Page 107 - 电力与能源2021年第三期

潘爱强, 等:“ 双碳” 背景下上海城市能源互联网构建技术需求分析 3 9
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2060 年, 化石能源全部退出。到那个时候, 核能、
1 “ 双碳” 背景下上海城市用能特点及面
风能、 太阳能的装机容量将是现在的 5 倍、 12 倍
临的形势
和 70 倍, 新能源为主体的新型电力系统是气象驱
上 海 提 出 全 市 碳 排 放 总 量 与 人 均 碳 排 放 量 于 动的, 电力系统面临的挑战是颠覆性的。
2025 年前达到峰值, 2035 年万元 GDP 能耗控制 ( 2 ) 存在更高比例的电力电子设备。源 - 网 -
在 0.22 吨标准煤以下。但总体看来, 目标任务艰 荷端引入了高比例电力电子设备, 电力系统基本
巨, 时间窗口短。 特性由旋转电机主导的机电稳态过程演变为电力
( 1 ) 上海能源消费总量、 能耗密度目前均居全 电子设备主导的电磁暂态过程, 系统特性由强转
国前列。 2019 年综合能源消费总量约 1.17 亿t , 动惯量向弱转动惯量转变。低惯性电力系统支撑
位列全国城市首位, 上海能耗密度 18454t标准 力度弱、 频率调节能力和阻尼特性差, 使得频率稳
煤 / 平方公里, 40 倍于全国平均水平。 定问题日益凸显。 2019 年 8 月的英国大停电的
( 2 ) 上 海 全 口 径 碳 排 放 总 量 持 续 增 长。 由 一 个 主 要 原 因 就 是 电 力 电 子 化 引 起 的 弱 转 动
2015 年的 2.05 亿t增加到 2019 年的 2.12 亿t , 惯量。
万元 GDP 碳排放量由 2015 年的 0.762t下降到 ( 3 ) 用电负荷更加柔性多变。电力负荷用电
2019 年的 0.610 亿 t 。单位 GDP 碳排放虽在全 特征日趋复杂、 电能消费者成为电能产销者、 需求
国省级行政区中处于较低水平, 但距世界先进水 侧响应日臻成熟。一方面, 改变了负荷单向、 被动
平仍有差距, 约为纽约、 伦敦、 东京的 5~7 倍。 接受调节的历史, 使得电网的运行更具弹性, 另一
( 3 ) 上海本地能源资源匮乏, 现有能源结构对 方面, 传统电力系统在双向性、 高不确定性和分散
降碳带来较大压力。上海非化石能源资源禀赋 性负荷大量接入的情况下, 面临更大挑战。
差。非化石能源利用主要依赖外来电, 2019 年非 ( 4 ) 能源形式更加丰富。能源高效利用需要
化石能源发电量为 591 亿 kWh , 占一次能源比重 建设以新型电力系统为基础, 与天然气、 交通、 建
为17.54% , 其中本地风电、 光伏发电25 亿 kWh , 筑等多个领域互联互通的综合能源网络。而且,
其他非化石能源发电 32 亿 kWh 。能源消费仍以 天然气与氢能源的储备与传输将与电力系统深度
化石能源为主。 2019 年上海全市能源消费总量 融合, 发挥重要的调峰作用。
1.17 亿吨 t标准煤, 终端能源消费中, 煤炭占比 ( 5 ) 市场机制更加开放。新能源发电的规模
11.5% , 油品占比 53.0% , 天然气占比 8.5% , 电 化发展对电力市 场和碳市场的建设提出更高要
力占 比 19.97% , 终 端 电 气 化 水 平 低 于 香 港 求。分布式新能源通过电力市场实现优化配置和
( 48.2% )、 东京( 35.45% )、 巴黎( 33.33% )、 新加 消纳, 非化石能源通过碳市场交易实现减排价值,
坡( 21.77% )、 北京( 24.83% ) 等全球发达城市。 解决碳排放的负外部性问题。两个市场共同作
用, 提升能源配置效率、 优化能源结构。
2 “ 双碳” 目标对城市能源互联网发展的
应对以上挑战, 能源互联网是实现“ 双碳” 的
要求
必然途径。城市能源互联网是以电为中心的城市
能源燃烧碳排放是温室气体排放的主体, 而 各类能源互联互通、 综合利用、 优化共享的平台,
电力行业占了其中近一半。电网连接电力生产和 是以智能电网为基础, 以“ 互联网 + ” 为手段, 以电
消费, 是能源转型的中心环节, 是电力系统碳减排 能为主体载体的绿色低碳、 安全高效的现代能源
的核心枢纽, 目前 95% 左右的非化石能源主要通 生态系统 [ 2 ] 。自美国学者杰里米·里夫金( Jere-
过转化为电能加以利用。电力系统既要保障新能 m yRifkin ) 提出能源互联网设想之后, 能源互联
源大规模开发和高效利用, 又要满足经济社会发 网的理念得到了国内外的广泛认可和期待, 并将
展的用电需求, 承担着巨大压力。然而, 双碳目标 其视为能源生产传输供应的必然发展形态。过去
对电力系统带来了全新挑战和要求, 具体体现在 几年, 中国国家能源局布局了多个示范项目推动
五个方面, 他们将对电力系统产生深远的影响。 能源互联网发展。能源互联网是能源革命和数字
( 1 ) 需要接纳更高比例的新能源。根据权威 革命深度融合的产物, 成为推动我国能源转型、 提
机构研 究, 2040 年, 非 化 石 能 源 占 比 超 过 一 半, 高能源利用效率、 实现节能减排和可持续发展的