光伏發(fā)電在寧夏固原市鄉(xiāng)村扶貧中的實踐

馬小林 ，劉玉潔 ，張新聞

（1.國電南瑞科技股份有限公司配電公司，江蘇 南京 210000;2.北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

光伏扶貧是2014 年由國家扶貧辦與能源局聯(lián)合推出的十大產(chǎn)業(yè)精準(zhǔn)扶貧方式之一，同年10 月寧夏被確定為國家首批光伏扶貧項目試點省區(qū)之一[1]。寧夏太陽能資源豐富，是我國太陽輻射的高能區(qū)之一，其地勢海拔高、陰雨天氣少、日照時間長、輻射強度高、大氣透明度好，年均日照時數(shù)多達2835 h，年日照百分率達64%，年太陽能輻射總量在4936～6119 MJ/m2之間。彭陽縣處于寧夏南部地區(qū)，全年日照時數(shù)為3000～3200 h，輻射量在5860～6700 MJ/m2，相當(dāng)于200～225 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所發(fā)出的熱量[2]，且太陽輻射能直接輻射多、散射輻射少，對于太陽能利用十分有利。

1 光伏發(fā)電類型

1.1 分布式光伏發(fā)電

分布式光伏發(fā)電特指在用戶場地附近建設(shè)，用戶自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)為目的一種發(fā)電模式，其主要特征為調(diào)節(jié)配電系統(tǒng)的功率平衡。分布式光伏發(fā)電遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則，充分利用當(dāng)?shù)靥柲苜Y源，替代和減少化石能源消費。它是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式，它倡導(dǎo)的建設(shè)原則不僅能夠有效提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，同時還能有效解決電壓與功率在長途傳輸中的損耗問題。目前，在國家相關(guān)政策的大力推動之下，分布式光伏發(fā)電發(fā)展十分迅速[3]。為了了解當(dāng)前分布式光伏發(fā)電項目的運行機制，分布式光伏發(fā)電利益關(guān)聯(lián)方的構(gòu)成框圖如圖1 所示。由圖1 可知，農(nóng)戶提供工場地、享受返送電量收益，農(nóng)戶、農(nóng)村集體組織、商業(yè)銀行與國家財政提供建設(shè)資金，光伏企業(yè)負責(zé)光伏發(fā)電裝置的安裝與運維，電網(wǎng)公司回收農(nóng)戶無法消納的多余電能，并及時向用戶返還饋送至電網(wǎng)電量的電費。

圖1 分布式光伏項目運行機制示意框圖

1.2 集中式光伏發(fā)電

集中式光伏發(fā)電是指在荒蕪閑置土地上、與公共電網(wǎng)相連接構(gòu)建的大型光伏電站，其發(fā)電量由電網(wǎng)公司收購并統(tǒng)一調(diào)度分配，電價計量采用“全額上網(wǎng)”方式[5]。集中式光伏發(fā)電充分利用相對穩(wěn)定的太陽能資源，并能在一定程度上提高了土地利用率。扶貧集中式光伏發(fā)電項目主要包括“村級光伏電站扶貧”與“集中式地面光伏產(chǎn)業(yè)扶貧”兩種模式[4]，其建設(shè)規(guī)模一般在10 MW 以上，近期100 MW的超大規(guī)模光伏電站也日益增多。集中式光伏發(fā)電利益關(guān)聯(lián)方的構(gòu)成框圖如圖2 所示，將分布式光伏發(fā)電相比，其主要特點是村集體負責(zé)項目建設(shè)用地，政府相關(guān)部門獲得部分租金收益，農(nóng)戶只須提供部分建設(shè)資金并按照一定比例分享電收益。

圖2 集中式光伏項目運行機制示意框圖

2 分布式光伏發(fā)電數(shù)據(jù)接入技術(shù)分析

2.1 建設(shè)思路

分布式光伏發(fā)電臺區(qū)分別采用“臺區(qū)智能融合終端+光伏并網(wǎng)斷路器”和“臺區(qū)智能融合終端+光伏逆變器”2 種技術(shù)路線，在光伏并網(wǎng)點或公共連接點加裝物聯(lián)智能光伏并網(wǎng)開關(guān)，開展對分布式光伏的實時監(jiān)視、發(fā)電控制、預(yù)置防孤島、過電壓等多種保護策略部署；逆變器側(cè)部署即插即用通信單元，將臺區(qū)智能融合終端監(jiān)控范圍延伸至低壓光伏并網(wǎng)用戶，實現(xiàn)分布式光伏“可觀、可測、可控、可調(diào)”的技術(shù)路線，在此基礎(chǔ)上總結(jié)經(jīng)驗，形成可推廣的技術(shù)方案，助力寧夏地區(qū)整縣屋頂光伏建設(shè)。

2.2 技術(shù)路線

分布式光伏發(fā)電臺區(qū)采用“臺區(qū)智能融合終端+光伏并網(wǎng)斷路器”“臺區(qū)智能融合終端+光伏逆變器”的形式，實時采集光伏逆變器運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、告警事件等，實現(xiàn)接入分布式光伏實時運行數(shù)據(jù)和并網(wǎng)狀態(tài)的采集與監(jiān)控功能，如圖3 所示。

圖3 分布式光伏并網(wǎng)接入及控制系統(tǒng)架構(gòu)

第一種技術(shù)路線：采用“臺區(qū)智能融合終端+光伏并網(wǎng)斷路器”模式，光伏并網(wǎng)斷路器實現(xiàn)對分布式光伏的實時監(jiān)視、控制、預(yù)置防孤島、過電壓等多種保護策略。

第二種技術(shù)路線：“臺區(qū)智能融合終端+光伏逆變器”模式，光伏逆變器側(cè)通過485 接口與即插即用通信單元接入，采集光伏電壓、電流、功率等實時數(shù)據(jù)，通過即插即用單元調(diào)節(jié)光伏有功出力、無功出力，參與臺區(qū)電能質(zhì)量治理，實現(xiàn)光伏數(shù)據(jù)“可觀、可測、可調(diào)、可控”功能。

2.3 分布式光伏數(shù)據(jù)并網(wǎng)后成效展示

在分布式光伏臺區(qū)完成了“臺區(qū)智能融合終端+光伏并網(wǎng)斷路器”和“臺區(qū)智能融合終端+光伏逆變器”2 個技術(shù)路線的驗證。實現(xiàn)了臺區(qū)狀態(tài)監(jiān)測、可開放容量分析、營配數(shù)據(jù)本地交互、配變異常監(jiān)測、停復(fù)電信息告警等功能。同時滿足分布式光伏運行狀態(tài)實時監(jiān)測、遠程控制、孤島保護告警等需求。

分布式光臺區(qū)數(shù)據(jù)通過新型融合終端上傳至配電云主站，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)展示包括電壓、電流、重過載及異常統(tǒng)計信息等。

3 光伏扶貧成效

3.1 項目建設(shè)

2015 年寧夏光伏扶貧試點預(yù)計總投資5.1 億元，涉及彭陽縣等9 個縣（區(qū)）18 個貧困村及生態(tài)移民村，共計12948 戶農(nóng)戶。試點項目以企業(yè)先行墊資建設(shè)，國家和自治區(qū)政策支持，鼓勵農(nóng)戶特別是貧困戶回購電站產(chǎn)權(quán)和股份，自治區(qū)按實施情況獎勵參與企業(yè)的運行模式為主。例如，寧夏寶豐集團投資210 億元建設(shè)光伏扶貧項目，總規(guī)劃裝機容量3 GW，利用枸杞扶貧田66.67 km2。一期項目建成后，對全區(qū)8 個貧困縣建檔立卡8 萬貧困戶給予經(jīng)濟補貼，年補貼2.4 億元[6]。2016 年彭陽縣充分發(fā)揮光熱資源優(yōu)勢，結(jié)合草畜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，引進萬家燈火彭陽縣草畜產(chǎn)業(yè)及光伏扶貧合作項目，計劃投資39.3 億元，其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)投資9.3 億元，扶貧光伏投資30 億元。建設(shè)一座存欄量1.5 萬頭的進口安格斯肉牛繁育基地、分散各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的肉牛繁育和育肥基地、飼草加工廠及扶貧光伏等，項目采取“公司+基地+合作社+農(nóng)戶”的模式，計劃用3 年時間，以托管代養(yǎng)、托管自養(yǎng)、農(nóng)戶自養(yǎng)、扶貧光伏等多種形式全面覆蓋彭陽縣1.2 萬戶貧困戶，實現(xiàn)讓貧困戶脫貧、農(nóng)戶增收的目標(biāo)[7]。

3.2 項目成效

經(jīng)過幾年的建設(shè)，光伏扶貧項目已取得了一定的成效。例如，2019 年寧夏彭陽縣孟塬鄉(xiāng)草灘村，草灘村光伏扶貧電站共涉及2 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)5 個貧困村，5 座新建的光伏扶貧電站已并網(wǎng)持續(xù)運行4 個月，第一批收益資金2.7 萬元已分配到草灘村。收益資金主要分配給重病戶、慢性病戶、殘疾戶以及因上學(xué)開支較大的村民和建檔立卡貧困戶，結(jié)余資金用于村內(nèi)生產(chǎn)設(shè)施維護、道路維修、環(huán)境衛(wèi)生整治等公益事業(yè)，設(shè)置公益性崗位補貼等。

2020 年10 月27-28 日，寧夏光伏扶貧工作現(xiàn)場會在彭陽縣舉行。自2015 年光伏扶貧項目實施以來，彭陽縣把光伏扶貧作為精準(zhǔn)脫貧的一項重要舉措，整合各項資金1.28 億元，建設(shè)了89 個村級光伏扶貧電站，年均發(fā)電量3201 萬kW，年均發(fā)電收入2080 萬元，為每個貧困村提供村集體凈收入10 萬元/年，受益群眾9235 戶。截至當(dāng)年9 月30 日，田莊村聯(lián)村電站共發(fā)電312 萬kW·h，凈收益122 萬元，平均每個村實現(xiàn)凈收益15 萬元，為8 個村集體提供了119 個公益性崗位，成為貧困村的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。古城鎮(zhèn)田莊村建有8 個村級光伏扶貧電站，總裝機容量2.4 MWp，是彭陽縣最大的聯(lián)村電站，如圖4 所示。發(fā)電收益資金用于公益性崗位人員工資、村組道路維修養(yǎng)護、當(dāng)年考入大學(xué)的貧困生獎勵、困難家庭慰問、70 歲以上困難老人繳納醫(yī)療保險等幫扶救助，讓群眾有了看得見、摸得著的獲得感和幸福感。截至2020年9 月底，固原市在西吉、彭陽、海原、永寧等7 個有光伏扶貧村集體收益的縣（區(qū)）設(shè)置了4328個公益崗位，發(fā)放崗位工資2166.3 萬元，分配給貧困村集體收入560 萬元，5593 個貧困戶戶均屋頂租賃費和電站分紅年收益1310 元。

圖4 彭陽縣田莊村光伏電站

陡坡村占地11 333.33 m2的光伏扶貧電站，一個發(fā)電周期凈收益15 萬元。村委會從中拿出部分資金，為全村70 歲以上的54 位老年人繳納醫(yī)療保險，給參加光伏公益性崗位的12 人支付工資，還鋪設(shè)村組砂礫路5.2 km。村級光伏扶貧發(fā)電站年發(fā)電時間保持在1200 h 以上。

彭陽縣通過智能預(yù)警和智能運管兩個系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測電站設(shè)備參數(shù)，分析電站端運行狀態(tài)，預(yù)警報警安全隱患，科學(xué)分析處置方案，確保電站故障在第一時間處理，提高了電站發(fā)電效率，年均新增發(fā)電量200 萬kW·h 以上。以壯大村集體經(jīng)濟為核心，瞄準(zhǔn)貧困人口，制定出臺光伏扶貧項目收益分配管理辦法，將電站凈收益的90%歸項目村村集體，10%統(tǒng)籌安排給非項目貧困村村集體，用于改善村集體公益設(shè)施、購買公益服務(wù)和提高深度貧困人口受益等方面[8]。

4 “十四五”期間的展望

4 月22 日，固原市人民政府印發(fā)固原市新能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃的通知，通知指出，發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，充分發(fā)揮資源優(yōu)勢，搶抓光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展新機遇，大力發(fā)展集中式光伏，因地制宜發(fā)展分布式光伏，實現(xiàn)光伏產(chǎn)業(yè)從無到有，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大。到2025 年裝機規(guī)模不少于113.4 萬kW。

4.1 “光伏+”產(chǎn)業(yè)

規(guī)劃指出，大力發(fā)展“光伏+”產(chǎn)業(yè)，為推動固原市肉牛產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，重點發(fā)展肉牛養(yǎng)殖“光伏+出戶入園”。堅持“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”理念，以“光伏+養(yǎng)殖”為路徑，引進光伏企業(yè)在養(yǎng)殖園區(qū)的公共建筑、公共空地、棚圈及附屬建筑物屋頂發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)，推動全市肉牛產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展。“十四五”期間，全市建設(shè)肉牛養(yǎng)殖“出戶入園”432 個，規(guī)劃用地20.53 km2（其中牛棚占地面積6.04 km2）。全市肉牛養(yǎng)殖“出戶入園”光伏規(guī)劃容量不少于43.8 萬kW，其中原州區(qū)95 個，規(guī)劃容量10.5 萬kW；西吉縣178 個，規(guī)劃容量18.5 萬kW；隆德縣49 個，隆德縣規(guī)劃容量4.2 萬kW；涇源縣35 個，涇源縣規(guī)劃容量為2.8 萬kW；彭陽縣75 個，規(guī)劃容量7.8 萬kW[9]，如表1 所示。

表1 各縣（區(qū)）肉牛養(yǎng)殖“出戶入園”光伏規(guī)劃容量及發(fā)電量

4.2 屋頂分布式光伏

規(guī)劃指出繼續(xù)發(fā)展屋頂分布式光伏。“十四五”期間，固原市屋頂分布式光伏以原州區(qū)為國家級試點，西吉縣、涇源縣和彭陽縣為自治區(qū)級試點，通過總結(jié)經(jīng)驗、逐步在全市各縣推廣，實現(xiàn)屋頂資源集約開發(fā)，在引導(dǎo)消費綠色能源的同時，幫助公共機構(gòu)節(jié)能減排、工商業(yè)企業(yè)降本增效、城鄉(xiāng)居民增收致富。分布式光伏總裝機規(guī)模不少于25.1 萬kW，年均發(fā)電利用小時數(shù)1134 h，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式，重點在移民新村實施整縣推進屋頂分布式光伏，結(jié)合試點建設(shè)效果積極推廣[9]，如表2 所示。

表2 各縣（區(qū)）屋頂分布式光伏規(guī)劃容量及用電量

4.3 集中式光伏

規(guī)劃指出實施集中式光伏項目。結(jié)合電網(wǎng)接入、資源稟賦、土地利用條件，充分挖掘集中式光伏電站資源。整合梯田、山地等土地資源，推動大型集中式光伏開發(fā)，重點建設(shè)一批十萬kW 級光伏基地，創(chuàng)新實施光伏+農(nóng)業(yè)、光伏+旅游等集中式“光伏+”工程。集中式光伏電站總規(guī)劃容量不少于45.5 萬kW，年發(fā)電量6.26 億kW·h，共規(guī)劃6 個項目。其中，原州區(qū)規(guī)劃2 個項目，規(guī)劃容量不少于11.5 萬kW，年發(fā)電量1.67 億kW·h；西吉縣規(guī)劃2 個項目，規(guī)劃容量不少于24 萬kW，年發(fā)電量3.22 億kW·h；隆德縣規(guī)劃1 個項目，規(guī)劃容量不少于4.6 萬kW，年發(fā)電量0.62 億kW·h；彭陽縣規(guī)劃1 個項目，規(guī)劃容量不少于5.4 萬kW，年發(fā)電量0.75 億kW·h[9]，如表3 所示。

表3 集中式光伏項目統(tǒng)計表

5 結(jié)束語

近些年我國光伏扶貧取得顯著的成就，本文就“十三五”期間寧夏固原市彭陽縣為例，分析了光伏扶貧項目對鄉(xiāng)村振興的重大貢獻。將光伏發(fā)電收益與鄉(xiāng)村振興相結(jié)合，打造出建設(shè)美麗鄉(xiāng)村的發(fā)展圖景。通過光伏項目收益改善貧困戶的日常生活，為建檔立卡戶提供就業(yè)崗位，以及建設(shè)鄉(xiāng)村，豐富村民的業(yè)余文化生活，為萬千家庭帶來幸福生活。

針對固原市新能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃做了一個分析，規(guī)劃指出，將大力發(fā)展集中式光伏，因地制宜發(fā)展分布式光伏，創(chuàng)新實施“光伏+”產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)光伏產(chǎn)業(yè)從無到有，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。