譚清坤 ，徐 航 ，陳 琳 ，唐 偉 ，尹建兵 ，張 煜

(1.國網(wǎng)能源研究院有限公司，北京市 昌平區(qū) 102209;2.國網(wǎng)浙江電力有限公司杭州供電公司，浙江省 杭州市 310000)

0 引言

全面實施縣域振興戰(zhàn)略，是解決發(fā)展不平衡、不充分問題，縮小城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展差距，實現(xiàn)共同富裕的重要內(nèi)容。在中央縣域工作會議提出“三農(nóng)”工作從脫貧攻堅到全面推進縣域振興的歷史性轉(zhuǎn)移任務?？h域城鎮(zhèn)化是我國城鎮(zhèn)化的重要組成部分，縣城是多數(shù)縣域的經(jīng)濟政治文化中心，在縣域城鎮(zhèn)化中發(fā)揮著龍頭作用?？h城承載了我國近三分之一的城鎮(zhèn)常住人口，是推進縣域振興和城鄉(xiāng)融合發(fā)展、擴大內(nèi)需和實現(xiàn)“雙循環(huán)”的有力支撐[1-2]。

文獻[3]以河南省蘭考縣為研究載體，將縣域作為國家區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的重要基本單元，基于高比例可再生能源縣域示范，提出新時代縣域能源生態(tài)系統(tǒng)演進與優(yōu)化的具體對策。文獻[4]對縣域的能源生態(tài)系統(tǒng)的能源生產(chǎn)系統(tǒng)、能源消費系統(tǒng)和能源次生系統(tǒng)3個主要部分開展具體剖析，進而提出優(yōu)化方案，提出新時代縣域能源生態(tài)系統(tǒng)演進與優(yōu)化的具體對策。文獻[5]以縣域全境為研究對象，論述其綜合能源系統(tǒng)如何構建，為縣域經(jīng)濟和能源發(fā)展提供參考。文獻[6]就農(nóng)村能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進行了總結分析，并為農(nóng)村能源互聯(lián)網(wǎng)的建設提出了相關的建議。文獻[7]以蘭考能源互聯(lián)網(wǎng)平臺為抓手，積極參與試點建設，全力助推蘭考縣打造全國農(nóng)村能源互聯(lián)網(wǎng)綜合示范樣板。文獻[8]根據(jù)農(nóng)村能源利用情況，設計了農(nóng)村能源互聯(lián)網(wǎng)利用場景，并測算了其成本收益。文獻[9]依據(jù)DMSP-OLS與NPP-VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)，測算了京津冀地區(qū)縣域國內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product，GDP)、人口及能源消耗情況。

本文在分析縣域能源消費的基礎上，按照分布式供能、多能互補、綠色用能、智慧用能的原則構建了縣域能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)架體系，以最大程度提高區(qū)域能源利用效率和可再生能源利用率為目的，分大城市及城市群周邊縣城、遠離中心城市但具有特殊資源條件縣城、偏遠且特色產(chǎn)業(yè)不突出的縣城等類型制定供用能方案。

1 縣域能源供應形勢及問題分析

1.1 縣域能源消費現(xiàn)狀

縣域能源消費以商品能源為主、非商品能源為輔，非商品能源大部分是薪柴和秸稈。圖1為“十三五”期間縣域能源消費情況，2020年我國縣域能源消費量約6.7億t標準煤，占全國能源消費總量的13.1%。其中商品能源消費總量約5.4 億t標準煤，占縣域能源的81.4%[10]。非商品能源消費約1.3億t標準煤，占18.6%。圖2為2020年縣域不同能源品種消費情況。

圖1 “十三五”期間縣域能源消費情況Fig.1 Energy consumption at county during the 13th Five-Year Plan period

圖2 2020年縣域不同能源品種消費情況Fig.2 Energy consumption of different types at county level in 2020

縣域生活能源消費所占比重較高，以電力和非商品能源消費為主。2020年縣域生活能源消費約4.2億t標準煤，占縣域能源消費的63.7%。其中商品能源約3.2億t標準煤，電力占48.6%。非商品能源消費1.0億t標準煤，以薪柴消費為主。

縣域能源消費持續(xù)增長，向著更加商品化、清潔化、電氣化方向發(fā)展[11]。預計到2025年，我國縣域能源消耗量預計為7.2億t標準煤，不同品種能源需求見圖3。其中，縣域生活用能占縣域能源消耗量的66.7%，縣域生產(chǎn)用能占33.3%;縣域商品能源合計6.36 億t標準煤，占縣域能源消費量的88.3%，縣域非商品能源合計為0.84億t標準煤，占縣域能源消費量的11.7%;電氣化水平30.4%，低于全國平均水平。

圖3 2025年我國縣域不同品種能源需求Fig.3 Energy demand of different types at county level in China in 2025

預計到2035年，我國縣域能源消耗量為8.1億t標準煤，電氣化水平提升至39.5%?？h域生產(chǎn)用能將從以煤炭、石油為主逐漸過渡到以電力、石油為主，非商品能源基本被完全替代?？h域生活用能始終以電力消費為主，可再生能源資源的利用程度會逐漸加大。2035年縣域不同品種能源需求具體見圖4，全國一次能源需求于2030年前后達峰，縣域地區(qū)由于承接城市的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，能源需求持續(xù)增長，達峰時間晚于全國。

圖4 2035年我國縣域不同品種能源需求Fig.4 Energy demand of different types at county level in China in 2035

1.2 縣域用電趨勢分析

縣域電網(wǎng)用電量保持較快增長，“十四五”期間用電增速與全社會用電增速持平。2010—2035 年縣域用電量與增速趨勢見圖5，預計2025年縣域電網(wǎng)用電量為4.45×1012kW·h，“十四五”年均增速為5.5%。2035年縣域用電量達到6.33×1012kW·h，2025—2035年年均增速3.6%。由于縣域地區(qū)擁有豐富的太陽能、風能、小水電等資源，未來將進一步推進我國縣域地區(qū)可再生能源資源的開發(fā)利用，沼氣、太陽能等可再生資源利用將會持續(xù)增長。

圖5 2010—2035年縣域用電量與增速趨勢Fig.5 Power consumption and growth trend at county level from 2010 to 2035

在縣域振興戰(zhàn)略的推動下，縣域創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境不斷改善，縣域產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，在縣域休閑旅游業(yè)、縣域新型服務業(yè)、縣域特色產(chǎn)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)等行業(yè)帶動下，縣域用電量持續(xù)快速增長。

2 縣域能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)架體系

2.1 網(wǎng)架結構體系

構建縣域能源互聯(lián)網(wǎng)，對縣域分布式光伏、風電、水/地源熱泵、水電、沼氣、秸稈等能源資源及生產(chǎn)生活垃圾，采取集中式與分散式并舉的方式開發(fā)利用，實現(xiàn)縣域冷、熱、電等多種能源形式優(yōu)化互補，提高能源利用效率，促進縣域能源可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展縣域能源互聯(lián)網(wǎng)，應從能源網(wǎng)架體系、信息支撐體系、價值創(chuàng)造體系3個維度打造共建共治共享的縣域能源互聯(lián)網(wǎng)[12]。在能源網(wǎng)架體系建設方面，建設以電網(wǎng)為基礎的多能互補能源網(wǎng)絡，分類推動縣域能源基礎設施升級，縣域能源互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)架結構體系具體見圖6。

圖6 縣域能源互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)架結構體系Fig.6 Grid structure system of county energy internet

在規(guī)模較大的中心村及一般村莊等集聚類村莊，開展光伏建筑一體化、生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)、分戶式直流微網(wǎng)等綜合能源項目，結合農(nóng)業(yè)、工貿(mào)、休閑服務等主導產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，有針對性地推廣空氣源熱泵、溴化鋰吸收式制冷機、冷熱儲能罐等技術應用，提高縣域清潔用能水平。

在城市近郊區(qū)及縣城城關所在地等城郊融合類村莊，推進電網(wǎng)基礎設施互聯(lián)互通和城鄉(xiāng)公共服務標準均等化，建設以智能電網(wǎng)為基礎、分布式能源低碳網(wǎng)絡與城市能源管網(wǎng)互聯(lián)互通、多種能源形態(tài)互相轉(zhuǎn)化的能源互聯(lián)網(wǎng)示范工程，不斷強化縣域能源基礎設施服務城市發(fā)展、承接城市功能外溢的能力。

2.2 信息支撐體系

在信息支撐體系建設方面。建設多元互動信息系統(tǒng)，提升縣域能源群調(diào)群控的能力。適應縣域能源分布化、用能分散化發(fā)展需要，推廣智能配電變壓器終端應用，推進新一代信息技術與電力系統(tǒng)融合，推動縣域可再生能源并網(wǎng)管控能力提升[13]?？h域能源互聯(lián)網(wǎng)的信息支撐體系具體見圖7。

圖7 縣域能源互聯(lián)網(wǎng)信息支撐體系Fig.7 Information support system of county energy internet

建設以新一代信息技術應用為基礎的多元互動信息系統(tǒng)，提升縣域能源群調(diào)群控能力。適應縣域能源分布化、用能分散化發(fā)展需要，推廣智能配電變壓器終端應用，推進新一代信息技術與電力系統(tǒng)融合，推動縣域可再生能源并網(wǎng)管控向群調(diào)、群控方向發(fā)展。首先，提高農(nóng)網(wǎng)配電自動化水平，將調(diào)度主站功能下沉到各個集群系統(tǒng)，降低配電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐，適應海量的隨機性電源并網(wǎng)場景。其次，推動現(xiàn)有通信模式由主從模式向點對點模式的轉(zhuǎn)變，將監(jiān)控功能下沉到集群或分布式發(fā)電場站，實現(xiàn)不同分布式電源的自適應協(xié)調(diào)運行。最后，推廣多能流微網(wǎng)群控技術，通過新型控制技術，實現(xiàn)對多種能源和用能設備的優(yōu)化控制，實現(xiàn)分散可再生能源和多元用能設備的“即插即用”，推進“源-網(wǎng)-荷-儲”一體化運行。

2.3 價值創(chuàng)造體系

在價值創(chuàng)造體系建設方面。通過網(wǎng)架、通信系統(tǒng)共享共用，推動能源與交通、農(nóng)業(yè)等部門合作，實現(xiàn)與縣域新產(chǎn)業(yè)同步升級、同步受益，強化融合發(fā)展理念，提升縣域能源互聯(lián)網(wǎng)價值創(chuàng)造水平[14]?？h域能源互聯(lián)網(wǎng)的價值創(chuàng)造體系具體見圖8。

圖8 縣域能源互聯(lián)網(wǎng)價值創(chuàng)造體系Fig.8 Value creation system of county energy internet

服務農(nóng)業(yè)信息化水平提升，推進綜合能源業(yè)務與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)融合。推進農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、牧業(yè)與縣域配電網(wǎng)基礎設施和信息資源共享，提升農(nóng)業(yè)裝備智能化和信息化水平，加快農(nóng)業(yè)由增產(chǎn)轉(zhuǎn)向增質(zhì)。推進綜合能源服務與美麗縣域建設相融合。將光伏扶貧、生物質(zhì)利用與有機農(nóng)業(yè)有機結合，以資源永續(xù)利用和美麗宜居為導向，建設農(nóng)風光互補發(fā)電集中區(qū)，構建產(chǎn)業(yè)扶貧新模式。充分挖掘能源大數(shù)據(jù)價值，打造跨界共融、開放共享、協(xié)同共促的數(shù)據(jù)價值新體系。在縣域開展電力、天然氣等能源數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)、水利、金融、政務等其他領域雙向?qū)樱餐瑯嫿h域數(shù)據(jù)資源體系。開發(fā)“精準灌溉”“綠能監(jiān)控”“綠色金融”等模塊服務縣域振興，提升政府的治理能力[14]。

3 縣域能源供應典型場景設計

在新型城鎮(zhèn)化和縣域振興戰(zhàn)略協(xié)同推進下，縣城將結合區(qū)位特點、資源優(yōu)勢、交通環(huán)境等條件，明確差異化的功能定位[15]。以縣城為載體的新型城鎮(zhèn)化，要求加快縣城補短板強弱項，推進產(chǎn)業(yè)配套設施提級擴能，提升公共服務體系建設水平及政府治理科學化、精細化、智能化水平?？h域能源供給模式，按照分布式供能、多能互補、綠色用能、智慧用能的原則，以最大程度提高縣域能源利用效率和可再生能源利用率為目的，制定供用能方案。對于工業(yè)聚集區(qū)和用能負荷區(qū)，供用能策略是以分布式能源為基礎，打造多能互補綜合能源系統(tǒng)。對于縣域面積較大用能密度較低，可再生能源較豐富區(qū)，供能策略配以能源小鎮(zhèn)和能源民生工程建設，實現(xiàn)縣域綠色用能為最終目標。

3.1 大城市及城市群周邊縣城

承載大城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，延長大中城市發(fā)展的經(jīng)濟深度，為臨近城市提供所需的第三產(chǎn)業(yè)支撐，加強基礎設施聯(lián)通，與大城市及城市群形成經(jīng)濟互聯(lián)互通，資源要素合理流動。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展型負荷特性曲線一般呈現(xiàn)“單峰”特征，主要是從事產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和居民日常生活的用電負荷量較大，具體見圖9。此外，其用電負荷受產(chǎn)業(yè)特性影響較大，以某省比較普遍的茶葉產(chǎn)業(yè)為例，典型村90%的家庭都在從事茶葉的種植、加工與銷售，其他時間負荷相對平穩(wěn)。

圖9 產(chǎn)業(yè)型縣域典型日負荷特性曲線形態(tài)Fig.9 Typical daily load characteristic curve of industrial counties

“能源互聯(lián)網(wǎng)+縣域產(chǎn)業(yè)”場景，對于縣域產(chǎn)業(yè)來說，其用能需求主要為以工業(yè)生產(chǎn)為主的冷、熱、電的負荷，用能高峰與其生產(chǎn)工業(yè)密切相關。受場地的限制等，其供能系統(tǒng)主要以分布式的光伏、風電為主，輔助以處理生活垃圾的垃圾電廠，最大限度開發(fā)縣域清潔能源，協(xié)調(diào)滿足現(xiàn)代縣域工業(yè)用電負荷需求，具體的供能模式見圖10。

圖10 “能源互聯(lián)網(wǎng)+縣域產(chǎn)業(yè)”場景Fig.10 Scenario of“energy internet+county industry”

3.2 遠離中心城市但具有特殊資源條件縣城

發(fā)展特色小鎮(zhèn)，圍繞歷史文化資源、旅游資源、自然資源等發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)，以微型產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)為單元，疊加現(xiàn)代社區(qū)功能、文化功能等，形成宜居、宜業(yè)、宜游的新型空間，完善產(chǎn)業(yè)配套設施，為特色小鎮(zhèn)發(fā)展提供有力支撐，提高就業(yè)吸納能力[15-16]。

特色旅游型負荷特性曲線呈現(xiàn)“雙峰”的曲線，具體見圖11。特色旅游型縣域負荷受外來人口影響較大，呈現(xiàn)時節(jié)性特性，旅游旺季農(nóng)家樂、民宿用電負荷大量增加。特色旅游型縣域日負荷波動較明顯，白天游客外出游玩，用電負荷較低。晚間(16:00—22:00)游客返回休住宿地時間，農(nóng)家樂和民宿負荷陡增。

圖11 特色旅游型縣域典型日負荷特性曲線Fig.11 Typical daily load characteristic curve of characteristic tourism counties

“能源互聯(lián)網(wǎng)+縣域特色產(chǎn)業(yè)”場景，對于縣域特色產(chǎn)業(yè)來說，其用能需求主要為以旅游產(chǎn)業(yè)為主的冷、熱等負荷，用能高峰與與其特色產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)生活密切相關。通過建設屋頂光伏、太陽能熱水器等，輔助以處理生活垃圾的沼氣發(fā)電，開發(fā)縣域清潔能源，協(xié)調(diào)滿足現(xiàn)代特色產(chǎn)業(yè)用能負荷需求，具體的供能模式見圖12。

圖12 “能源互聯(lián)網(wǎng)+縣域特色產(chǎn)業(yè)”場景Fig.12 Scenario of“energy internet+county characteristic industries”

3.3 偏遠且特色產(chǎn)業(yè)不突出的縣城

推進以基于縣域資源為主農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)融合，輻射周邊縣域，完善公共服務和基礎設施，為周邊縣域居民來縣城的居住、教育、養(yǎng)老、休閑提供條件。無產(chǎn)業(yè)縣域負荷特性曲線呈現(xiàn)波動性，具體見圖13。居民生活型縣域日負荷水平相對較低、波動相對較大，主要負荷為日常生活用電的無序性，在中午和晚間呈現(xiàn)長時間的高峰負荷[17]。

圖13 居民生活型縣域典型日負荷特性曲線Fig.13 Typical daily load characteristic curve of residential life type counties

“能源互聯(lián)網(wǎng)+生活型縣域”場景，對于生活型縣域來說，其用能需求主要為以居民家庭為主的冷、熱、電等負荷，用能高峰與其居民的生產(chǎn)生活密切相關[18-19]。通過建設屋頂光伏、太陽能熱水器等，輔助以處理生活垃圾、糞便等生物質(zhì)資源的沼氣發(fā)電，開發(fā)縣域清潔能源，協(xié)調(diào)滿足居民生活用能負荷需求，具體的供能模式見圖14。

圖14 “能源互聯(lián)網(wǎng)+生活型縣域”場景Fig.14 Scenario of“energy internet+county life”

4 結論及建議

未來縣域能源向著更加商品化、清潔化、電氣化方向發(fā)展，縣域電力需求將保持較快增長，負荷季節(jié)特性越發(fā)明顯。根據(jù)發(fā)展階段、區(qū)位條件、發(fā)展走勢、產(chǎn)業(yè)結構等特征，因地制宜、梯次推進各地電網(wǎng)項目建設，滿足縣域經(jīng)濟社會發(fā)展和民生需要。全面掌握高標準農(nóng)田、“一村一品”示范村鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)強鎮(zhèn)、休閑農(nóng)業(yè)重點縣、美麗休閑縣域等集中性負荷，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、縣域創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園、種植資源庫、基因庫等重要負荷用電需求及負荷特性，提前合理規(guī)劃電力基礎設施布局，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、農(nóng)民生活對供電可靠性、電能質(zhì)量及供電安全的要求。

結合縣域用能特點和太陽能、生物質(zhì)資源稟賦優(yōu)勢，加快綜合能源開發(fā)利用，推廣分布式新能源開發(fā)、多能互補等新技術、新業(yè)務，提升能效和清潔能源占比，滿足縣域多種用能需求。創(chuàng)新商業(yè)模式，推動縣域能源數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)綜合能源系統(tǒng)“源-供-儲-用”協(xié)同優(yōu)化調(diào)度和電網(wǎng)友好交互。