甘肅省農村新能源與新產業協同發展路徑探析

金麗娜

（蘭州資源環境職業技術大學，甘肅蘭州 730021）

甘肅電網作為我國西北地區電網的樞紐，承擔“西電東送”國家重大工程任務[1]。甘肅省東接陜西，西倚新疆，南望青海、四川，北眺寧夏、內蒙古，不僅一度是世界文明的交匯地，更是西北地區電能穩定運行、安全輸送與高質量發展的重要保障。作為電力系統重要組成部分，農村電網在電能輸送過程中起著十分重要的作用。在新能源發電、農村溫室大棚、冷鏈物流等新產業快速發展的今天，電網的結構與安全運行方式發生了較大變化，其協同發展路徑是一個需要長期研究的內容[2]。

1 甘肅省新能源與新產業發展潛力

1.1 新能源發展狀況

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

煤炭、石油、天然氣等資源曾是甘肅省電力工業發展的重要保障，隨著“雙碳”目標的提出，太陽能、風能、生物能等新能源逐漸成為未來電力工業的主要支撐。甘肅省新能源較為豐富，其中，河西走廊等部分山口地區存在大量的可開發風能資源，總儲量達2.37 億kW；河西西部地區、甘南西南部地區太陽能資源豐富，可輻射出4 800～6 400 MJ·m-3的能量，其中約520萬t標準的清潔資源可供開發。2022年4月統計數據顯示，甘肅省新能源發電容量已達3 122萬kW，占省內總裝機容量的50%。

1.2 農村新產業發展潛力

甘肅省農村供電網絡面積約21.2 萬km2，狹長的地域使供電半徑較長，供電網絡經過沙漠與戈壁地帶，惡劣的氣象環境不僅給電網架設與運行帶來較大困難，也對畜牧業與農業的生產造成不便[3]。依托太陽能、風能的資源優勢，甘肅省已建成多個風力、光伏發電基地。通過架設多條特高壓通道，解決新能源占比過大帶來的電力網絡柔性問題，形成“大送端”綠色送電網絡，降低電能輸送成本，并有效降低傳統能源對生態環境造成的危害。

“互聯網+農業”促進了農村一二三產業的高速發展，衍生了直播帶貨、溫室大棚、冷鏈物流、鮮活農產品直銷等強服務型升級產業，這些新興產業打破了傳統的農村農業用電結構，增加了農村農業用電需求。甘肅省地域跨度較大，分布在各地區的產業類型也存在差異，對電能具有不同的需求和要求，使得各地區的電力工業發展路徑各異。甘肅省應因地制宜，差異應對，滿足高速發展的一二三產業的用電需求，以促進產業高質量、快速發展。

2 農村新產業在高比例新能源電網中的特點

2.1 電氣化農業可控性強

農業電氣化發展水平是現代農村發展程度的基本體現，目前甘肅省農村農業電氣化總體水平較低，各地區發展水平差異較大，但隨著農業智能化、規模化發展程度逐漸深入，甘肅省農業與畜牧業機械化水平逐年上升，對電能容量的需求與可靠性要求也逐年增加[4]。農業生產機械具有一定的可預測性與可控性，例如，農忙時農用機械使用率高，用電量高；農閑時農用機械使用率低，用電量低；與新能源汽車工作特性相似，白天農用機械消耗電能，夜間會集中充電。對此類具有可預測性與可控性的農用設備，應充分分析其用電負荷特性，制訂詳細的調度方案，合理安排充電、用電策略，以削減區域網絡峰谷差，起到“削峰填谷”的作用，保障區域電網穩定運行。同時，對電能質量與可靠性要求的持續增加，使得農用機械設備的可預測性與可控性更加突出。

2.2 能源轉型約束力小

能源轉型是新型電力系統構建的重要內容，也是“雙碳”任務的最終目標。農村地區蘊含豐富的光能、風能、水能、生物質能及沼氣能等清潔能源，將清潔能源高效率地轉變為便于控制、調節與應用的電能，可節約煤炭、石油等不可再生能源，有助于實現新型電力系統的能源轉型，解決農村閑置廢舊資源，構建新型高比例新能源清潔型農村。但受風能、光能等隨機特性的影響，電能質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展。

大部分農業機械屬于三類負荷，其對電能的供電連續性與電能質量要求較低，可在用電低谷期集中充電或負荷分時段充電。農作物的生產、收割、加工、運輸等過程具有較強的靈活性與可控性，可有效降低生物質能、太陽能、風能等新型能源隨機性對農業生產帶來的不利影響，降低能源轉型約束力[5]。

2.3 分布式儲能調控性強

與城市用能形式不同，農村生產、生活用能較為分散，變化規律性強，具有季節周期性強、大型用電負荷持續時間短等特點。近兩年，在鄉村振興戰略與“雙碳”目標引導下，蘭州市、金昌市、張掖市等地部分農村已率先完成屋頂光伏、新型供暖方式改造項目，但當前建設項目覆蓋面較窄，不符合新型能源系統對高比例性的要求。蘭州市、武威市、酒泉市等地通過構建光伏屋頂群、新能源充電樁和新型儲能等多元主體，實現分布式新型能源就近消納，并構成分布式儲能，減小農村沖擊性負荷帶來的頻率波動，實現電網承載能力的綜合提升。但光伏發電、風力發電、電動汽車、農用機械充電樁等分布式電源的普及，增加了農網可變電源與負荷精準采集與預測的難度，對農村電網建設提出了更高要求，對農村農機化發展與經濟效益也有一定影響。

2.4 清潔取暖方式宜居性強

《甘肅省“十四五”能源發展規劃的通知》中多次提及清潔取暖替代工程，要求農村地區加快清潔化能源建設，以降低農村秸稈焚燒與燃煤污染給環境帶來的不利影響。甘肅省農村地區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，隨著鄉村振興戰略的實施，甘肅省農村地區建造了很多清潔取暖工程，但建造比例較小。因此，應加強可再生太陽能和電力取暖方式的應用力度，實現“雙碳”目標和智能化發展，降低采暖成本。近年來，甘肅省農村地區多次試點太陽能、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，轉變現有取暖消費模式，打造農村宜居新風貌。

3 發展路徑

3.1 構建多元化新型農村，加強電氣化產業建設

在構建多元化新型農村方面，可采取以下措施。1）建設符合新型農村發展需求的新型農網系統，持續推進鄉村服務產業、電氣化農業機械和多彩農村生活的發展道路，建設新能源現代農村體系。2）結合地域特點和資源稟賦，引進智能溫室、智能灌溉、智能采摘與電氣化養殖等智能設施，逐步構建高效智慧農業、養殖業及農產品加工、服務等產業。3）依托甘肅省內多元化地域特點，結合甘肅省內成功示范項目，充分發掘地域文化特色。開發農村周邊旅游景點與附屬設施，實現全電民宿建設普及，不斷發展壯大村集體經濟，帶動幫扶村民就近就業，提高農村生活多樣性和農民生活幸福感。

甘肅省農村電氣化發展正處于初級階段，需可靠的農網系統做支撐，因此應加強電氣化產業建設。1）加大農村電網輸送容量，提高電能質量與可靠性，充分利用當地可再生清潔能源，合理安排作業工序，調控作業時間，細化調度方案。2）根據甘肅省地域狹長、綜合環境豐富等條件，通過板上發電、板下種植、水資源綜合利用、治沙改土等多方位發展模式，開展風電與光伏協調治沙、防風、固草項目，有效保護生態系統，擴大電氣化產業建設規模，提高電氣化產業發展效益。

3.2 加強優化能源結構，做好分布式電源建設

甘肅省電力系統新能源發電、新型儲能技術處于建設與應用初級階段，新系統總體輸送電能不足，滯后的新型儲能配套設施尚未實現與新能源的同步應用，農村清潔能源結構還需優化。1）加強試點成功案例的全面普及，降低以秸稈、薪柴、散煤等一次能源應用為主的區域比例，解決甘肅省煤電等保障性、支撐性、調節性能源不足，新能源“靠天吃飯”的突出問題，保護農村生態環境。2）結合地域特色，因地制宜建設改造可再生能源微電網，通過合理配置儲能，實現分布式可再生能源的大量接入，充分利用農機動力電池的新能源消納能力，提高甘肅省農村電網分布式可再生能源的應用滲透率。3）做好農村充電基礎設施建設工作，服務電動機械設備下鄉與電氣化產業建設；持續推進落實農村清潔取暖等一系列農村電能替代項目，提高農村負荷需求，減輕大電網電力電量平衡壓力[6]。

3.3 制定出臺相關政策引導，有效并網防止棄電

現代化農村用電負荷包含具有季節性峰谷差的種植與養殖類機械設備、冷鏈運輸、清潔取暖等新型用電負荷，隨著生物質能、屋頂光伏、風能等農村清潔能源的占比持續增大，農網的消納壓力也越來越大。例如，高比例清潔電能生產與消費調節不當會導致農網存在棄光、棄水、棄風等隱患，造成能源浪費。因此，需結合農村地區的氣候、地域、資源、負荷特性等多種因素，分析當地用電需求，選擇新能源互補模式，制定出臺相關政策引導，在保證農機等負荷可靠供電、優質供電的前提下，全面深入研究紅色隴東多能互補、酒泉“光熱儲能+”等農村農業分布式能源并網方式，有效避免非必要棄電等現象。充分利用能源的自身優勢，研究滿足甘肅省特色地域性的能源消納新模式，實現綠色用電，服務鄉村振興。

3.4 提高負荷預測能力，助力精準調度環節

高比例新能源使電力系統呈現高比例可再生能源、高比例電力電子裝備的雙高特征，系統頻繁諧波超標、高低壓越限、線路輸送阻塞、雙向潮流、電源與農用負荷隨機性強等問題也較為突出。1）農村電網需求側的負荷管理問題是提升負荷預測能力的有效手段，應增強新型能源供電方向的主動支撐特性、輸送側運行中智能化電能調度與管理特性及新型大容量儲能共享系統的應用特性，降低電網發電側與用電側引起的系統波動與崩潰發熱問題發生率，提高負荷預測能力并改造新能源系統，降低系統運行中的成本及供用電過程中的電力消納風險。2）提高挖掘與融合農網大數據、調控與決策農網工作狀態、分析與處理歷史數據的工作能力。結合甘肅省能源特色，依托重大示范工程，在新能源開發與設計、波動性負荷預測與采集、分布式儲能技術削峰填谷、電氫耦合等方面創設示范園地，綜合提高負荷預測能力。

4 結語

目前，甘肅省新能源建設與應用雖取得部分成效，但總體仍處于初級階段，高比例新能源農網系統建設尚不成熟，其運行可靠性與穩定性還不足以對抗高比例新能源隨機性帶來的沖擊，農網結構與調控系統仍有待穩固與提升，清潔能源的利用率也有待提高。針對智能化與機械化逐年增強的農業類機械設備、對電能需求容量快速增加的農村新型服務型產業鏈、對農村清潔型供暖要求增加的電采暖等新型方式，以技術創新為前提的大型農機設備的分布式儲能等的政策引導和財政支持有待加強。

高比例新能源是農村電網發展的必經路線，也是完成“雙碳”目標的可行之路，而農村電網的重構與發展將助力新能源電網發展。因此，根據甘肅省地域特點與發展水平，深化用能調研，因地制宜做好電能規劃的頂層設計與實施，按區域產業與新能源特點制訂個性化、人性化鄉村電能發展路線，推動新能源與農業新產業電氣化協同發展、快速發展。