“碳中和”愿景下電力消費(fèi)側(cè)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型探討

屈 博，劉 暢，李德智，郭炳慶

（中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，北京 100192）

0 引言

我國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，把低碳發(fā)展作為重要發(fā)展方向，連續(xù)15年將節(jié)能減排作為約束性指標(biāo)，納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展5年規(guī)劃。在“碳中和”目標(biāo)的約束下，能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生巨大變革，電能將成為最主要的用能資源，2020年我國(guó)終端電氣化水平約為27%，到2060年將達(dá)到70%。

本文分析了“碳中和”背景下對(duì)能源電力消費(fèi)側(cè)的需求，探索能源綠色消費(fèi)轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向，從工業(yè)、建筑、交通、農(nóng)業(yè)等不同領(lǐng)域探究電力消費(fèi)側(cè)發(fā)展新模式，并提出了未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。

1“碳中和”愿景下能源電力形勢(shì)分析

1.1 實(shí)現(xiàn)“碳中和”時(shí)間緊難度大

2020年9月，我國(guó)在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上向世界宣布了在2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)。從全球趨勢(shì)來(lái)看，歐盟等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體已完成工業(yè)化，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放脫鉤，二氧化碳排放已經(jīng)達(dá)峰，正為“碳中和”的實(shí)現(xiàn)做出努力［1］。而我國(guó)正處于工業(yè)化階段，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度相對(duì)較快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重型化、能源結(jié)構(gòu)高碳化特征突出，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放仍存在強(qiáng)耦合關(guān)系，一次能源消費(fèi)總量、化石能源消費(fèi)總量和能耗強(qiáng)度3項(xiàng)指標(biāo)均較高。與此同時(shí)我國(guó)石油對(duì)外依存度高達(dá)70%以上，天然氣對(duì)外依存度超過(guò)40%。2020年我國(guó)一次能源消費(fèi)總量約49.8億tce［2］，比上年增長(zhǎng)2.2%；我國(guó)煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的56.8%，約為全球水平的2倍；清潔能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的24.3%。總體來(lái)看，我國(guó)綜合能源利用率以及綠色化水平較低，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”時(shí)間緊、難度大。

1.2 能源電力領(lǐng)域低碳高效轉(zhuǎn)型任務(wù)重

能源燃燒是我國(guó)主要的二氧化碳排放源，占全部二氧化碳排放的88%左右，其中電力行業(yè)排放約占能源行業(yè)排放的41%。能源消費(fèi)達(dá)峰后，電力需求仍將持續(xù)增長(zhǎng)，電力行業(yè)不僅要承接交通、建筑、工業(yè)等領(lǐng)域轉(zhuǎn)移的能源消耗和排放，還要對(duì)存量化石能源電源進(jìn)行清潔替代。能源電力將沿著化石能源向清潔、高效能源轉(zhuǎn)變的方向發(fā)展，積極發(fā)展分布式能源，推進(jìn)城市電網(wǎng)升級(jí)，圍繞以新能源為主體的新型電力設(shè)施建設(shè)，多方位提升電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，助力碳市場(chǎng)建設(shè)運(yùn)作，從能源電力角度提出“碳達(dá)峰、碳中和”電力評(píng)價(jià)指數(shù)，科學(xué)評(píng)價(jià)區(qū)域碳減排工作成效，支撐碳市場(chǎng)政策研究與配額測(cè)算。

1.3 電力消費(fèi)需求新特征迫切要求電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)

我國(guó)地域遼闊，電力的供需空間分布極不均勻，二者之間存在比較嚴(yán)重的空間錯(cuò)位，用電需求呈現(xiàn)出東部沿海地區(qū)負(fù)荷大而密，西部偏遠(yuǎn)地區(qū)負(fù)荷小而散的特點(diǎn)。供給側(cè)新能源裝機(jī)占比持續(xù)提高，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備的“雙高”特征，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，運(yùn)行特性發(fā)生極大改變。在高比例可再生能源，特別是分布式可再生能源并網(wǎng)的情況下，需求側(cè)出現(xiàn)了大量?jī)?chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)等靈活性資源。由于風(fēng)電、光伏等新能源出力隨機(jī)性大，需要依托電能替代、綜合能源服務(wù)、需求響應(yīng)互動(dòng)等改造措施，充分發(fā)揮電力系統(tǒng)各側(cè)參與新能源發(fā)展消納的作用，加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

2 電力消費(fèi)側(cè)發(fā)展模式探索

“碳中和”背景下要以建設(shè)新能源為主體的新型電力系統(tǒng)為目標(biāo)，聚焦提升供給側(cè)清潔化水平、消費(fèi)側(cè)電氣化水平。堅(jiān)持需求導(dǎo)向，把支撐能源供給清潔化、能源消費(fèi)電氣化作為第一要?jiǎng)?wù)。在消費(fèi)側(cè)加快構(gòu)建碳市場(chǎng)服務(wù)體系，推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型，推進(jìn)傳統(tǒng)能源電氣化，綜合能源高效化，需求響應(yīng)互動(dòng)化以及服務(wù)平臺(tái)智能化。電力消費(fèi)側(cè)發(fā)展模式如圖1所示。

圖1 電力消費(fèi)側(cè)發(fā)展模式Fig.1 Development mode of power consumption side

2.1 深入推進(jìn)各領(lǐng)域電氣化

在工業(yè)用熱領(lǐng)域，針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)熱水、蒸汽的需求，大力推廣電鍋爐、熱泵、蓄熱技術(shù)。面向汽車(chē)、管件等金屬加工行業(yè)及玻璃制造、陶瓷等建材行業(yè)，大力推廣電窯爐技術(shù)。在工業(yè)動(dòng)力加工領(lǐng)域，針對(duì)大型和特大型工業(yè)企業(yè)及園區(qū)內(nèi)大量燃料、原材料短途擺渡轉(zhuǎn)運(yùn)需求，大力推廣應(yīng)用皮帶廊、電動(dòng)重卡、電動(dòng)機(jī)車(chē)等技術(shù)。針對(duì)工業(yè)機(jī)械動(dòng)力需求，積極推廣油氣管線加壓、電動(dòng)油壓機(jī)等電加壓技術(shù)。

推進(jìn)公共建筑電供冷熱清潔化，重點(diǎn)在醫(yī)院、酒店、商場(chǎng)、寫(xiě)字樓、商業(yè)綜合體等大型公共建筑推廣熱泵、電鍋爐、電蓄冷技術(shù)，高效滿(mǎn)足建筑用熱（冷）需求。在北方城市市政集中供暖區(qū)域試點(diǎn)應(yīng)用熱網(wǎng)末端電補(bǔ)熱技術(shù)?？茖W(xué)實(shí)施居民“煤改電”清潔取暖的措施，堅(jiān)持“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”的原則，綜合考慮地區(qū)資源稟賦和承受能力，穩(wěn)妥審慎確定“煤改電”的改造規(guī)模、改造范圍。因地制宜優(yōu)先推廣集中式、熱泵電采暖技術(shù)。在南方地區(qū)積極試點(diǎn)推廣電采暖，市場(chǎng)化推廣電采暖應(yīng)用，重點(diǎn)圍繞具有經(jīng)濟(jì)性的項(xiàng)目，通過(guò)綜合能源公司和社會(huì)廠商，大力推廣大型水蓄熱鍋爐、空氣源熱泵等電采暖應(yīng)用，打造集中供暖站電補(bǔ)熱示范項(xiàng)目。

在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，積極對(duì)接各級(jí)政府單位、企業(yè)、事業(yè)單位，掌握新能源汽車(chē)更新替代計(jì)劃，大力開(kāi)拓公交、出租、環(huán)衛(wèi)、郵政、物流等專(zhuān)用車(chē)市場(chǎng)，多舉措合作推動(dòng)充換電設(shè)施建設(shè)，持續(xù)完善電動(dòng)汽車(chē)充電站網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)定向優(yōu)惠、服務(wù)費(fèi)減免等活動(dòng)增強(qiáng)客戶(hù)粘性，持續(xù)擴(kuò)展電動(dòng)汽車(chē)充電市場(chǎng)。在港口岸電領(lǐng)域，通過(guò)打造全流域岸電服務(wù)一體化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)岸電信息互聯(lián)共享，統(tǒng)一管控，為大型船東企業(yè)提供集團(tuán)化服務(wù)。

在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域，聚焦大型糧食生產(chǎn)企業(yè)，推廣應(yīng)用農(nóng)田機(jī)井電排灌、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化大棚、電氣化種苗育苗技術(shù)。在水產(chǎn)畜牧領(lǐng)域，推廣應(yīng)用電溫控、智能電養(yǎng)殖技術(shù)，提高養(yǎng)殖產(chǎn)量和質(zhì)量，促進(jìn)增產(chǎn)增收。在農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域，聚焦各地糧食存儲(chǔ)基地、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)基地，推廣電烘干、電加工技術(shù)。在倉(cāng)儲(chǔ)物流領(lǐng)域，聚焦水果、蔬菜等鮮活農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、特色農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)區(qū)推廣倉(cāng)儲(chǔ)保鮮、冷鏈物流技術(shù)。在休閑旅游領(lǐng)域，大力推廣全電民宿、全電景區(qū)。

在居民生活領(lǐng)域，積極推廣應(yīng)用智能家電，提高智能化、數(shù)字化水平，提升居民生活品質(zhì)和幸福感。在商業(yè)服務(wù)領(lǐng)域，面向城市綜合體、酒店、臨街店鋪等餐飲企業(yè)和政事企單位的員工食堂，大力推廣電廚炊技術(shù)，提高電氣化水平。在校園電氣化領(lǐng)域，重點(diǎn)開(kāi)展清潔高效綠色校園的建設(shè)活動(dòng)，在大中小院校推廣電供熱、電廚炊技術(shù)，提升校園整體用能水平，改善校園環(huán)境。

2.2 不斷提升能效水平

推動(dòng)提升工業(yè)園區(qū)能效水平，積極推動(dòng)能效診斷工作。獲取客戶(hù)用能基礎(chǔ)信息，構(gòu)建設(shè)備資產(chǎn)、能源消費(fèi)和能效服務(wù)需求信息庫(kù)，針對(duì)企業(yè)配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)等主要耗能設(shè)備，進(jìn)行能源審計(jì)，向客戶(hù)推送綜合能效診斷報(bào)告，提出節(jié)能改造建議，強(qiáng)化余熱余壓余氣開(kāi)發(fā)利用。充分開(kāi)發(fā)工業(yè)園區(qū)及周邊能源資源，利用余熱發(fā)電、吸收式熱泵、區(qū)域低溫供暖等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用，提高能源利用效率。

促進(jìn)提升公共建筑能效水平，強(qiáng)化樓宇智能控制，掌握樓宇用能情況，進(jìn)一步開(kāi)展用能規(guī)劃，加裝控制終端，定制個(gè)性化控制策略，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全運(yùn)行管理和能效精細(xì)化管控。開(kāi)展建筑節(jié)能改造，針對(duì)公共建筑照明系統(tǒng)、保溫圍護(hù)結(jié)構(gòu)等，利用空氣源熱泵、地源熱泵、高效冷水機(jī)組、LED照明燈具等對(duì)高能效設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，形成綠色低碳辦公示范。

加快提高農(nóng)業(yè)農(nóng)村能效水平，結(jié)合本地特點(diǎn)推進(jìn)農(nóng)業(yè)電氣化改造。在農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)畜牧、農(nóng)產(chǎn)品加工、倉(cāng)儲(chǔ)物流、旅游康養(yǎng)等領(lǐng)域，結(jié)合本地資源稟賦，普及農(nóng)機(jī)電氣化、電加工技術(shù)、冷鏈技術(shù)等技術(shù)，打造全電綠色民居示范項(xiàng)目。推進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)清潔供暖工程，針對(duì)城市郊區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地、合村并居的社區(qū)等市政熱力管網(wǎng)無(wú)法覆蓋的政府機(jī)關(guān)辦公樓、學(xué)校、小區(qū)等建筑，采用合同能源管理、工程總承包等方式，提供清潔供暖工程投資建設(shè)、改造及運(yùn)營(yíng)服務(wù)。

提高分布式新能源利用水平，開(kāi)展分布式項(xiàng)目“一站式”服務(wù)工作。電力服務(wù)機(jī)構(gòu)要為潛力用戶(hù)提供分布式新能源接入方案設(shè)計(jì)、商業(yè)模式、質(zhì)量評(píng)估等服務(wù)，推進(jìn)新能源項(xiàng)目全環(huán)節(jié)要素整合及分布式能源廣泛應(yīng)用。

不斷提升智慧用能服務(wù)水平，優(yōu)選醫(yī)院、學(xué)校、政府機(jī)關(guān)等潛力用戶(hù)，建議用戶(hù)加裝用能感知設(shè)備，信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯入平臺(tái)，為后續(xù)開(kāi)展運(yùn)行監(jiān)視、故障研判、運(yùn)維管理、咨詢(xún)分析、優(yōu)化提升等全流程服務(wù)奠定基礎(chǔ)。

2.3 加快打造綠色用能新模式

加快電動(dòng)汽車(chē)新技術(shù)新模式應(yīng)用，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，提升充換電效能。依托產(chǎn)業(yè)單位，積極研究充換電設(shè)施、智能汽車(chē)、動(dòng)力電池梯次利用、儲(chǔ)能參與電網(wǎng)服務(wù)相關(guān)技術(shù)，加快推廣居民區(qū)智能有序充電技術(shù)，推廣大功率充電、V2G技術(shù)、換電加儲(chǔ)能等新技術(shù)新模式。探索大功率補(bǔ)能模式，推進(jìn)充換電結(jié)合，大幅提升充電體驗(yàn)。

打造智慧城市充電網(wǎng)絡(luò)示范點(diǎn)，持續(xù)推進(jìn)場(chǎng)站建設(shè)以提升客戶(hù)充換電體驗(yàn)。布局“新基建”，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)充換電網(wǎng)絡(luò)。發(fā)揮投資帶動(dòng)作用，著力聯(lián)合社會(huì)資本，共同建設(shè)運(yùn)營(yíng)充電樁，推動(dòng)生態(tài)化設(shè)施建設(shè)。優(yōu)化城市公共站點(diǎn)選址布局，緊密跟蹤公交、出租、物流等集團(tuán)客戶(hù)需求，穩(wěn)步提升市場(chǎng)占有率。開(kāi)展新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)活動(dòng)，推動(dòng)“鄉(xiāng)村出行電動(dòng)化”。圍繞“新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)”政策，聚合內(nèi)外部宣傳資源，持續(xù)開(kāi)展新能源汽車(chē)下鄉(xiāng)推廣活動(dòng)。打造集新車(chē)發(fā)布、車(chē)輛銷(xiāo)售等多功能于一體的高端新能源汽車(chē)綜合展廳。因地制宜建設(shè)新能源汽車(chē)商城或體驗(yàn)中心，促進(jìn)農(nóng)村地區(qū)新能源汽車(chē)推廣。

打造“綠色交通、低碳出行”生態(tài)圈，加快社區(qū)有序充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。選取典型老舊小區(qū)，打造有序充電與配網(wǎng)互動(dòng)的示范工程，通過(guò)隨車(chē)配樁、舊樁改造等多種方式，緩解老舊小區(qū)變壓器重載、過(guò)載問(wèn)題，探索解決社區(qū)充電難題的方法。優(yōu)化城市公共充換電網(wǎng)絡(luò)布局，結(jié)合城鄉(xiāng)和電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，服務(wù)出租、公交、物流、環(huán)衛(wèi)和新能源汽車(chē)租賃企業(yè)電動(dòng)化改造，構(gòu)建“車(chē)樁相隨、布局合理、安全可靠、智能高效”的充換電網(wǎng)絡(luò)，匹配車(chē)輛電動(dòng)化與充換電站建設(shè)需求，提升城際充電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)能力。持續(xù)完善高速服務(wù)區(qū)、國(guó)省干道等城際充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，加快存量設(shè)備升級(jí)改造以提高充電速度，持續(xù)優(yōu)化電動(dòng)汽車(chē)出行體驗(yàn)。

2.4 積極探索消費(fèi)側(cè)用電需求

深挖工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)樓宇和居民生活等領(lǐng)域需求響應(yīng)資源，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)中心、冷鏈冷庫(kù)、5G基站、充電樁等新興業(yè)務(wù)互動(dòng)能力，圍繞新型電力系統(tǒng)建設(shè)，構(gòu)建基于行業(yè)屬性、用電規(guī)模、價(jià)值潛力等方面的用戶(hù)側(cè)需求響應(yīng)資源庫(kù)，建立層級(jí)鮮明、區(qū)域清晰的需求響應(yīng)資源管理機(jī)制，打造電網(wǎng)資源和需求響應(yīng)資源一張圖。顯著提高網(wǎng)荷互動(dòng)效率，擴(kuò)大包括毫秒級(jí)、秒級(jí)、小時(shí)級(jí)、日前級(jí)在內(nèi)的可中斷負(fù)荷接入規(guī)模，滿(mǎn)足設(shè)備故障、削峰填谷、新能源消納等多種需求。

圍繞新型電力系統(tǒng)低碳、清潔特性，以滿(mǎn)足安全、穩(wěn)定需求為目標(biāo)，應(yīng)用虛擬電廠技術(shù)相關(guān)設(shè)備，通過(guò)對(duì)逆變器的控制實(shí)現(xiàn)分布式光伏電站的無(wú)功、電壓控制以及有功、頻率調(diào)節(jié)，構(gòu)建分布式光伏群調(diào)群控新機(jī)制，推進(jìn)分布式光伏資源向靈活互動(dòng)的彈性資源轉(zhuǎn)變，不斷創(chuàng)新新能源消納方式，實(shí)現(xiàn)區(qū)域新能源發(fā)電群調(diào)群控。

深入挖掘需求側(cè)響應(yīng)潛力，優(yōu)化完善需求響應(yīng)建設(shè)成果，推動(dòng)政府部門(mén)出臺(tái)需求響應(yīng)相關(guān)政策及實(shí)施方案，擴(kuò)大源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)交易市場(chǎng)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)市場(chǎng)常態(tài)化運(yùn)行。

充分利用網(wǎng)絡(luò)、電視、廣播、報(bào)紙等媒體，開(kāi)展零碳用電宣傳，加強(qiáng)政策宣貫及知識(shí)宣傳，推動(dòng)公眾積極參與清潔電力認(rèn)購(gòu)活動(dòng)，培養(yǎng)用戶(hù)使用綠電習(xí)慣，營(yíng)造良好的清潔電力消費(fèi)氛圍。

4 結(jié)束語(yǔ)

在全球變暖問(wèn)題日益嚴(yán)峻的大環(huán)境下，推動(dòng)能源消費(fèi)革命，促進(jìn)能源清潔化發(fā)展已經(jīng)不再是以前的可選項(xiàng)，而是人類(lèi)生存的必選項(xiàng)。實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，需要著力構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)能源系統(tǒng)建設(shè)路徑和發(fā)展模式，大力推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命。

在能源消費(fèi)側(cè)，大力推進(jìn)終端用能電氣化，提高各領(lǐng)域電氣化普及率，提升全社會(huì)能效水平，不斷提升客戶(hù)用能獲得感，構(gòu)建智能低碳綠色新模式?！疤贾泻汀蹦繕?biāo)的實(shí)現(xiàn)是一場(chǎng)涉及廣泛領(lǐng)域的大變革，離不開(kāi)社會(huì)的良性互動(dòng)，不僅需要調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，也需要改變消費(fèi)者行為。D