临港区综合能源的创新应用模式和实施方案研究

彭慈华

(上海市太阳能学会，上海 200030)

0 引言

为积极响应中国实现碳中和、碳达峰目标的号召，上海市提出于2025 年实现碳达峰的目标[1]。中国(上海)自由贸易试验区临港新片区(下文简称为“临港区”)作为上海市具有国际市场影响力和竞争力的特殊经济功能区，存在节能减碳的重大发展需求，需要大力推进和加速片区内综合能源的开发和利用。基于此，本文开展了综合能源应用模式与实施方案的创新研究，从拓展“光伏+”场景应用模式、太阳能热利用应用用模式、储能系统应用模式，以及碳资产优化配置4 个方面进行探索研究，将新能源综合应用融入临港区的发展规划、产业布局等环节，将新能源理念贯穿项目建设的全过程，推动临港区构建多元化绿色低碳能源体系。

1 拓展“光伏+”场景应用模式

目前，中国较大规模的地面集中式光伏电站大部分集中建设在青海省、甘肃省、内蒙古自治区等“三北”地区，上海地区由于建设用地面积有限，难以开发建设大型地面光伏电站。基于上海地区太阳能资源情况，结合建筑屋顶和立面、交通设施、农业大棚等的建设情况，就地消纳的分布式光伏电站有较大的应用及开发空间。分布式光伏发电系统在满足用户部分用电负荷需求的同时，多余电量并网还可以带来经济收益。

临港区面对创新发展的整体需求，可在全区域推进分布式光伏发电的开发，依据建筑、交通、工业等不同领域特色，发展与多种业态融合的“光伏+”路径，在扩大分布式光伏发电建设规模的同时，还可以促进绿色用能新模式的发展。

1.1 建筑领域

将“光伏+建筑”在多种场景中推广应用，例如，在工商业建筑、仓库、公共设施等建筑屋顶建设光伏发电系统。建筑立面和屋顶与光伏发电系统结合，可实现电力就近消纳、绿色低碳生产。

1)对于工商业建筑而言，承重设计不足的工业建筑屋顶可以推广安装柔性光伏组件，做到“应建尽建”；鼓励商业建筑建设时应用BIPV，BIPV 是将光伏组件作为建材用于幕墙、屋顶、遮阳板等建筑构件，成为建筑物的一部分，同时承担建筑物装饰、围护结构等部分功能，可有效推动建筑行业绿色低碳转型发展。

2)对于仓库类建筑而言，可采用“全额上网”或“自发自用、余电上网”的模式开发光伏发电系统。

1.2 交通领域

以“光伏+交通”的思路推进“光伏+换电站”“光伏+充电桩”“光伏+隔音棚”和“光伏+车棚”等应用模式[2]。目前，临港区已逐步形成公用、自用、专用有机结合互补的充电设施网络。基于公共停车场、道路两侧停车位和独立充电站等公用充电设施，可配套建设分布式光伏电站，促进一批“光伏+充电桩”“光伏+换电站”项目落地。此类“光伏+交通”应用模式可应用于高速公路服务区、停车场、加油站、地铁站、公路边坡隧道、公交货运场站和港口码头工作站点等。

1.3 农业领域

将“光伏+农业”应用于农光互补、牧光互补及户用光伏等多场景开发建设。鼓励有条件的地区在农牧业大棚之间或大棚顶部建设光伏发电系统，将农作物种植、牧业养殖和光伏发电有机结合，既可保持现有土地属性，又能节约光伏发电的地面用地，实现土地的立体综合利用，提高土地的开发利用价值。同时，将智能化、数字化技术手段用于农业生产和光伏发电，通过高效生产和运维，促进农业增收和乡村振兴。

1.4 “光伏+”其他创新

“光伏+”的其他创新应用模式包括“光伏+储能”和“光伏+通信”等。

1)传统光伏发电对日照条件依赖性强，光伏发电的间歇性、波动性特点使得光伏电站不能有效支撑电力系统，因此可通过发展构网型智能光储技术，提升光伏发电的稳定并网能力和主动支撑电力系统的能力。

2)通信基站的耗电量随着网络发展逐步增加，因此可通过发展“光伏+市政电网”的应用模，二者同时为基站设备供电来改善通信质量，实现更加高效、绿色、可持续发展的通信网络。

3)公共设施类建筑建设“屋顶光伏+绿化”工程，将屋顶绿化与光伏发电相结合，扩展分布式光伏发电的安装空间。

2 拓展太阳能热利用应用模式

积极拓展太阳能热利用应用模式，可大幅提高太阳能在临港区供能体系中的占比，实现临港区的绿色发展。

2.1 光伏光热(PV/T)热泵

PV/T 热泵结合了光伏发电与太阳能热利用技术，将换热结构与光伏组件相耦合，通过集热介质带走光伏组件发电时产生的废热，在提高太阳能综合利用效率的同时，也可有效降低光伏组件工作温度，提高其发电效率[3]。换热结构与光伏组件耦合后，可将低品质的废热转化为高品质的电力，PV/T 热泵效率远高于传统空气源热泵，可满足居民生活热水、采暖和商业、农业、工业生产等环节中的热电负荷需求并加以利用。PV/T 技术不占用屋面，可以实现热电联产一体化，经济、节能效益显著，且投资期短，应用前景广阔。

2.2 其他太阳能热利用方式

采用太阳能热利用系统直接供热的应用模式还包括：将聚光集热产生的热能通过各种传热介质应用于工业生产、农业生产、冷热电联供等；作为综合能源供给的一部分；利用太阳能驱动吸收式、再吸收式热泵和太阳能驱动制冷(除湿)等增效供能方式，满足工业生产过程、公共建筑等的用热、制冷需求。

3 拓展储能系统的应用模式

自2022 年以来，中国各地区从政策支持的角度，针对新型储能系统的创新规划、应用管理、参与电力市场和调度运行等方面陆续制定了初步激励机制，为新型储能的规模化发展奠定了良好的基础。

按照储能系统在电力系统的安装位置，可大致将其划分为电源侧储能系统、电网侧储能系统及用户侧储能系统。梳理中国多个省(市、自治区)出台的相关政策文件后发现：政策对储能规模的要求主要针对电源侧储能，对电网侧储能与用户侧储能的规模大小并未做出明确要求。而且各地对电源侧储能的规模要求具有地区差异性，比如：宁夏回族自治区要求新能源发电项目配套储能的比例为10%，连续放电时长为2 h；江西省要求新能源发电项目配套储能的比例为10%，连续放电时长为1 h。另外，对于电力外送通道建设，储能规模需结合外送通道中清洁能源电量占比不低于50%、新能源发电项目的弃电率不超过10%的要求进行合理配置。

随着构建新型电力系统的步伐加快，全国多地区将配建储能系统作为新能源发电项目核准或并网的前置条件，通常要求新能源发电项目配置储能的占比为5%～20%、连续放电时长为1～2 h，从而增加调节能力、促进新能源电力消纳。但由于配置储能导致新能源发电项目的初始投资增加，且实际运行效果不及预期，依然存在电力调整问题，新能源发电项目自配储能模式引发业界持续思考。

在临港区的综合能源应用中，结合电力系统实际源-荷特征，可进一步探索区域共享储能模式和发展灵活多样的新型用户侧储能，以进一步提高区域内供电质量的稳定性和可靠性。

3.1 推广区域共享储能模式

储能电站通常在中午光伏发电系统发电效率高的时段充电，在晚间用电高峰时段放电，但并不能有效发挥其调节作用。采用共享储能方式，可根据共享需求侧的负荷情况，适时调整储能电站的充放电时段，从而有效提升储能电站的利用率。在临港区，围绕工业园区、科创中心等负荷集中区域，支持投资商创新开展局部化、区域化的共享储能的商业应用模式，利用数字化、云端等技术手段，开发建设、经营、交易一体化的智能平台系统，有效发挥区域共享储能的调节、支撑作用，推动储能的市场化发展。

从各地区实践情况来看，共享储能模式因其优势多元且可实现共赢，越来越多地得到市场认可。

3.2 发展新型用户侧储能系统

对于拥有丰富工商业资源、经过电力市场化改革的地区，用户侧储能系统具有多元化的应用场景。围绕临港区内产业园区、工商业企业、科技创新数据中心、电动汽车充电站、5G 通信基站等用电终端客户，根据不同用户的用电特点，结合分布式电源、微电网等优化配置用户侧储能电站，推动冷、热、电、储多品种能源的综合应用，充分发挥储能电站的调节能力，依托“云大物移智链边”等技术，统筹协调、调度和优化综合能源系统，满足多样化的用户需求，有效提高用电效率和发电收益。

用户侧储能电站的开发建设和应用模式与用户的实际生产活动及实时电力负荷等方面的关系较大，因此在应用方式和盈利情况方面具有不确定性。用户侧储能电站的主要盈利来源是当地电价的峰谷价差，单一的盈利方式制约了其规模化发展。目前，随着虚拟电厂和电力需求响应的大力推动，用户侧储能电站可从辅助服务方面获得额外收益。

4 碳资产优化配置

碳资产是指碳排放用户在碳领域可能适用于储存、流通或财富转换的所有有形和无形资产，大致可分为碳配额排放权、自愿碳减排量、碳期权、碳期货、碳债券等。临港区实现节能减排，除可以发展新型负碳技术实现产业低碳化之外，还可以进行碳资产全生命周期管理，即进行碳资产的优化配置。

4.1 利用负碳技术实现产业低碳化

碳捕集、利用与封存(CCUS)技术和提升生态碳汇能力是深度末端治理和应对气候变化的重要途径，也是负碳技术两大关键发展方向。

目前，CCUS 技术尚处于研发示范阶段，在实际应用中存在技术壁垒，且成本较高，缺乏大规模全流程的示范案例，还需要长期的沉淀发展。在“双碳”目标的推动下，CCUS 技术将通过研究新型捕集材料、优化捕集分离设备，探索富氧燃烧技术、空气直接捕集技术、可再生合成燃料技术等方式进一步完善，降低工业过程中的能耗和成本，充分发挥该技术的碳减排潜力和商业价值。

碳汇技术作为重要的负碳技术，发展潜力巨大，能够实现生态固碳。林业碳汇、海洋碳汇、土壤碳汇等将在碳储技术的基础上充分融合自然资源，最大限度挖掘生态环节的碳减排潜力，并创造更多的经济价值[4]。

由于临港区产业园区的碳排放量大且控制力度有限，需综合考虑碳汇技术和CCUS 技术以实现零碳排放。在产业园区合理规划CCUS 管网布局和配套设施建设，加强核心技术攻关，加快推动CCUS 技术的产业化和规模化利用，助力产业园区向零碳排转型。

4.2 碳资产全生命周期管理

在零碳排放转型的驱动下临港区，临港区产业园区管理部门或联合平台公司应协助积极实施节能减排并具备碳资产的业主开展碳资产全生命周期管理，制定碳资产管理方案和碳交易策略，明确实施路径，充分挖掘和实现用户碳资产的价值。

随着全球碳市场的不断成熟，产业园区管理部门或联合平台公司应及时组建或聘请专业团队开展碳资产全生命周期管理相关工作。该专业团队应关注国际碳市场，探索国家核证自愿减排量(CCER)及可再生能源绿色证书等体系与国内市场的联通；预测国内碳交易市场价格趋势，并合理运用CCER 帮助产业园区及业主抵消部分碳排放量，作为实现产业园区动态零碳目标的托底手段；开发、完善碳资产标准，不断提高服务能力，处理交易预测、对冲机制、碳资产交易所涉及的财务及税率问题等，实现用户碳资产的优化配置及精细化管理，从而降低用户减排降碳的经济成本[5]。

5 结论

本文通过拓展“光伏+”场景的多元化应用模式、太阳能热利用的应用模式、储能系统的应用模式，以及碳资产的优化配置，将新能源的综合应用融入临港区的规划发展，促进临港区低碳转型，向建筑绿色化、能源结构清洁化、能源利用高效化、资源利用循环化、管理智慧化和投融资绿色化的方向逐渐过渡。