问题描述

我国是世界上荒漠化面积最大、受风沙危害最重的国家之一，全国荒漠化土地约占国土面积的1/4。国家提出以沙漠、戈壁、荒漠为重点建设数亿千瓦大型风光基地，推动构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系，加快能源绿色低碳转型。

由于荒漠新能源基地所在地区大多处于电网末端，电网支撑弱，经济欠发达，本地负荷小，新能源基地缺少大电网支撑，安全运行面临挑战，无法就地消纳。

为此，要将荒漠化地区改造成为绿色能源基地，亟需解决如何在缺乏电网支撑的情况下实现数亿千瓦荒漠新能源发电基地安全稳定送出的关键问题。

问题背景

习近平总书记2021年10月在《生物多样性公约》第十五次缔约方大会领导人峰会主旨讲话中提出，中国将大力发展新能源，在沙漠、戈壁、荒漠化地区加快规划建设大型风电光伏基地项目。目前，国家已先后启动三批大型风电光伏基地项目，到2030年规划建设风光基地总装机约4.55亿千瓦，其中外送约占70%。

风能和太阳能资源能量密度低、地理依赖性强，大型新能源基地开发不仅需要丰富的风光资源，也需要大规模的土地资源。我国荒漠化地区风光资源富集、土地资源丰富的“两富”特点成为集中建设新能源的有利条件。但荒漠化地区缺少大电网支撑，缺少足够消纳新能源的电力负荷的“两缺”现实也给大型新能源基地的有效开发和利用带来巨大挑战。荒漠化地区“两富两缺”的固有特点使建设大型新能源基地、采用特高压远距离外送成为荒漠新能源开发的必然选择。

现有的新能源发电均需要依赖于同步电源为其提供电压、频率支撑才能安全运行，现有与大电网弱连接的大型新能源基地经特高压输电送出系统，已出现暂态过电压和宽频带振荡等安全稳定问题。荒漠化地区的电力系统同步支撑能力更弱，如何实现弱同步或无同步支撑下大型新能源基地的安全稳定送出，目前国内外均未有成功的工程案例。探索并实证大型荒漠新能源发电基地开发及送出技术，将荒漠化地区改造成绿色能源基地，是促进我国“双碳”目标实现的重要举措。

最新进展（截止问题发布年度）

近年来，新能源发电在全球快速发展，丹麦、德国等欧洲国家陆上新能源开发以分布式为主，集中开发的海上风电场群规模在百万千瓦级别，多采用柔直送出。我国“三北”青海、甘肃、新疆等风、光资源富集地区，已建成多个千万千瓦级新能源发电基地。大型新能源发电基地的安全稳定运行及送出，是近年来研究的热点问题，并已取得了一系列研究进展。

一是主动支撑型新能源发电及自同步运行技术。荒漠化地区常规电源缺乏，电网支撑能力弱，新能源的控制和运行特性要发生根本性转变，使其从对电网安全的“被动跟随”转变为“主动支撑”。国内外学者已从拓扑和控制策略上改变了新能源发电装置原有的跟随型特性，使其具备了电压和频率的主动建立和支撑能力，也提出了基于主动支撑型新能源发电的自主运行方案，并研究了其在电网中的稳定性问题，但还未应用在实际工程中，亟待进一步的实践与研究。

二是新能源发电经高压直流输电送出技术。近年来，新能源经直流外送技术发展成熟，已在多项实际工程中得到应用，其中，天中和祁韶工程采用常规直流输电技术，张北工程采用柔性直流输电技术，昆柳龙工程则采用混合直流输电技术。新能源经直流外送系统在调试和运行过程中均出现了新的稳定性问题。通过研究和实践，揭示了新能源发电经直流外送系统的宽频带振荡与暂态过电压问题的机理及关键因素，通过对新能源发电与直流输电控制系统进行优化升级，新能源经直流外送系统的稳定性及送出能力得到了显著提升。

上述研究和实际工程，都是位于电网结构相对较强、具有一定同步电源支撑能力的地区，要在电网结构薄弱、缺乏同步支撑的荒漠化地区建设大型新能源发电基地，并实现大容量远距离安全送出，还存在以下难点与挑战：

一是如何构建荒漠化地区新能源发电基地。如何选择同时满足资源环境评估等要求、且有利于实现多能互补的大规模新能源发电基地的场址，在建设新能源基地时，如何设计有利于发挥新能源发电单元和场站性能的新能源汇集和升压模式，如何加强新能源发电自身主动支撑能力，如何选择大规模新能源经特高压直流送出的方式，如何加强特高压输电输送新能源基地适应性？破解上述矛盾，是开发缺乏电网同步支撑的荒漠化新能源发电基地的首要难题。

二是如何实现荒漠新能源基地大容量远距离安全稳定送出。首先是正常运行时，如何对新能源场站集群实施有效的控制与调节，从而保障功率的稳定送出。其次大规模新能源基地中，并网变流器、高压直流等电力电子装置占主导，呈现出高度电力电子化特性，带来了宽频带振荡、暂态过电压及连锁脱网等新的稳定问题。为实现大规模新能源基地安全送出，亟需结合新能源发电及不同输电技术特性，通过新能源基地与特高压输电系统的先进协调控制解决安全稳定运行问题。

重要意义

一是带动科技创新，为构建新型电力系统提供重要基础。大型荒漠新能源基地，是我国未来能源系统的重要支点。破解大型荒漠新能源基地开发送出的关键工程难题，必将带动关键技术突破和核心装备升级，并将形成系列规范和标准，为构建新型电力系统提供技术支撑。

二是实现资源优化配置，促进西部地区经济发展。大型荒漠新能源基地开发，是实现“西电东送”战略思想的重要举措，既能实现东西部在土地资源、绿色能源和经济社会发展等方面的优势互补，又能够促投资、稳增长，带动西部地区交通、水泥、钢材、机电制造等行业的发展。

三是加快能源绿色低碳转型，助推“双碳”目标顺利实现。在荒漠化地区开展风电光伏治沙、防风、固草，生态系统保护和修复，构建新能源发电、生态修复、荒漠治理等多位一体循环发展模式，有助于提高新能源发电项目适应性和社会收益率，对加快“三北”地区新能源开发、推动能源绿色低碳转型具有重大意义。