甘肃省农村新能源与新产业协同发展路径探析

金丽娜

（兰州资源环境职业技术大学，甘肃兰州 730021）

甘肃电网作为我国西北地区电网的枢纽，承担“西电东送”国家重大工程任务[1]。甘肃省东接陕西，西倚新疆，南望青海、四川，北眺宁夏、内蒙古，不仅一度是世界文明的交汇地，更是西北地区电能稳定运行、安全输送与高质量发展的重要保障。作为电力系统重要组成部分，农村电网在电能输送过程中起着十分重要的作用。在新能源发电、农村温室大棚、冷链物流等新产业快速发展的今天，电网的结构与安全运行方式发生了较大变化，其协同发展路径是一个需要长期研究的内容[2]。

1 甘肃省新能源与新产业发展潜力

1.1 新能源发展状况

甘肃省可开发资源丰富，包括石油、天然气、煤炭、风能及太阳能等。甘肃省煤炭资源预测储量为1 428 亿t，已探明存储量达125 亿t；存储石油开发量为6 亿t，可探明天然气存储量达31.57 亿m3，集中分布于陇东长庆和河西玉门两地油区。

煤炭、石油、天然气等资源曾是甘肃省电力工业发展的重要保障，随着“双碳”目标的提出，太阳能、风能、生物能等新能源逐渐成为未来电力工业的主要支撑。甘肃省新能源较为丰富，其中，河西走廊等部分山口地区存在大量的可开发风能资源，总储量达2.37 亿kW；河西西部地区、甘南西南部地区太阳能资源丰富，可辐射出4 800～6 400 MJ·m-3的能量，其中约520万t标准的清洁资源可供开发。2022年4月统计数据显示，甘肃省新能源发电容量已达3 122万kW，占省内总装机容量的50%。

1.2 农村新产业发展潜力

甘肃省农村供电网络面积约21.2 万km2，狭长的地域使供电半径较长，供电网络经过沙漠与戈壁地带，恶劣的气象环境不仅给电网架设与运行带来较大困难，也对畜牧业与农业的生产造成不便[3]。依托太阳能、风能的资源优势，甘肃省已建成多个风力、光伏发电基地。通过架设多条特高压通道，解决新能源占比过大带来的电力网络柔性问题，形成“大送端”绿色送电网络，降低电能输送成本，并有效降低传统能源对生态环境造成的危害。

“互联网+农业”促进了农村一二三产业的高速发展，衍生了直播带货、温室大棚、冷链物流、鲜活农产品直销等强服务型升级产业，这些新兴产业打破了传统的农村农业用电结构，增加了农村农业用电需求。甘肃省地域跨度较大，分布在各地区的产业类型也存在差异，对电能具有不同的需求和要求，使得各地区的电力工业发展路径各异。甘肃省应因地制宜，差异应对，满足高速发展的一二三产业的用电需求，以促进产业高质量、快速发展。

2 农村新产业在高比例新能源电网中的特点

2.1 电气化农业可控性强

农业电气化发展水平是现代农村发展程度的基本体现，目前甘肃省农村农业电气化总体水平较低，各地区发展水平差异较大，但随着农业智能化、规模化发展程度逐渐深入，甘肃省农业与畜牧业机械化水平逐年上升，对电能容量的需求与可靠性要求也逐年增加[4]。农业生产机械具有一定的可预测性与可控性，例如，农忙时农用机械使用率高，用电量高；农闲时农用机械使用率低，用电量低；与新能源汽车工作特性相似，白天农用机械消耗电能，夜间会集中充电。对此类具有可预测性与可控性的农用设备，应充分分析其用电负荷特性，制订详细的调度方案，合理安排充电、用电策略，以削减区域网络峰谷差，起到“削峰填谷”的作用，保障区域电网稳定运行。同时，对电能质量与可靠性要求的持续增加，使得农用机械设备的可预测性与可控性更加突出。

2.2 能源转型约束力小

能源转型是新型电力系统构建的重要内容，也是“双碳”任务的最终目标。农村地区蕴含丰富的光能、风能、水能、生物质能及沼气能等清洁能源，将清洁能源高效率地转变为便于控制、调节与应用的电能，可节约煤炭、石油等不可再生能源，有助于实现新型电力系统的能源转型，解决农村闲置废旧资源，构建新型高比例新能源清洁型农村。但受风能、光能等随机特性的影响，电能质量与可靠性无法得到有力保证，限制了清洁能源的高效利用和发展。

大部分农业机械属于三类负荷，其对电能的供电连续性与电能质量要求较低，可在用电低谷期集中充电或负荷分时段充电。农作物的生产、收割、加工、运输等过程具有较强的灵活性与可控性，可有效降低生物质能、太阳能、风能等新型能源随机性对农业生产带来的不利影响，降低能源转型约束力[5]。

2.3 分布式储能调控性强

与城市用能形式不同，农村生产、生活用能较为分散，变化规律性强，具有季节周期性强、大型用电负荷持续时间短等特点。近两年，在乡村振兴战略与“双碳”目标引导下，兰州市、金昌市、张掖市等地部分农村已率先完成屋顶光伏、新型供暖方式改造项目，但当前建设项目覆盖面较窄，不符合新型能源系统对高比例性的要求。兰州市、武威市、酒泉市等地通过构建光伏屋顶群、新能源充电桩和新型储能等多元主体，实现分布式新型能源就近消纳，并构成分布式储能，减小农村冲击性负荷带来的频率波动，实现电网承载能力的综合提升。但光伏发电、风力发电、电动汽车、农用机械充电桩等分布式电源的普及，增加了农网可变电源与负荷精准采集与预测的难度，对农村电网建设提出了更高要求，对农村农机化发展与经济效益也有一定影响。

2.4 清洁取暖方式宜居性强

《甘肃省“十四五”能源发展规划的通知》中多次提及清洁取暖替代工程，要求农村地区加快清洁化能源建设，以降低农村秸秆焚烧与燃煤污染给环境带来的不利影响。甘肃省农村地区一直采用燃煤采暖的供暖方式，不仅取暖成本高，还会释放二氧化碳、氮氧化物等污染物。近年来，随着乡村振兴战略的实施，甘肃省农村地区建造了很多清洁取暖工程，但建造比例较小。因此，应加强可再生太阳能和电力取暖方式的应用力度，实现“双碳”目标和智能化发展，降低采暖成本。近年来，甘肃省农村地区多次试点太阳能、电采暖、空气源热泵等取暖方式，加大电能等清洁取暖方式的投入，以电能清洁取暖为代表，转变现有取暖消费模式，打造农村宜居新风貌。

3 发展路径

3.1 构建多元化新型农村，加强电气化产业建设

在构建多元化新型农村方面，可采取以下措施。1）建设符合新型农村发展需求的新型农网系统，持续推进乡村服务产业、电气化农业机械和多彩农村生活的发展道路，建设新能源现代农村体系。2）结合地域特点和资源禀赋，引进智能温室、智能灌溉、智能采摘与电气化养殖等智能设施，逐步构建高效智慧农业、养殖业及农产品加工、服务等产业。3）依托甘肃省内多元化地域特点，结合甘肃省内成功示范项目，充分发掘地域文化特色。开发农村周边旅游景点与附属设施，实现全电民宿建设普及，不断发展壮大村集体经济，带动帮扶村民就近就业，提高农村生活多样性和农民生活幸福感。

甘肃省农村电气化发展正处于初级阶段，需可靠的农网系统做支撑，因此应加强电气化产业建设。1）加大农村电网输送容量，提高电能质量与可靠性，充分利用当地可再生清洁能源，合理安排作业工序，调控作业时间，细化调度方案。2）根据甘肃省地域狭长、综合环境丰富等条件，通过板上发电、板下种植、水资源综合利用、治沙改土等多方位发展模式，开展风电与光伏协调治沙、防风、固草项目，有效保护生态系统，扩大电气化产业建设规模，提高电气化产业发展效益。

3.2 加强优化能源结构，做好分布式电源建设

甘肃省电力系统新能源发电、新型储能技术处于建设与应用初级阶段，新系统总体输送电能不足，滞后的新型储能配套设施尚未实现与新能源的同步应用，农村清洁能源结构还需优化。1）加强试点成功案例的全面普及，降低以秸秆、薪柴、散煤等一次能源应用为主的区域比例，解决甘肃省煤电等保障性、支撑性、调节性能源不足，新能源“靠天吃饭”的突出问题，保护农村生态环境。2）结合地域特色，因地制宜建设改造可再生能源微电网，通过合理配置储能，实现分布式可再生能源的大量接入，充分利用农机动力电池的新能源消纳能力，提高甘肃省农村电网分布式可再生能源的应用渗透率。3）做好农村充电基础设施建设工作，服务电动机械设备下乡与电气化产业建设；持续推进落实农村清洁取暖等一系列农村电能替代项目，提高农村负荷需求，减轻大电网电力电量平衡压力[6]。

3.3 制定出台相关政策引导，有效并网防止弃电

现代化农村用电负荷包含具有季节性峰谷差的种植与养殖类机械设备、冷链运输、清洁取暖等新型用电负荷，随着生物质能、屋顶光伏、风能等农村清洁能源的占比持续增大，农网的消纳压力也越来越大。例如，高比例清洁电能生产与消费调节不当会导致农网存在弃光、弃水、弃风等隐患，造成能源浪费。因此，需结合农村地区的气候、地域、资源、负荷特性等多种因素，分析当地用电需求，选择新能源互补模式，制定出台相关政策引导，在保证农机等负荷可靠供电、优质供电的前提下，全面深入研究红色陇东多能互补、酒泉“光热储能+”等农村农业分布式能源并网方式，有效避免非必要弃电等现象。充分利用能源的自身优势，研究满足甘肃省特色地域性的能源消纳新模式，实现绿色用电，服务乡村振兴。

3.4 提高负荷预测能力，助力精准调度环节

高比例新能源使电力系统呈现高比例可再生能源、高比例电力电子装备的双高特征，系统频繁谐波超标、高低压越限、线路输送阻塞、双向潮流、电源与农用负荷随机性强等问题也较为突出。1）农村电网需求侧的负荷管理问题是提升负荷预测能力的有效手段，应增强新型能源供电方向的主动支撑特性、输送侧运行中智能化电能调度与管理特性及新型大容量储能共享系统的应用特性，降低电网发电侧与用电侧引起的系统波动与崩溃发热问题发生率，提高负荷预测能力并改造新能源系统，降低系统运行中的成本及供用电过程中的电力消纳风险。2）提高挖掘与融合农网大数据、调控与决策农网工作状态、分析与处理历史数据的工作能力。结合甘肃省能源特色，依托重大示范工程，在新能源开发与设计、波动性负荷预测与采集、分布式储能技术削峰填谷、电氢耦合等方面创设示范园地，综合提高负荷预测能力。

4 结语

目前，甘肃省新能源建设与应用虽取得部分成效，但总体仍处于初级阶段，高比例新能源农网系统建设尚不成熟，其运行可靠性与稳定性还不足以对抗高比例新能源随机性带来的冲击，农网结构与调控系统仍有待稳固与提升，清洁能源的利用率也有待提高。针对智能化与机械化逐年增强的农业类机械设备、对电能需求容量快速增加的农村新型服务型产业链、对农村清洁型供暖要求增加的电采暖等新型方式，以技术创新为前提的大型农机设备的分布式储能等的政策引导和财政支持有待加强。

高比例新能源是农村电网发展的必经路线，也是完成“双碳”目标的可行之路，而农村电网的重构与发展将助力新能源电网发展。因此，根据甘肃省地域特点与发展水平，深化用能调研，因地制宜做好电能规划的顶层设计与实施，按区域产业与新能源特点制订个性化、人性化乡村电能发展路线，推动新能源与农业新产业电气化协同发展、快速发展。