考虑资源禀赋的乡村可再生综...划研究——以上海连民村为例_奚珣.pdf

考虑资源禀赋的乡村可再生综合能源系统规划研究以上海连民村为例奚珣1袁晨1孙晓园1叶傲霜1刘卓昶1毛兵2窦真兰31.国网上海浦东供电公司2.上海昱章电气股份有限公司3.国网上海综合能源服务有限公司摘要：随着“双碳”目标和乡村振兴战略的提出，富含可再生能源的乡村地区综合能源系统规划建设开始提上日程。以上海市浦东新区川沙新镇连民村为例，由国网上海电力公司牵头提出了一套考虑乡村可再生能源资源禀赋的综合能源系统规划方案，并对规划方案进行未来中长期情景分析，验证了该规划方案的合理性和有效性，可以作为样板为全国的美丽乡村建设提供可复制推广的模式参考。关键词：资源禀赋；可再生能源；美丽乡村；能源规划DOI:10.13770/ki.issn2095-705x.2023.04.005Study on Planning of Rural RenewableComprehensive Energy System Consid-ering Resource Endowment-Example asShanghai Lianmin VillageXI Xun1,YUAN Chen1,SUN Xiaoyuan1,YE Aoshuang1,LIU Zhuochang1,MAO Bing2,DOU Zhenlan31.State Grid Shanghai Pudong Power Supply Company收稿日期：2022-09-17基金论文：上海市科学技术委员会科研计划项目资助，美丽乡村典型场景智慧能源系统集成技术研究与示范应用（项目编号：19DZ120560）通讯作者：窦真兰（1980-10-），女，博士，高级工程师，研究方向为综合能源SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 04 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 ENERGY SAVING FORUMSHANGHAI ENERGY SAVING2018 年第 08 期ENERGY SAVING FORUMSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.0820182.Shanghai Yuzhang Electric Co.,Ltd.3.State Grid Shanghai Comprehensive Energy Service Co.,Ltd.Abstract:With the proposal of the Double Carbon goal and rural revitalization strategy,the planning andconstruction of a comprehensive energy system rich in renewable energy in rural areas began to be put on theagenda.Taking Lianmin Village,Chuansha New Town,Pudong New Area,Shanghai as an example,a com-prehensive energy system planning plan considering the endowment of rural renewable energy resources wasproposed by State Grid Shanghai Electric Power Company.The reasonableness and effectiveness of the plan-ning scheme are verified by the analysis of the medium and long term scenario.It can serve as a model for rep-licating and promoting the construction of beautiful rural areas nationwide.Key words:Resource Endowment;Renewable Energy;Beautiful Countryside;Energy Planning0 引言随着我国社会经济的发展，我国建筑能耗呈逐年上升的趋势，而在建0 引言2020年9月，习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上提出，中国力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和目标（以下简称“双碳”目标）1。在之前的十九大报告上，乡村振兴开始作为战略规划被提出，其中能源问题是关键，将能够为实现“双碳”目标提供有力支撑。乡村能源变革是乡村振兴的重要路径，大力推动各地的农村基础能源设施提档升级，持续巩固脱贫攻坚成果，既是实现农村清洁供能建设美丽乡村的重要基础，也是乡村绿色发展的必经之路2。农村能源现在存在使用密度较低、能源需求复杂、分散、供能基础设施不完善等问题，针对农村的用能规划还未形成一个完整的体系，并且农村的能源规划不能简单地仿抄城市(区域)能源规划，需要针对农村特有的能源条件、能源需求等进行分析，形成适合农村的能源方案。在现有的乡村综合能源发展方面，欧洲丹麦的萨姆索岛上，居民们大力开发岛上的风能、太阳能，并利用农作物产生的秸秆作为燃料，以此满足岛上居民的能源使用 3。广东省的三乡温泉小镇采取不同方式，以天然气分布式能源站为基础，充分利用光伏、储能和智能充电桩，解决了小镇的供能需求 4。浙江余村的美丽乡村电网建设则通过考虑电网的三级架构，实现了能源的高效耦合 5。近些年来，乡村间的综合能源系统建设迅速，富有特色，但缺少一套可复制推广的建设指导方案。在乡村综合能源系统规划理论方面，文献6在分析浙江乡村能源资源利用及消费情况的基础上，提出了适应浙江绿色乡村循环生态能源系统的建设模式。文献 7从低碳综合能源系统关键因素建模方法等方面对综合能源系统规划的关键技术和挑战进行了阐述。文献 8通过研究乡村分散式能源特征，提出一种新型乡村能源系统规划方法。文献 9通过考虑多元产业之间的协同，建立了乡村多能源综合体能源需求模型。文献 10通过对资源禀赋、用能现状分析和碳排放量计算，结合当地规划要求提出了与现状和发展相匹配的优化建议。上述研究在乡村综合能源系统的规划研究方面取得了一定的成果，为综合能源在乡村的发展做出了贡献，但是都未详细地针对多种可再生能源利用形成一套完整的规划方案，也未提出一套可复制推广的乡村智慧能源设计方案。因此，本文以上海市浦东新区川沙新镇连民村为例，在考虑乡村可再生能源资源禀赋分析的基础上，由国网上海市电力公司牵头提出了一套可复制推广的乡村综合能源系统规划方案，可为全国其他地区的乡村综合能源系统建设提供指导。考虑资源禀赋的乡村可再生综合能源系统规划研究以上海连民村为例405SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023ENERGY SAVING FORUMSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.0820181 连民村能源资源禀赋分析1.1 连民村基本概况连民村坐落于上海浦东川沙之南，地理位置优越，水系发达，可再生能源丰富。为响应国家和上海市开展的乡村振兴战略，改变供电不足现状，国网上海市电力公司牵头对连民村开展了乡村综合能源系统建设。设计综合能源系统规划方案，首先需要清楚可利用资源情况，因此，本节对连民村的住宅情况、风速、日照辐射强度及渔塘资源进行了详细调研，并根据资源情况进行分析，为后续规划提供参考（见表1）。由统计数据可以看出，连民村整个村庄有23个组，以住宅建筑为主，总共为1 173栋建筑，总建筑面积为24.2万m2，总屋顶面积约为11.4万m2。此外，连民村还拥有77 520 m2的渔塘资源。下面还给出了调研所得的连民村某年1-12月的平均风速情况与月太阳辐射总量（见图1和图2）。表1 连民村住宅情况调研表*区域位置连民1组连民2组连民3组连民4组连民5组连民6组连民7组连民8组连民9组连民10组连民11组连民12组连民13组连民14组连民15组连民16组连民17组连民18组连民19组连民20组连民21组连民22组连民23组合计*建筑栋数栋459343393161524810333474363213493664839495227431 173*建筑用途住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅住宅*总建筑面积m27 07012 3238 89511 5558 69514 10013 2958 92016 83513 11012 85413 98014 5807 5175 8199 48513 4758 7709 5408 9958 7705 9808 490243 053*总屋顶面积m23 6057 0584 1105 4913 5305 8905 4453 9508 8904 6206 0045 6805 8304 1803 2157 8905 7054 0854 2804 1954 3702 7303 760114 513*屋顶类型双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面双坡面406SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.042023SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 04 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 ENERGY SAVING FORUMSHANGHAI ENERGY SAVING2018 年第 08 期ENERGY SAVING FORUMSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018图 1 连民村1-12月太阳辐射量图2 连民村1-12月平均风速除此之外，上海市浅层地热能资源丰富，分布广泛，丰富区、中等区、贫乏区各占总面积的44.02%、37.04%、18.94%。研究表明，曹路-川沙等地热资源远景区潜力很大，热盖条件较好,可形成层状热储 11。1.2 连民村可再生能源禀赋分析根据调研情况，对连民村当地的可再生资源进行分析，以此为后续规划装机提供参考。首先给出太阳能与风能资源的分析评价指标（见表2和表3）。根据太阳年辐射总量可以判断当地太阳能资源丰富程度，太阳资源丰富度分析评价指标计算公式为：式中，为连民村当地年太阳辐射总量，为一年内第 天的太阳辐射量，为年总天数。表2 太阳资源丰富程度等级12年辐射总量6 3005 0406 3003 7805 0403 780资源丰富程度资源最丰富资源很丰富资源丰富资源一般包括风能平均风速与风功率密度的风能资源分析评价指标：式中，为平均风速，为平均风功率密度，为风速记录次数，为当地空气密度，取1.205 kg/m3，单位为kg/m3，为各时段风速记录值。表3 风能资源评估标准13指标年平均风速(m/s)年风功率密度(W/m2)贫乏区0,4.0)0,50)可利用区4.0,5.5)50,150)较丰富区5.5,7.0)150,200)丰富区7.0,+)200,+)由图1可以计算得出，连民村年太阳辐射总量为4 570.7 MJ/m2，属于资源丰富程度，利于光伏系统的使用，适宜利用房屋资源多装光伏设备。此外，还可以对渔塘进行改造，实现上发电、下养鱼的新能源渔塘。由图 2 调研结果计算可得，连民村年平均风速为 4.61 m/s，风功率密度为 2.64 W/m2，可知连民村风能资源从年平均风速来看处于可利用区，而从风功率密度来看则处于贫乏区，不适宜建设大型风力发电，但可以考虑在道路旁建设小型风力发电装置。考虑资源禀赋的乡村可再生综合能源系统规划研究以上海连民村为例407SHANGHAI EN