构建新型电力系统的新疆探索

9月，是新疆最好的季节。天高云淡、气候宜人，秋叶红遍万山，秋果五彩斑斓。万物缤纷的新疆，正在绽放出它最美的一面。

（来源：微信公众号“中国电力企业管理” ID：zgdlqygl 作者：翁爽 李丽萍等）

这一个9月，对于新疆，亦是一个承前启后的重要时刻。去年9月22日，习近平主席在联合国大会宣布“双碳”目标。三日后，第三次中央新疆工作座谈会在北京召开，习近平总书记指出以推进丝绸之路经济带核心区建设为驱动，把新疆自身的区域性开发战略纳入国家向西开放的总体布局中，再一次将新疆重要战略地位提上了一个新高度。如今，两项来自中央的重大决策部署的发布已满周年，如何行动，正为世人所期待。

作为我国重要的能源基地，新疆的区域发展，注定与推动“双碳”目标紧密相连。新疆是能源大省，亿万年的自然资源积累，让新疆拥有了“两黑一白”（煤炭、石油和棉花）的宝藏；科技进步的助力，更让新疆丰富的新能源有了“用武之地”。推动碳达峰、碳中和目标在疆落地，是落实新时代党的治疆方略，加大能源资源优势转化的创新实践，而其中的关键任务，便是构建以新能源为主体的新型电力系统。国网新疆电力有限公司以一个责任央企的战略眼光，先行先试，探路新型电力系统。这一实践探索既是新疆落实国家能源安全新战略，保障国家能源可靠供应的重要举措，也是构建新发展格局，促进新疆经济社会高质量发展的重要引擎。凭借着“风光”优势，新疆正在迎来属于自己的能源新时代。

立足新疆特色探索新疆方案

新疆能源资源储量大、品质优、种类集全、开发条件好，且互补性强，堪称一座大型能源“聚宝盆”。

这里富煤。准东、准北、准南、三塘湖、吐哈、伊犁、尤鲁吐司、焉誉和塔北九大煤田预测储量达l.64万亿吨，约占全国煤炭预测总储量的40%，位居全国第一。

这里多油。塔里木、克拉玛依、吐哈三大油田，是西气东输的气源地，其中克拉玛依老油田探出10亿吨级超巨型油田，储量仅次于大庆油田。

这里“风光无限”。风电和光伏资源储量均为全国第二，新能源资源储量合计全国第一。“三山夹两盆”的特殊地形，造就了塔城老风口、额尔齐斯河谷西部风区、准格尔盆地风区等九大风区，其风力资源相当于五个半三峡电站；太阳能年日照时间长、辐射总量高，拥有全域光伏，其中包含5个太阳能I类资源区（乌鲁木齐、伊犁、昌吉、克拉玛依、石河子）。

同时，这里还有广大未利用的土地，新疆地域广袤，三大盆地内地势平坦，为新能源大规模开发提供了良好条件。

九大煤电基地、九大风区、三大油气基地和全域光伏，被称为“九九三全”，使新疆成为我国十分重要的能源接续区和战略性能源储备区。

新疆丰富的新能源资源，无疑是其构建新型电力系统最重要的物质基础，但以风光为主体的新型电力系统，还有一个资源要素必不可少，即具有调节能力的灵活性电源。调节能力不足是我国电力系统长期存在的关键短板，相对于传统电力系统，新型电力系统对于灵活性的需求大幅增长。对此，新疆抽水蓄能开发优势将为电力系统调节能力贡献重要力量。

抽水蓄能电站是当前我国技术最为成熟、最具经济性的灵活电源。新疆抽水蓄能可开发技术条件好、潜力大，根据国家抽蓄中长期发展规划，新疆抽水蓄能电站储备规模为3660万千瓦，将为新疆新型电力系统建设提供有力支撑。

近年来，新疆抽水蓄能电站建设正在加速推进中。2016年12月，新疆首座抽水蓄能电站——阜康抽水蓄能电站开工，目前已进入主体工程土建施工的高峰期。该电站装机容量120万千瓦，设计年抽水用电量32.13亿千瓦时，发电量24.1亿千瓦时，预计2023年首台机组建成投运；2019年1月，新疆哈密抽水蓄能电站开工建设，这是继阜康抽水蓄能电站后，新疆开工建设的第二座抽水蓄能电站。该电站装机容量120万千瓦，设计年发电量13.68亿千瓦时，设计年抽水电量18.23亿千瓦时。两座抽水蓄能电站建成后，将在电力系统中承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用任务，并可为系统提供大容量的储能服务，促进新疆风电、太阳能发电等大规模发展，提高“疆电外送”输送能力，为改善新疆电源结构，保障电网安全运行发挥重要作用。

在碳中和目标推动下，“新能源+储能”模式被寄予厚望。但在抽水蓄能开发资源有限、电化学储能技术经济性尚待提升、氢能尚未大规模发展的当前，“新能源+储能”模式难以解决长时间、季节性的保安问题和调节问题。如何保障能源供应安全，是构建新型电力系统面临的最大挑战。

最近，最热衷于探索应对气候变化、推进绿色低碳转型的欧洲正在遭遇能源危机，天然气、电力价格一路飙升，伴随着冬季即将来临，欧洲各国消费者陷入恐慌之中。欧洲能源危机为全球能源安全敲响了警钟。由于对新能源依赖持续提升，传统能源投资不断下降，电源结构逐渐趋向单一化，欧洲的“能源三角”正在失衡。而我国从8月底开始萌发的限电现象中，电煤供应不足、传统能源支撑乏力也是导致限电的重要因素。

种种现实困境或可表明，构建新型电力系统，远景可期，但在起步期，需要面对许多互相掣肘的命题。也正因如此，在新型电力系统之中，新能源与传统能源绝非零和博弈，以新能源为主体，并不意味着不需要传统能源。煤电利用成本低、出力稳定的优势不容忽视，但其高碳特征又与降碳要求相悖。“煤电兜底”与“绿色低碳”是否能够在新型电力系统中和谐共处？国网新疆电力有限公司董事长、党委书记谢永胜针对新疆的资源禀赋，提出了解决当前矛盾、具有新疆特色的过渡措施：推动煤电清洁高效利用，加快煤电+CCS的研究与应用。

“当前新疆还处于工业化发展阶段，经济发展任务艰巨，能源生产和消费还将持续增长，特别是能源电力行业既承担着新疆本地区电力供应责任，又承担着中东部电力供应任务，能源电力降碳减排压力巨大。在这种背景下快速构建新能源为主体的电力系统难度较大，推动煤电清洁利用是当前低碳转型的现实路径。CCS装置可以捕获90%的碳排放量，在燃煤电厂加装CCS装置可实现煤电机组的低碳化。全球碳捕捉与封存技术发展已有45年之久，煤电+CCS是同时确保用能安全与减少排放的有效手段，对于电力系统实现长期二氧化碳深度减排将发挥重要作用。”谢永胜说。

在新疆，塔里木盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地等具备良好的二氧化碳地质封存条件，封存潜力巨大。经测算，新疆碳永久封存潜力达1110亿吨，如果按2020年碳排放量4.92亿吨来测算，火力发电碳排放量为2亿吨/年，暂按此估算2060年前碳排放量为246亿吨，火力发电碳排放量为100亿吨，远远小于新疆地质封存潜力，可实现2060年前零碳排放，其地质封存潜力可满足2060年前零碳排放。

“总的来说，新疆是以新能源为主体有基础，兜底保障资源开发有条件，支撑调节资源建设有潜力，在构建新型电力系统方面具有得天独厚的优势。”谢永胜说。

新技术助力南北互济

电力系统变革是世界性难题。高比例新能源电力系统的强不确定性、弱可控性是全球构建绿色能源系统面临的共同挑战。作为国家电网构建新型电力系统的示范区之一，新疆构建新型电力系统的探索不仅要面对以上普遍性挑战，还要解决当地特有的难题。

新疆幅员辽阔，各地负荷中心相距近则几百公里，远则上千公里。横贯东西的天山山脉把新疆分为了南疆和北疆两部分。从北疆的乌鲁木齐飞往南疆的喀什，一路经过绿洲、湖泊、平原、雪山、戈壁、沙漠，可以清晰地看出南北疆的环境差异：北疆气候较为湿润，雨水充沛，植被生长好，拥有大片草原；南疆干旱少雨、植被稀少、生态脆弱、沙漠化程度高。

气候环境的差异也造就了南北疆不同的资源禀赋和负荷特点：北疆不仅煤炭资源丰富，还拥有优质的抽水蓄能开发条件，新能源、传统能源、调节资源一应俱全，经济发达、负荷高，乌昌石经济中心用电负荷占据全疆负荷三分之二左右；南疆新能源丰富，尤其是太阳能资源为全疆之首，但资源较为单一且开发利用相对滞后。过去，南疆经济发展动力不足，但未来，随着喀什经济开发区加速发展，可能成为新疆又一大负荷中心。

对于气候特征复杂多样、地区间资源禀赋差异大的新疆而言，对电源开发进行分区布局和规划，便于发挥风光进行跨时空互补特性，使各种电源之间相互补偿，可实现综合效益的最大化。尤其是解决南疆电力应急保障问题，是新疆构建新型电力系统的重中之重。

“南疆城乡围绕绿洲发展，地州之间、城乡之间跨度大，负荷分散，电网建设投资大、任务重、效益小。且南疆电力基础设施起步晚，各级电网正处于快速发展阶段。同时，南疆煤炭资源相对匮乏，且分布不均衡，煤炭价格高，导致煤电运营成本高，传统支撑电源不足，系统调节能力有限，南疆电力供应保障问题日趋凸显。”新疆电力经研院能源发展研究中心副主任陈伟伟说。

南疆的资源禀赋决定了其电力系统以光伏为主体，但光伏的出力特性与负荷时序不匹配。“光伏‘晚峰无光’是其应用的主要弊端，加之南疆冬季负荷增长迅猛，冬季光资源量却是全年最低水平，电源出力与负荷曲线不匹配，有限的水电资源在冬季也面临枯水期，并受春灌约束，冬季晚间南疆电力供应保障问题尤为严峻，这导致南疆与主电网通道潮流多变、波动大，呈现‘一日即四季’特性，严重影响了新能源的接纳能力。”陈伟伟表示。

2019年，南疆地区的弃光率一度高达14%，白天消纳不掉，晚上供应不足，居高不下的弃电率让新疆新能源开发一度亮起了“红灯”，严重制约着新能源的发展和清洁电能的利用。针对南疆电网支撑能力不足、消纳难等问题，国网新疆电力借鉴国内外新能源发展模式，充分发挥储能的快速“吞吐”特性和时空转移特性，提出发展“电网+新能源+储能”模式。

2019年2月19日，新疆维吾尔自治区发改委印发《关于在全疆开展发电侧储能电站建设试点的通知》，旨在增强新疆电力系统调峰备用容量，促进新能源消纳。《通知》指出，全疆储能电站布局要向和田、喀什与克州三地州倾斜；2020年5月6日，新疆发改委下发《关于做好2020年风电、光伏发电项目建设有关工作的通知》，其中强调继续推进南疆光伏侧储能和新能源汇集站集中式储能试点项目的建设。

南疆光储政策的出台，为储能产业打开了一个巨大的窗口，新疆由此也一跃成为中国储能应用的主阵地之一。

昆仑山东北麓，塔里木盆地西缘，喀什英吉沙县坐落着中广核英吉沙光伏发电一电站。记者来到该电站实地探访了与其配套的储能项目。该项目是新疆自治区首批光伏电站发电侧储能试点项目之一，项目于2019年10月8日正式启动，12月26日建成投运，是新疆首批试点中“第一个开工、第一个投运”的光储项目。该光伏电站总装机规模为20兆瓦，储能电站装机规模为3兆瓦/6兆瓦时。站长刘亮山告诉记者，配置储能后，电站每年增发电量100小时，可增加约200万元收入，并有效解决了弃电问题。

2020年初，颇受业内期待的新疆光伏储能试点项目陆续进入并网阶段。新疆发改委发布数据显示，2020年1~9月，新疆光伏发电利用率不断提升，光伏发电整体运行情况良好，累计光伏利用率95.5%，同比上升了4.4个百分点。该年度9月，新疆光伏发电利用率94.4%，同比上升2.5个百分点。

伴随着储能技术的快速应用，南疆新能源开发和消纳还有很大的提升空间。据测算，如基于传统“新能源+电网”模式，到2025年南疆新能源装机容量543万千瓦，“十四五”新增新能源空间为140万千瓦。但若依托储能的调峰、调频特性，在南疆布局“电网+新能源+储能”发展模式，以配套建设150万千瓦/2小时储能计，到2025年南疆新能源装机容量可达1300万千瓦，在确保南疆主电网按照规划时序建设的情况下，“十四五”南疆新增新能源空间为900万千瓦。

在新能源+储能的基础上，国网新疆电力进一步积极推广新能源+储能+调相机模式。调相机有电网“稳定卫士”之称，能够保证电网运行平稳可靠，可以解决无功与电压问题，起到“定海神针”的作用。“如果电网是高速公路的话，可靠性电源对电网的支撑就像是高速公路底下的桥墩子，如果桥墩薄弱就难以支撑新能源的大幅发展，而调相机技术的作用在于能够提供一部分桥墩的支撑功能。”谢永胜表示。

2019年10月26日，新疆电网首台300兆乏同步调相机在±800千伏哈密天山换流站成功并网。新疆哈密天山±800千伏换流站位于新疆至西北联网通道上，通道为长链式电网结构，电气距离较长，换流站近区交流系统相对薄弱，加上沿途汇集大量风电、光伏等新能源电力，因而直流故障后的变电站和换流站交流母线电压控制问题较为突出。哈密天山换流站特高压、远距离直流输电等运行特性，对系统动态无功支撑能力要求极为严格，系统必须配备足够的动态无功备用容量。哈密天山换流站调相机工程建设后可为哈密天山换流站送端提供有力的动态无功支撑，有效提高送端电网直流输电能力，提升新能源消纳比例，确保电网的安全稳定运行。

未来，随着新疆南北之间更加频繁的互动和更大规模的电力互济，国网新疆电力将积极推广“新能源+储能+调相机”模式在更大范围的应用。“在南北疆关键的联络线上，未来南疆白天光伏大发时往北疆送电，夜间南疆光伏停止出力时要靠北疆向南疆送电。南北疆一天内发生多次的潮流反转，对交流系统会造成巨大冲击。如果有储能和调相机技术的支撑，无论是昼夜变化还是季节更替，南北疆的互济都可以更平稳、更从容。”新疆电力经研院企业管理与战略研究中心副主任李海峰说。

三大能源基地聚合最强外送

我国的能源资源禀赋，决定了我国“由西向东、自北向南”的总体能源流向。随着“双碳”目标推进速度的加快，东中部地区新能源资源有限，电力缺口将持续扩大，需要以新疆为代表的西北能源基地的资源禀赋支撑东中部地区新型电力系统的建设。因此，新疆构建以新能源为主体的新型电力系统不仅对本地影响重大，对全国也具有典型示范意义。

近日，新疆维吾尔自治区发改委发布《新疆维吾尔自治区国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，《纲要》指出，将打造三个千万千瓦级新能源基地，即建成准东千万千瓦级新能源基地、推进建设哈密北千万千瓦级新能源基地和环南疆塔里木千万千瓦级清洁能源供应保障区。

围绕三个新能源基地建设，国网新疆电力积极谋篇布局。在新疆构建新型电力系统的顶层设计中，其中的一个重点任务便是“保内供、强外送”，具体来说，便是保障疆内能源电力可靠供应、扩大“疆电外送”和北南互济，南疆侧重喀克和新能源基地“保内供”、环塔里木南部新能源基地“强外送”，北疆侧重围绕乌昌石负荷中心和准东、哈密、准北等新能源基地开发，加快优化完善疆内各级电网，打造坚强智能网架。

近年来，新疆电网不断优化网架结构，持续加快补强750千伏骨干网架，已建成“内供四环网、外送四通道”电网网架，国家能源资源陆上大通道规模初显，疆电外送能力持续扩大。

清洁外送，风光电是根本，火电是支撑。在当前“疆电外送”的格局中，三大能源基地中的哈密与准东是大送端，两地能源资源密集且具有多样性，能源资源组合开发优势明显，打捆风光火，通过空中电力高速公路，将清洁电能源源不断地输送到祖国腹地。

2010年，新疆建成“疆电外送”第一通道哈密至敦煌750千伏输变电工程，自此新疆电网与全国电网相连，拉开“疆电外送”的序幕；2013年6月，新疆与西北主网联网的750千伏第二通道建成投运；2014年1月，哈密—郑州±800千伏特高压直流输电工程投运，成为连接西部边疆与中原地区的“电力丝绸之路”；2019年9月，蜿蜒3000余公里的准东—皖南±1100千伏特高压直流输电工程投运，至此形成了“疆电外送”四通道主网架格局。“疆电外送”能力达到2400万千瓦以上。数据显示，自2010年实施“疆电外送”以来，新疆累计输送新能源电量逾3000亿千瓦时。今年年初，受寒冷气候影响，用电负荷急剧攀升，新疆昌吉准东至安徽古泉±1100千伏特高压直流输电工程开始大功率运行，每天约1.9亿千瓦时新疆电能通过这条通道输送至华东电网。

位于南疆的环塔里木清洁能源基地则是全疆太阳能资源最丰富的地区，由于海拔高，该地区光照长，太阳辐射数据稳定，其中光照条件以昆仑山脉、喀什地区和和田南部区域最为突出，同时南疆拥有大量未利用土地，为大规模开发太阳能资源创造了条件。“南疆要在保内供的基础上加强外送，我们下一步正在加快研究通过优化网架结构，运用电网柔直技术等，建设疆内交直流混联电网来增加调节能力，实现南北互济，支撑南疆新能源发展。”谢永胜说。

为满足南疆负荷增长和电力送出需求，“十四五”期间国网新疆电力规划建设环塔里木东部南部、库车-阿拉尔-巴楚相关750千伏工程以及若羌-青海花土沟750千伏输变电工程，届时南疆与主电网电力交换能力提升至500万千瓦，南疆四地州与新疆主电网的电力交换能力将达到430万千瓦。预计“十四五”时期，新疆电网投资超1000亿元，建成“内供七环网、外送六通道”主网架格局，来自新疆的能源将为更多地区提供可靠电力保障。

一切过往，皆为序章。构建新型电力系统是一篇大文章，也是一篇新文章。起笔新型电力系统，是国网新疆电力洞察当下与未来、局部与全局的战略智慧。这片丰厚肥沃的“试验田”将带给我们怎样的启发，尚需时间来回答，但可以肯定的是，有关新型电力系统的鸿篇巨制中，新疆的探索与实践，必定是其中可圈可点的一页篇章。

本文刊载于《中国电力企业管理》2021年09期，作者翁爽、李丽萍系本刊记者，李易峰系本刊特约撰稿人