引言
风电巨大的白色叶片悠悠转动，太阳能组件排列整齐，辽阔的新能源基地在晴朗的蓝天白云下闪耀着清洁的光芒。电流穿过林立高塔，经过数百公里的骨干线路，源源不断地流入繁华的都市。这样壮观的景象，仿佛昭示着人类正在向可持续发展的美好未来迈进。 然而，当穿过浮光掠影走到后台，我们会发现，建设新能源大基地并非一件易事。正如买了车不一定能上路，上了路也不一定好走。空间距离所构成的阻隔，使得点与点的之间的联结化为缕糊，任何看似简单的传递都需要依靠精密的设计和复杂的系统来实现。新能源大基地的电力外送将面临诸多现实问题：首先是“距离远，损耗大”，就好比长途游轮或货轮，连接起源和目的地数千公里的航行，必然损耗大量燃油推动船只航行，数百乃至上千公里的远距离输电也必然损耗较多电量；其次是“控制细，要求高”，有如载客列车在长距离高速运行中，要保证舒适流畅，必须要有精密控制系统确保系统稳定可靠，而远距离输电系统稳定性也面临类似挑战；类似的，大基地外送在电价差异化、新能源波动匹配等方面，也面临种种无法回避的挑战。 为激发看官的灵感共谋对策，下文将尽量以类比的方式，具体分析大基地远程输电在规划建设和运行中的几个关键难题，以及潜在的思考。
一、远距离输电线路损耗大
根据电力传输基本公式，在相同电压条件下，线路阻抗与导线截面成反比，线路损耗与阻抗成正比。与医生手术过程中的血管输血类似，电力输电就是在“血管”内输送“血液”。输电线路损耗主要来源于电阻损耗和电感电容补偿损耗。按照医学知识，人体正常血液循环范围在全身，血管长度约10万公里，而电力输电线路通常超过数百乃至上千公里，远远高出血管长度。同时，医生采用的输血管道直径一般在5—10毫米，而输电的“血管”直径约在10—20厘米，导线截面积相差上百倍。 长距离输电线路损耗不仅理论上难以避免，实际工程中也存有诸多难题。以最新上线的白鹤滩—浙江±800千伏特高压直流输电工程为例，预计年输电量达到300亿度，即便是有着独步全球的特高压技术加持， 也仅能堪堪将电量损耗降低到6%以内，因此长期大规模跨越数千公里的长距离输电，必然需要承担数亿度级的线路损耗。二、交流输电稳定性要求高
交流输电的稳定运行，犹如人体精密机能的正常工作，都需要各种“器官协调”。电力系统中，当发生故障时，会出现机械能突发转化为电能的瞬时功率失衡。这就像人体运动时骨骼肌肉的瞬间负荷超过身体负重能力，需要立即“叫停”。 具体来看，电网频率稳定性由系统机械惯性决定。火力发电机组转子重量大，惯性强，可提供3—5秒的瞬时超功率；而风电、光伏等新能源电力电子化程度高，惯性弱，仅能提供0.1秒左右的超功率备用。远距离输电在实际运行中，即使采用了各种手段来虚拟机械惯性，但补偿能力和效果仍十分有限，仍需要整个系统的连续动作完成调整。俗话说“牵一发而动全身”，当被绊了一跤时，紧倒腾几步固然有用，但难以完全代替全身的协调反应，少不了手舞足蹈一番。 为了确保运行可靠性，必要的预灵活性资源保障和相应的联动调节机制是非常必要的。三、差异化电价实行难
电力市场化改革的一个重要目标，是让电价更好反映资源稀缺性，实现电价的合理差异化。这类似于普通商品交易需要按照供需关系形成公平的差别价格。但是，受限于电力流动规律，电力交易中的“商品”具有强制运行、无储存等特点。这导致了电价差异化在跨区域大距离输电中面临困难。如同网络时代的信息爆炸，逐渐弥合的一二线城市之间的信息差，电力流动规律决定了大距离输送条件下，也将打破既有的电价格局。 具体来看，假设沙漠地区风电上网电价为0.25元/千瓦时，而负荷中心城市工商业平段电价为0.80元/千瓦时，那么大量廉价电力进入城市电网后，将打破原有的电价体系平衡，附着于原有定价机制的一些逻辑将遇到挑战。这就像大量廉价生鲜涌入城市，难以避免地会导致超市里部分商品价格下跌，原本的包装和运输成本可能就无法回本了。如果强制维持城市电价水平，则会违反电力自由流动的经济规律，代价是出现更严重的资源配置扭曲。此外，跨区域的大规模新能源外送中，严格区分价格并非易事，往往不是通过专线实行点对点直供模式，而是经过省级电网转运，同时也就参与到省内电价的形成过程中。四、系统调峰能力缺口大
大规模新能源接入电网后，将严重挑战系统调峰能力。可以想象早高峰时，三环上来了一千只熊猫到处溜达，撞不得又绕不开，无论对于交警还是司机，都是巨大的挑战。 理论上，电力系统需要保持电力实时平衡。新能源输出随机波动作为调峰负荷，势必占据调节资源，并挤占常规电源调峰空间。按照经验计算，系统中每增加1%的随机性新能源发电容量，就需要额外占用0.3%的相当发电容量进行调峰。而随着新能源占比的提升，所需的调峰资源比例将加速升高，两者函数关系形成一条上翘曲线。 实际情况更严峻，因为配套的调峰手段十分有限，且调峰电源本身也需要占用相当的发电空间，使得调峰矛盾多年来愈发难以调和。根据国家能源局发布的全国电力工业统计数据，2023年1—9月份全国发电设备累计平均利用2716小时，比上年同期减少83小时。供过于求的形势下调峰，就像已经严重拥堵的公路，连赶来调度的警车要开进来都费劲。 在此进退两难的境地下，传统的调峰手段已经遇到了瓶颈，需要通过发展大规模长时储能技术、允许新能源参与调节、引入可控负荷参与需求侧响应等手段进行主动调峰才能在根本上根本解决问题，但这些改变均需要技术和机制上长期积累和深刻变革，短期内系统调峰缺口仍然严峻。五、冗余备用容量高
大规模新能源并网运行需要具备一定的备用容量，以应对其随机性波动，类似于高速路旁的设置更宽的应急车道和铺设辅路，给行车变道更多的空间。 与调峰需求类似，备用容量也与新能源波动性和可靠性要求相关，且随着间歇性能源并网发电比例的提高加速增长，直接关系到系统建设和运行成本。从工程角度，必须采取保守态度，备用容量难以做到“刚刚满足”。相对过剩的冗余是大规模新能源系统的现实选择，但这无形中造成了系统资源的持续浪费，因此在大基地开发模式下，随机新能源必然导致备用容量大幅增加，降低系统效率。六、电网规划难度大
大基地开发模式下，跨区域大规模输电使电网规划难度大幅提高，面临多方面挑战。这类似于交通系统连接多个城市和地区，路网布局和火车站位置选址变得复杂。理论上，电力系统规划需要兼顾发展易扩展性，不同区域平衡性，线路经济合理性等诸多目标。大基地单点供电模式打破局部均衡，优化难度加大。以“三北”地区为例，未来向中东部地区的外送传输规模达到1亿千瓦，超过本地负荷总量的4倍。 这需要专门规划和改造线路布局，以适应电力传输走向的特点。电网规划既要兼顾大远程外送通道，也要考虑本地可靠性。这对线路布局提出了二元矛盾要求。以华北地区为例，未来“三北”地区外送规模达2亿千瓦，同时还需满足本地负荷增长需求，电网规划需要考虑各种情形下的联合优化，甚至可能需要同时建设优化两套互为备份的网络体系。七、储能技术发展水平有限
大规模新能源并网需要系统大幅提升其灵活性调节能力，但当前储能技术仍无法完全适应大基地模式需要。以现在储能的技术水平和规部署规模，只能缓解新能源短周期波动，很难应对强随机和长时间波动。 当前主流储能技术如抽水储能和电化学储能，成本过高，难以承担这样大规模的调峰任务。实际情况可能更严峻。除成本限制外，储能技术自身也存在局限。抽水储能受地理环境限制，上下池建设难度大；电化学储能效率和使用寿命都有待提高。即使付出巨资，也难以通过现有商用储能技术完全解决大规模随机新能源的调控问题。现有电化学储能成本高达每千瓦时1元左右，数万兆瓦时级的投资难以为电力企业承受。总之，当前储能技术与成本都难以满足大基地开发模式的调峰需求，这将严重制约该开发模式的经济效益和规模化进程。研发新型储能技术势在必行。结语
新能源大基地作为电力系统这个钢铁巨人的一部分，也必须解决与其他组织和器官协调性问题。既要考虑输送电力“血液”的损耗，也要顾及输电稳定平衡，还要准备好急救车，以便随时应对间歇性新能源带来的扰动和线路传输可能的故障。 整体优化源网荷储，精心设计线路布局， 结合大数据预测未来，统筹区域均衡发展，充分考虑蕴含的风险，建立完善的应急体系，才能使这个庞大系统安全高效运转。实践中挑战重重，但复杂问题也蕴含丰富思路。小文一篇以馈读者，希望能用浅显的生活场景说清大基地那些事，对您有点小小的启发。
免责声明
本号为个人学习研究能源市场的知识和心得积累平台，不代表任何组织和机构的观点，更非官方解读。 欢迎各位同道不吝赐教，在文末私信留言交流。