“碳中和”愿景下電力消費側發展模式轉型探討

屈 博，劉 暢，李德智，郭炳慶

（中國電力科學研究院有限公司，北京 100192）

0 引言

我國作為世界上最大的發展中國家，把低碳發展作為重要發展方向，連續15年將節能減排作為約束性指標，納入國民經濟和社會發展5年規劃。在“碳中和”目標的約束下，能源結構將發生巨大變革，電能將成為最主要的用能資源，2020年我國終端電氣化水平約為27%，到2060年將達到70%。

本文分析了“碳中和”背景下對能源電力消費側的需求，探索能源綠色消費轉型的發展方向，從工業、建筑、交通、農業等不同領域探究電力消費側發展新模式，并提出了未來重點發展領域。

1“碳中和”愿景下能源電力形勢分析

1.1 實現“碳中和”時間緊難度大

2020年9月，我國在聯合國大會上向世界宣布了在2030年前實現“碳達峰”、2060年前實現“碳中和”的目標。從全球趨勢來看，歐盟等發達經濟體已完成工業化，經濟增長與碳排放脫鉤，二氧化碳排放已經達峰，正為“碳中和”的實現做出努力［1］。而我國正處于工業化階段，經濟社會發展速度相對較快，產業結構重型化、能源結構高碳化特征突出，經濟發展與碳排放仍存在強耦合關系，一次能源消費總量、化石能源消費總量和能耗強度3項指標均較高。與此同時我國石油對外依存度高達70%以上，天然氣對外依存度超過40%。2020年我國一次能源消費總量約49.8億tce［2］，比上年增長2.2%；我國煤炭消費量占能源消費總量的56.8%，約為全球水平的2倍；清潔能源消費量占能源消費總量的24.3%。總體來看，我國綜合能源利用率以及綠色化水平較低，推動實現“碳達峰、碳中和”時間緊、難度大。

1.2 能源電力領域低碳高效轉型任務重

能源燃燒是我國主要的二氧化碳排放源，占全部二氧化碳排放的88%左右，其中電力行業排放約占能源行業排放的41%。能源消費達峰后，電力需求仍將持續增長，電力行業不僅要承接交通、建筑、工業等領域轉移的能源消耗和排放，還要對存量化石能源電源進行清潔替代。能源電力將沿著化石能源向清潔、高效能源轉變的方向發展，積極發展分布式能源，推進城市電網升級，圍繞以新能源為主體的新型電力設施建設，多方位提升電網系統調節能力，助力碳市場建設運作，從能源電力角度提出“碳達峰、碳中和”電力評價指數，科學評價區域碳減排工作成效，支撐碳市場政策研究與配額測算。

1.3 電力消費需求新特征迫切要求電力系統轉型升級

我國地域遼闊，電力的供需空間分布極不均勻，二者之間存在比較嚴重的空間錯位，用電需求呈現出東部沿海地區負荷大而密，西部偏遠地區負荷小而散的特點。供給側新能源裝機占比持續提高，電力系統呈現高比例可再生能源、高比例電力電子設備的“雙高”特征，系統轉動慣量下降，運行特性發生極大改變。在高比例可再生能源，特別是分布式可再生能源并網的情況下，需求側出現了大量儲能、電動汽車等靈活性資源。由于風電、光伏等新能源出力隨機性大，需要依托電能替代、綜合能源服務、需求響應互動等改造措施，充分發揮電力系統各側參與新能源發展消納的作用，加快構建以新能源為主體的新型電力系統。

2 電力消費側發展模式探索

“碳中和”背景下要以建設新能源為主體的新型電力系統為目標，聚焦提升供給側清潔化水平、消費側電氣化水平。堅持需求導向，把支撐能源供給清潔化、能源消費電氣化作為第一要務。在消費側加快構建碳市場服務體系，推動能源綠色轉型，推進傳統能源電氣化，綜合能源高效化，需求響應互動化以及服務平臺智能化。電力消費側發展模式如圖1所示。

圖1 電力消費側發展模式Fig.1 Development mode of power consumption side

2.1 深入推進各領域電氣化

在工業用熱領域，針對工業生產過程中對熱水、蒸汽的需求，大力推廣電鍋爐、熱泵、蓄熱技術。面向汽車、管件等金屬加工行業及玻璃制造、陶瓷等建材行業，大力推廣電窯爐技術。在工業動力加工領域，針對大型和特大型工業企業及園區內大量燃料、原材料短途擺渡轉運需求，大力推廣應用皮帶廊、電動重卡、電動機車等技術。針對工業機械動力需求，積極推廣油氣管線加壓、電動油壓機等電加壓技術。

推進公共建筑電供冷熱清潔化，重點在醫院、酒店、商場、寫字樓、商業綜合體等大型公共建筑推廣熱泵、電鍋爐、電蓄冷技術，高效滿足建筑用熱（冷）需求。在北方城市市政集中供暖區域試點應用熱網末端電補熱技術。科學實施居民“煤改電”清潔取暖的措施，堅持“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”的原則，綜合考慮地區資源稟賦和承受能力，穩妥審慎確定“煤改電”的改造規模、改造范圍。因地制宜優先推廣集中式、熱泵電采暖技術。在南方地區積極試點推廣電采暖，市場化推廣電采暖應用，重點圍繞具有經濟性的項目，通過綜合能源公司和社會廠商，大力推廣大型水蓄熱鍋爐、空氣源熱泵等電采暖應用，打造集中供暖站電補熱示范項目。

在電動汽車領域，積極對接各級政府單位、企業、事業單位，掌握新能源汽車更新替代計劃，大力開拓公交、出租、環衛、郵政、物流等專用車市場，多舉措合作推動充換電設施建設，持續完善電動汽車充電站網絡，通過定向優惠、服務費減免等活動增強客戶粘性，持續擴展電動汽車充電市場。在港口岸電領域，通過打造全流域岸電服務一體化網絡平臺，實現岸電信息互聯共享，統一管控，為大型船東企業提供集團化服務。

在農業種植領域，聚焦大型糧食生產企業，推廣應用農田機井電排灌、農業現代化大棚、電氣化種苗育苗技術。在水產畜牧領域，推廣應用電溫控、智能電養殖技術，提高養殖產量和質量，促進增產增收。在農產品加工領域，聚焦各地糧食存儲基地、農業經濟作物生產基地，推廣電烘干、電加工技術。在倉儲物流領域，聚焦水果、蔬菜等鮮活農產品主產區、特色農產品優勢區推廣倉儲保鮮、冷鏈物流技術。在休閑旅游領域，大力推廣全電民宿、全電景區。

在居民生活領域，積極推廣應用智能家電，提高智能化、數字化水平，提升居民生活品質和幸福感。在商業服務領域，面向城市綜合體、酒店、臨街店鋪等餐飲企業和政事企單位的員工食堂，大力推廣電廚炊技術，提高電氣化水平。在校園電氣化領域，重點開展清潔高效綠色校園的建設活動，在大中小院校推廣電供熱、電廚炊技術，提升校園整體用能水平，改善校園環境。

2.2 不斷提升能效水平

推動提升工業園區能效水平，積極推動能效診斷工作。獲取客戶用能基礎信息，構建設備資產、能源消費和能效服務需求信息庫，針對企業配電系統、照明系統、動力系統等主要耗能設備，進行能源審計，向客戶推送綜合能效診斷報告，提出節能改造建議，強化余熱余壓余氣開發利用。充分開發工業園區及周邊能源資源，利用余熱發電、吸收式熱泵、區域低溫供暖等技術，實現能源梯級利用，提高能源利用效率。

促進提升公共建筑能效水平，強化樓宇智能控制，掌握樓宇用能情況，進一步開展用能規劃，加裝控制終端，定制個性化控制策略，實現設備安全運行管理和能效精細化管控。開展建筑節能改造，針對公共建筑照明系統、保溫圍護結構等，利用空氣源熱泵、地源熱泵、高效冷水機組、LED照明燈具等對高能效設備進行節能改造，形成綠色低碳辦公示范。

加快提高農業農村能效水平，結合本地特點推進農業電氣化改造。在農業種植、水產畜牧、農產品加工、倉儲物流、旅游康養等領域，結合本地資源稟賦，普及農機電氣化、電加工技術、冷鏈技術等技術，打造全電綠色民居示范項目。推進鄉鎮清潔供暖工程，針對城市郊區、鄉鎮駐地、合村并居的社區等市政熱力管網無法覆蓋的政府機關辦公樓、學校、小區等建筑，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、改造及運營服務。

提高分布式新能源利用水平，開展分布式項目“一站式”服務工作。電力服務機構要為潛力用戶提供分布式新能源接入方案設計、商業模式、質量評估等服務，推進新能源項目全環節要素整合及分布式能源廣泛應用。

不斷提升智慧用能服務水平，優選醫院、學校、政府機關等潛力用戶，建議用戶加裝用能感知設備，信息數據統一匯入平臺，為后續開展運行監視、故障研判、運維管理、咨詢分析、優化提升等全流程服務奠定基礎。

2.3 加快打造綠色用能新模式

加快電動汽車新技術新模式應用，推進技術創新，提升充換電效能。依托產業單位，積極研究充換電設施、智能汽車、動力電池梯次利用、儲能參與電網服務相關技術，加快推廣居民區智能有序充電技術，推廣大功率充電、V2G技術、換電加儲能等新技術新模式。探索大功率補能模式，推進充換電結合，大幅提升充電體驗。

打造智慧城市充電網絡示范點，持續推進場站建設以提升客戶充換電體驗。布局“新基建”，建設高標準充換電網絡。發揮投資帶動作用，著力聯合社會資本，共同建設運營充電樁，推動生態化設施建設。優化城市公共站點選址布局，緊密跟蹤公交、出租、物流等集團客戶需求，穩步提升市場占有率。開展新能源汽車下鄉活動，推動“鄉村出行電動化”。圍繞“新能源汽車下鄉”政策，聚合內外部宣傳資源，持續開展新能源汽車下鄉推廣活動。打造集新車發布、車輛銷售等多功能于一體的高端新能源汽車綜合展廳。因地制宜建設新能源汽車商城或體驗中心，促進農村地區新能源汽車推廣。

打造“綠色交通、低碳出行”生態圈，加快社區有序充電網絡建設。選取典型老舊小區，打造有序充電與配網互動的示范工程，通過隨車配樁、舊樁改造等多種方式，緩解老舊小區變壓器重載、過載問題，探索解決社區充電難題的方法。優化城市公共充換電網絡布局，結合城鄉和電網發展規劃，服務出租、公交、物流、環衛和新能源汽車租賃企業電動化改造，構建“車樁相隨、布局合理、安全可靠、智能高效”的充換電網絡，匹配車輛電動化與充換電站建設需求，提升城際充電網絡運營能力。持續完善高速服務區、國省干道等城際充電服務網絡，加快存量設備升級改造以提高充電速度，持續優化電動汽車出行體驗。

2.4 積極探索消費側用電需求

深挖工業生產、商業樓宇和居民生活等領域需求響應資源，開發數據中心、冷鏈冷庫、5G基站、充電樁等新興業務互動能力，圍繞新型電力系統建設，構建基于行業屬性、用電規模、價值潛力等方面的用戶側需求響應資源庫，建立層級鮮明、區域清晰的需求響應資源管理機制，打造電網資源和需求響應資源一張圖。顯著提高網荷互動效率，擴大包括毫秒級、秒級、小時級、日前級在內的可中斷負荷接入規模，滿足設備故障、削峰填谷、新能源消納等多種需求。

圍繞新型電力系統低碳、清潔特性，以滿足安全、穩定需求為目標，應用虛擬電廠技術相關設備，通過對逆變器的控制實現分布式光伏電站的無功、電壓控制以及有功、頻率調節，構建分布式光伏群調群控新機制，推進分布式光伏資源向靈活互動的彈性資源轉變，不斷創新新能源消納方式，實現區域新能源發電群調群控。

深入挖掘需求側響應潛力，優化完善需求響應建設成果，推動政府部門出臺需求響應相關政策及實施方案，擴大源網荷儲互動交易市場規模，實現需求響應市場常態化運行。

充分利用網絡、電視、廣播、報紙等媒體，開展零碳用電宣傳，加強政策宣貫及知識宣傳，推動公眾積極參與清潔電力認購活動，培養用戶使用綠電習慣，營造良好的清潔電力消費氛圍。

4 結束語

在全球變暖問題日益嚴峻的大環境下，推動能源消費革命，促進能源清潔化發展已經不再是以前的可選項，而是人類生存的必選項。實現“碳中和”目標，需要著力構建綜合能源系統，改變傳統能源系統建設路徑和發展模式，大力推動能源生產和消費革命。

在能源消費側，大力推進終端用能電氣化，提高各領域電氣化普及率，提升全社會能效水平，不斷提升客戶用能獲得感，構建智能低碳綠色新模式。“碳中和”目標的實現是一場涉及廣泛領域的大變革，離不開社會的良性互動，不僅需要調整能源結構，也需要改變消費者行為。D