中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：我國(guó)幅員遼闊，在“老少邊貧”地區(qū)，一方面由于地廣人稀，負(fù)荷小，僅僅靠傳統(tǒng)電網(wǎng)長(zhǎng)距離延伸投資大、回報(bào)低，運(yùn)維難度大，經(jīng)濟(jì)性差；另一方面，這些地區(qū)易受地質(zhì)災(zāi)害（如山體滑坡、雷擊、大風(fēng)、冰雪）影響，大電網(wǎng)長(zhǎng)距離供電可靠性低，往往不具有韌性。這些邊遠(yuǎn)地區(qū)新能源資源比較充沛，但依賴本地風(fēng)光資源時(shí)，供電穩(wěn)定性受天氣影響較大，還存在專業(yè)運(yùn)維人員不足、故障響應(yīng)慢等問(wèn)題。農(nóng)村電力系統(tǒng)在面對(duì)自然災(zāi)害、技術(shù)故障、氣候波動(dòng)等各種內(nèi)外部擾動(dòng)因素時(shí)，能否有效抵御沖擊、迅速恢復(fù)并維持基本電力供應(yīng)功能，并具備適應(yīng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的能力，是檢驗(yàn)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(shè)與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相適應(yīng)的新型農(nóng)村電力系統(tǒng)，幫助當(dāng)?shù)匕l(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善當(dāng)?shù)厝嗣裆?，是?dāng)前鄉(xiāng)村全面振興、實(shí)現(xiàn)共同富裕需要解決的實(shí)際問(wèn)題。建設(shè)可靠性高、經(jīng)濟(jì)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(duì)這些地區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜、人口分散、運(yùn)維困難等特點(diǎn)，采取因地制宜、經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)適配的策略，重點(diǎn)提升電網(wǎng)的抗災(zāi)能力、自愈能力和可持續(xù)性。在國(guó)家政策引導(dǎo)與地方探索推動(dòng)下，部分邊遠(yuǎn)省份在典型農(nóng)村地區(qū)開(kāi)展“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”協(xié)同示范，嘗試構(gòu)建可自治、可恢復(fù)、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(shí)踐基礎(chǔ)。
內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗韌性新型農(nóng)村電力系統(tǒng)
內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟(jì)納旗位于阿拉善盟西部邊緣地帶，是典型的邊遠(yuǎn)戈壁荒漠地區(qū)，地廣人稀，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，長(zhǎng)期以來(lái)能源供應(yīng)嚴(yán)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(luò)僅通過(guò)單回220千伏線路（434千米）長(zhǎng)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(qiáng)風(fēng)、沙塵暴、暴雪等，供電中斷風(fēng)險(xiǎn)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(yán)重制約當(dāng)?shù)厣鐣?huì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)。
為提升區(qū)域能源供應(yīng)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(dú)立運(yùn)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(shè)的“額濟(jì)納旗源網(wǎng)荷儲(chǔ)微電網(wǎng)示范工程”正式建成投運(yùn)，成為全國(guó)首個(gè)可在廣域離網(wǎng)狀態(tài)下獨(dú)立運(yùn)行的新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目，標(biāo)志著我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)韌性能源系統(tǒng)建設(shè)邁出關(guān)鍵一步。該項(xiàng)目總投資12536萬(wàn)元，新建1座儲(chǔ)能電站和1套源網(wǎng)荷儲(chǔ)控制管理系統(tǒng)，配置25兆瓦/25兆瓦?時(shí)磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池系統(tǒng)和7.2兆瓦柴油發(fā)電機(jī)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(yù)測(cè)與能量管理平臺(tái)及相關(guān)輔助設(shè)施，儲(chǔ)能電站設(shè)置2段10千伏母線，分別以電纜形式接入110千伏達(dá)來(lái)呼布站。該系統(tǒng)通過(guò)協(xié)調(diào)控制地區(qū)清潔能源用電側(cè)負(fù)荷以及新建的儲(chǔ)能電站，可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和離網(wǎng)方式下無(wú)縫切換、可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了全年全旗無(wú)停電，更好地滿足地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(xiàng)目的建成有效緩解了額濟(jì)納旗17年來(lái)長(zhǎng)期依賴單電源供電的局面，首次實(shí)現(xiàn)了“新能源—儲(chǔ)能—應(yīng)急電源”深度協(xié)同運(yùn)行，在滿足本地電力需求的同時(shí)，還具備強(qiáng)大的并網(wǎng)/離網(wǎng)雙模式切換能力。
從技術(shù)構(gòu)成角度看，該項(xiàng)目充分利用額濟(jì)納旗豐富的太陽(yáng)能與風(fēng)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(yùn)行架構(gòu)，以電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)作為動(dòng)態(tài)穩(wěn)定器和黑啟動(dòng)核心資源，通過(guò)“新能源+儲(chǔ)能+應(yīng)急電源”的控制邏輯構(gòu)建“系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡→孤島快速切換→孤島持續(xù)運(yùn)行”的完整路徑，實(shí)現(xiàn)了大電網(wǎng)斷電后系統(tǒng)自主啟動(dòng)、自主運(yùn)行、自主恢復(fù)的全過(guò)程運(yùn)行能力。在控制策略方面，微電網(wǎng)管理平臺(tái)通過(guò)接入風(fēng)光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)管理系統(tǒng)、快速頻率/電壓響應(yīng)模塊等，實(shí)現(xiàn)多源動(dòng)態(tài)功率協(xié)調(diào)調(diào)度，在保障系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)最大限度利用可再生能源資源。整個(gè)系統(tǒng)具備秒級(jí)切換能力、毫秒級(jí)擾動(dòng)控制能力和分鐘級(jí)系統(tǒng)重構(gòu)能力，極大提升了當(dāng)?shù)啬茉聪到y(tǒng)的靈活性與抗風(fēng)險(xiǎn)能力。
額濟(jì)納旗源網(wǎng)荷儲(chǔ)微電網(wǎng)項(xiàng)目的成功，不僅實(shí)現(xiàn)了我國(guó)邊遠(yuǎn)沙漠地區(qū)能源系統(tǒng)從“脆弱被動(dòng)”向“自主韌性”轉(zhuǎn)變，也推動(dòng)形成了適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)集成路線和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)體系。其在高比例新能源接入、多元電源協(xié)同控制、儲(chǔ)能參與黑啟動(dòng)與穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)方面提供了技術(shù)依據(jù)；在多層級(jí)控制架構(gòu)、調(diào)度機(jī)制與政策引導(dǎo)方面形成了初步的體系化經(jīng)驗(yàn)，具備在其他邊緣型、極端環(huán)境區(qū)域復(fù)制的現(xiàn)實(shí)可能性。
青海玉樹(shù)多能互補(bǔ)韌性電力系統(tǒng)
青海玉樹(shù)藏族自治州平均海拔4200米，地廣人?。ㄈ丝诿芏?.5人/平方公里），是長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江的源頭生態(tài)保護(hù)區(qū)。由于三江源國(guó)家自然保護(hù)區(qū)禁止大規(guī)模電網(wǎng)建設(shè)和柴油發(fā)電污染，不可能通過(guò)建設(shè)大電網(wǎng)和通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)給當(dāng)?shù)毓╇?。而且柴油發(fā)電機(jī)供電成本高達(dá)4元/度，冬季運(yùn)輸困難，需牦牛馱運(yùn)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(dāng)?shù)卣ㄟ^(guò)“光伏+風(fēng)電+蓄電池+柴油機(jī)”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(hù)與能源需求之間的矛盾，成為我國(guó)離網(wǎng)地區(qū)多能互補(bǔ)的標(biāo)桿項(xiàng)目。
項(xiàng)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(fēng)電采用低風(fēng)速永磁風(fēng)機(jī)（啟動(dòng)風(fēng)速2.5m/s）冬季補(bǔ)充（占全年發(fā)電35%），蓄電池采用磷酸鐵鋰+鈦酸鋰混合儲(chǔ)能（-35℃工作），短周期調(diào)節(jié)（3天續(xù)航）；柴油發(fā)電機(jī)采用生物柴油兼容型（僅緊急啟動(dòng)），屬于黑啟動(dòng)電源（年運(yùn)行<50h）。在技術(shù)上創(chuàng)新采用光伏板每日自動(dòng)旋轉(zhuǎn)除塵（專利角度+微型振動(dòng)），沙塵暴后發(fā)電量損失<15%?；跉庀笮l(wèi)星的風(fēng)光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，提前72小時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能策略。實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷分級(jí)控制，優(yōu)先保障生態(tài)監(jiān)測(cè)站、疫苗冷藏庫(kù)（0.01秒級(jí)切換）。全年柴油使用量較傳統(tǒng)模式減少98%。所有基礎(chǔ)采用螺旋地樁，草場(chǎng)恢復(fù)時(shí)可無(wú)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(xùn)”參與運(yùn)維，戶均月增收1200—2000元。在應(yīng)急響應(yīng)方面，部署移動(dòng)式光儲(chǔ)電源車（100kWh），在極端天氣下保障衛(wèi)生院制氧機(jī)運(yùn)行。國(guó)家電網(wǎng)以“生態(tài)補(bǔ)償電費(fèi)”形式回購(gòu)富余電力（1.2元/度溢價(jià)）。
該項(xiàng)目取得良好效益。供電可靠性由原來(lái)的55%提高至99.1%，供電成本由原來(lái)的4元/千瓦時(shí)降低到0.45元/千瓦時(shí)（含生態(tài)補(bǔ)償），年減碳200噸/村。玉樹(shù)“風(fēng)光儲(chǔ)柴”混合系統(tǒng)通過(guò)“多能互補(bǔ)、生態(tài)優(yōu)先、智慧調(diào)控”三位一體，破解了世界級(jí)生態(tài)敏感區(qū)的能源供給難題。其核心價(jià)值在于：驗(yàn)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(chǔ)能方案已成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)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(xiàng)目被聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署（UNDP）評(píng)為“全球離網(wǎng)能源最佳實(shí)踐”，其模式正在尼泊爾、不丹等國(guó)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(yán)重，冬季氣溫-15℃至-20℃，光伏板積雪覆蓋可達(dá)30天/年；夏季強(qiáng)紫外線加速設(shè)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(fēng)險(xiǎn)高。傳統(tǒng)電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)維難度極大。傳統(tǒng)電網(wǎng)延伸至海拔3000米以上時(shí)，線路損耗達(dá)20%—30%，冬季斷線故障率超50%。柴油發(fā)電機(jī)供電成本高達(dá)3元/度，且運(yùn)輸困難，冬季封山期燃油需直升機(jī)空運(yùn)。當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)“光伏+儲(chǔ)能+柴油備用”的微電網(wǎng)模式，結(jié)合高海拔適應(yīng)性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了偏遠(yuǎn)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(xiàng)目采用抗雪光伏技術(shù)，采用雙面發(fā)電組件（背面增益15%）、30°傾角+自動(dòng)融雪電加熱系統(tǒng)（-10℃啟動(dòng)）。風(fēng)電補(bǔ)充，加裝低風(fēng)速風(fēng)機(jī)（啟動(dòng)風(fēng)速3m/s），彌補(bǔ)冬季光伏不足。柴油備用僅用于極端連續(xù)陰雪天氣，年運(yùn)行時(shí)間<200小時(shí)。采用耐低溫儲(chǔ)能技術(shù)，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(jí)電容應(yīng)對(duì)牧民集中用電負(fù)荷沖擊（如冬季電暖器同時(shí)啟動(dòng)）。同時(shí)，搭配開(kāi)展高海拔線路適應(yīng)性改造，架空線采用防冰雪導(dǎo)線（JRLX/T-70型），桿塔基礎(chǔ)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(shí)調(diào)整儲(chǔ)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(zāi)強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)）。配電柜采用全封閉設(shè)計(jì)，電纜溝鋪設(shè)防鼠蟻金屬鎧裝。
通過(guò)培訓(xùn)村民擔(dān)任“電力管家”，負(fù)責(zé)日常除塵、融雪操作，月補(bǔ)貼800元/人。建立“以電養(yǎng)電”機(jī)制，光伏收益的30%用于設(shè)備更新基金。儲(chǔ)備移動(dòng)式光儲(chǔ)電源車（50kWh）可保障衛(wèi)生室、通信基站72小時(shí)供電。國(guó)家電網(wǎng)“三區(qū)三州”專項(xiàng)投資覆蓋總成本的80%，剩余由村集體分期償還（15年期限）。
項(xiàng)目建成后取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jià)由原來(lái)柴油發(fā)電的3元/千瓦時(shí)降到改造后的微電網(wǎng)0.8元/千瓦時(shí)，年碳減排由原來(lái)的0躍升到改造后的90噸/村，故障恢復(fù)時(shí)間由原來(lái)的7天以上降至現(xiàn)在的4小時(shí)以內(nèi)。電力得到保障后，該地區(qū)的冷鏈倉(cāng)儲(chǔ)、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(guān)鍵技術(shù)中光伏積雪、儲(chǔ)能低溫衰減、設(shè)備絕緣下降的難題；通過(guò)“央企讓利+村民勞務(wù)抵償”降低初始投資壓力。涼山高海拔韌性微電網(wǎng)通過(guò)“氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì)+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(yuǎn)高海拔的極端環(huán)境下，技術(shù)方案必須超越常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，而社會(huì)組織的創(chuàng)新比硬件投入更能保障長(zhǎng)期韌性。
以上幾個(gè)典型示范工程說(shuō)明，我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)在可再生能源高比例接入、電力需求快速增長(zhǎng)與極端自然條件不確定性增強(qiáng)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(yuǎn)距離供電在可靠性、經(jīng)濟(jì)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(shí)需求，更是實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)鄉(xiāng)村全面振興、共同富裕和綠色低碳發(fā)展目標(biāo)的重要支撐。因此，這不僅需要國(guó)家在政策上繼續(xù)加大對(duì)邊遠(yuǎn)欠發(fā)達(dá)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(yùn)維體系和制度等方面進(jìn)行持續(xù)創(chuàng)新，積極探索適應(yīng)當(dāng)?shù)貙?shí)際的、可持續(xù)發(fā)展的、最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)維體系和管理制度，充分調(diào)動(dòng)當(dāng)?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(shè)和運(yùn)營(yíng)好適合當(dāng)?shù)貙?shí)際需要的具有“韌性”的電力系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村全面振興和共同富裕以及“雙碳”目標(biāo)助力。
