新疆与中亚五国及巴基斯坦电网互联基础条件分析

李 恒，孙伟卿

（上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093）

新疆是“一带一路”倡议中丝绸之路经济带的重要枢纽和全球能源互联网战略中跨国电网互联的关键节点。我国的能源与电力负荷呈逆向分布，包括新疆在内的国内许多地区的可再生能源装机容量已经超过了本地消纳可再生能源的最大能力，导致弃风弃光问题突出。为了解决该问题，以输送电力为重要导向的电网建设将成为未来电网发展的趋势。

“一带一路”经济带上中亚五国及巴基斯坦等国的资源和负荷需求禀赋不同，使得各国之间具有电力互联互通的需求。我国新疆具备丰富的风光资源，但弃风弃光问题严重，周边的中亚五国清洁能源资源丰富，与新疆互补性强，而巴基斯坦地区存在电力紧缺问题，因此电网互联互通潜力大。在我国“一带一路”倡议指导下，采用特高压交直流技术建设新疆与中亚五国及巴基斯坦的跨境电力互联网，不仅能够充分发挥各国资源优势，而且可以提高电网消纳可再生能源的能力，从而大大减少化石能源的使用。

文献［9–10］从中亚五国发电设施建设情况和各国间可再生能源的发展前景入手，介绍了中亚五国电网现状以及电力需求情况，并对各国电力合作开发的机遇与风险进行了分析；文献［11］中提出将我国新疆富余的新能源电力用特高压直流线路送往阿拉伯地区，构建中阿“新能源电力丝路”，对中阿互联线路进行了投资估算，并对中阿电网互联的实践性进行了探讨，表明建设中阿互联电网的时机已成熟，电网互联后对中阿两国的经济和社会效益具有显著影响。

跨国互联电网的发展将带来多方面好处：一是促进各国可再生能源的发展与合作；二是降低系统的备用，促进多种能源跨国互补互济，提升可再生能源消纳能力和能源利用效率，并且降低电力系统发电成本；三是保障满足各国电力需求，增强电网的安全可靠性。本文从我国对跨国电力互联互通的相关政策入手进行分析，介绍新疆、中亚五国及巴基斯坦的资源和负荷需求禀赋、能源结构以及电力供应现状。基于此，从电源多能互补及负荷时空互补特性方面分析跨国电力互联的近期及远期优势。最后，从我国特高压技术优势及当前跨国互联的实践依据分析新疆、中亚五国及巴基斯坦互联互通的可行性。

1 我国相关政策分析

电力跨国互联是电力合作与竞争的共存形式。在建立电力跨国互联系统时，政府的直接参与主要是基于本地的能源利用和各国间的电力交换角度考虑，促进各国合作以寻求长远利益。

2013年，习近平同志在访问中亚和印度尼西亚期间提出了“一带一路”倡议。“一带一路”是连接亚欧的桥梁与纽带，是推动亚欧共同发展的重要方针。“一带一路”涉及范围包括中亚、南亚、西亚及欧洲、非洲的一些国家。并在《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》中强调“加强能源基础设施互联互通合作，推进跨境电力与输电通道建设，积极开展区域电网升级改造合作”，为新疆与中亚五国及巴基斯坦互联电网的规划和建设带来了重大机遇。

2015年9月26日，习近平主席在纽约联合国发展峰会上正式宣布：“中国倡议探讨构建全球能源互联网，推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求”。舒印彪董事长在亚太经合组织（APEC）工商领导人峰会上指出，中国与邻国之间的互联互通有三个关键点：一是丝绸之路经济带输电走廊，建设从中国新疆到中亚五国的输电通道；二是俄罗斯和蒙古国对中国的输电通道；三是与南部邻国联网通道。全球能源互联网的建设与“一带一路”建设相辅相成，已成为“一带一路”建设实施的重要举措，这为我国西部地区可再生能源的跨境外送提供了良好的机遇和巨大的市场。

“十三五”期间，我国政府继续鼓励和支持新疆电网建设，尤其是围绕“三基地一通道”，大力推进与新疆连接的特高压交直流输电网架建设，增加疆电外送输电能力，致力于把新疆建设成为与我国东部和邻国互联互通的“电力丝绸之路”。

以上这些都说明，以新疆为落足点，建设我国与中亚五国以及巴基斯坦之间的互联电网，实现“一带一路”经济带内可再生能源的大规模开发与广域消纳，是我国能源发展的必由之路。

2 区域电网现状分析

2.1 我国新疆

新疆地区煤炭、风能、太阳能资源丰富，具备大规模开发条件，且风电、光电发展迅猛，但弃风弃光现象尤为严重。截至2017年10月底，新疆电力装机容量达到8 057.3 万kW，其中：风电1 835.4 万kW，占22.8%；太阳能907.6 万kW，占11.3%。图1为2013—2017年新疆风电、光电装机容量。

图1 新疆风电、光电装机容量Fig.1 Installed capacity of wind and solar in Xinjiang

目前，新疆电网的峰谷差率高达30%左右，并且呈现出不断增大的态势。电力负荷呈现明显的时变特点，调节常规电源功率输出来跟踪负荷变化是系统平衡运行的原则。对于可再生能源大规模并入的新疆电网而言，由于风、光资源自身的特点，其出力较强的不确定性使得灵活性机组不仅要跟随负荷变化，还需要平衡可再生能源输出功率的波动。当可再生能源的出力超过系统的灵活调节范围时，必须对其输出进行控制以保证系统的动态平衡，此时就会产生弃风弃光。目前，新疆灵活性机组的调节能力尚无法达到可再生能源调节的需求。图2为2015—2017年新疆弃风、弃光情况。2017年1～10月，弃风电量达到112.8亿kW·h，弃风率高达29.2%；弃光电量为23.6亿kW·h，弃光率达21.0%。

图2 新疆弃风、弃光情况Fig.2 Wind power curtailment and photovoltaic power curtailment condition in Xinjiang

为解决新疆可再生能源大量废弃的问题，应加快构建疆电外送通道，合理利用各国资源的互补特性，使多种能源的联合输出变得平稳，进而提升可再生能源的利用率。

2.2 中亚五国

2.2.1 哈萨克斯坦

哈萨克斯坦拥有丰富的煤炭资源，另外，其风能资源较为丰富，但开发有限。目前，其电力主要来源为煤炭、天然气等化石能源，还有少量电力来自于水力发电站。电力总装机容量19 000 MW，其中火电15 817 MW；燃气涡轮发电站916.1 MW，占总装机容量的4.8%；水电站2 259.6 MW，占总装机容量的11.9%。

近年来，哈萨克斯坦的经济发展较快，电力需求不断增长。但电力产业的发展速度相对缓慢，国内虽然具备丰富的水资源和风能，但受开发的限制仍存在电力缺口，特别是哈萨克斯坦南部的电力供应不足问题将日益严峻。哈政府已逐步制定一系列加大电力工业发展的政策，尤其是在可再生能源发电的电力项目上，哈政府投资政策十分积极，这也为跨国互联提供了良好机遇。

2.2.2 吉尔吉斯斯坦

吉尔吉斯斯坦国内有众多的河流和湖泊，水能资源极其丰富，在独立国家联合体成员国中仅次于俄罗斯和塔吉克斯坦，但目前已开发利用的水资源仅为总量的10%左右，具备巨大的开发潜力。吉尔吉斯斯坦的电力总装机容量为3 748 MW，其中水电是主要电力来源，占总装机容量的80.8%。其电力总装机容量基本能够满足本地工、农业生产的需求。预计2020年最大负荷将达到6 000 MW，用电量年最大增长速率能够达到6.3%左右。

近年来，吉尔吉斯斯坦将水电开发作为国家优先发展战略，鼓励水电项目投资。但水资源的季节特性明显，因此需要与别国资源互济互补。

2.2.3 乌兹别克斯坦

乌兹别克斯坦具有较为丰富的可再生能源资源，其中，开发潜力最大的是太阳能。夏季日平均有效日照超过10 h，但目前风、光的使用效率较低。这主要是由于其发电成本高于天然气，而当地政府也缺少对可再生能源发展利用的相关政策和规划。

目前，乌兹别克斯坦电力以热电为主。国内总装机容量超过12 400 MW，热电占88.2%，水电占11.8%。除了满足本国需求外，还有部分剩余电力可出口到中亚其他国家。预计到2020年全国年最大负荷将达到16 000 MW，用电量将突破900 亿kW·h。

2.2.4 土库曼斯坦

土库曼斯坦油气资源丰富，水资源稀缺，太阳能资源较为丰富，夏季白天时间最长可达16 h，但由于热能和天然气的超低价格阻碍了光伏项目的投资建设。该国具备较为丰富的电力资源，且具备一定向外输送电的能力。现有电站的总装机容量为4 850.9 MW，主要为燃气、燃煤、燃油机组，而水电装机容量仅有1.2 MW。按照年最大负荷增长率6.0%增长，预计到2020年该国年最大负荷将达到5 500 MW，用电量将突破300 亿kW·h。

由于土库曼斯坦国土的80%被沙漠覆盖，具备很好的光伏和风力发电的基础条件，土库曼斯坦计划制造大型风能太阳能混合系统，且近两年来经济合作与发展组织和欧洲安全与合作组织均针对土国可再生能源的发展举行了研讨会，研究该国太阳能发展战略的最佳实践方案，计划到2020年实现年出口电力60亿kW·h。

2.2.5 塔吉克斯坦

塔吉克斯坦电力总装机容量为5 408 MW。该国具备丰富的风、光、水资源，且具备大规模开发利用的可能性。该国的电力负荷正以每年5%～6%的速度增长，预计到2020年最大负荷将达到6 300 MW，用电量将突破340 亿kW·h。由于塔吉克斯坦电力设备短缺问题，该国存在电力缺口，具备电力外受需求。

塔吉克斯坦政府也在大力发展电力基础设施，包括建设水电站、输电线路以及改造现有电站，并有着明确的开发水电的战略和规划。

2.3 巴基斯坦

巴基斯坦电网主要特征包括：一是电网为南北纵向网络；二是巴基斯坦水力发电主要在北部地区，火力发电主要在南部地区，中部地区电源项目缺乏；三是大负荷中心与主力电源距离较远，需要远距离为负荷中心供电；四是电力流向呈现季节性变化。

近年来，巴基斯坦经济发展较快，电力供需不平衡是限制其经济持续发展的最重要原因。而本地发电能力不足是导致巴基斯坦电力危机的主要原因，电力短缺导致巴全国范围内夏季每天停电8～10 h。图3为巴基斯坦可用装机容量及用电负荷。预计到2020年最大负荷增长到3 082 万kW，可用装机容量达到2 614 万kW，但由于其输电和窃电损耗接近25%，届时市场空间可以达到1 000 万kW。远期来看，用电负荷将达到12 000万kW，而可用装机容量只有9 000 万kW，因此市场空间将扩大到3 000 万kW。

图3 巴基斯坦可用装机容量及用电负荷Fig.3 Available installation and electric load in Pakistan

巴基斯坦以燃煤发电为主。由于人口众多，为缓解远期供电紧张问题，应从中国、中亚和西亚等方向入手，研究区外受电方案。

3 发电资源及负荷互补特性

3.1 发电资源互补特性

多能互补重点在于利用各种能源的时空特性来达到取长补短的目的。采用多种能源相互补充进行能源供应，以达到缓解能源供需矛盾、合理保护自然资源、促进生态环境良性循环的目的。通过协调各种能源的生产和传输，可以减少化石能源的消耗并提高能效。此外，多能互补有利于提高能源供需协调能力，推动能源清洁生产和就近消纳，减少弃风、弃光、弃水限电，促进可再生能源消纳，是提高能源系统综合效率的重要抓手。

近年来，中亚各国的经济呈稳定发展态势，且各国清洁能源之间的互补性较强。图4为中亚地区一天内多能互补示意图。在年时间尺度上，夏季中亚地区风速较低，而太阳辐射强度高，且水电处于丰水期；冬季太阳辐射强度小，水电枯水期，但风力则处于全年最大水平。在日时间尺度上，每天风速较大的时间是在夜间及清晨，而太阳辐射强度在此其间水平较低；正午时，太阳光照强度最大，而风速在此期间水平较低。

图4 中亚地区一天内多能互补示意图Fig.4 Multi-energy complementary of intraday in Central Asia

新疆地区风光资源丰富，但是水资源不足，灵活性调峰机组也十分有限，直接导致风光的严重弃用。与中亚五国及巴基斯坦互联互通，充分发挥多能互补优势，不仅可以减少新疆火电开机，提升新疆风光消纳能力，而且可以将剩余的电力输送至巴基斯坦，以缓解当地电力不足的困境。

整体看来，新疆具有资源储备充足、外送潜力大等优势，可作为主要送端电源。吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦水资源丰富，由于水电易受季节性影响，所以枯水期时可作为受端消纳别国可再生能源，而丰水期丰富的水资源可用来互联调峰，实现最大程度的能源利用。哈萨克斯坦火电充足但可再生能源开发有限，其火电可作为互联各国的共享备用。而巴基斯坦电力紧缺，是主要的受端国家。

远期来看，新疆与中亚五国及巴基斯坦互联互通的侧重点将由各国简单的能源互补、缓解电力紧缺转移为清洁主导、共建共享的现代能源供应。未来，中亚五国将大规模开发其风、光、水资源，凭借其较强的互补特性，不仅可以大幅减少五国内以热电、火电为主要电力来源国家的化石能源的使用，最大程度实现清洁替代，而且可以推动新疆可再生能源的消纳，并以清洁、环保的方式解决巴基斯坦的电力不足问题。

3.2 负荷互补特性

近年来虽然新疆用电负荷也在迅速增长，2017年本地最大负荷达1 478 万kW，但是，由于可再生能源消纳机制的不完善，新疆仍然存在大量弃风、弃光现象。负荷的时空互补特性是影响可再生能源消纳的重要因素，所谓区域负荷之间的时空互补特性，实质上是将不同区域的系统负荷进行转移，以达到扩大电力系统可再生能源消纳范围的目的。

由于塔吉克斯坦、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦和巴基斯坦均处在东五时区，与北京时间有3 h时差。若进一步考虑新疆与我国东部地区的互联互通影响，可充分利用负荷的时空互补特性以促进新疆可再生能源消纳。图5为处理过时差后的我国新疆、华东某地区及巴基斯坦典型日负荷曲线。由图中可见，3个地区日负荷具有较为显著的互补特性。

图5 新疆、华东某地区及巴基斯坦典型日负荷曲线Fig.5 Typical daily load curves in East China,Pakistan, and Xinjiang

4 技术可行性

通过上述分析可知，新疆与中亚五国及巴基斯坦的互联互通与全球能源互联网发展规划及“一带一路”建设方针高度契合，各国相关政策也鼓励跨国间的电力合作。充分利用新疆与中亚五国及巴基斯坦的电源和负荷时空互补特性对各国电力发展均具有积极影响。现从我国特高压技术和电力互联国际实践两方面分析新疆与中亚五国及巴基斯坦互联互通的技术可行性。

（1）特高压输电技术。在特高压输电、电网建设和运营管理等方面，我国已取得了举世瞩目的成绩和经验。特高压直流和交流输电领域技术成熟领先、性能稳定可靠，为跨区乃至跨国电网的互联互通提供可靠的技术支持。我国从2004年开始对 ± 800 kV特高压直流输电技术展开了深入研究，并取得了重大突破。± 800 kV直流输电容量最高可达8 000 MW，经济传输距离为2 400 km，可以为跨国互联电网提供足够的输电能力。因此，特高压输电可作为实现新疆与中亚五国及巴基斯坦电力互联互通骨干网架的重要技术支撑。表1为疆电外送通道。

表1 疆电外送通道
Tab.1 Power transmission channels in Xinjiang

年份 通道 电压等级/kV 2010 新疆—西北 AC 750 2014 哈密南—郑州 DC ± 800在建 昌吉—古泉 DC ± 1 100“十三五”规划准东—成都 DC ± 1 100准东—皖南 DC ± 1 100哈密北—重庆 DC ± 800伊利—巴基斯坦 DC ± 800

（2）跨国跨洲互联的国际实践。欧洲互联电网（European Network of Transmission System Operators for Electricity，ENTSO−E）包括欧洲大陆、北欧、波罗的海、英国、爱尔兰5个同步电网区域，此外还有冰岛和塞浦路斯2个独立系统。ENTSO−E由34个欧洲成员国组成，主网架电压等级为400 kV，跨国电力交易量可观，资源优化配置能力强。俄罗斯—波罗的海的跨国互联电网覆盖独立国家联合体和波罗的海的多个国家，横跨8个时区，是目前覆盖面积最大的互联电网。上述两个多国间的电力互联实践皆为构建跨国互联电网提供了基础。此外，北美联合互联电网、沙漠太阳能计划等探索先驱也为新疆与中亚五国及巴基斯坦互联构想提供了非常重要的实践基础。

5 结 论

构建清洁主导、电为中心、互联互通、共建共享的全球电力互联系统是当前能源电力发展的总趋势。在我国“一带一路”建设方针的指导下，与中亚五国及巴基斯坦在电力建设、资源共享等方面进行深度合作对各国的电力发展均有着深远的影响和巨大的意义。首先，各国毗邻的地理位置是多国合作的“地利”；其次，从国家政策、电源及负荷互补特性和技术可行性三个方面的分析来看，新疆与中亚五国及巴基斯坦具备互联互通的基础条件。最后，新疆与中亚五国及巴基斯坦的互联互通有利于实现各地区能源的综合利用，有利于提升各地区可再生能源的消纳能力，同时也可以解决巴基斯坦电力供应紧张的现状，能够有效地把各国的资源、技术优势充分发挥，以实现多国双边多赢共赢。