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浅谈国内农村综合能源利用和综合能源网创建情况

2020-07-10 931 上传者：管理员

摘要：当前，乡村振兴战略不断深入推进，社会主义新农村、新型城镇化建设也在不断深化，农村生产、农民生活对包括新能源和可再生能源在内的多种能源需求越来越强烈。因此，农村能源建设需要不断创新发展，并因地制宜根据当地自然资源禀赋，研究和实现基于分布式电源、微电网/微能网、能源互联网的多能互补利用，推动农村能源技术及运营水平的有效提升。

关键词：
乡村振兴
农村
农村能源利用
综合能源利用
综合能源网
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能源体系的建设涉及农民的生产、生活及衣食住行，需要层层渗透、技术支持、资金支持、政策支持等。农村综合能源建设过程中，将会面临一些突出问题和挑战，主要包括以下4个方面：一是能源综合利用效率低下，浪费严重；二是严重依赖传统化石能源，污染环境，能源消费支出高；三是缺乏先进实用的技术支撑，分布式能源发展受限；四是农村地区经济水平普遍落后，自筹经费困难，过度依赖财政补贴和支持。

与此同时，在未来的农村综合能源建设中，也有很多有利因素促进其快速发展。主要体现在以下3个方面：一是国家层面全面部署和实施乡村振兴战略，农村的用电需求将会进一步显著增加，同时国家电网公司和南方电网公司也在同步加大配电网的建设与改造；二是国家能源结构调整及电网公司战略调整，高比例、大规模可再生能源接入配电网，智能配电网建设和再电气化战略的实施，极大地推动了电能替代、综合能源服务及能源互联网的建设与发展；三是售电侧改革将迎来售电公司、增量配电网的快速发展，除提供电力供应外，解决用户的综合用能规划与优化问题越来越急迫；四是迎来了新的辅助服务市场化机制，各省级市场均提出了自己的有功备用、调峰调频、需求响应等辅助服务措施和激励机制，使得不管是能源提供商还是需求侧用户均有积极参与的热情和能力。

一、农村综合能源供给与消费模式创新

传统农村供能的主要形式为利用农村电网为用户提供电能，通过煤炭、秸秆等一次性能源来提供热能。传统的供能模式，其能源利用率低、环境污染严重且供能的可靠性和安全性较低。

目前，我国越来越多的农村正在逐步实现新型城镇化，电网、天然气网络、石油管网的建设实现了西电东送、西气东输。但是，这大多仅针对于我国东南沿海经济发达地区，且采取集中供能和用能的方式。在我国中部、西部和东北等广大的农村和偏远地区，尚存在供电可靠性和用能稳定性普遍偏低，与大电网连接薄弱和无法实现集中供能等现象。

鉴于此，科学发展农村能源，探索多种能源综合利用模式，构建清洁低碳的农村能源供给与消费体系，是促进农村产业兴旺、实现农村生态宜居、达到农村生活富裕的重要举措。图1给出了一种未来典型的农村能源供给与消费体系创新模式。

图1中，同时考虑了农村能源供给和能源消费及两者之间的相互关系。对于源端的能源供给，应当以农村电网为依托，尽量高比例地利用清洁能源（太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等），尽量减少一次化石能源的消耗；对于末端的能源消费，应在规划用户用能时统筹炊事、取暖、照明、种植、养殖、加工、仓储等不同种类的用能需求；对于中间层面的能源互联网络，要体现以电为主并统筹供气、供热和供冷的综合资源规划原则，实现系统整体能效最大化。

图1一种典型的农村能源供给与消费体系

图2我国智能电网与农村新能源网络格局

二、农村综合能源网建设及格局

我国智能电网与农村新能源网络格局

近年来，我国的智能电网建设在发电侧、输电侧和配电侧均取得了巨大和显著成效，如图2所示。在不久的将来，大规模分布式可再生能源（光伏和风电电源/微电网）、电动汽车充电站、中小容量储能站等将会越来越多地接入配电网，尤其是农村台区配电网，与其他能源一起共同构成未来的农村新能源网络格局。

三、我国农村多能互补清洁能源供给模式

建设新型农村能源互联网，可以满足农业、农村、农民日益增长的清洁能源需求，促进先进发电技术、充电设施、储能装备的广泛应用，实现多种能源的源-网-荷-储协调运行。一种可行的农村综合能源网多能互补供给模式，其框图如图3所示。由图3可见，清洁能源与智慧农业结合，其实现方式灵活多样如光伏+智慧农业、风电+智慧农业、生物质+智慧农业等。清洁能源与农民生活紧密相关，其表现方式如分散式电采暖、机电一体化（电动车）、电磁式厨房等。微能网是在微电网基础上拓展了多种能源的互联，进而实现用户侧就地能源的协调利用。微能网可以在风电、光伏、小水电及燃气三联供等互联基础上，通过机理分析、定容选址、路径优化，实现光热、地源热泵、空气源热泵、生物质能与现有系统的能源有序交换，协同传统能源和可再生能源，实现冷、热、电、负荷的优化配置与可靠供应。

四、我国农业园区典型综合能源网络

近年来，我国清洁能源快速发展，特别是新能源迅猛增长。截至2019年底，我国水电装机容量为3.6亿kW，并网风电、太阳能装机容量分别为2.1亿kW、2.0亿kW。然而，清洁能源在持续快速发展的同时，也带来巨大的消纳压力，弃风、弃光、弃水问题依然存在。将清洁能源与广大农村的生产和生活相结合，是一种有效解决清洁能源消纳的可行途径。

农业园区典型综合能源网络。农业负荷一般可分为种植业和养殖业2大类。除了电负荷，大棚等设施农业以及禽类类室内养殖通常对温度也有较高要求，同时存在用热和用冷需求。一种典型的农业园区综合能源系统，如图4所示。图4中，各主要功能单元包括电网母线、燃气轮机冷热电联产、光伏发电、风力发电、生物质发电、燃气锅炉调峰等。

图3我国农村多能互补清洁能源供给模式

图4一种农业园区综合能源系统

畜牧场储能-电蓄冰技术。利用该技术，可以实现低谷电蓄冰，进而避开高峰电价和提高经济效益。此外，可以同时利用沼气发电余电蓄冰和余热发电余电蓄冰技术，实现夏季场区范围内的制冷和用冷，替代传统空调并显著减少用电成本。目前，这类技术一般还只是应用于商贸、办公、医院等大型建筑物。对大中型养殖场，在实施之前需要进一步研究年耗电量、年运行费用、国家相关支持政策以及农业生产电价等多种因素的影响。

畜牧场储能-余电采供暖技术。该技术充分利用现有政策，使用低谷电蓄热，满足供热用能并降低生产成本。与此同时，也可充分利用畜牧场资源，利用沼气和余热发电，然后制热，实现冬季供暖，替代传统的电风机、热风机等直热式装备，实现节能和稳定持续供热。对于储热和供热系统，可以利用相变储能材料，也可利用鹅卵石、沙子和工业盐等进行储热；可以设计更为简便和高效的热水热风管路系统。

“四表合一”畜牧场多能源信息采集与监控系统。这是一种可以同时采集畜牧场用电、用水、用气、用热4种表计用能数据，运用大数据和人工智能技术进行实时和在线分析，然后进行管理和决策的“畜牧场多能源信息采集与监控系统”，可以用于规模化养殖场，如奶牛场、养猪场、养鸡场等。该系统技术含量高，投资强度低，运行维护简便，可有效提升总体管理水平和经济社会效益。

五、农村综合能源网建设展望与思考

农村综合能源网建设是一项复杂的系统工程。首先，必须建设好配电网尤其是农村电网；第二，要紧密围绕中央一号文件关于新农村建设、新型城镇化建设、乡村振兴以及脱贫攻坚战略，制定国家电网农业农村领域的用能服务及营销战略；第三，要有一批热爱农业、农村和农民，并懂得用电和综合用能的技术和管理人才；第四，要有一套行之有效的综合能源体系及创新商业模式；第五，需要支持全国农业电气化与自动化、信息化学科及高校技术创新和高水平人才培养，形成电网企业、电科院/经研院、高等院校三位一体的科学技术共同体，为我国未来20～30年的农村综合能源网建设提供技术、决策和智库支撑。

杜松怀.我国农村综合能源利用与综合能源网建设[J].农电管理,2020(07):9-11.