构建上海城市能源互联网能源流互联互通信息流共享共治价值流融利融智

2015-04-02杨凌辉黄兴德张鹏飞齐晓曼

上海节能 2015年6期

杨凌辉黄兴德张鹏飞齐晓曼

国网上海市电力公司电力科学研究院

“互联网+”代表着一种新的经济形态，其基础是万物互联，其作用不是“替代”（-），而是“加上”（+），即充分发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用，将互联网的创新成果、思维模式深度融合于经济社会各领域，提升实体经济的创新力和生产力，形成更广泛互联的基础设施和实现工具的经济发展新形态。遵循开放、平等、互联、共享的互联网理念，能源互联网实现能源流的互联互通、信息流的共享共治、商业模式的融利融智。

上海的能源转型正当时，能源互联进行时，融利融智的商业模式创新也是时不我待。在大电网的互联方面，2010年7月，向家坝—上海±800 kV特高压直流输电示范工程投运；2013年9月25日，皖电东送特高压交流输电工程正式投运，上海成为首家同时拥有特高压交直流工程的省级电网，构建大规模清洁能源消纳的通道，上海电网也正式进入“强馈入弱开机”的新常态。在分布式能源的互联方面，2005年8月，我国首个利用世界银行贷款的风电项目——上海崇明、南汇风力发电场并网发电；2006年12月，上海电力学院教师的家庭太阳能光伏发电系统投入运行；2007年10月，国内首家太阳能发电站——崇明前卫村兆瓦级太阳能光伏发电站进入商业运营；2010年6月，我国第一个大型海上风电场——东海大桥10万kW海上风电场并网发电；2012年，国家“863课题”、国家级绿色能源示范县——崇明智能电网综合示范工程开工建设；在商业模式创新方面，2003年，上海率先试行绿色电力机制，2014年，在国内首次开展基于市场化调剂交易的电力需求侧响应试验。

1 绿岛能源互联进行时

崇明岛，地处长江之尾，东海之滨，清洁能源丰富，生态环境优越，是上海唯一的国家级生态示范区和荫庇子孙的国际生态岛。2012年，国网上海公司全面启动国家科技支撑计划课题“以大规模可再生能源利用为特征的智能电网综合示范工程”，构建绿色、互联、共享、灵活的区域能源互联网，实现全岛大规模可再生能源和分布式能源的综合利用，清洁能源达到100%，从能源着手诠释低碳化国际生态岛的发展理念。

1.1 多类型、高比例可再生能源实现友好接入

崇明岛具有丰富的风能、太阳能、生物质能、潮汐能等多种可再生能源，种类多、比例高，是建立可再生能源发电的理想场所。由于地处东亚季风盛行区，受冬夏季风影响，崇明地区风能资源尤其丰富。目前，崇明本岛合计风电场装机容量为175 MW，占本岛最高用电负荷（382MW）的46%，已建成风储联合运行示范电站，为19.5 MW东滩风电场配置了2 MW/2MW时的锂电池储能系统，通过风储协调运行以平滑风功率波动。

1.2 多能互补等效电厂实现高效环保利用

崇明岛建设多能互补等效电厂，是能源生产与配置方式的重大变革，通过风电、光伏、储能、燃机四个元素，在时间和空间两个维度的协调互补，在整体上形成全岛等效电厂，实现全岛可再生能源的可控、可调、可测、分层消纳和高效环保利用，达到不发生强制“弃风、弃光”现象，实现清洁能源100%并网消纳。

1.3 智能配电网实现分布式能源最大化本地消纳

崇明陈东站智能配电网示范工程，实现配网片区内包括源、网、荷、储在内的多级能量的优化协调控制。在综合考虑片区内分布式能源、分布式储能、配网运行结构及用户负荷实时运行状态及运行态势分析的基础上，以电网安全、经济运行，分布式能源实现全消纳为目标，通过智能网络重构、分布式能源的优化调度、可控负荷的智能互动、微电网的优化控制等多种控制手段，提高配电网供电安全可靠性和供电质量，降低配电网损耗，提高配电网接纳新电源的能力。

2 绿城能源转型正当时

根据《上海市能源发展“十二五”规划》要求，上海市煤炭消费比例由2010年的49.2%下降到2015年的40%左右，石油由32.9%下降到30%左右。随着我国政府首次正式提出2030年碳排放峰值及非化石能源在一次能源消费中的比重提升到20%目标确定，作为第一批低碳试点城市的上海，很有可能被赋予提前到达碳排放峰值的使命。2014年全市能源消费总量30年来首次出现负增长，同比降低2.3%。国网上海公司根据国网公司总体规划和上海市能源发展要求，不断强化互联互通能源网络建设，大规模消纳西南清洁水电，大力支持可再生能源发电和电动汽车发展，2015年底清洁能源装机占电力总装机比例6%，新能源和大规模清洁水电为主的清洁电力占上海电量的40%，以实际行动践行“以电代煤、以电代油、电从远方来”的社会共识，力推上海能源转型。

2.1 高耦合互联互通网架基本形成

构筑“四交四直”外来输电通道，成为首个同时拥有特高压交流和特高压直流的省级电网。电力供应从本地发电为主转为外来水电为主，2014年累计受电524亿 kWh，同比增长27.93%，占累计用电量的42.36%；平均受电功率7 150 MW，最高受电功率占最高负荷的比例56%。

2.2 上海能源形态转型实现双轮驱动

借助大规模储能技术、分布式能源调度和配网自动化等智能电网技术，为清洁能源发电提供了友好接入平台，形成了接纳分布式清洁能源的“高速公路”。目前，上海市清洁能源装机容量总计84万 kW，其中，光伏发电容量28万 kW，风电容量37万 kW，生物质发电容量2万kW，垃圾发电容量15万kW，天然气分布式发电容量2万kW。传统能源向大型化基地化发展，以绿色与效率为主线，通过“以大代小”工程和关停并转，形成了“5+X”能源基地。

2.3 电网成为上海绿色能源配置的平台

积极推进绿色节能调度，利用发电企业脱硫脱硝在线监测，实施高效机组替代低效机组，2014年累计节能置换电量10.67亿 kWh，减少二氧化碳排放约106万 t。需求侧管理方面，电力负荷管理终端已全面覆盖上海电网内10 kV及以上电力客户，最大监测负荷、可控负荷分别达到1 300万kW和370万kW，2014年在国内首次开展电力需求响应试验工作。智能充换电服务网络建设，与浙江、江苏高速公路服务区充换电站初步联网，建成京沪高速城际互联。目前，上海已累计建成25座充换电站、1 523个充电桩，提供充换电服务10.78万次，充换电量1 836万kWh。

2.4 互联互动加深，生态系统日趋丰富

个性化需求驱动产生新型商业模式和新型运营商，上海先后诞生了国内首个100 kW钠硫电池储能系统，首个MW级商业运行太阳能光伏电站，首个10万 kV级东海海上风电场，以及中德合作洋山港船舶岸电项目，吸引着不同商业资本和投资主体。在创新服务方面，开展分布式电源即插即用、三联供、智能用电互动、便捷电动汽车充电服务、配用电大数据公共服务等模式示范应用；在节能服务方面，大力推广电锅炉、电采暖、热泵等技术，为用户提供用能状态诊断和节能项目设计、改造、运行管理服务，大力开展工业节能、建筑节能，采取新技术、新工艺、新材料；以碳交易市场为推手，为上海深化节能减排和产业结构调整做出贡献。

3 绿网能源互联网时不我待

能源互联网是以互联网思维与理念构建的新型信息-能源融合“广域网”，它以大电网为“主干网”，以微网、分布式能源等能量自治单元为“局域网”，以开放对等的信息-能源一体化架构真正实现能源的双向按需传输和动态平衡使用。在能源流的互联互通方面：电能在能源传输效率等方面具有无法比拟的优势，居能源互联网的中心，能源互联网可以起到衔接作用，既能发挥大电网的传输效率和高可靠性，又能能够实现分布式可再生能源发电设备、储能设备、负载设备及电动汽车的无差别对等接入，符合电网发展集中与分布相结合的大趋势。在信息的共融共享方面：赋予能源以数据属性，促进生产消费、消费侧、跨能源品种的信息化，在整个能源供应和消费过程中，实现上下游的价值匹配和消费行为的匹配。在商业模式的融利融智方面：构建基于互联网模式的新格局、新业态，使能源产业更开放、更透明、更便利、更高效。上海结合自身特点，坚持开放、互联、对等、分享的原则，以特高压、智能配网和智慧城市为抓手，奠定能源转型的基石，构筑电力为中心的能源互联枢纽，打造智慧能源流、信息流和业务流的网络载体，尝试在实践中破解能源互联网方程式。

3.1 特高压打造能源结构转型的基石和命脉

能源发展包含了能源结构从高碳向低碳方向发展、能源利用从低效向高效方向发展、能源配置从局部平衡向大范围优化方向发展。特高压电网能使清洁能源的长距离输送成为现实。实现清洁能源大范围优化配置，是解决中东部人口密集地区能源转型和环境困扰的关键突破口，是国家层面实现能源互联、打破能源时空不平衡的关键技术。高效稳定运行的“一交一直”特高压为上海解决能源困境提供了重要手段，成为能源转型的基石，上海市也最先享受到了电网互联、资源优化配置的好处。

（1）特高压电网推进电力由就地平衡向更大范围优化配置转型，彻底改变上海电网从缺电转为富余模式。

上海人口密集、负荷密度高，远景饱和负荷将在2013年最高用电负荷2 940万kW的基础上“翻一番”，达到5 000～6 000万kW。随着淮南—南京—上海1 000 kV特高压工程的加快建设，上海“两交一直”特高压网架即将形成，通过南、北两个特高压通道获得外部清洁能源和电力，将为这座现代化城市安全稳定供电提供最坚强、最清洁的保障。作为中国最先被电力曙光照亮的地方，上海电网在诞生130余年后因特高压而变得更加年轻、更富活力。

（2）特高压电网在促进节能减排、大气污染治理等方面发挥重要作用

在已投运的“一交一直”特高压输电工程的推动下，夏季用电高峰期间，上海用电中清洁能源比例占到了50%以上；上海大气污染防治初见成效，2014年污染天数较2013年减少40天，其中重度污染和严重污染较2013年减少17天和2天。到2020年，上海区外来电能力将达到用电比例的60%，可替代火电装机2 900万kW，每年减少电煤消耗6 300万 t，减排二氧化硫21万 t、氮氧化物24万 t、烟尘5万 t，将有效缓解上海地区环保压力。

3.2 智能配电网构筑电力为中心的能源互联枢纽

能源互联网把互联网技术与可再生能源相结合，在能源开采、配送和利用上从传统的集中式变为智能化的分散式。智能配电网是构筑以电力为中心的能源互联枢纽，面对的是各种具有双向互动的新型负荷，如分布式电源、微电网、智能用电、电动汽车等，既是能源“生产者”，又是“消费者”，需要为各参与主体提供平等接入的入口和信息交互平台。近年来，国网上海公司不断加大智能城市配电网建设力度，建设配网高可靠性示范园区，加强新能源、微网与储能技术研究，在保证高压骨干电网提供城市能源命脉基础上，发展传统与清洁能源互补的城市分布式清洁能源供给体系，将集中能源、分布式新能源和新型服务进行灵活优化配置，致力于打造低碳城市能源互联网络。

（1）建立浦东核心区配网高可靠性示范园区

在包括世博浦东园区、小陆家嘴地区和两个地区之间的沿江10 k㎡区域，高起点规划、高品质建设与浦东新区“二次创业”高速发展相配套、与浦东新区国际化大都市国民经济发展相适应的“世界一流”现代化配电网。大幅强化中压配电网网架结构，优化接线方式，降低线路平均负载率，增强负荷转供能力，网架基本满足“N-1-1”停运要求；通过实用、可靠的配电自动化技术，实现“三遥”功能全覆盖，以及故障的自动判断、定位、隔离；构建供电可靠率高于99.999%、以“电源多联络、电网网格化、配电自动化”为特色的现代化配电网，为分布式清洁能源利用提供可靠、智能的电力网络平台。

（2）开展高耦合度的互联互通配电网研究实践

伴随着电动汽车、微电网、智能用电等具有新型互动型用电模式的发展，城市电网负荷形态和功能将发生显著变化。国网上海公司开展新能源友好接入、微网、储能、电动汽车及智能楼宇的工程化研究和验证，打造即插即用的低碳城市能源互联，拓展城市可持续发展空间。微网工程领域，建成浦东迪斯尼变电站智能微网系统、陈家镇智能社区微网系统、漕溪能源转换工程中心微网等；电动汽车工程示范，建成嘉定充放储一体化电站和嘉定安亭试乘试驾中心；储能工程包括漕溪城市电网储能电站与崇明钠硫储能示范工程；综合示范工程包括崇明东滩风储联合示范工程。

3.3 智慧城市汇聚高密度能源流、高互动信息流、高实时性业务流

当能源、资源和环境承载力逐渐成为硬约束条件的情况下，城市和能源的传统发展模式难以为继。智慧城市与能源互联网相伴相生，不断凝聚新的智慧、融合新的技术，汇集更多共识，从而形成具有超越性和升级版的全新理念。智慧城市与智能电网不仅都具有以面向未来的信息化、网络化、智能化的共性技术特点，还有惠及民生、提升幸福感受，“让生活更美好”的共同本质特征；更有促进能源转型、塑造全新能源生产和消费观的使命，是推动城市发展方式和管理方式转变的重要力量。国网上海公司围绕建设智慧企业、构筑智能电网、融入科技创新体系的工作目标和思路，构建基于高密度能源流、高互动信息流、高实时性业务流的能源互联和智慧公共服务两大网络，从智慧生活、智慧经济、智慧城管、智慧政务等方面全方位服务上海智慧城市建设。

（1）着眼融利融智，营造普惠化的智慧生活

全面推进智能电表部署和用电采集系统建设。截至目前，上海全市范围内智能电能表安装覆盖约962万户，采集系统覆盖数约951万户，覆盖率98.86%。开展智能用电服务试点。试点建设奉贤“恒盛豪庭”智能小区，通过智能交互终端设备对家电进行监控和管理，提供智能家居能源管理服务，实现电网与用户之间的双向交互。2013年，开展楼宇空调负荷响应实证试验，积累和掌握了空调负荷特性。2014年，在国内首次开展电力需求侧响应试验工作，探索电力削减负荷指标市场化调剂交易，并选取30家工业用户，30家楼宇用户积极申购需求侧响应指标，并响应需求迅速，负荷削减效果明显。

（2）着眼产业创新，发展高端化的智慧经济

稳步推进以绿色能源开发利用为代表的智能电网科技攻关与工程实践：全面完成国家863计划课题“电动汽车智能充放储一体化电站系统及工程示范”、“智能配用电大数据应用关键技术”、“电网潮流控制技术及装置研发示范”，以及国家支撑计划课题“陈家镇国际生态社区能源管理中心建设关键技术集成与示范”和“含高比例间歇式能源的区域型智能电网集成综合示范”。深度参与以钠硫电池为代表的智慧产业发展，与中科院上海硅酸盐所合作研制大容量钠硫电池单体和模块，成功试运行百 kW钠硫电池储能电站，实现了关键技术的突破，形成了体系完整、覆盖全面的钠硫电池核心自主知识产权体系。

（3）着眼互联互通，完善精细化的智慧城管

大力推广电力光纤到户。通过电力光纤构建开放式光纤网络平台，提升电网智能化水平，服务智慧城市建设。国网上海公司目前已完成38.5万户电力光纤覆盖，实现了以光纤通讯为基础的电能量采集、配电自动化、分布式能源、电动汽车充换电服务网络以及面向社会公众服务的信息网络，其中2.8万户居民已享受到电力光纤带来的高清电视点播、高速宽带等增值服务。2013年，由国网上海公司与SMG合资的“广视通网络通信传媒有限公司”入驻上海自贸区，正式开展智能电网、电信、电视增值业务，未来五年将拓展200万户居民用户。

（4）着眼透明高效，建设一体化的智慧服务

优化公共服务渠道，推出银联代扣、微信、手机客户端、支付宝等新型网络服务方式，构建集95598服务热线、网站、移动终端、营业网点于一体的服务体系。研发新一代自助服务终端产品，实现自助营业厅24小时服务。