系统必须依托新能源丰富地区，以“建设大基地、融入大电网”方式，坚持西电东送，促进区域协调发展。我国西藏、北方清洁能源基地等新能源开发外送潜力巨大，是潜在送电南方区域的重要电源，可依托特高压柔性直流输电大通道送至粤港澳大湾区负荷中心，在更大范围内实现大规模新能源的跨时空协同消纳。

(二)在东部沿海地区深远海风电大规模开发的发展趋势下，高压直流输电成为高效并网的首选技术方案。

中国东部海岸线长达1.8万公里，可利用海域面积广，海上风力资源储备丰富，5～50米水深、100米高度海上风电开发潜力约5亿千瓦。一般认为，在水深超过50米之后，风能密度约为近海的4倍。考虑资源潜力、消纳能力以及近海海域用地日益紧张等因素，为获取更多的风能，海上风电将逐渐向单机大容量、离岸远距离的趋势发展，预计2050年我国远海风电装机规模有望超过4000万千瓦，深远海风电并网技术路线成了关注的热点。

考虑到高压交流海缆输电距离和载荷能力的限制，无法满足远距离、大容量海上风电集中送出的要求，因此高压柔性直流输电将成为深远海风电并网重要的技术方向。南方电网公司通过西电东送20多年的发展与实践，高压直流输电技术不断取得新突破，目前已拥有自主化的大容量特高压多端柔性直流输电技术，在全球高压直流输电领域处于领先地位。因此，综合深远海风电并网的经济技术要求和工程实践经验来看，随着大规模海上风电开发离岸距离越来越远，高压柔性直流输电将成为其高效并网的首选技术方案。

(三)新型电力系统大电网安全稳定运行与统一电力市场建设，需要高压直流主网架提供坚强支撑。

高压柔性直流输电不仅适用于送端大规模新能源弱系统、无源系统的电力外送，也适用于分区电网异步互联运行，是构建柔性开放的新型电力系统的重要技术手段。同时，柔直换流站可主动为受端电网提供电压、频率支撑，进一步提升电网调节能力与灵活性，提高受端电网新能源接纳能力，现有受端常规换流站柔直化升级改造将成为提高系统安全稳定运行的重要选择。

随着统一电力市场的不断实践与完善，市场主体、交易手段、交易标的将日趋丰富，跨省区电力交易规则与电网运行方式将更加复杂，对电网的快速、灵活响应提出了更高的要求，而柔性直流具有天然的技术优势，为电力市场交易可靠执行提供重要平台支撑。

新型电力系统格局下高压直流输电面临的挑战

新能源随机性、波动性、间歇性特点显著，高比例新能源接入电网后将深刻改变传统电力系统形态、特性和机理，为适应新型电力系统发展，高压直流输电也将面临新挑战。

一是潜在送电区域新能源等电源建设时序与南方区域电力缺口不匹配对西电东送规划带来新挑战。西藏、北方等清洁能源基地电源建设周期长，建设规模与时序短期内不能满足南方区域加速发展的电力需求，且项目面临着新的、更为复杂的外部环境，进一步增加了西电东送项目规划难度。因此，需积极推动政府间签订送受电协议，争取项目尽早纳入国家规划，同时要创新规划思路，加强系统方案论证研究，比如考虑分期建设等。

二是高寒山区、深远海等新环境为高压直流工程建设带来新挑战。随着未来大规模新能源电源开发逐渐向高寒山区、深远海发展，技术上还将面临超高海拔、超大容量、多端控制、海上柔直平台轻型化等一系列新的需求，工程建设难度大大提升。因此，需提前做好技术储备，整合厂家、科研院所等内外部资源，加强核心技术攻关和主设备研制，确保高压直流输电工程如期投运。

三是新型电力系统复杂的动态特性和运行方式为高压直流主网架运维带来新挑战。高比例新能源和电力电子设备接入电网后，系统电压稳定、频率稳定、宽频振荡等问题进一步突出，直流运维需要适应越来越复杂的电网运行方式，尤其是突出的谐波谐振问题可能带来直流闭锁或停运风险，高压直流主网架运维难度将加大。因此，需加强对换流站近区谐波的预测与分析，结合设备谐波耐受能力，开展柔直换流站谐波运行边界、谐波谐振抑制技术等运维策略研究。

(作者为超高压输电公司检修试验中心副总经理)