分布式能源整合提升发展中国家农村地区工业负荷承载能力的研究

为解决发展中国家农村电网难以承载农业工业化负荷的问题，研究人员通过集成分布式可再生能源（DER）和储能系统（ESS），提出了一种提升电网承载能力（HC）的方法。研究以尼日利亚IEEE 34节点系统为案例，结合光伏（PV）与抽水蓄能（PHS），将电网负荷承载能力提升254%，同时保障供电可靠性（99.9%）。该成果为农村电网经济可持续性及社会包容性发展提供了技术支撑。

　　

在发展中国家，农村电网往往仅能满足基础居民用电需求，而农业工业化进程带来的高负荷需求成为制约当地经济发展的瓶颈。尼日利亚等地区虽拥有丰富可再生能源，却面临全球最高的能源贫困率，电网稳定性与低负荷承载能力（Hosting Capacity, HC）进一步限制了工业化发展。传统解决方案如电网扩建成本高昂，而分散式可再生能源（Distributed Energy Resources, DERs）整合为这一难题提供了新思路。

来自巴西联邦大学伊塔茹巴分校（UNIFEI）等机构的研究团队在《Renewable Energy》发表研究，提出通过DERs整合提升农村电网工业负荷承载能力的系统性方法。研究以尼日利亚阿菲克波的IEEE 34节点系统为模型，采用四阶段方法论：首先评估纯居民负荷下的电网技术参数；其次模拟引入总峰值4500 kW的工业负荷后电网的电压跌落与线路过载问题；随后通过关键节点部署光伏（PV）与储能系统（ESS）进行调节；最后结合当地资源评估最优技术组合与经济性。

关键方法
研究采用准动态时间序列仿真分析电网技术限制，通过OpenDSS软件建模评估电压偏差、变压器与线路负载率。储能调度模型基于抽水蓄能（Pumped Hydro Storage, PHS）的季节性调节特性设计，光伏容量配置结合NASA气象数据与本地辐照度实测。成本效益分析采用平准化能源成本（LCOE）与供电概率（PSP）双指标。

结果与讨论

• 基础场景：纯居民负荷峰值1769 kW时，电网运行参数均符合标准。
• 工业负荷冲击：引入5个2250 kW工业负荷后，关键节点电压跌落至0.85 pu（标幺值），线路负载率超120%。
• DERs缓解方案：在840和848节点部署2.5 MW光伏与4.5 MWh PHS后，电压恢复至0.95 pu以上，年过剩发电量用于旱季灌溉。PHS方案实现99.9%供电概率，LCOE较柴油方案降低62%。
• 资源潜力：沿克罗斯河岸识别出3处PHS候选站点，总调节潜力达18 MWh/日。

结论与意义
该研究首次系统论证了DERs整合对农村电网工业化转型的促进作用。通过光伏-PHS组合，尼日利亚案例电网负荷承载能力从1769 kW提升至6269 kW（+254%），同时维持电压稳定性与设备安全裕度。这一方案不仅解决了季节性可再生能源波动与工业负荷的时序错配问题，更通过农业-能源协同（如过剩发电用于灌溉）实现资源循环利用。研究成果为发展中国家农村电网升级提供了可复制的技术路径，其经济性分析（如LCOE 0.12美元/kWh）显著优于传统柴油机组方案，对推动能源公平、减少贫困具有重要实践价值。研究同时指出，未来需开发更精细的储能调度模型以优化跨季节能量分配，这一方向将成为农村能源系统研究的重点。