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今年的中央一號文件明確鼓勵有條件的地區開展新能源汽車和綠色智能家電下鄉。相關部門多次部署加快建設新能源汽車充電基礎設施,并印發《關于加快推進充電基礎設施建設更好支持新能源汽車下鄉和鄉村振興若干舉措》等文件。
國家發改委、國家能源局、國家鄉村振興局于7月14日印發《關于實施農村電網鞏固提升工程的指導意見》(以下簡稱《意見》),強調統籌考慮鄉村級充電網絡建設和輸配電網發展,作好農村電網規劃與充電基礎設施規劃的銜接,加強充電基礎設施配套電網建設改造和運營維護,因地制宜、適度超前、科學合理規劃縣域高壓輸電網容載比水平,適當提高中壓配電網供電裕度,增強電網支撐保障能力。在東部地區配合開展充電基礎設施示范縣和示范鄉鎮創建,構建高質量充電基礎設施體系,服務新能源汽車下鄉。《意見》為我國今后農村電網的發展指明了方向。
與城市電網相比,農村電網的承載力比較薄弱,農村用電負荷相對較低,用電量比較分散。從地區發展程度看,東部地區相對較強,東北、中西部地區相對較弱。目前,我國縣級以下地區的公共充電樁總數僅占全國公共充電樁總數的9.45%,農村居民家用交流充電樁數量也較少。隨著新能源汽車下鄉政策的施行,農村電網中電動汽車的充電負荷增加迅猛,并將呈現出不同的負荷特性。現有農村電網負荷具有典型的季節性及日負荷特點,若不加以引導,無序充電勢必會導致配電網供需不平衡,農村電網的原有用電負荷和充電負荷矛盾將會顯現,進而打破農村電網既有的平衡格局。這意味著,農村電網亟需提升改造,否則將難以適應新能源汽車下鄉的需求。
■■ 承載能力亟待增強
總體看,經過多年對農村電網改造升級的投入,農村電網的承載力逐年提升,我國現有農村電網的承載力基本適應目前農村地區的用電負荷。但是,隨著新能源汽車下鄉政策的推行,農村電力負荷將有較大增長,電動汽車的充電功率將成為農村地區家庭用電中功率最大的負荷。家庭私人交流慢充電樁的充電功率一般為7千瓦左右,遠高于冰箱、彩電、空調的負荷。公用直流快充電樁的單槍負荷一般為60千瓦左右。對此,《意見》提出,到2025年,東部地區農村電網戶均配變容量不低于3.5千伏安,中西部和東北地區不低于2.3千伏安,要求各地結合實際,差異化制定本區域發展目標。
實際上,這一目標是最低標準。考慮到電動汽車在農村的滲透率有一個漸進過程,充電負荷也會有一個逐漸上升的階段。因此,農村電網的鞏固提升也要按照當地農村電網發展規劃,有序增加投資、開展建設。比如,浙江省2022年農村戶均配變容量達5.21千伏安,但同樣存在局部地區配變容載比偏低、電動汽車充電樁安裝困難等問題,需要增容布點,加強農村電網擴容建設。要確保電動汽車下鄉后車主能夠方便快捷充電,就必須適度超前、科學合理規劃縣域高壓輸電網容載比水平,適當提高中壓配電網供電裕度,增強電網支撐保障能力。
■■ 電能質量不可忽視
大量新能源汽車下鄉,增加了農村電網的負載,如果不加以重視,勢必引起農村電網電能質量下降,主要表現為電壓合格率、供電可靠性下降,電磁諧波的注入造成“污染”等。目前,我國中西部和東北地區的農村電網還大量存在配電網單線、長距離送電問題,導致電壓偏低和供電可靠性較低等問題。《意見》提出,到2025年,東部地區的農村電網供電可靠率和電壓合格率分別不低于99.94%、99.9% ,中西部和東北地區不低于99.85%、99.2%。
要提高電壓合格率和供電可靠率,最根本的措施是進一步加大對農村電網的投資。具體措施包括適當提高中壓配電網供電裕度,增加農村電網中變電、輸電線路容量和每戶居民戶均配變容量,減少農村電網中單線、單變數量,增加配電變壓器的布點,縮短配電線路的供電半徑,增加環網供電,進一步增強電網支撐保障能力。
同時,要確保農村電網中電動汽車充電設施均衡接入,采用有序充電控制等手段,動態調節電網各相充電功率,平抑電網中隨機充電負荷引發的三相不平衡等問題,穩定電網電壓。
諧波問題,是大量充電樁運行后影響電能質量的重要因素。電動汽車蓄電池充電屬非線性負荷,充電過程中會產生諧波。諧波傳至公共電網中,會引起線路發熱量增加、變壓器損耗增大;在充電站內部,也會對其他用電器造成影響,比如導致計費系統不準確、電子設備工作不正常等。電動汽車充電裝置主要包括直流充電機和交流充電機兩種形式。根據現行的峰谷電價政策,居民家中自建交流充電樁,利用晚上低谷電充電已經成為一種普遍趨勢。隨著新能源汽車下鄉規模的擴大、交流充電樁的廣泛應用,車載充電機將成為新的諧波源,可能會影響農村電網的電能質量和穩定性。目前,對直流充電站已經有比較完善的諧波治理措施,但對交流車載充電機諧波治理的研究成果還比較少。當前,市面上出售的帶有濾波補償功能的車載單相充電機比較普遍,但由于車載單相充電機接入電網是隨機的,大量此類充電樁接入農村電網后,勢必會對農村電網的諧波注入更大風險,因此,必須予以高度關注和重視。電網企業對新能源汽車滲透率較高的地區,要加強電網諧波檢測和溯源,產生諧波后及時采取措施,防范諧波“污染”傳至電網造成電能質量下降。
■■ 數字化轉型有待加快
與城市電網相比,我國農村電網在數字化轉型和服務方面還有較大差距。農村電網的數字化轉型和充電設施的智能化、便捷程度將決定電動汽車在農村地區的發展程度和農村電網的安全可靠運行。目前,在縣級以下地區,農村電網的數字化轉型現狀與充電設施的感知控制、安全可靠通信、車-樁-網信息貫通等還不匹配;車企平臺、運營商平臺、電網公司信息系統之間,目前基本未實現互聯互通,難以共享交互信息,影響了農村電網中充電設施的有序充電、V2G車網互動和充電設施的維護檢測與方便快捷使用。
因此,建議加快縣級以下的電網企業和農村電網數字化轉型升級,加快完善農村電網中的數據采集、傳輸和自動控制裝置;推動政府相關部門完善充電設施并網標準,明確通信規約、信息交互、運行控制等要求,建立配電臺區側終端與充電樁之間經濟可行的本地通信通道。按照“一個終端、一次采集”原則,按需部署具備充電樁控制功能的臺區側采集終端、提升采集頻次,支撐本地有序充電控制及市場交易類業務。電網企業的農村供電所要加快數字化轉型,為農村用戶提供網上數字化服務平臺,為充電樁的安裝接電、故障處理、費用結算等提供便捷的數字化服務。
■■ 商業模式仍需探索
農村地區是各類分布式可再生能源的集聚和發展區。建議積極推進分布式可再生能源與電動汽車充電設施建設的融合發展,積極探索綠色充電設施的技術和商業模式。
在分布式光伏、風電等可再生資源富集地區,可引導企業在鄉鎮政府、村集體辦公服務區、旅游景區、民宿集聚區、村級能源站等公共場所建設光、風、儲、充一體化的集中充電場站,提升充電設施管理企業的自治管理和主動支撐能力;在公路道路服務區,可根據大功率充電設施接入需求,合理預留供電裕度,并配置移動充電車“即插即用”接口,積極探索“路域光伏匯流升壓+儲能+充電站”建設模式,統籌滿足日常充電需求和節假日短時充電高峰;在農村居民中,推動采用“戶用光伏+戶用充電樁”接入模式,努力提升綠色充電樁規模和水平;此外,還可以充分利用農村地區的分布式光伏、分布式風電、生物質發電以及小水電等可再生能源,試點開展微電站、微儲能、微能網“三微”協同示范,建設一批V2G車網互動先行示范區,探索規模化充電設施聚合參與電力需求側響應、電力輔助服務及現貨市場。
(作者系中國電機工程學會農村電氣化專委會副主任委員)