中國儲能網(wǎng)訊：我國幅員遼闊，在“老少邊貧”地區(qū)，一方面由于地廣人稀，負荷小，僅僅靠傳統(tǒng)電網(wǎng)長距離延伸投資大、回報低，運維難度大，經(jīng)濟性差；另一方面，這些地區(qū)易受地質(zhì)災害（如山體滑坡、雷擊、大風、冰雪）影響，大電網(wǎng)長距離供電可靠性低，往往不具有韌性。這些邊遠地區(qū)新能源資源比較充沛，但依賴本地風光資源時，供電穩(wěn)定性受天氣影響較大，還存在專業(yè)運維人員不足、故障響應慢等問題。農(nóng)村電力系統(tǒng)在面對自然災害、技術故障、氣候波動等各種內(nèi)外部擾動因素時，能否有效抵御沖擊、迅速恢復并維持基本電力供應功能，并具備適應長遠發(fā)展的能力，是檢驗新型農(nóng)村電力系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展的重要維度。
因此，如何建設與當?shù)丨h(huán)境相適應的新型農(nóng)村電力系統(tǒng)，幫助當?shù)匕l(fā)展經(jīng)濟、改善當?shù)厝嗣裆?，是當前鄉(xiāng)村全面振興、實現(xiàn)共同富裕需要解決的實際問題。建設可靠性高、經(jīng)濟性好、可持續(xù)發(fā)展的具有韌性的新型農(nóng)村電力系統(tǒng)，需要針對這些地區(qū)地理環(huán)境復雜、人口分散、運維困難等特點，采取因地制宜、經(jīng)濟可行、技術適配的策略，重點提升電網(wǎng)的抗災能力、自愈能力和可持續(xù)性。在國家政策引導與地方探索推動下，部分邊遠省份在典型農(nóng)村地區(qū)開展“源網(wǎng)荷儲一體化”協(xié)同示范，嘗試構(gòu)建可自治、可恢復、可協(xié)同的新型農(nóng)村電力系統(tǒng)，為農(nóng)村電力系統(tǒng)韌性研究提供了實踐基礎。
內(nèi)蒙古額濟納旗韌性新型農(nóng)村電力系統(tǒng)
內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟納旗位于阿拉善盟西部邊緣地帶，是典型的邊遠戈壁荒漠地區(qū)，地廣人稀，基礎設施薄弱，長期以來能源供應嚴重依賴外部輸電線路支撐，地區(qū)電網(wǎng)與蒙西主網(wǎng)聯(lián)絡僅通過單回220千伏線路（434千米）長距離供電，每年由于線路發(fā)生故障或檢修，全旗停電頻繁，供電可靠性較低。尤其在極端自然條件頻發(fā)的背景下，如強風、沙塵暴、暴雪等，供電中斷風險尤為突出。如果要再建一條輸電線路形成雙回供電，400多公里線路投資需要數(shù)億元，嚴重制約當?shù)厣鐣l(fā)展與生態(tài)建設。
為提升區(qū)域能源供應的韌性水平、打破傳統(tǒng)“靠大電網(wǎng)輸送”的單一路徑思維，構(gòu)建具備獨立運行能力和可再生能源自平衡特性的新型縣域電網(wǎng)成為迫切需求。
2023年，由內(nèi)蒙古電力公司投資建設的“額濟納旗源網(wǎng)荷儲微電網(wǎng)示范工程”正式建成投運，成為全國首個可在廣域離網(wǎng)狀態(tài)下獨立運行的新能源微電網(wǎng)示范項目，標志著我國邊遠地區(qū)韌性能源系統(tǒng)建設邁出關鍵一步。該項目總投資12536萬元，新建1座儲能電站和1套源網(wǎng)荷儲控制管理系統(tǒng)，配置25兆瓦/25兆瓦?時磷酸鐵鋰儲能電池系統(tǒng)和7.2兆瓦柴油發(fā)電機系統(tǒng)、微電網(wǎng)控制管理系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)、功率預測與能量管理平臺及相關輔助設施，儲能電站設置2段10千伏母線，分別以電纜形式接入110千伏達來呼布站。該系統(tǒng)通過協(xié)調(diào)控制地區(qū)清潔能源用電側(cè)負荷以及新建的儲能電站，可實現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)方式下無縫切換、可靠運行，實現(xiàn)了全年全旗無停電，更好地滿足地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展和居民生活用電需求，更大程度地滿足清潔能源接入和消納能力。
項目的建成有效緩解了額濟納旗17年來長期依賴單電源供電的局面，首次實現(xiàn)了“新能源—儲能—應急電源”深度協(xié)同運行，在滿足本地電力需求的同時，還具備強大的并網(wǎng)/離網(wǎng)雙模式切換能力。
從技術構(gòu)成角度看，該項目充分利用額濟納旗豐富的太陽能與風能資源，在區(qū)域微電網(wǎng)框架下構(gòu)建新能源多源并聯(lián)運行架構(gòu)，以電化學儲能系統(tǒng)作為動態(tài)穩(wěn)定器和黑啟動核心資源，通過“新能源+儲能+應急電源”的控制邏輯構(gòu)建“系統(tǒng)動態(tài)平衡→孤島快速切換→孤島持續(xù)運行”的完整路徑，實現(xiàn)了大電網(wǎng)斷電后系統(tǒng)自主啟動、自主運行、自主恢復的全過程運行能力。在控制策略方面，微電網(wǎng)管理平臺通過接入風光功率預測系統(tǒng)、儲能荷電狀態(tài)管理系統(tǒng)、快速頻率/電壓響應模塊等，實現(xiàn)多源動態(tài)功率協(xié)調(diào)調(diào)度，在保障系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時最大限度利用可再生能源資源。整個系統(tǒng)具備秒級切換能力、毫秒級擾動控制能力和分鐘級系統(tǒng)重構(gòu)能力，極大提升了當?shù)啬茉聪到y(tǒng)的靈活性與抗風險能力。
額濟納旗源網(wǎng)荷儲微電網(wǎng)項目的成功，不僅實現(xiàn)了我國邊遠沙漠地區(qū)能源系統(tǒng)從“脆弱被動”向“自主韌性”轉(zhuǎn)變，也推動形成了適應新型電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢的技術集成路線和運行標準體系。其在高比例新能源接入、多元電源協(xié)同控制、儲能參與黑啟動與穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方面提供了技術依據(jù)；在多層級控制架構(gòu)、調(diào)度機制與政策引導方面形成了初步的體系化經(jīng)驗，具備在其他邊緣型、極端環(huán)境區(qū)域復制的現(xiàn)實可能性。
青海玉樹多能互補韌性電力系統(tǒng)
青海玉樹藏族自治州平均海拔4200米，地廣人稀（人口密度2.5人/平方公里），是長江、黃河、瀾滄江的源頭生態(tài)保護區(qū)。由于三江源國家自然保護區(qū)禁止大規(guī)模電網(wǎng)建設和柴油發(fā)電污染，不可能通過建設大電網(wǎng)和通過柴油發(fā)電機給當?shù)毓╇?。而且柴油發(fā)電機供電成本高達4元/度，冬季運輸困難，需牦牛馱運燃油。而單一光伏系統(tǒng)在連續(xù)陰雪天氣下易癱瘓，牧民冬季被迫遷移。因此，當?shù)卣ㄟ^“光伏+風電+蓄電池+柴油機”的混合電力微電網(wǎng)，解決了高寒牧區(qū)供電不穩(wěn)定、生態(tài)保護與能源需求之間的矛盾，成為我國離網(wǎng)地區(qū)多能互補的標桿項目。
項目主要采用轉(zhuǎn)換效率大于21%的光伏組件作為主供電源，夏秋兩季供給電量80%；風電采用低風速永磁風機（啟動風速2.5m/s）冬季補充（占全年發(fā)電35%），蓄電池采用磷酸鐵鋰+鈦酸鋰混合儲能（-35℃工作），短周期調(diào)節(jié)（3天續(xù)航）；柴油發(fā)電機采用生物柴油兼容型（僅緊急啟動），屬于黑啟動電源（年運行<50h）。在技術上創(chuàng)新采用光伏板每日自動旋轉(zhuǎn)除塵（專利角度+微型振動），沙塵暴后發(fā)電量損失<15%?；跉庀笮l(wèi)星的風光功率預測系統(tǒng)，提前72小時調(diào)整儲能策略。實現(xiàn)了負荷分級控制，優(yōu)先保障生態(tài)監(jiān)測站、疫苗冷藏庫（0.01秒級切換）。全年柴油使用量較傳統(tǒng)模式減少98%。所有基礎采用螺旋地樁，草場恢復時可無損拆除。光伏支架離地3米，下方種植耐陰牧草，單位土地產(chǎn)值提升30%。牧民“以工代訓”參與運維，戶均月增收1200—2000元。在應急響應方面，部署移動式光儲電源車（100kWh），在極端天氣下保障衛(wèi)生院制氧機運行。國家電網(wǎng)以“生態(tài)補償電費”形式回購富余電力（1.2元/度溢價）。
該項目取得良好效益。供電可靠性由原來的55%提高至99.1%，供電成本由原來的4元/千瓦時降低到0.45元/千瓦時（含生態(tài)補償），年減碳200噸/村。玉樹“風光儲柴”混合系統(tǒng)通過“多能互補、生態(tài)優(yōu)先、智慧調(diào)控”三位一體，破解了世界級生態(tài)敏感區(qū)的能源供給難題。其核心價值在于：驗證了極端環(huán)境下多能源協(xié)同的可行性，鈦酸鋰+磷酸鐵鋰混合儲能方案已成行業(yè)標準。實現(xiàn)“保生態(tài)”與“穩(wěn)民生”雙贏，牧民定居率從60%提升至92%。該項目被聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）評為“全球離網(wǎng)能源最佳實踐”，其模式正在尼泊爾、不丹等國推廣。
四川涼山高寒山區(qū)韌性供電解決方案
四川涼山彝族自治州地處橫斷山脈東緣，平均海拔2500—4000米，氣候寒冷、日照充足但冬季積雪嚴重，冬季氣溫-15℃至-20℃，光伏板積雪覆蓋可達30天/年；夏季強紫外線加速設備老化。村落分散在坡度40°以上的山地，泥石流、凍土塌陷頻發(fā)，桿塔傾倒風險高。傳統(tǒng)電網(wǎng)建設運維難度極大。傳統(tǒng)電網(wǎng)延伸至海拔3000米以上時，線路損耗達20%—30%，冬季斷線故障率超50%。柴油發(fā)電機供電成本高達3元/度，且運輸困難，冬季封山期燃油需直升機空運。當?shù)赝ㄟ^“光伏+儲能+柴油備用”的微電網(wǎng)模式，結(jié)合高海拔適應性設計，實現(xiàn)了偏遠村落穩(wěn)定供電，成為高寒山區(qū)韌性電網(wǎng)的典型范例。
項目采用抗雪光伏技術，采用雙面發(fā)電組件（背面增益15%）、30°傾角+自動融雪電加熱系統(tǒng)（-10℃啟動）。風電補充，加裝低風速風機（啟動風速3m/s），彌補冬季光伏不足。柴油備用僅用于極端連續(xù)陰雪天氣，年運行時間<200小時。采用耐低溫儲能技術，磷酸鐵鋰電池配備恒溫艙（維持5℃—25℃），-20℃環(huán)境下容量保持率>85%，超級電容應對牧民集中用電負荷沖擊（如冬季電暖器同時啟動）。同時，搭配開展高海拔線路適應性改造，架空線采用防冰雪導線（JRLX/T-70型），桿塔基礎深度增至3.5米防凍脹。變壓器加裝防凝露加熱裝置，斷路器海拔修正系數(shù)≥1.2。結(jié)合衛(wèi)星云圖與本地氣象站數(shù)據(jù)，提前24小時調(diào)整儲能充放電策略。直流微電網(wǎng)架構(gòu)下，短路故障可在200ms內(nèi)隔離。采取抗災強化措施，每基桿塔安裝2支避雷針，接地電阻<10Ω（普通地區(qū)4倍標準）。配電柜采用全封閉設計，電纜溝鋪設防鼠蟻金屬鎧裝。
通過培訓村民擔任“電力管家”，負責日常除塵、融雪操作，月補貼800元/人。建立“以電養(yǎng)電”機制，光伏收益的30%用于設備更新基金。儲備移動式光儲電源車（50kWh）可保障衛(wèi)生室、通信基站72小時供電。國家電網(wǎng)“三區(qū)三州”專項投資覆蓋總成本的80%，剩余由村集體分期償還（15年期限）。
項目建成后取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。供電可靠率由改造前的68%提高到改造后的98.7%，綜合電價由原來柴油發(fā)電的3元/千瓦時降到改造后的微電網(wǎng)0.8元/千瓦時，年碳減排由原來的0躍升到改造后的90噸/村，故障恢復時間由原來的7天以上降至現(xiàn)在的4小時以內(nèi)。電力得到保障后，該地區(qū)的冷鏈倉儲、直播電商等新業(yè)態(tài)在村落涌現(xiàn)，極大改善了彝族群眾的生產(chǎn)和生活。
涼山高寒山區(qū)韌性供電解決了高寒地區(qū)供電關鍵技術中光伏積雪、儲能低溫衰減、設備絕緣下降的難題；通過“央企讓利+村民勞務抵償”降低初始投資壓力。涼山高海拔韌性微電網(wǎng)通過“氣候適應性設計+智慧能源管理+社區(qū)共治”，破解了“雪封山、電癱瘓”的歷史難題。這表明：在邊遠高海拔的極端環(huán)境下，技術方案必須超越常規(guī)標準，而社會組織的創(chuàng)新比硬件投入更能保障長期韌性。
以上幾個典型示范工程說明，我國邊遠地區(qū)在可再生能源高比例接入、電力需求快速增長與極端自然條件不確定性增強的多重背景下，構(gòu)建結(jié)構(gòu)有彈性、功能有持續(xù)性與調(diào)控有靈活性的具有韌性的新型農(nóng)村電力系統(tǒng)，破解了大電網(wǎng)遠距離供電在可靠性、經(jīng)濟性、可持續(xù)性等方面存在的難題，不僅能夠保障農(nóng)村能源供需安全的現(xiàn)實需求，更是實現(xiàn)邊遠地區(qū)鄉(xiāng)村全面振興、共同富裕和綠色低碳發(fā)展目標的重要支撐。因此，這不僅需要國家在政策上繼續(xù)加大對邊遠欠發(fā)達農(nóng)村地區(qū)的扶持，而且還要在電力系統(tǒng)的管理架構(gòu)、運維體系和制度等方面進行持續(xù)創(chuàng)新，積極探索適應當?shù)貙嶋H的、可持續(xù)發(fā)展的、最經(jīng)濟的運維體系和管理制度，充分調(diào)動當?shù)馗髯遛r(nóng)牧民群眾的積極性和創(chuàng)造性，幫助這些地方建設和運營好適合當?shù)貙嶋H需要的具有“韌性”的電力系統(tǒng)，為實現(xiàn)鄉(xiāng)村全面振興和共同富裕以及“雙碳”目標助力。
