臨港區綜合能源的創新應用模式和實施方案研究

彭慈華

(上海市太陽能學會，上海 200030)

0 引言

為積極響應中國實現碳中和、碳達峰目標的號召，上海市提出于2025 年實現碳達峰的目標[1]。中國(上海)自由貿易試驗區臨港新片區(下文簡稱為“臨港區”)作為上海市具有國際市場影響力和競爭力的特殊經濟功能區，存在節能減碳的重大發展需求，需要大力推進和加速片區內綜合能源的開發和利用?；诖?，本文開展了綜合能源應用模式與實施方案的創新研究，從拓展“光伏+”場景應用模式、太陽能熱利用應用用模式、儲能系統應用模式，以及碳資產優化配置4 個方面進行探索研究，將新能源綜合應用融入臨港區的發展規劃、產業布局等環節，將新能源理念貫穿項目建設的全過程，推動臨港區構建多元化綠色低碳能源體系。

1 拓展“光伏+”場景應用模式

目前，中國較大規模的地面集中式光伏電站大部分集中建設在青海省、甘肅省、內蒙古自治區等“三北”地區，上海地區由于建設用地面積有限，難以開發建設大型地面光伏電站?；谏虾５貐^太陽能資源情況，結合建筑屋頂和立面、交通設施、農業大棚等的建設情況，就地消納的分布式光伏電站有較大的應用及開發空間。分布式光伏發電系統在滿足用戶部分用電負荷需求的同時，多余電量并網還可以帶來經濟收益。

臨港區面對創新發展的整體需求，可在全區域推進分布式光伏發電的開發，依據建筑、交通、工業等不同領域特色，發展與多種業態融合的“光伏+”路徑，在擴大分布式光伏發電建設規模的同時，還可以促進綠色用能新模式的發展。

1.1 建筑領域

將“光伏+建筑”在多種場景中推廣應用，例如，在工商業建筑、倉庫、公共設施等建筑屋頂建設光伏發電系統。建筑立面和屋頂與光伏發電系統結合，可實現電力就近消納、綠色低碳生產。

1)對于工商業建筑而言，承重設計不足的工業建筑屋頂可以推廣安裝柔性光伏組件，做到“應建盡建”；鼓勵商業建筑建設時應用BIPV，BIPV 是將光伏組件作為建材用于幕墻、屋頂、遮陽板等建筑構件，成為建筑物的一部分，同時承擔建筑物裝飾、圍護結構等部分功能，可有效推動建筑行業綠色低碳轉型發展。

2)對于倉庫類建筑而言，可采用“全額上網”或“自發自用、余電上網”的模式開發光伏發電系統。

1.2 交通領域

以“光伏+交通”的思路推進“光伏+換電站”“光伏+充電樁”“光伏+隔音棚”和“光伏+車棚”等應用模式[2]。目前，臨港區已逐步形成公用、自用、專用有機結合互補的充電設施網絡?；诠餐＼噲?、道路兩側停車位和獨立充電站等公用充電設施，可配套建設分布式光伏電站，促進一批“光伏+充電樁”“光伏+換電站”項目落地。此類“光伏+交通”應用模式可應用于高速公路服務區、停車場、加油站、地鐵站、公路邊坡隧道、公交貨運場站和港口碼頭工作站點等。

1.3 農業領域

將“光伏+農業”應用于農光互補、牧光互補及戶用光伏等多場景開發建設。鼓勵有條件的地區在農牧業大棚之間或大棚頂部建設光伏發電系統，將農作物種植、牧業養殖和光伏發電有機結合，既可保持現有土地屬性，又能節約光伏發電的地面用地，實現土地的立體綜合利用，提高土地的開發利用價值。同時，將智能化、數字化技術手段用于農業生產和光伏發電，通過高效生產和運維，促進農業增收和鄉村振興。

1.4 “光伏+”其他創新

“光伏+”的其他創新應用模式包括“光伏+儲能”和“光伏+通信”等。

1)傳統光伏發電對日照條件依賴性強，光伏發電的間歇性、波動性特點使得光伏電站不能有效支撐電力系統，因此可通過發展構網型智能光儲技術，提升光伏發電的穩定并網能力和主動支撐電力系統的能力。

2)通信基站的耗電量隨著網絡發展逐步增加，因此可通過發展“光伏+市政電網”的應用模，二者同時為基站設備供電來改善通信質量，實現更加高效、綠色、可持續發展的通信網絡。

3)公共設施類建筑建設“屋頂光伏+綠化”工程，將屋頂綠化與光伏發電相結合，擴展分布式光伏發電的安裝空間。

2 拓展太陽能熱利用應用模式

積極拓展太陽能熱利用應用模式，可大幅提高太陽能在臨港區供能體系中的占比，實現臨港區的綠色發展。

2.1 光伏光熱(PV/T)熱泵

PV/T 熱泵結合了光伏發電與太陽能熱利用技術，將換熱結構與光伏組件相耦合，通過集熱介質帶走光伏組件發電時產生的廢熱，在提高太陽能綜合利用效率的同時，也可有效降低光伏組件工作溫度，提高其發電效率[3]。換熱結構與光伏組件耦合后，可將低品質的廢熱轉化為高品質的電力，PV/T 熱泵效率遠高于傳統空氣源熱泵，可滿足居民生活熱水、采暖和商業、農業、工業生產等環節中的熱電負荷需求并加以利用。PV/T 技術不占用屋面，可以實現熱電聯產一體化，經濟、節能效益顯著，且投資期短，應用前景廣闊。

2.2 其他太陽能熱利用方式

采用太陽能熱利用系統直接供熱的應用模式還包括：將聚光集熱產生的熱能通過各種傳熱介質應用于工業生產、農業生產、冷熱電聯供等；作為綜合能源供給的一部分；利用太陽能驅動吸收式、再吸收式熱泵和太陽能驅動制冷(除濕)等增效供能方式，滿足工業生產過程、公共建筑等的用熱、制冷需求。

3 拓展儲能系統的應用模式

自2022 年以來，中國各地區從政策支持的角度，針對新型儲能系統的創新規劃、應用管理、參與電力市場和調度運行等方面陸續制定了初步激勵機制，為新型儲能的規?；l展奠定了良好的基礎。

按照儲能系統在電力系統的安裝位置，可大致將其劃分為電源側儲能系統、電網側儲能系統及用戶側儲能系統。梳理中國多個省(市、自治區)出臺的相關政策文件后發現：政策對儲能規模的要求主要針對電源側儲能，對電網側儲能與用戶側儲能的規模大小并未做出明確要求。而且各地對電源側儲能的規模要求具有地區差異性，比如：寧夏回族自治區要求新能源發電項目配套儲能的比例為10%，連續放電時長為2 h；江西省要求新能源發電項目配套儲能的比例為10%，連續放電時長為1 h。另外，對于電力外送通道建設，儲能規模需結合外送通道中清潔能源電量占比不低于50%、新能源發電項目的棄電率不超過10%的要求進行合理配置。

隨著構建新型電力系統的步伐加快，全國多地區將配建儲能系統作為新能源發電項目核準或并網的前置條件，通常要求新能源發電項目配置儲能的占比為5%～20%、連續放電時長為1～2 h，從而增加調節能力、促進新能源電力消納。但由于配置儲能導致新能源發電項目的初始投資增加，且實際運行效果不及預期，依然存在電力調整問題，新能源發電項目自配儲能模式引發業界持續思考。

在臨港區的綜合能源應用中，結合電力系統實際源-荷特征，可進一步探索區域共享儲能模式和發展靈活多樣的新型用戶側儲能，以進一步提高區域內供電質量的穩定性和可靠性。

3.1 推廣區域共享儲能模式

儲能電站通常在中午光伏發電系統發電效率高的時段充電，在晚間用電高峰時段放電，但并不能有效發揮其調節作用。采用共享儲能方式，可根據共享需求側的負荷情況，適時調整儲能電站的充放電時段，從而有效提升儲能電站的利用率。在臨港區，圍繞工業園區、科創中心等負荷集中區域，支持投資商創新開展局部化、區域化的共享儲能的商業應用模式，利用數字化、云端等技術手段，開發建設、經營、交易一體化的智能平臺系統，有效發揮區域共享儲能的調節、支撐作用，推動儲能的市場化發展。

從各地區實踐情況來看，共享儲能模式因其優勢多元且可實現共贏，越來越多地得到市場認可。

3.2 發展新型用戶側儲能系統

對于擁有豐富工商業資源、經過電力市場化改革的地區，用戶側儲能系統具有多元化的應用場景。圍繞臨港區內產業園區、工商業企業、科技創新數據中心、電動汽車充電站、5G 通信基站等用電終端客戶，根據不同用戶的用電特點，結合分布式電源、微電網等優化配置用戶側儲能電站，推動冷、熱、電、儲多品種能源的綜合應用，充分發揮儲能電站的調節能力，依托“云大物移智鏈邊”等技術，統籌協調、調度和優化綜合能源系統，滿足多樣化的用戶需求，有效提高用電效率和發電收益。

用戶側儲能電站的開發建設和應用模式與用戶的實際生產活動及實時電力負荷等方面的關系較大，因此在應用方式和盈利情況方面具有不確定性。用戶側儲能電站的主要盈利來源是當地電價的峰谷價差，單一的盈利方式制約了其規?；l展。目前，隨著虛擬電廠和電力需求響應的大力推動，用戶側儲能電站可從輔助服務方面獲得額外收益。

4 碳資產優化配置

碳資產是指碳排放用戶在碳領域可能適用于儲存、流通或財富轉換的所有有形和無形資產，大致可分為碳配額排放權、自愿碳減排量、碳期權、碳期貨、碳債券等。臨港區實現節能減排，除可以發展新型負碳技術實現產業低碳化之外，還可以進行碳資產全生命周期管理，即進行碳資產的優化配置。

4.1 利用負碳技術實現產業低碳化

碳捕集、利用與封存(CCUS)技術和提升生態碳匯能力是深度末端治理和應對氣候變化的重要途徑，也是負碳技術兩大關鍵發展方向。

目前，CCUS 技術尚處于研發示范階段，在實際應用中存在技術壁壘，且成本較高，缺乏大規模全流程的示范案例，還需要長期的沉淀發展。在“雙碳”目標的推動下，CCUS 技術將通過研究新型捕集材料、優化捕集分離設備，探索富氧燃燒技術、空氣直接捕集技術、可再生合成燃料技術等方式進一步完善，降低工業過程中的能耗和成本，充分發揮該技術的碳減排潛力和商業價值。

碳匯技術作為重要的負碳技術，發展潛力巨大，能夠實現生態固碳。林業碳匯、海洋碳匯、土壤碳匯等將在碳儲技術的基礎上充分融合自然資源，最大限度挖掘生態環節的碳減排潛力，并創造更多的經濟價值[4]。

由于臨港區產業園區的碳排放量大且控制力度有限，需綜合考慮碳匯技術和CCUS 技術以實現零碳排放。在產業園區合理規劃CCUS 管網布局和配套設施建設，加強核心技術攻關，加快推動CCUS 技術的產業化和規?；?，助力產業園區向零碳排轉型。

4.2 碳資產全生命周期管理

在零碳排放轉型的驅動下臨港區，臨港區產業園區管理部門或聯合平臺公司應協助積極實施節能減排并具備碳資產的業主開展碳資產全生命周期管理，制定碳資產管理方案和碳交易策略，明確實施路徑，充分挖掘和實現用戶碳資產的價值。

隨著全球碳市場的不斷成熟，產業園區管理部門或聯合平臺公司應及時組建或聘請專業團隊開展碳資產全生命周期管理相關工作。該專業團隊應關注國際碳市場，探索國家核證自愿減排量(CCER)及可再生能源綠色證書等體系與國內市場的聯通；預測國內碳交易市場價格趨勢，并合理運用CCER 幫助產業園區及業主抵消部分碳排放量，作為實現產業園區動態零碳目標的托底手段；開發、完善碳資產標準，不斷提高服務能力，處理交易預測、對沖機制、碳資產交易所涉及的財務及稅率問題等，實現用戶碳資產的優化配置及精細化管理，從而降低用戶減排降碳的經濟成本[5]。

5 結論

本文通過拓展“光伏+”場景的多元化應用模式、太陽能熱利用的應用模式、儲能系統的應用模式，以及碳資產的優化配置，將新能源的綜合應用融入臨港區的規劃發展，促進臨港區低碳轉型，向建筑綠色化、能源結構清潔化、能源利用高效化、資源利用循環化、管理智慧化和投融資綠色化的方向逐漸過渡。