構建上海城市能源互聯網能源流互聯互通信息流共享共治價值流融利融智

楊凌輝 黃興德 張鵬飛 齊曉曼

國網上海市電力公司電力科學研究院

“互聯網+”代表著一種新的經濟形態，其基礎是萬物互聯，其作用不是“替代”（-），而是“加上”（+），即充分發揮互聯網在生產要素配置中的優化和集成作用，將互聯網的創新成果、思維模式深度融合于經濟社會各領域，提升實體經濟的創新力和生產力，形成更廣泛互聯的基礎設施和實現工具的經濟發展新形態。遵循開放、平等、互聯、共享的互聯網理念，能源互聯網實現能源流的互聯互通、信息流的共享共治、商業模式的融利融智。

上海的能源轉型正當時，能源互聯進行時，融利融智的商業模式創新也是時不我待。在大電網的互聯方面，2010年7月，向家壩—上?！?00 kV特高壓直流輸電示范工程投運；2013年9月25日，皖電東送特高壓交流輸電工程正式投運，上海成為首家同時擁有特高壓交直流工程的省級電網，構建大規模清潔能源消納的通道，上海電網也正式進入“強饋入弱開機”的新常態。在分布式能源的互聯方面，2005年8月，我國首個利用世界銀行貸款的風電項目——上海崇明、南匯風力發電場并網發電；2006年12月，上海電力學院教師的家庭太陽能光伏發電系統投入運行；2007年10月，國內首家太陽能發電站——崇明前衛村兆瓦級太陽能光伏發電站進入商業運營；2010年6月，我國第一個大型海上風電場——東海大橋10萬kW海上風電場并網發電；2012年，國家“863課題”、國家級綠色能源示范縣——崇明智能電網綜合示范工程開工建設；在商業模式創新方面，2003年，上海率先試行綠色電力機制，2014年，在國內首次開展基于市場化調劑交易的電力需求側響應試驗。

1 綠島 能源互聯進行時

崇明島，地處長江之尾，東海之濱，清潔能源豐富，生態環境優越，是上海唯一的國家級生態示范區和蔭庇子孫的國際生態島。2012年，國網上海公司全面啟動國家科技支撐計劃課題“以大規?？稍偕茉蠢脼樘卣鞯闹悄茈娋W綜合示范工程”，構建綠色、互聯、共享、靈活的區域能源互聯網，實現全島大規?？稍偕茉春头植际侥茉吹木C合利用，清潔能源達到100%，從能源著手詮釋低碳化國際生態島的發展理念。

1.1 多類型、高比例可再生能源實現友好接入

崇明島具有豐富的風能、太陽能、生物質能、潮汐能等多種可再生能源，種類多、比例高，是建立可再生能源發電的理想場所。由于地處東亞季風盛行區，受冬夏季風影響，崇明地區風能資源尤其豐富。目前，崇明本島合計風電場裝機容量為175 MW，占本島最高用電負荷（382MW）的46%，已建成風儲聯合運行示范電站，為19.5 MW東灘風電場配置了2 MW/2MW時的鋰電池儲能系統，通過風儲協調運行以平滑風功率波動。

1.2 多能互補等效電廠實現高效環保利用

崇明島建設多能互補等效電廠，是能源生產與配置方式的重大變革，通過風電、光伏、儲能、燃機四個元素，在時間和空間兩個維度的協調互補，在整體上形成全島等效電廠，實現全島可再生能源的可控、可調、可測、分層消納和高效環保利用，達到不發生強制“棄風、棄光”現象，實現清潔能源100%并網消納。

1.3 智能配電網實現分布式能源最大化本地消納

崇明陳東站智能配電網示范工程，實現配網片區內包括源、網、荷、儲在內的多級能量的優化協調控制。在綜合考慮片區內分布式能源、分布式儲能、配網運行結構及用戶負荷實時運行狀態及運行態勢分析的基礎上，以電網安全、經濟運行，分布式能源實現全消納為目標，通過智能網絡重構、分布式能源的優化調度、可控負荷的智能互動、微電網的優化控制等多種控制手段，提高配電網供電安全可靠性和供電質量，降低配電網損耗，提高配電網接納新電源的能力。

2 綠城 能源轉型正當時

根據《上海市能源發展“十二五”規劃》要求，上海市煤炭消費比例由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。隨著我國政府首次正式提出2030年碳排放峰值及非化石能源在一次能源消費中的比重提升到20%目標確定，作為第一批低碳試點城市的上海，很有可能被賦予提前到達碳排放峰值的使命。2014年全市能源消費總量30年來首次出現負增長，同比降低2.3%。國網上海公司根據國網公司總體規劃和上海市能源發展要求，不斷強化互聯互通能源網絡建設，大規模消納西南清潔水電，大力支持可再生能源發電和電動汽車發展，2015年底清潔能源裝機占電力總裝機比例6%，新能源和大規模清潔水電為主的清潔電力占上海電量的40%，以實際行動踐行“以電代煤、以電代油、電從遠方來”的社會共識，力推上海能源轉型。

2.1 高耦合互聯互通網架基本形成

構筑“四交四直”外來輸電通道，成為首個同時擁有特高壓交流和特高壓直流的省級電網。電力供應從本地發電為主轉為外來水電為主，2014年累計受電524億 kWh，同比增長27.93%，占累計用電量的42.36%；平均受電功率7 150 MW，最高受電功率占最高負荷的比例56%。

2.2 上海能源形態轉型實現雙輪驅動

借助大規模儲能技術、分布式能源調度和配網自動化等智能電網技術，為清潔能源發電提供了友好接入平臺，形成了接納分布式清潔能源的“高速公路”。目前，上海市清潔能源裝機容量總計84萬 kW，其中，光伏發電容量28萬 kW，風電容量37萬 kW，生物質發電容量2萬kW，垃圾發電容量15萬kW，天然氣分布式發電容量2萬kW。傳統能源向大型化基地化發展，以綠色與效率為主線，通過“以大代小”工程和關停并轉，形成了“5+X”能源基地。

2.3 電網成為上海綠色能源配置的平臺

積極推進綠色節能調度，利用發電企業脫硫脫硝在線監測，實施高效機組替代低效機組，2014年累計節能置換電量10.67億 kWh，減少二氧化碳排放約106萬 t。需求側管理方面，電力負荷管理終端已全面覆蓋上海電網內10 kV及以上電力客戶，最大監測負荷、可控負荷分別達到1 300萬kW和370萬kW，2014年在國內首次開展電力需求響應試驗工作。智能充換電服務網絡建設，與浙江、江蘇高速公路服務區充換電站初步聯網，建成京滬高速城際互聯。目前，上海已累計建成25座充換電站、1 523個充電樁，提供充換電服務10.78萬次，充換電量1 836萬kWh。

2.4 互聯互動加深，生態系統日趨豐富

個性化需求驅動產生新型商業模式和新型運營商，上海先后誕生了國內首個100 kW鈉硫電池儲能系統，首個MW級商業運行太陽能光伏電站，首個10萬 kV級東海海上風電場，以及中德合作洋山港船舶岸電項目，吸引著不同商業資本和投資主體。在創新服務方面，開展分布式電源即插即用、三聯供、智能用電互動、便捷電動汽車充電服務、配用電大數據公共服務等模式示范應用；在節能服務方面，大力推廣電鍋爐、電采暖、熱泵等技術，為用戶提供用能狀態診斷和節能項目設計、改造、運行管理服務，大力開展工業節能、建筑節能，采取新技術、新工藝、新材料；以碳交易市場為推手，為上海深化節能減排和產業結構調整做出貢獻。

3 綠網 能源互聯網時不我待

能源互聯網是以互聯網思維與理念構建的新型信息-能源融合“廣域網”，它以大電網為“主干網”，以微網、分布式能源等能量自治單元為“局域網”，以開放對等的信息-能源一體化架構真正實現能源的雙向按需傳輸和動態平衡使用。在能源流的互聯互通方面：電能在能源傳輸效率等方面具有無法比擬的優勢，居能源互聯網的中心，能源互聯網可以起到銜接作用，既能發揮大電網的傳輸效率和高可靠性，又能能夠實現分布式可再生能源發電設備、儲能設備、負載設備及電動汽車的無差別對等接入，符合電網發展集中與分布相結合的大趨勢。在信息的共融共享方面：賦予能源以數據屬性，促進生產消費、消費側、跨能源品種的信息化，在整個能源供應和消費過程中，實現上下游的價值匹配和消費行為的匹配。在商業模式的融利融智方面：構建基于互聯網模式的新格局、新業態，使能源產業更開放、更透明、更便利、更高效。上海結合自身特點，堅持開放、互聯、對等、分享的原則，以特高壓、智能配網和智慧城市為抓手，奠定能源轉型的基石，構筑電力為中心的能源互聯樞紐，打造智慧能源流、信息流和業務流的網絡載體，嘗試在實踐中破解能源互聯網方程式。

3.1 特高壓 打造能源結構轉型的基石和命脈

能源發展包含了能源結構從高碳向低碳方向發展、能源利用從低效向高效方向發展、能源配置從局部平衡向大范圍優化方向發展。特高壓電網能使清潔能源的長距離輸送成為現實。實現清潔能源大范圍優化配置，是解決中東部人口密集地區能源轉型和環境困擾的關鍵突破口，是國家層面實現能源互聯、打破能源時空不平衡的關鍵技術。高效穩定運行的“一交一直”特高壓為上海解決能源困境提供了重要手段，成為能源轉型的基石，上海市也最先享受到了電網互聯、資源優化配置的好處。

（1）特高壓電網推進電力由就地平衡向更大范圍優化配置轉型，徹底改變上海電網從缺電轉為富余模式。

上海人口密集、負荷密度高，遠景飽和負荷將在2013年最高用電負荷2 940萬kW的基礎上“翻一番”，達到5 000～6 000萬kW。隨著淮南—南京—上海1 000 kV特高壓工程的加快建設，上?！皟山灰恢薄碧馗邏壕W架即將形成，通過南、北兩個特高壓通道獲得外部清潔能源和電力，將為這座現代化城市安全穩定供電提供最堅強、最清潔的保障。作為中國最先被電力曙光照亮的地方，上海電網在誕生130余年后因特高壓而變得更加年輕、更富活力。

（2）特高壓電網在促進節能減排、大氣污染治理等方面發揮重要作用

在已投運的“一交一直”特高壓輸電工程的推動下，夏季用電高峰期間，上海用電中清潔能源比例占到了50%以上；上海大氣污染防治初見成效，2014年污染天數較2013年減少40天，其中重度污染和嚴重污染較2013年減少17天和2天。到2020年，上海區外來電能力將達到用電比例的60%，可替代火電裝機2 900萬kW，每年減少電煤消耗6 300萬 t，減排二氧化硫21萬 t、氮氧化物24萬 t、煙塵5萬 t，將有效緩解上海地區環保壓力。

3.2 智能配電網 構筑電力為中心的能源互聯樞紐

能源互聯網把互聯網技術與可再生能源相結合，在能源開采、配送和利用上從傳統的集中式變為智能化的分散式。智能配電網是構筑以電力為中心的能源互聯樞紐，面對的是各種具有雙向互動的新型負荷，如分布式電源、微電網、智能用電、電動汽車等，既是能源“生產者”，又是“消費者”，需要為各參與主體提供平等接入的入口和信息交互平臺。近年來，國網上海公司不斷加大智能城市配電網建設力度，建設配網高可靠性示范園區，加強新能源、微網與儲能技術研究，在保證高壓骨干電網提供城市能源命脈基礎上，發展傳統與清潔能源互補的城市分布式清潔能源供給體系，將集中能源、分布式新能源和新型服務進行靈活優化配置，致力于打造低碳城市能源互聯網絡。

（1）建立浦東核心區配網高可靠性示范園區

在包括世博浦東園區、小陸家嘴地區和兩個地區之間的沿江10 k㎡區域，高起點規劃、高品質建設與浦東新區“二次創業”高速發展相配套、與浦東新區國際化大都市國民經濟發展相適應的“世界一流”現代化配電網。大幅強化中壓配電網網架結構，優化接線方式，降低線路平均負載率，增強負荷轉供能力，網架基本滿足“N-1-1”停運要求；通過實用、可靠的配電自動化技術，實現“三遙”功能全覆蓋，以及故障的自動判斷、定位、隔離；構建供電可靠率高于99.999%、以“電源多聯絡、電網網格化、配電自動化”為特色的現代化配電網，為分布式清潔能源利用提供可靠、智能的電力網絡平臺。

（2）開展高耦合度的互聯互通配電網研究實踐

伴隨著電動汽車、微電網、智能用電等具有新型互動型用電模式的發展，城市電網負荷形態和功能將發生顯著變化。國網上海公司開展新能源友好接入、微網、儲能、電動汽車及智能樓宇的工程化研究和驗證，打造即插即用的低碳城市能源互聯，拓展城市可持續發展空間。微網工程領域，建成浦東迪斯尼變電站智能微網系統、陳家鎮智能社區微網系統、漕溪能源轉換工程中心微網等；電動汽車工程示范，建成嘉定充放儲一體化電站和嘉定安亭試乘試駕中心；儲能工程包括漕溪城市電網儲能電站與崇明鈉硫儲能示范工程；綜合示范工程包括崇明東灘風儲聯合示范工程。

3.3 智慧城市 匯聚高密度能源流、高互動信息流、高實時性業務流

當能源、資源和環境承載力逐漸成為硬約束條件的情況下，城市和能源的傳統發展模式難以為繼。智慧城市與能源互聯網相伴相生，不斷凝聚新的智慧、融合新的技術，匯集更多共識，從而形成具有超越性和升級版的全新理念。智慧城市與智能電網不僅都具有以面向未來的信息化、網絡化、智能化的共性技術特點，還有惠及民生、提升幸福感受，“讓生活更美好”的共同本質特征；更有促進能源轉型、塑造全新能源生產和消費觀的使命，是推動城市發展方式和管理方式轉變的重要力量。國網上海公司圍繞建設智慧企業、構筑智能電網、融入科技創新體系的工作目標和思路，構建基于高密度能源流、高互動信息流、高實時性業務流的能源互聯和智慧公共服務兩大網絡，從智慧生活、智慧經濟、智慧城管、智慧政務等方面全方位服務上海智慧城市建設。

（1）著眼融利融智，營造普惠化的智慧生活

全面推進智能電表部署和用電采集系統建設。截至目前，上海全市范圍內智能電能表安裝覆蓋約962萬戶，采集系統覆蓋數約951萬戶，覆蓋率98.86%。開展智能用電服務試點。試點建設奉賢“恒盛豪庭”智能小區，通過智能交互終端設備對家電進行監控和管理，提供智能家居能源管理服務，實現電網與用戶之間的雙向交互。2013年，開展樓宇空調負荷響應實證試驗，積累和掌握了空調負荷特性。2014年，在國內首次開展電力需求側響應試驗工作，探索電力削減負荷指標市場化調劑交易，并選取30家工業用戶，30家樓宇用戶積極申購需求側響應指標，并響應需求迅速，負荷削減效果明顯。

（2）著眼產業創新，發展高端化的智慧經濟

穩步推進以綠色能源開發利用為代表的智能電網科技攻關與工程實踐：全面完成國家863計劃課題“電動汽車智能充放儲一體化電站系統及工程示范”、“智能配用電大數據應用關鍵技術”、“電網潮流控制技術及裝置研發示范”，以及國家支撐計劃課題“陳家鎮國際生態社區能源管理中心建設關鍵技術集成與示范”和“含高比例間歇式能源的區域型智能電網集成綜合示范”。深度參與以鈉硫電池為代表的智慧產業發展，與中科院上海硅酸鹽所合作研制大容量鈉硫電池單體和模塊，成功試運行百 kW鈉硫電池儲能電站，實現了關鍵技術的突破，形成了體系完整、覆蓋全面的鈉硫電池核心自主知識產權體系。

（3）著眼互聯互通，完善精細化的智慧城管

大力推廣電力光纖到戶。通過電力光纖構建開放式光纖網絡平臺，提升電網智能化水平，服務智慧城市建設。國網上海公司目前已完成38.5萬戶電力光纖覆蓋，實現了以光纖通訊為基礎的電能量采集、配電自動化、分布式能源、電動汽車充換電服務網絡以及面向社會公眾服務的信息網絡，其中2.8萬戶居民已享受到電力光纖帶來的高清電視點播、高速寬帶等增值服務。2013年，由國網上海公司與SMG合資的“廣視通網絡通信傳媒有限公司”入駐上海自貿區，正式開展智能電網、電信、電視增值業務，未來五年將拓展200萬戶居民用戶。

（4）著眼透明高效，建設一體化的智慧服務

優化公共服務渠道，推出銀聯代扣、微信、手機客戶端、支付寶等新型網絡服務方式，構建集95598服務熱線、網站、移動終端、營業網點于一體的服務體系。研發新一代自助服務終端產品，實現自助營業廳24小時服務。

4 結語

當前，隨著上海全球科創中心建設的起步，上海必將成為各類創新要素的集聚地和創造創意的策源地，也是國家電網公司創新戰略落地、服務理念展示、品牌價值傳播的絕佳平臺。能源互聯網為電網企業打開了行業重構、價值重構、資本重構的新機遇。

以互聯網思維為指引，營造能源互聯網生態系統，促進能源的互聯、信息的互通、產業鏈的互動，價值利益的互惠，把塑造廣泛互聯、電為中心、信息互動的能源互聯網作為國網上海電力實現創新驅動、轉型發展的助推器，以及檢驗和展示上海電力創新發展成果的“試驗田”。