甘肅省農(nóng)村新能源與新產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展路徑探析

金麗娜

（蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅蘭州 730021）

甘肅電網(wǎng)作為我國西北地區(qū)電網(wǎng)的樞紐，承擔(dān)“西電東送”國家重大工程任務(wù)[1]。甘肅省東接陜西，西倚新疆，南望青海、四川，北眺寧夏、內(nèi)蒙古，不僅一度是世界文明的交匯地，更是西北地區(qū)電能穩(wěn)定運行、安全輸送與高質(zhì)量發(fā)展的重要保障。作為電力系統(tǒng)重要組成部分，農(nóng)村電網(wǎng)在電能輸送過程中起著十分重要的作用。在新能源發(fā)電、農(nóng)村溫室大棚、冷鏈物流等新產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的今天，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與安全運行方式發(fā)生了較大變化，其協(xié)同發(fā)展路徑是一個需要長期研究的內(nèi)容[2]。

1 甘肅省新能源與新產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿?/h2>

1.1 新能源發(fā)展?fàn)顩r

甘肅省可開發(fā)資源豐富，包括石油、天然氣、煤炭、風(fēng)能及太陽能等。甘肅省煤炭資源預(yù)測儲量為1 428 億t，已探明存儲量達(dá)125 億t；存儲石油開發(fā)量為6 億t，可探明天然氣存儲量達(dá)31.57 億m3，集中分布于隴東長慶和河西玉門兩地油區(qū)。

煤炭、石油、天然氣等資源曾是甘肅省電力工業(yè)發(fā)展的重要保障，隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，太陽能、風(fēng)能、生物能等新能源逐漸成為未來電力工業(yè)的主要支撐。甘肅省新能源較為豐富，其中，河西走廊等部分山口地區(qū)存在大量的可開發(fā)風(fēng)能資源，總儲量達(dá)2.37 億kW；河西西部地區(qū)、甘南西南部地區(qū)太陽能資源豐富，可輻射出4 800～6 400 MJ·m-3的能量，其中約520萬t標(biāo)準(zhǔn)的清潔資源可供開發(fā)。2022年4月統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，甘肅省新能源發(fā)電容量已達(dá)3 122萬kW，占省內(nèi)總裝機(jī)容量的50%。

1.2 農(nóng)村新產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿?/h3>

甘肅省農(nóng)村供電網(wǎng)絡(luò)面積約21.2 萬km2，狹長的地域使供電半徑較長，供電網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過沙漠與戈壁地帶，惡劣的氣象環(huán)境不僅給電網(wǎng)架設(shè)與運行帶來較大困難，也對畜牧業(yè)與農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)造成不便[3]。依托太陽能、風(fēng)能的資源優(yōu)勢，甘肅省已建成多個風(fēng)力、光伏發(fā)電基地。通過架設(shè)多條特高壓通道，解決新能源占比過大帶來的電力網(wǎng)絡(luò)柔性問題，形成“大送端”綠色送電網(wǎng)絡(luò)，降低電能輸送成本，并有效降低傳統(tǒng)能源對生態(tài)環(huán)境造成的危害。

“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”促進(jìn)了農(nóng)村一二三產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，衍生了直播帶貨、溫室大棚、冷鏈物流、鮮活農(nóng)產(chǎn)品直銷等強(qiáng)服務(wù)型升級產(chǎn)業(yè)，這些新興產(chǎn)業(yè)打破了傳統(tǒng)的農(nóng)村農(nóng)業(yè)用電結(jié)構(gòu)，增加了農(nóng)村農(nóng)業(yè)用電需求。甘肅省地域跨度較大，分布在各地區(qū)的產(chǎn)業(yè)類型也存在差異，對電能具有不同的需求和要求，使得各地區(qū)的電力工業(yè)發(fā)展路徑各異。甘肅省應(yīng)因地制宜，差異應(yīng)對，滿足高速發(fā)展的一二三產(chǎn)業(yè)的用電需求，以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量、快速發(fā)展。

2 農(nóng)村新產(chǎn)業(yè)在高比例新能源電網(wǎng)中的特點

2.1 電氣化農(nóng)業(yè)可控性強(qiáng)

農(nóng)業(yè)電氣化發(fā)展水平是現(xiàn)代農(nóng)村發(fā)展程度的基本體現(xiàn)，目前甘肅省農(nóng)村農(nóng)業(yè)電氣化總體水平較低，各地區(qū)發(fā)展水平差異較大，但隨著農(nóng)業(yè)智能化、規(guī)模化發(fā)展程度逐漸深入，甘肅省農(nóng)業(yè)與畜牧業(yè)機(jī)械化水平逐年上升，對電能容量的需求與可靠性要求也逐年增加[4]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械具有一定的可預(yù)測性與可控性，例如，農(nóng)忙時農(nóng)用機(jī)械使用率高，用電量高；農(nóng)閑時農(nóng)用機(jī)械使用率低，用電量低；與新能源汽車工作特性相似，白天農(nóng)用機(jī)械消耗電能，夜間會集中充電。對此類具有可預(yù)測性與可控性的農(nóng)用設(shè)備，應(yīng)充分分析其用電負(fù)荷特性，制訂詳細(xì)的調(diào)度方案，合理安排充電、用電策略，以削減區(qū)域網(wǎng)絡(luò)峰谷差，起到“削峰填谷”的作用，保障區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定運行。同時，對電能質(zhì)量與可靠性要求的持續(xù)增加，使得農(nóng)用機(jī)械設(shè)備的可預(yù)測性與可控性更加突出。

2.2 能源轉(zhuǎn)型約束力小

能源轉(zhuǎn)型是新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的重要內(nèi)容，也是“雙碳”任務(wù)的最終目標(biāo)。農(nóng)村地區(qū)蘊(yùn)含豐富的光能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能及沼氣能等清潔能源，將清潔能源高效率地轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌诳刂?、調(diào)節(jié)與應(yīng)用的電能，可節(jié)約煤炭、石油等不可再生能源，有助于實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)型，解決農(nóng)村閑置廢舊資源，構(gòu)建新型高比例新能源清潔型農(nóng)村。但受風(fēng)能、光能等隨機(jī)特性的影響，電能質(zhì)量與可靠性無法得到有力保證，限制了清潔能源的高效利用和發(fā)展。

大部分農(nóng)業(yè)機(jī)械屬于三類負(fù)荷，其對電能的供電連續(xù)性與電能質(zhì)量要求較低，可在用電低谷期集中充電或負(fù)荷分時段充電。農(nóng)作物的生產(chǎn)、收割、加工、運輸?shù)冗^程具有較強(qiáng)的靈活性與可控性，可有效降低生物質(zhì)能、太陽能、風(fēng)能等新型能源隨機(jī)性對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的不利影響，降低能源轉(zhuǎn)型約束力[5]。

2.3 分布式儲能調(diào)控性強(qiáng)

與城市用能形式不同，農(nóng)村生產(chǎn)、生活用能較為分散，變化規(guī)律性強(qiáng)，具有季節(jié)周期性強(qiáng)、大型用電負(fù)荷持續(xù)時間短等特點。近兩年，在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略與“雙碳”目標(biāo)引導(dǎo)下，蘭州市、金昌市、張掖市等地部分農(nóng)村已率先完成屋頂光伏、新型供暖方式改造項目，但當(dāng)前建設(shè)項目覆蓋面較窄，不符合新型能源系統(tǒng)對高比例性的要求。蘭州市、武威市、酒泉市等地通過構(gòu)建光伏屋頂群、新能源充電樁和新型儲能等多元主體，實現(xiàn)分布式新型能源就近消納，并構(gòu)成分布式儲能，減小農(nóng)村沖擊性負(fù)荷帶來的頻率波動，實現(xiàn)電網(wǎng)承載能力的綜合提升。但光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電動汽車、農(nóng)用機(jī)械充電樁等分布式電源的普及，增加了農(nóng)網(wǎng)可變電源與負(fù)荷精準(zhǔn)采集與預(yù)測的難度，對農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)提出了更高要求，對農(nóng)村農(nóng)機(jī)化發(fā)展與經(jīng)濟(jì)效益也有一定影響。

2.4 清潔取暖方式宜居性強(qiáng)

《甘肅省“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃的通知》中多次提及清潔取暖替代工程，要求農(nóng)村地區(qū)加快清潔化能源建設(shè)，以降低農(nóng)村秸稈焚燒與燃煤污染給環(huán)境帶來的不利影響。甘肅省農(nóng)村地區(qū)一直采用燃煤采暖的供暖方式，不僅取暖成本高，還會釋放二氧化碳、氮氧化物等污染物。近年來，隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，甘肅省農(nóng)村地區(qū)建造了很多清潔取暖工程，但建造比例較小。因此，應(yīng)加強(qiáng)可再生太陽能和電力取暖方式的應(yīng)用力度，實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和智能化發(fā)展，降低采暖成本。近年來，甘肅省農(nóng)村地區(qū)多次試點太陽能、電采暖、空氣源熱泵等取暖方式，加大電能等清潔取暖方式的投入，以電能清潔取暖為代表，轉(zhuǎn)變現(xiàn)有取暖消費模式，打造農(nóng)村宜居新風(fēng)貌。

3 發(fā)展路徑

3.1 構(gòu)建多元化新型農(nóng)村，加強(qiáng)電氣化產(chǎn)業(yè)建設(shè)

在構(gòu)建多元化新型農(nóng)村方面，可采取以下措施。1）建設(shè)符合新型農(nóng)村發(fā)展需求的新型農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)，持續(xù)推進(jìn)鄉(xiāng)村服務(wù)產(chǎn)業(yè)、電氣化農(nóng)業(yè)機(jī)械和多彩農(nóng)村生活的發(fā)展道路，建設(shè)新能源現(xiàn)代農(nóng)村體系。2）結(jié)合地域特點和資源稟賦，引進(jìn)智能溫室、智能灌溉、智能采摘與電氣化養(yǎng)殖等智能設(shè)施，逐步構(gòu)建高效智慧農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及農(nóng)產(chǎn)品加工、服務(wù)等產(chǎn)業(yè)。3）依托甘肅省內(nèi)多元化地域特點，結(jié)合甘肅省內(nèi)成功示范項目，充分發(fā)掘地域文化特色。開發(fā)農(nóng)村周邊旅游景點與附屬設(shè)施，實現(xiàn)全電民宿建設(shè)普及，不斷發(fā)展壯大村集體經(jīng)濟(jì)，帶動幫扶村民就近就業(yè)，提高農(nóng)村生活多樣性和農(nóng)民生活幸福感。

甘肅省農(nóng)村電氣化發(fā)展正處于初級階段，需可靠的農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)做支撐，因此應(yīng)加強(qiáng)電氣化產(chǎn)業(yè)建設(shè)。1）加大農(nóng)村電網(wǎng)輸送容量，提高電能質(zhì)量與可靠性，充分利用當(dāng)?shù)乜稍偕鍧嵞茉?，合理安排作業(yè)工序，調(diào)控作業(yè)時間，細(xì)化調(diào)度方案。2）根據(jù)甘肅省地域狹長、綜合環(huán)境豐富等條件，通過板上發(fā)電、板下種植、水資源綜合利用、治沙改土等多方位發(fā)展模式，開展風(fēng)電與光伏協(xié)調(diào)治沙、防風(fēng)、固草項目，有效保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)，擴(kuò)大電氣化產(chǎn)業(yè)建設(shè)規(guī)模，提高電氣化產(chǎn)業(yè)發(fā)展效益。

3.2 加強(qiáng)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，做好分布式電源建設(shè)

甘肅省電力系統(tǒng)新能源發(fā)電、新型儲能技術(shù)處于建設(shè)與應(yīng)用初級階段，新系統(tǒng)總體輸送電能不足，滯后的新型儲能配套設(shè)施尚未實現(xiàn)與新能源的同步應(yīng)用，農(nóng)村清潔能源結(jié)構(gòu)還需優(yōu)化。1）加強(qiáng)試點成功案例的全面普及，降低以秸稈、薪柴、散煤等一次能源應(yīng)用為主的區(qū)域比例，解決甘肅省煤電等保障性、支撐性、調(diào)節(jié)性能源不足，新能源“靠天吃飯”的突出問題，保護(hù)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境。2）結(jié)合地域特色，因地制宜建設(shè)改造可再生能源微電網(wǎng)，通過合理配置儲能，實現(xiàn)分布式可再生能源的大量接入，充分利用農(nóng)機(jī)動力電池的新能源消納能力，提高甘肅省農(nóng)村電網(wǎng)分布式可再生能源的應(yīng)用滲透率。3）做好農(nóng)村充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作，服務(wù)電動機(jī)械設(shè)備下鄉(xiāng)與電氣化產(chǎn)業(yè)建設(shè)；持續(xù)推進(jìn)落實農(nóng)村清潔取暖等一系列農(nóng)村電能替代項目，提高農(nóng)村負(fù)荷需求，減輕大電網(wǎng)電力電量平衡壓力[6]。

3.3 制定出臺相關(guān)政策引導(dǎo)，有效并網(wǎng)防止棄電

現(xiàn)代化農(nóng)村用電負(fù)荷包含具有季節(jié)性峰谷差的種植與養(yǎng)殖類機(jī)械設(shè)備、冷鏈運輸、清潔取暖等新型用電負(fù)荷，隨著生物質(zhì)能、屋頂光伏、風(fēng)能等農(nóng)村清潔能源的占比持續(xù)增大，農(nóng)網(wǎng)的消納壓力也越來越大。例如，高比例清潔電能生產(chǎn)與消費調(diào)節(jié)不當(dāng)會導(dǎo)致農(nóng)網(wǎng)存在棄光、棄水、棄風(fēng)等隱患，造成能源浪費。因此，需結(jié)合農(nóng)村地區(qū)的氣候、地域、資源、負(fù)荷特性等多種因素，分析當(dāng)?shù)赜秒娦枨?，選擇新能源互補(bǔ)模式，制定出臺相關(guān)政策引導(dǎo)，在保證農(nóng)機(jī)等負(fù)荷可靠供電、優(yōu)質(zhì)供電的前提下，全面深入研究紅色隴東多能互補(bǔ)、酒泉“光熱儲能+”等農(nóng)村農(nóng)業(yè)分布式能源并網(wǎng)方式，有效避免非必要棄電等現(xiàn)象。充分利用能源的自身優(yōu)勢，研究滿足甘肅省特色地域性的能源消納新模式，實現(xiàn)綠色用電，服務(wù)鄉(xiāng)村振興。

3.4 提高負(fù)荷預(yù)測能力，助力精準(zhǔn)調(diào)度環(huán)節(jié)

高比例新能源使電力系統(tǒng)呈現(xiàn)高比例可再生能源、高比例電力電子裝備的雙高特征，系統(tǒng)頻繁諧波超標(biāo)、高低壓越限、線路輸送阻塞、雙向潮流、電源與農(nóng)用負(fù)荷隨機(jī)性強(qiáng)等問題也較為突出。1）農(nóng)村電網(wǎng)需求側(cè)的負(fù)荷管理問題是提升負(fù)荷預(yù)測能力的有效手段，應(yīng)增強(qiáng)新型能源供電方向的主動支撐特性、輸送側(cè)運行中智能化電能調(diào)度與管理特性及新型大容量儲能共享系統(tǒng)的應(yīng)用特性，降低電網(wǎng)發(fā)電側(cè)與用電側(cè)引起的系統(tǒng)波動與崩潰發(fā)熱問題發(fā)生率，提高負(fù)荷預(yù)測能力并改造新能源系統(tǒng)，降低系統(tǒng)運行中的成本及供用電過程中的電力消納風(fēng)險。2）提高挖掘與融合農(nóng)網(wǎng)大數(shù)據(jù)、調(diào)控與決策農(nóng)網(wǎng)工作狀態(tài)、分析與處理歷史數(shù)據(jù)的工作能力。結(jié)合甘肅省能源特色，依托重大示范工程，在新能源開發(fā)與設(shè)計、波動性負(fù)荷預(yù)測與采集、分布式儲能技術(shù)削峰填谷、電氫耦合等方面創(chuàng)設(shè)示范園地，綜合提高負(fù)荷預(yù)測能力。

4 結(jié)語

目前，甘肅省新能源建設(shè)與應(yīng)用雖取得部分成效，但總體仍處于初級階段，高比例新能源農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)尚不成熟，其運行可靠性與穩(wěn)定性還不足以對抗高比例新能源隨機(jī)性帶來的沖擊，農(nóng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)與調(diào)控系統(tǒng)仍有待穩(wěn)固與提升，清潔能源的利用率也有待提高。針對智能化與機(jī)械化逐年增強(qiáng)的農(nóng)業(yè)類機(jī)械設(shè)備、對電能需求容量快速增加的農(nóng)村新型服務(wù)型產(chǎn)業(yè)鏈、對農(nóng)村清潔型供暖要求增加的電采暖等新型方式，以技術(shù)創(chuàng)新為前提的大型農(nóng)機(jī)設(shè)備的分布式儲能等的政策引導(dǎo)和財政支持有待加強(qiáng)。

高比例新能源是農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展的必經(jīng)路線，也是完成“雙碳”目標(biāo)的可行之路，而農(nóng)村電網(wǎng)的重構(gòu)與發(fā)展將助力新能源電網(wǎng)發(fā)展。因此，根據(jù)甘肅省地域特點與發(fā)展水平，深化用能調(diào)研，因地制宜做好電能規(guī)劃的頂層設(shè)計與實施，按區(qū)域產(chǎn)業(yè)與新能源特點制訂個性化、人性化鄉(xiāng)村電能發(fā)展路線，推動新能源與農(nóng)業(yè)新產(chǎn)業(yè)電氣化協(xié)同發(fā)展、快速發(fā)展。