“双碳”目标下宁夏构建新型电力系统的问题与建议

张泽龙，车彬，陈宝生，齐彩娟，杨燕

（国网宁夏电力有限公司经济技术研究院，宁夏 银川 750004）

0 引言

构建新型电力系统[1]对贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略[2-3]，实现碳达峰碳中和目标，助力宁夏回族自治区黄河流域生态保护和高质量发展先行区建设具有重要意义[4-5]。宁夏作为我国重要的能源电力基地和“西电东送”战略最早的送端之一，风光资源丰富，电网结构坚强，为构建新型电力系统奠定了良好的基础。宁夏回族自治区规划“十四五”新增新能源装机25 GW 以上，2022年，宁夏新能源装机占比将达到50%，超越煤电成为区内第一大电源，在全国率先面临新型电力系统建设带来的问题和挑战[6-7]，因此，亟需开展新型电力系统建设的研究与实践[8-10]。本文总结了宁夏构建新型电力系统的基础与优势，分析存在的问题，并结合宁夏电网实际提出推动新型电力系统建设的相关建议。

1 基础与优势

宁夏风光资源丰富，电网结构坚强，电力系统发展呈现“强电网、大送端、高比例新能源”的特点，为构建新型电力系统奠定了良好的基础，具有一定优势。

1.1 能源资源禀赋好

宁夏地处西北腹地，风能、太阳能资源富集，开发条件良好，新能源发展潜力巨大。根据最新发展潜力研究结果，宁夏90 m 高度、风功率密度200 W/m2以上的风能资源技术可开发量约52 GW，集中式光伏发电技术可开发量约454 GW，近期光伏发电发展潜力规模约54 GW。可再生能源资源禀赋丰厚，将为宁夏电网更好地服务地方经济发展，服务清洁低碳绿色高效的经济社会建设提供天然良机。

1.2 电网网架结构强

宁夏地区具有承东启西、连接南北、辐射周边的区位优势，是东、中部地区进入河西走廊、新疆及“一带一路”互联互通的重要枢纽，同时是国家“西电东送”重要战略基地。“十二五”以来，国家电网累计在宁投资约675 亿元，率先在全国建成750 kV 双环网骨干网架，与西北主网通过双通道、四回750 kV线路强联络，电力交换能力7 GW。宁夏东南部330 kV电网形成环网结构，北部220 kV电网形成网格状结构，110 kV 配电网形成链式结构，电力系统发展呈现“强电网、大送端、高比例新能源”的特点，充分保障了宁夏地区安全可靠供电。

1.3 电力外送能力强

宁夏作为国家“西电东送”战略重要能源基地，建成±660 kV 银东、±800 kV 灵绍两大直流并接入内蒙昭沂直流送端，外送电能力14 GW。银东直流利用小时数连续多年位于7 200 h以上，位居全国直流通道首位，是目前商业运行效率最好的跨省区直流输电工程。2021年灵绍直流利用小时数达到6 301 h，位居全国特高压直流第一。宁夏是全国首个电力外送超过内供的省级电网，“西电东送”十年累计外送电量突破500 TW·h。2021年外送电量90.4 TW·h，送出新能源18.2 TW·h，连续6年实现百亿级增长。

1.4 新能源消纳水平高

2021年宁夏新能源装机容量突破28 GW，年发电量46 TW·h，新能源利用率97.5%，位居全国前列，非水可再生能源消纳责任权重26.3%，高于国家规定指标4.3 个百分点。新能源发电量占比达到23.3%，是全国平均水平的2 倍。宁夏将发展以新能源为主体的能源电力产业作为促进高质量发展的重要抓手，加速布局光伏一体化产业链，规划“十四五”新能源装机规模达到50 GW，较“十三五”翻一番。

1.5 能源转型政策好

2022年4月27日，国家发展改革委印发了《支持宁夏建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区实施方案》，要求大力推动节能减污降碳协同增效，有力有序有效做好碳达峰工作，加快产业转型升级，高水平建设新能源综合示范区[11]。在国家能源转型发展的引领下，迫切需要加强对能源转型的统筹规划，推动能源绿色低碳发展，为宁夏“三绿”产业及上下游产业发展提供可靠支撑，助力宁夏走出一条绿色低碳的能源转型发展之路[12]。

2 存在的问题

2.1 宁夏产业结构倚重倚能，碳减排任务艰巨

宁夏经济发展长期倚重倚能，绿色发展水平较低，与全国同步达到碳达峰碳中和具有一定难度。一是宁夏人均碳排放高，“十三五”期间宁夏碳排放强度不降反升，距离国家要求的“十三五”碳排放强度下降17%的目标相距甚远，与此同时，宁夏人均GDP距离达到中等发达国家收入水平较远[13]，经济发展需求与碳减排要求矛盾突出。二是宁夏以高耗能高排放为主的产业结构尚未根本缓解，重工业占比高，高新技术产业发展缓慢，产业结构调整难度较大。三是宁夏能源结构仍以煤炭为主，2020年宁夏能源消费结构中煤炭占比80.8%，非化石能源占比11%，以煤为主的能源结构短期内难以改变[14]，通过调整能源结构降低碳排放的压力较大。四是新能源尚未形成产业优势，宁夏将清洁能源列为重点发展九大产业之一，目前还在规划建设阶段，尚未形成产业集聚优势，能源结构还需持续优化。

2.2 新能源大规模发展，电力供应保障难度大

随着新能源装机及负荷规模的不断增长，系统平衡难度持续增加，电力供应保障难度不断加大。一是风电、光伏作为波动性电源，只能提供电量，无法参与电力平衡，高比例新能源接入电网会造成系统输出功率随机波动，进而加重电网调峰频率调节负担；二是高比例新能源发电接入系统会替代部分常规机组，进一步削弱电网调节能力，给电网安全稳定运行带来全新挑战；三是受常规电源新增规模有限新能源出力“晚峰无光”“极热无风”特征影响，全网平衡面临电力、电量双缺口；四是潮流分布“南电北送”“西重东轻”格局加重，西侧通道及省际断面供电能力进入“瓶颈期”，受网内关键断面约束，局部地区电网供电能力不足，难以满足日益增长的负荷需求。

2.3 高比例新能源接入，并网消纳形势严峻

随着新能源装机规模的迅速增长，受网内调峰资源及新能源送出断面能力不足影响，未来新能源消纳形势严峻。一是由于新能源随机性、波动性大，午间时段网内调峰资源无法满足未来高占比新能源电力系统调峰需求，系统调峰资源不足；二是当前宁夏电网储能项目建设滞后，系统尚无可利用的具备长周期调节能力的大型抽水蓄能机组，同时电化学等短周期调节性储能也尚未实现规模化应用，储能调节能力尚未发掘；三是由于宁夏新能源集中并网、集中上网特征明显，目前大部分新能源通过已有公网变电站并网，并通过近区公网线路送出，未采用专用并网线路接入750 kV 变电站汇集送出，造成新能源出力集中挤占公网资源，新能源送出面临三级断面受阻，主网架对新能源承载能力普遍不足；四是宁夏可再生能源电力总量消纳责任权重及电力非水电消纳责任权重逐年提升，新能源发电量无法满足消纳责任权重分配需求。

2.4 电力系统呈现“双高”特性，安全稳定运行问题复杂

高比例可再生能源、高比例电力电子设备（以下简称“双高”）并网使得系统在运行、控制和保护方面均与传统电力系统存在差异，“双高”系统中决定系统动态行为的因素增多，特别是复杂多样化数字控制间的相互作用，既改造经典稳定性特征，又引入新型稳定性问题。一是风、光等可再生能源机组具有低惯性、弱致稳性、弱抗扰性，相比传统以常规电源为主导的系统，“双高”系统中旋转同步发电机占比降低，系统转动惯量不足，电网抗扰动能力持续下降，极端故障情况下功角、频率、电压失稳风险加剧；二是电网交直流耦合日趋紧密，“强直弱交”问题依然存在，送端多回直流集中外送，受端馈入直流落点密集，直流故障易引发电压、频率稳定问题；三是重要输电通道和枢纽变电站密集分布，安全运行风险防控难度增加。

3 建议

3.1 加快能源产业结构转型升级

加快推动能源产业结构调整，控制高耗能产业规模，发展非资源型低能耗产业，优化改进煤化工行业，加强工业节能改造，更新生产工艺和设备，提高用能效率。充分发挥宁夏风能、光伏资源优势，推进宁夏风电、光伏、储能等产业链发展，加快发展绿电制氢、绿电制氨、绿电制甲烷等化工产品的制造，全面扩大碳循环经济规模，加快建设国家新能源综合示范区。另外，不断优化终端能源消费结构，加强电能替代力度，围绕居民采暖、生产制造、交通运输和电力供应与消费、家庭电气化五大领域，聚焦燃煤自备电厂、绿色校园和农村电气化等重点项目，全面推进电能替代，提升宁夏电气化水平。

3.2 保障电力安全可靠供应

健全电力保供组织体系，严格落实防止拉闸限电“十项措施”[15]，压实保供责任，发挥保供机制作用，全力保障自治区电力可靠供应。持续加强发电侧管理，确保火电企业电煤库存使用天数保持在15 天以上，做好新投产电源、电储能设施的并网管理，保障各类电源“能并尽并、能用尽用”，充分发挥新能源保供积极作用。合理定位煤电发展，调整优化煤电结构，严控燃煤发电增量，协调好煤电与新能源的发展节奏，逐步推进煤电由主体性电源向调节性、支撑性电源转型，为新能源发展提供电量空间。强化电网调度运行和设备运维管理，密切监视电网运行情况，严禁超供电能力、稳定极限和设备能力运行，做好重要通道、枢纽变电站巡视运维，不断提升供电保障能力和突发事件应急处置能力。持续加强用户侧管理，密切跟踪重点用户、高耗能行业负荷投产及变化情况，做好负荷预测和供需平衡分析，加快推动新型电力负荷管理系统和虚拟电厂建设，持续扩大可调节负荷资源库。

3.3 提升新能源并网消纳能力

统筹考虑负荷和新能源发展趋势，科学制定项目接入系统方案，满足宁夏“十四五”新能源装机超过50 GW 的并网需求，强化电网统一调度，合理安排电网运行方式，加强省间互济和旋转备用共享机制，优化调度清洁能源，确保新能源能发尽发、能用尽用。需积极推进煤电灵活性改造，加快调峰能力建设，推动牛首山抽水蓄能电站建设及储能设施应用，不断挖掘省内调节资源，构建多元化清洁能源供应体系，合理统筹抽水蓄能和新型储能发展，推进核电及氢能的技术发展，在安全性、经济性得到解决后，有序适度开发，实现“风、光、水、核、储、氢”等各类电源协同发展。还要坚持集中式和分布式开发并举的方式，优化布局新能源开发模式，积极应用新技术，提升可开发规模，推进绿电制氢、气、热等电力多元化转换和跨能源系统利用方式。同时，加快推进宁夏电力市场建设，推动中长期市场连续运营，完善新能源市场交易机制，持续放开新能源市场化电量占比，持续开拓外送电市场，扩大新能源消纳范围、市场化消纳规模。

3.4 提高新型电力系统安全防护能力

加快地区主网架与配电网建设，支撑分布式新能源及微电网发展，实现微电网，有源配电网等新形态电网与大电网协同，持续提升地区负荷及新能源并网消纳能力。需加快构建新一代调度技术支持系统，优化调控运行辅助决策系统，建设源、网、荷、储协同互动平台，推进储能、可调节负荷等灵活性调节资源纳入电网调度运行控制体系，加强电网调度转型升级，提升电网智能感知及源、网、荷、储协调控制能力。还需推进电网设施和数字基础设施融合发展，提升电网全息感知能力和灵活控制能力，实现源、网、荷、储全要素可观、可测、可控。加强源、网、荷、储协同发展、智能调度运行、多能互补、特高压及柔性输电技术等关键技术攻关，深化对“双高”系统的本质及运行特性认识，巩固新型电力系统安全稳定“三道防线”，提升系统抵御事故风险能力。

4 结语

宁夏作为国家首个新能源综合示范区，加快建设新型电力系统是支撑实现碳达峰碳中和目标的必然选择，也是建设黄河流域生态保护和高质量发展先行区的内在要求。总结宁夏构建新型电力系统的基础与优势，结合电网发展实际，分析存在的问题，并提出推动新型电力系统建设的相关建议，为推动宁夏能源转型发展和碳达峰碳中和目标实现注入强劲动力，对推动宁夏新型电力系统建设具有一定的指导意义。