上海清洁能源发展实施路径的思考

2019-08-02赵路

上海节能 2019年7期

赵路

上海市城市规划建筑设计工程有限公司

0 研究背景

上海作为一座特大型城市，紧紧围绕统筹推进“五位一体”总体布局，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，深入贯彻落实党的十九大报告提出的“构建清洁低碳、安全高效的能源体系”，在全市各类规划中均对上海未来能源发展，尤其是清洁能源的使用提出了新要求。

近期，国务院批复的《上海市城市总体规划（2017-2035）》、市政府发布的《上海市主体功能区规划》，能源行业制定的《上海市中长期能源规划》都提出了实行能源消费总量控制制度、提高资源能源利用效率、鼓励高效清洁能源发展等内容。其中，对清洁能源发展提出明确要求，要“着力发展新能源和清洁能源，优化能源结构，严格控制煤炭消费总量，基本实现零增长。积极增加市外来电和天然气供应，加强电网、气网建设，提高天然气管网覆盖率。大力支持发展新能源和可再生能源，以海上风电开发为重点，建设大型风电基地，推进太阳能光伏、光热利用，因地制宜开发生物质能，探索海洋能和氢能利用。”[1]

从上海市各《规划》对能源发展的表述中可以发现，为了缓解过度依赖化石能源的使用带来的环境污染、气候变化、传统能源枯竭等一系列负面问题，加强清洁能源、可再生能源的开发利用是必然趋势[2]、[3]。但由于上海市清洁能源的资源供给能力有限，未来很长一段时间依然需要依赖煤炭和石油，单纯从供给侧提出加强全市清洁能源利用具有相对局限性，因此，本文建议从能源利用的全生命周期角度全盘考虑，从能源的供应、转换、消费等多条路径提出加强能源的清洁化利用实施策略。

目前，清洁能源包含的太阳能、风电、核电、可再生能源等各国标准不一。根据名词定义，清洁能源是“针对传统燃煤、燃油等污染物排放较高的非清洁能源而言，可认为是对环境友好、污染物排放少、污染程度相对较小的能源”。从《上海市城市总体规划》看，清洁能源包含“天然气和可再生能源”。上海清洁能源概念涵盖整个能源利用体系的清洁化环节[4]，清洁能源目标考虑供给安全保障和低碳发展需求。广义清洁能源的理解主要包含三个方面内容：清洁能源的清洁性是一种相对清洁性即符合一定的排放标准；清洁能源不仅仅是对能源的简单分类，除低污染物排放的能源使用外，还应包含能源利用的技术体系清洁升级；能源清洁利用既要强调清洁性，同时应兼顾经济性和可行性。

本文根据上海能源利用现状和存在问题，通过总结国内外相关研究经验分析并结合全市中远期能源结构与清洁能源利用导向，从能源供给侧、转化侧以及消费侧提出清洁能源利用具体实施策略与保障机制，并提出政策化建议。研究技术路线详见图1。

1 上海清洁能源发展目标

1.1 新一轮城市总体规划的能源导向[1]

《上海市城市总体规划》（2017-2035）已获国务院批复，目标愿景提出了建设“生态之城”的要求。坚持生态优先，持续改善空间资源环境和基础设施，建设更具适应能力和韧性的生态城市，成为引领国际超大城市绿色、低碳、可持续发展的标杆，并提出2035年上海的碳排放总量指标较峰值减少5%、可再生能源占一次能源供应的18%、清洁能源占能源消费比例的80%等多项指标，从多个方面明确了上海未来发展清洁能源的战略方向和导向，主要有以下几点。

1.1.1 能源结构优化

构建清洁低碳、安全高效的能源体系，推进天然气等清洁能源替代煤、油等能源，发展太阳能、风能、潮汐能、浅层地温能等可再生能源。推进长江口、杭州湾等海域海上风电开发，在崇明三岛、南汇等地区有序拓展陆上风电规模，在崇明、宝山、嘉定、松江、奉贤、老港等地区建设与固废综合利用相结合的生物质发电项目，进一步提高可再生能源占一次能源供应的比例。

图1 研究技术路线

1.1.2 产业和建筑能耗

核定工业碳排放阶段减排目标，严格控制高耗能、高排放的产业发展，推动创建绿色生态示范城区。依托绿色生态城区推进绿色建筑规模化、高星级发展，全面推广绿色建筑，推广装配式建筑与市政基础设施的技术应用，加强现有建筑的节能改造，至2035年符合条件实施装配式建筑覆盖率100%，新建民用建筑绿色建筑达标率达到100%。

1.1.3 绿色交通

鼓励公共交通、自行车等绿色交通出行，至2035年，全市绿色交通出行比例达到85%左右。全面建设以提高效能、降低排放、保护生态为核心的绿色交通基础设施体系、运输装备体系和运输组织体系。

1.1.4 能源供应

市内电源应完善石洞口、外高桥、漕泾、临港等市内电源基地，做好吴泾-闵行地区电源优化调整工作，新建一批燃气机组，同时加强新能源和分布式供能系统的建设。天然气将形成由国内管道气、国际管道气和国际LNG组成的多气源供应格局，配合大东海气田开发，积极争取新气源，主动参与国际气源引进，适时启动洋山LNG二期建设。推进分布式能源建设，重点依托工业建筑和公共建筑屋顶实施分布式光伏发电工程，完善太阳能利用。鼓励在区域能源负荷中心建设天然气分布式能源系统，推动分布式供能及区域能源管理系统等城市能源供应方式的多元化、规模化应用。

1.2 国外发达城市的借鉴

借鉴和对比纽约、东京、伦敦城市的清洁能源发展情况。

1.2.1 纽约能源发展计划

可再生能源在一次能源消费总量中所占份额由2000年的10%，到2020年达到15%，远期增加到50%。主要通过开展清洁分布式发电(Clean DG)，扩大天然气基础设施建设，扩大天然气发电规模，通过税费调控和行业鼓励政策，加大纽约州北部风电、光伏开发，通过电网建设引入纽约州北部的水电。

1.2.2 东京可再生能源战略

东京提出至2020年将可再生能源利用比例提高至20%。主要措施：建设滨水地区的风力发电项目与光伏电源系统；在政策上，考虑税收制度和鼓励国民、政府支持可再生能源，鼓励金融机构支持可再生能源；在公共设施中，推广可再生能源的使用；推广燃料电池车；将住宅房屋作为推广可再生能源的重点，开展低能量住房计划，推广住房中太阳能供热系统的安装。

1.2.3 伦敦清洁能源战略白皮书

伦敦清洁能源战略白皮书主要内容：2025年实现CO2减排60%（相对于1990年排放量）；建成高效、独立、安全的能源供应体系；提高天然气使用比例；大力推进海上风电建设和使用；推进天然气分布式热电联合装置等。

国外加强能源清洁利用主要为提升可再生能源比例，推进能源利用的前期建设，同时也有推广清洁能源利用在能源消费侧的具体措施，并考虑到能源生产到能源消费产生碳排放等因素。

因此，结合《上海市城市总体规划》提出的目标和指标，从全市清洁能源实施路径的角度出发，对供给、转换、消费多层次多维度考虑未来全市清洁能源发展是有必要的。

2 能源现状利用情况[5]

2.1 能源供给侧现状

近年，上海能源供应稳中有升，能源结构以化石能源为主。全市能源输入以煤炭为主导，但是整体比重逐年下降，原油比重相对稳定，而天然气的使用大幅增长。根据2016年能源统计数据，全市能源消费量为11 700万tce，目前全市化石能源（煤炭+原油+石油制品）的比例占80%以上，各类能源品种供给比例详见图2。新能源利用以风力发电、太阳能光伏发电、垃圾、沼气、秸秆等生物质发电为主，上海风力发电累计装机容量为71.19万kW，光伏发电累计装机容量42.1万kW，光伏电站12个，分布式光伏343个，光电建筑一体化项目10个，个人光伏2 834个。

2.2 能源转化侧现状

目前,在能源转化侧，主要有天然气发电和制热，煤炭发电、制热和炼焦，原油炼油等转化途径。在天然气转化层，排放以CO2为主，能源转化中污染物排放主要来自煤炭和原油。全市燃煤机组已累计完成15台60万kW及以上机组的超低排放改造，但机组在SO2排放量方面，与其它省市相比仍有较大提升空间。现在各类能源加工、转换及发电燃料情况详见图3。

2.3 能源消费侧现状

图2 上海各类能源供给比例

在全市能源消费总量基础上，扣除用于加工转换二次能源消费和损失量后，按大类可分为工业、交通运输、商业和生活等终端用能。各行业能源消费情况见图4。

从消费侧看，工业总消费量为5 740.55万tce，占消费端总能耗的49%，其主要能源消费为煤炭、焦炭和电力。交通运输行业用能为2 401.74万tce，占总能耗的20.5%，其中油制品占97%。工业、交通业能源使用情况见图5。

2.4 存在主要问题

根据上海市近年的能源发展历程、能源开发利用和能源结构的变化情况，以及2016年上海能源利用现状分析总结，主要有以下3个方面的问题。

图4 上海各类能源消费比例

2.4.1 供应侧清洁能源占比较低

从供能现状看，上海煤炭消费占一次能源比重虽然逐年下降，但煤炭和石油的化石能源比重仍处于高位，按传统定义看，上海可再生能源发电仅占供应侧能源总量的0.86%，天然气比重在9.5%左右，如将外来电7.6%计入，现状清洁能源供给约18%，占比依然较低。要实现上海“构建清洁低碳、安全高效的能源体系”目标，首先应从供给侧着力优化能源结构。

图3 上海发电燃料占用比例

图5 上海工业、商业能源消费比例

2.4.2转换侧能源使用有待调整

从转换侧看，能源转化主要为发电、制热和炼油。在发电消费中，由于供应端的影响，转化层以煤电为主，天然气发电受政策、气价等条件制约，市场积极性不高，占比不高。煤机、炼油的节能和污染物排放控制的改造空间有待提升。天然气分布式供能系统在发电和制热中比例有待提高。

2.4.3 消费侧能源清洁利用还需加强

目前，消费侧工业和交通用能占能源消费总量的70%以上，工业用能对煤炭、油类等非清洁能源有相当程度的依赖，交通用能清洁化程度占比也极低。在工业用能方面，应控制煤炭用量，取消分散燃煤，推进企业燃煤设施清洁化改造，提高各类产业的节能效率。同时，鼓励和提高电动汽车、燃料电池汽车的使用和比例，加强燃油汽车的排放监管。

3 清洁能源实施路径及发展策略

根据新一轮《城市总体规划》要求，借鉴国外能源发展的计划，并结合上海实际能源利用情况，为实现全市能源清洁利用目标，应着力从能源供给侧、转换侧和消费侧入手，提升保障供给能力，优化能源结构；控制能耗总量，提高利用效率；鼓励清洁利用，完善保障机制。结合目前上海能源利用的具体情况，从供给侧、转换侧和消费侧三方面提出具体策略。

3.1 提高供给侧清洁能源比例

未来“十三五”期间，上海能源供需矛盾相对缓和。在电力方面，目前已落实的市内外电源供应能力达到3 764万kW，基本可以满足未来五年全市用电需求。在天然气方面，目前明确气源和后续潜在气源的供应能力总和达到140亿m3，供需形势将从基本平衡转向阶段性富余。因此，从供给侧角度出发，上海市未来清洁能源利用实施策略与具体路径有以下三点。

（1）全市可再生能源潜力一般，建议发挥全市能源科技创新优势，从技术探索、创新实践、政策鼓励等多个层面，进一步提高本地可再生能源开发量。

目前，从上海可再生能源的资源利用情况看，全市风能、太阳能、滩涂、江海岸线资源丰富，未来本地可利用的可再生能源资源量，主要为风能和太阳能。但受到空间资源、电网消纳、生态保护等条件限制，可再生能源未来的发展定位依然为技术探索、创新型开发实践，资源供应量在可预见的情景下对能源供给、清洁能源占比等方面贡献不大。

（2）全市预留了足够的外来电通道，但考虑安全保障因素，建议合理控制外来电比例，完善电网设施，提供可观的清洁能源供给。

上海市外来电通道能力预留已较为充足，电力供应能够满足全市需求。由于市外来电无法参与调峰，与上海电力负荷曲线峰谷差大的特点矛盾较大，从保障全市电网安全运行角度出发，市内、外电源需维持合理比例范围，建议市外来电比例在30%-40%。从长远看，外来电仍能提供可观的清洁能源供给。

（3）上海市天然气资源供应充足，建议加强天然气供应保障，合理拓展进口LNG来源渠道，预留天然气引入接口和管网廊道，积极争取上游来气。

目前，服务上海的五大气源供气稳定，是全市中长期天然气资源供应的基础。其中，东海平湖天然气经过多年开采，远期供应上海的能力十分有限；西一线、二线经过长距离管道输送供应上海，考虑沿线城市天然气资源的竞争性日益激烈，远期争取合同增量的空间有限；川气按5亿m3/年考虑；LNG项目按达产40亿m3/年考虑。从远期看，结合中俄东线项目、LNG二期、大东海等项目的推进，未来上海天然气供应气源将更为多元，供应也相对充足。

从供给侧出发，上海未来仍有较大的能源清洁化潜力，在不增加煤、油的情景下，远期2035年供应测算清洁能源供给可达14 500万tce。清洁能源占比约40-45%，可再生能源占比约3-5%（详见图6），仍与前文提到的《上海市城市总体规划》制定的目标有较大差距。

图6 上海未来各类能源规划供给比例

3.2 转换侧加快清洁化设施升级

从能源转换利用看，推进天然气逐步替代大型燃煤机组及燃煤燃油小锅炉、加强天然气分布式供能系统推广以及天然气、燃煤机组的清洁化改造都是转化层的重点导向。

（1）上海市发电机组清洁化具有较大空间，建议加快全市发电基地的转型升级，落实燃煤机组替代和改造工作。

结合上海市《电力发展规划》以及《上海市煤炭减量替代工作方案》的具体要求，未来全市发电装机中燃机将成为主力。结合《上海电力专项规划》来看，未来新增燃机将达到1 000万kW，现在也将有约800万kW煤机改造，全市远期可再生能源和燃机发电将约占总装机规模的67.6%。其中,燃煤机组清洁化改造（16.8%的改造率）等提供了约2%的清洁能源供给。另有燃煤机组也将落实清洁化改造工作，如图7所示。

（2）天然气分布式供能适用范围较广是上海市能源清洁转化的重要抓手，建议完善市场机制和科技突破应用为驱动力，鼓励各类投资主体有序进入和公平竞争，大力推进全市分布式供能应用。

上海市天然气分布式供能已从示范应用转变为市场推广，供能模式也由楼宇型燃气分布式项目向楼宇型与区域型燃气分布式项目并重方向发展。根据《上海市天然气分布式供能系统和燃气空调发展专项扶持办法》，坚持因地制宜、加速发展；坚持政府引导、市场发展；坚持科技支撑、创新发展。天然气分布式供能系统未来将有很大幅度的提升。根据《电力专项规划》测算，2035年上海市天然气分布式发电装机容量占全市发电总装机容量的2.5%-3%，装机总量将达到1 000-1 500MW。

图7 上海未来发电燃料规划比例

3.3 消费侧推进产业更新替代

上海市能源消费终端主要分为工业、交通、产业、生活消费等方面。工业和交通作为能源消费主体，是全市能源消费侧清洁化的主要对象。

（1）通过产业结构调整，淘汰低端高能耗工业，推进工业燃煤、燃油的清洁化利用。

提高土地集约利用水平,加快园区转型升级,促进产业链联动发展,推动产业集群集聚。大力推广清洁生产和绿色制造,主动淘汰落后产能,推进节能减排和发展循环经济,提高资源能源利用效率,建立高效、清洁、低碳、循环的制造体系。

（2）推进绿色交通，降低交通总耗能。推进新能源汽车，提高交通用能的清洁占比。

根据《上海绿色交通发展年度报告》，液化天然气、纯电池、燃料电池等新能源车的比例将进一步提升，LNG船舶加注也将大力推广，淘汰老旧车辆、控制尾气污染排放治理。2020年，新能源车发展规模将达到26.3万辆，占比约为6-7%。由此可见，客运和货运交通是未来交通能源清洁化的重点，市内交通、货物运输及港口生产的车辆改造潜力较大。估算新能源汽车的替代约40%-45%，等效提供了约7%-8%的清洁能源供给。