中國儲能網訊：配電網是聯系能源生產和消費的關鍵樞紐，也是電網中關鍵的“最后一公里”。目前，配電網仍是我國電網中相對薄弱的環(huán)節(jié)，整體自動化率、供電可靠率、農網與城網的結構性差距亟待改善。同時，在分布式電源以及新能源車等新型終端接入配電網、用戶與電網雙向互動加深的背景下，配電網的發(fā)展任重而道遠。綜合來看，筆者認為，配電網將成為構建新型電力系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)之一。
配電網是構建新型電力系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)
當前，我國配電網相對于主干網仍較薄弱。長久以來，我國電力系統(tǒng)存在“重‘發(fā)’、輕‘供’、不管‘用’”的發(fā)展慣性，導致配電網建設相對滯后。根據中電聯統(tǒng)計，2011年以前，配電網投資僅占全國電網投資金額40%以下?！笆濉逼陂g，隨著全國新一輪農網改造升級工程的大力推進，配電網投資占比提升至近60%?！笆奈濉逼陂g，配電網投資仍然有所滯后，2020~2023年全國主網投資復合增速達到4%，而配電網投資復合增速僅有1.3%。與美國、歐洲等國家或地區(qū)相比，我國主干輸電網線路長度顯著高于其他地區(qū)，但配電網發(fā)展卻相對滯后。
配電網高質量發(fā)展可期，未來相關領域投資空間廣闊。2024年2月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《關于新形勢下配電網高質量發(fā)展的指導意見》，提出到2025年配電網具備5億千瓦左右分布式新能源、1200萬臺左右充電樁的接入能力，到2030年基本完成配電網柔性化、智能化、數字化轉型。2024年10月，國家能源局印發(fā)《配電網高質量發(fā)展行動實施方案（2024~2027年）》，進一步要求各省市編制《配電網發(fā)展實施方案》。在國家政策指導下，筆者認為，展望“十四五”末期以及“十五五”看，電網投資或將逐步向配網環(huán)節(jié)傾斜，著力提高配電網承載能力和智能化水平。
新型電力系統(tǒng)下配電網亟待重點發(fā)展
當前，分布式光伏已成體量，在系統(tǒng)中滲透率不斷提升，但部分地區(qū)分布式光伏并網消納已出現瓶頸。國家能源局數據顯示，2024年上半年，分布式光伏滲透率達到51.6%，截至2024年6月底，分布式光伏累計并網容量達到309.51吉瓦。與此同時，多地分布式光伏并網消納受限，例如2023年10月廣東省能源局發(fā)布《關于發(fā)布接網消納困難的縣（市、區(qū)）名單及低壓配網接網預警等級的公告》顯示，廣東到2023年11月已有11個縣沒有接網容量，13個縣接網容量小于50兆瓦；2023年12月，山東省能源局發(fā)布公告顯示，山東2024年136個縣中，低壓配網接網預警等級為“受限”和“一般”的縣分別有53個和43個，僅40個縣等級為“良好”。分布式光伏大量并網給配電網帶來的具體影響包括：
一是配電線路、變壓器局部地區(qū)過載。在網架結構更為薄弱、設備水平相對落后的農村電網，部分戶用光伏規(guī)?；_發(fā)已出現高峰時段光伏出力超過接入線路或配電變壓器額定能力的情況，引起配電線路、變壓器反向重過載問題，甚至會燒毀設備，嚴重影響電網安全穩(wěn)定運行及企業(yè)生產、居民生活用電安全。
二是電網調峰難度加大。低壓臺區(qū)的分布式光伏在監(jiān)控、預測方面仍存在“盲區(qū)”，給電網平衡帶來一定壓力。以美國加州為例，由于光伏電量不斷增長，導致白天電力凈需求減少，日落時急劇增加，短時間內供需難以平衡，“鴨型曲線”已逐漸變?yōu)椤皪{谷型曲線”。山東棗莊市能源局印發(fā)《關于組織簽訂分布式光伏發(fā)用電合同補充協(xié)議的通知》，要求分布式光伏發(fā)電主體參與電網調峰，河北也在2023年春節(jié)期間首次將分布式光伏納入調峰范圍。
三是臺區(qū)電能質量下降。分布式光伏大量并入配電網末端，光伏逆變器等電力電子設備對電網動態(tài)無功主動支撐能力弱，容易造成局部電壓越限、電壓波動加大、短路電流增大、供電可靠性降低等多種挑戰(zhàn)。光伏裝機滲透率高的臺區(qū)普遍存在首末端高電壓問題，部分臺區(qū)出現“白天電壓高、夜間電壓低”等電壓雙向越限現象，嚴重影響電網供電可靠性和電能質量水平。
充電基礎設施帶來配電網改造需求
利好政策密集出臺，充電樁建設及配套配電網改造升級有待提速。近年來，國家密集出臺充電樁利好政策。2023年5月，國家發(fā)改委和國家能源局出臺《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(xiāng)和鄉(xiāng)村振興的實施意見》，提出加快實現適宜使用新能源汽車的地區(qū)充電站“縣縣全覆蓋”、充電樁“鄉(xiāng)鄉(xiāng)全覆蓋”，開展配套電網建設改造，增強農村電網的支撐保障能力，到2030年前對實行兩部制電價的集中式充換電設施用電免收需量（容量）電費，放寬電網企業(yè)相關配電網建設投資效率約束，全額納入輸配電價回收。電動汽車無序充電將對配電網的可靠性、電能質量以及電網經濟性帶來較大影響。新能源汽車的充電行為具有隨機性與無序性，導致原有電力系統(tǒng)出現“峰上加峰”現象，不利于電網的安全可靠運行，還會帶來電壓偏移、電壓諧波等一系列電能質量問題。
高壓直流快充有望加速滲透，千億元配網改造投資空間亟待開啟。筆者認為，在新車周期以及400伏平價催化下，800伏高壓快充車型憑借在補能效率、動力輸出、智能化體驗上的優(yōu)勢有望迎來加速滲透。相較于傳統(tǒng)快充，高壓快充車型充電功率可達到 600千瓦以上，將加劇配電網負荷波動、影響電能質量等問題，帶來配網側擴容壓力。根據筆者初步測算，未來三年每年滿足新增充電需求對應的配電網投資或將高達800～1000億元，約占當前電網實際年度投資的20%。
電氣化水平提升帶動居民用電負荷快速增長
近年來，居民用電快速增長，電氣化與數字化要求配電網發(fā)展成為滿足人民美好生活需要的智慧能源平臺。2024年10月，據國家能源局發(fā)布的全社會用電量等數據顯示，2024年1~9月，全國城鄉(xiāng)居民生活用電量11721億千瓦時，同比增長12.6%。隨著國家推進新農村建設與城鎮(zhèn)化步伐加快，人民生活水平與電氣化水平不斷提高，配電網的建強成為服務民生、緩解社會發(fā)展不平衡不充分問題的有效抓手。與此同時，隨著大數據、云計算、物聯網、5G、人工智能等數字技術的快速發(fā)展與應用，電力系統(tǒng)也為經濟社會高質量發(fā)展和人民生活的智能化水平提升帶來無限動力與便利。作為系統(tǒng)的“神經末梢”，配電網的數字化改造必然為滿足多元主體的接入、更加靈活的用能需求、更加市場化的交易機制及不斷更新迭代的商業(yè)模式提供最佳的物理和數字平臺。
配電網發(fā)展城鄉(xiāng)差距猶在，農網供電服務短板有待補齊。當前，配電網城鄉(xiāng)差距、區(qū)域差距依然顯著，電能質量、供電服務參差不齊。根據國家能源局《2021年全國電力可靠性年度報告》，全國城市、農村地區(qū)用戶平均停電時間相差 9.17 小時/戶，城市、農村地區(qū)用戶平均停電頻率相差 2.21 次/戶；東北、西北地區(qū)省份城網供電可靠率低于江浙滬等東部發(fā)達地區(qū)農網水平，西藏、四川等?。▍^(qū)）仍存在一定縣域電網聯系薄弱問題。加快提升供電服務均等化水平，提高農村地區(qū)政策性項目投資效率效益是目前亟待解決的一項重要問題。
配網改造，難點幾何？
資金方面，面對海量配電網改造升級需求，電網企業(yè)面臨一定投資壓力。配電網具有“點多、面廣、線長”的特點，這決定了其投資分散且效益難以顯現的本質。輸配電價改革后，電網企業(yè)的盈利空間被鎖定，一定程度上限制了電網的投資能力。此外，當前配網投資欠缺的農網及偏遠地區(qū)投資回報率不佳，仍然需要中央預算與地方預算資金支持。
改造空間方面，城市中心區(qū)、老舊小區(qū)的配電設備改造空間不足現象普遍存在。由于原有城市配電網規(guī)劃與市政基礎設施的整體布局建設不匹配等原因，在城市中心的密集區(qū)，新增設備布點、配電線路廊道十分困難。同時，電網建設從選址開工，到線路送出、電纜敷設，涉及多個主管部門和單位，審批環(huán)節(jié)較多、流程較長，因此在施工進度和規(guī)劃執(zhí)行中，需要全面考慮以上因素可能帶來的影響。
管理機制方面，部分電力設備運維權責不清、改造成本分攤不清以及宣傳引導不到位等也是存量配網改造的堵點之一。長久以來，在我國配電網的末端，如商業(yè)綜合體、樓宇小區(qū)、交通場站等場景存在眾多轉供電主體，其所轄的配電網游離于電力行業(yè)的管理之外，導致在實際配網改造中存在權責劃分不清的問題。另外，在宣傳引導方面，部分居民存在對變電站輻射等方面的顧慮，也可能阻礙配電網改造升級工程的順利施工。
配網改造，路在何方？
筆者認為，提高配電網承載能力需要重點解決三方面問題：一是解決變壓器容量不足問題，最直接的方式之一是進行配網變壓器擴容，此外亦可以通過配置配網側臺區(qū)儲能延緩配電網改造升級；二是提高配電網電能質量，可以通過優(yōu)化配網側新型電力電子設備或是配置臺區(qū)儲能進行改善；三是提升配網智能化水平，這需要對現有配網自動化系統(tǒng)進行升級，同時廣泛接入配網智能計量與終端，提升配電網可觀可測可調可控水平。
短期“分布式光伏匯流+配儲”方案可暫緩燃眉之急，長期配網規(guī)劃容量提升刻不容緩。當前，多地電網低壓端承載力不足，分布式光伏開發(fā)容量受限、并網難、就近消納困難等問題顯現。筆者認為，由于低壓側負荷形態(tài)與分布式光伏開發(fā)容量快速變化，電網臺區(qū)擴容周期較長，可以通過“分布式光伏匯流+配儲”方案暫時緩解配網容量制約，促進分布式光伏消納。建設臺區(qū)儲能可延緩臺區(qū)變電擴容、促進電能質量改善、進行低電壓治理、峰谷套利等，同時利用其移動性特點將其作為應急電源。但長期來看，筆者認為配電網發(fā)展仍然須提供合理規(guī)劃配變容量，綜合提升配電網承載能力。
配電網接入海量分布式能源，可觀可測可控水平有待提升。大規(guī)模分布式電源以及充電樁、用戶側儲能接入配電網，打破了原有“源-網-荷”的互動模式，增加了配電網管控難度，原有傳統(tǒng)的配電自動化系統(tǒng)不再適用。2022年11月，新一代配電自動化系統(tǒng)在浙江海寧上線。系統(tǒng)將配網劃分為“變電站-線路-臺區(qū)”三個層級，可以根據每個層級電網的不同運行狀態(tài)，自動對應經濟運行、快速自愈、自我平衡三種運行策略，實現一個平臺統(tǒng)籌調控配網海量資源，該套系統(tǒng)目前已接入光伏電站5659座和儲能電站5座。
源網荷儲、微電網就地消納分布式電源，有望開啟分散平衡模式。從電網角度看，微電網是系統(tǒng)內的一個受控實體，按照電網規(guī)則運行，基本不影響配電網的可靠性和安全性，是高滲透率分布式電源并網的解決方案之一，同時能夠參與備用、調峰、需求側響應等雙向服務。從電力用戶角度講，微電網內部具備電力供需自我平衡和黑啟動的能力，有利于改善供電可靠性，降低線損，避免大停電事故造成的供電中斷。隨著用戶側發(fā)用電設備的廣泛接入，采用源網荷儲一體化或微電網模式可以有效減輕公用配電網投資壓力，助力清潔能源消納。
思考與啟示
綜上，發(fā)展配電網是建設新型電力系統(tǒng)的重點任務之一，除精準有力的投資外，相關政策支持與數字化手段的應用也必不可少。具體來看，需要在協(xié)調網源規(guī)劃、技術與商業(yè)模式創(chuàng)新、打造數字電網等方面協(xié)同發(fā)力。
首先，做好配電網整體發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)籌網源發(fā)展，同時將電網規(guī)劃納入城市整體規(guī)劃。配電網接入主體的數量和形態(tài)都在發(fā)生快速變化。為使配電網改造升級的投資具有一定經濟性，可以提前對未來接入的分布式電源、新型負荷等進行研判，充分預留增容空間。同時，將電網規(guī)劃方案納入城市總體規(guī)劃，提前預留發(fā)展空間。對于重點的存量配網改造升級和新型配網建設示范項目，政府應在用電、核準方面開通綠色通道，加快工程建設進程。
其次，加強配電網技術科研創(chuàng)新，推動配電網領域商業(yè)模式創(chuàng)新。積極探索柔性直流配電網等前沿技術研究與應用。鼓勵用戶側主體開展虛擬電廠、綜合能源等業(yè)務，增強市場活力，同時明確分布式電源參與電力市場的機制，為電力系統(tǒng)增加靈活性的同時，給用戶側主體提供增值服務。
最后，用好數字技術，打造智慧能源系統(tǒng)。一方面，利用好電信號與數字信息天然的耦合性，將接入配電網的各類新要素，根據接入電壓等級、規(guī)模容量、功能定位、服務對象等特性，通過數字鏡像技術實現精準模擬和調控，解決電網自身安全問題的同時，形成可觀、可測、可用的負荷側資源；另一方面，利用好配電網的延伸性，與其他能源系統(tǒng)以及智慧交通、智慧家電、智慧園區(qū)、智慧農業(yè)等實現多元協(xié)同，積極培育電、水、氣多表合一，變電站、分布式電站、數據中心多站融合的新模式新業(yè)態(tài)，打造物理世界與數字世界相融合的智慧能源系統(tǒng)。
