上海平衡好本地電與外來電、清潔電與常規電“兩個結構”的建議

閆 晶

上海市發展改革研究院

0 前言

電力行業蘊含的碳排放占全社會排放總量的43%，是我國碳排放的主要來源。二十大報告和《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》均提出，控制化石能源消費，推動能源清潔低碳高效利用，積極發展非化石能源。優化本地電和外來電、清潔電和常規電“兩個結構”，對于積極穩妥推進碳達峰碳中和，加快構建清潔低碳安全高效能源體系具有重要意義。文章基于上海城市特征和能源發展現狀，通過對比分析和趨勢研判，圍繞上海電源“兩個結構”的優化平衡，從電源建設、電網消納、體制機制等方面提出舉措建議，供有關方面參考。

1 本地火電提供安全支撐，外來水電提供清潔支撐

1.1 上海電源結構以本地常規電源為主

1)電力結構上

截至2020年底，上海全口徑電源裝機總量為4352萬kW。其中，本地電源與外來電裝機規模分別為2672（61%）、1680（39%）萬kW，可控常規電源與不可控清潔電源裝機規模分別為2915（67%）、1437萬kW（33%）。

2)電量結構上

2020年上海各類電源發電總量為1576億kWh。其中，本地電、外來電發電量分別為864（55%）、712(45%)億kWh,常規電源、清潔電源發電量分別為968（61%）、608（39%）億kWh（見表1）。

表1 上海電源裝機和發電量構成

1.2 國內外比較來看，上海外來電比重和清潔化程度較高

總體來看，上海電源“兩個結構”呈現以下特點：

1）上海外來電比重較高

國內比較來看，上海外來電比重（45%）低于北京（60%），但遠高于天津（14%）、重慶（29%）等直轄市，以及江蘇（19%）、浙江（36.8%）等長三角區內省份（見圖1）。

圖1 上海外來電和可再生能源消納比重對比

國際比較來看，上海電力裝機與電量消費與美國的紐約市接近，2020年上海與紐約市電力裝機規模分別為4352 萬kW、4024 萬kW，發電量分別為1576 億kWh、1516 億kWh，但上海外來電占比遠高于紐約市（15%）。

2）電力清潔化程度較高，主要依靠外來清潔電

上海清潔電力占比為33%、清潔電量占比為39%，但清潔電主要依靠外來水電，外來清潔電量占到了82%，本地清潔電量僅為18%。2020年上海全口徑可再生能源消納比重為35.6%，遠遠高于北京（16.4%）、天津（14.5%）、重慶（20.9%）等直轄市，以及江蘇（16.8%）、浙江（19.3%）等長三角區內省份,其中外來可再生能源發電占到了32%，本地可再生能源發電僅為4%。

2 多重因素影響下，電力轉型重點在于增量

2.1 用電安全、“雙碳”目標、資源稟賦構成電源發展的邊界條件

1）用電安全是決定電源發展的首要因素

隨著上海市“五個中心”、臨港新片區、“五個新城”建設和戰略性新興產業發展等國家戰略實施，上海市能源消費總量和全社會用電量仍將剛性增長。與此同時，俄烏沖突、疫情等外部形勢復雜多變對一次能源供應帶來不確定性，確保供電安全始終是電源發展的第一目標。

2）“雙碳”目標明確了清潔電未來發展要求

根據我國碳達峰碳中和戰略總體部署，非化石能源占一次能源消費比重至2030年、2060年分別達到25%左右、80%以上?！半p碳”目標下，電氣化率和非化石能源發電裝機規模、發電量都將進一步提高。

3）資源稟賦決定了本地清潔電和外來電開發格局

上海本地清潔電力主要包括光伏、風電和生物質發電。光伏方面，預計到2030年光伏可開發規模約700 萬kW，遠期理論最大開發規模可達1700 萬kW。風電方面，最新批復的《上海市海上風電發展規劃》為上海爭取到近3000 萬kW 海上風電資源，到2030年，風電裝機容量將力爭達到500 萬kW。此外，上海積極謀劃新增市外來電，推進外電入滬工程，擬從西北地區開發400 萬kW風電、800 萬kW 光伏，通過特高壓直流工程將清潔電送入上海。

2.2 近中遠期上海能源電力和“兩個結構”發展展望

綜合用電安全、“雙碳”目標、資源稟賦三個因素，課題組對上海能源電力消費情況進行預測。至2030年，上海市GDP 總量約為6.2 萬億元，對應能源消費總量約為1.43 億tce，全社會用電量約為2250 億kWh。至2035年，上海市GDP 總量約為7.5 萬億元，能源消費總量約為1.48 億tce，全社會用電量約為2500 億kWh。至2060年，上海市GDP 總量約為15 萬億元，能源消費總量約為0.97億tce，全社會用電量約為3300億kWh（見表2）。

表2 近中遠期上海經濟發展和能源電力預測

1)電力結構來看

預測到2030年，上海全口徑電源裝機總量達到6619 萬kWh，其中，本地電源裝機總量為4519 萬kWh，占比為68.3%。外來電源裝機規模為2100 萬kWh，占比為31.7%。到2035年，上海市全口徑電源裝機總量達到7819 萬kWh，其中，本地電源裝機規模為5319 萬kW，占比為68.0%。外來電源裝機規模為2500 萬kW，占比為32.0%。

2)電量結構來看

預測到2030年，按照全社會用電量2250億kWh測算，本地電源發電量為1300億kWh，占到上海市發電總量的57.8%。外來電為950 億kWh，占到上海市發電總量的42.2%，本地煤電利用小時數降至4111 h。到2035年，按照全社會用電量2500億kWh測算，本地電源發電量為1350億kWh，占到上海市發電總量的54.0%。外來電量為1150億kWh，占比為46.0%，本地煤電利用小時數進一步降至3500 h。

總體來看，預測中長期上海電力裝機和發電量均保持本地電源占主導，在確保本地電源發揮兜底保障作用的基礎上，進一步增加本地和外來清潔電源開發利用，通過維持存量、優化增量，實現既安全又清潔的電力發展目標（見表3）。

表3 2030年、2035年上海電源“兩個結構”預測

3 轉型中的結構性問題，要用發展的手段解決

3.1 電源定位和結構轉變對電網運行帶來挑戰

1）電源定位發生轉變，電力系統需要升級調整

隨著新能源比重不斷提高，新能源將逐漸替代傳統火電成為能源供應主體，未來新能源會在裝機和發電量上對傳統火電產生擠出效應，火電在電力系統中的定位將由電量提供者，逐步向調頻、備用、容量服務提供者轉變。大規?？稍偕茉唇尤胧闺娏ο到y面臨迫切的升級需求，電力系統正處在從“簡單的可再生能源替代”轉向“更為復雜的綜合系統”的關鍵轉折點，未來電力系統的靈活性將主要依靠煤電靈活性改造、抽水蓄能、電化學儲能。

2）外來電持續增長對高峰期電力安全和電網運行提出更高要求

（1）高比例外來電在用電高峰期存在不確定性。例如，2022年夏季，受極端高溫和疫后經濟恢復影響，上海夏高峰用電突破3807萬kW。與此同時，供電側受西南水電“豐水期”變成“枯水季”，電力供給不及預期，高峰期電力供應從“緊平衡”向“硬缺口”轉變的風險呈增加趨勢。

（2）大比例外來電系統具有電網互聯和交互影響大、系統波動及作用路徑復雜、對安全可靠運行要求嚴格等特點，高比例外來電接入對網架結構適應性提出更高要求，外受通道容量仍需擴大，輸變電設施和配套建設仍需加強。

3）發電側清潔電高比例接入在長周期、短周期、超短周期分別面臨可靠性、靈活性、穩定性挑戰

（1）長周期來看，與常規電源不同，風電、光伏發電出力不確定性較強，若因天氣原因導致長時間發電不足，則會加重電力系統平衡壓力，給電力系統可靠供電帶來較大的運行挑戰。

（2）短周期來看，新能源發電的波動性要求電力系統具備更多的靈活性資源，為了保證發電與用電的實時平衡，需要由其它具備調節能力的靈活性資源承擔托底保障任務。

（3）超短周期來看，新能源電力電子設備的電壓頻率特性與傳統電源的發電機有較大差異，開關元器件的動作會給電網造成瞬時的毫秒級、秒級運行挑戰，包括故障連鎖脫網、電能質量、低轉動慣量等問題。

3.2 上海電源“兩個結構”比例建議

1）電力結構方面，應注重本地電源、常規電源機組規模和系統備用率保持較高比例

德國電源裝機規?？偭繛?.2億kW，系統備用率超過170%，其中，以煤機和燃機等火電機組為主體的常規電源裝機容量接近一半，硬煤電廠調峰能力達到90%。建議上海火電常規機組裝機比例保持在50%以上，系統備用率從目前的15%提高至20%，公用電廠燃煤機組調峰能力從60%提高至70%以上。

2）電量結構方面，應在增加清潔電發電量的同時，逐步降低火電常規機組發電小時數

構建以新能源為主體的新型電力系統，遠期新能源、清潔電發電量占比超過50%是具體體現?！半p碳”戰略目標下，應堅持先立后破原則，逐步降低火電常規機組發電小時數，常規機組作為調峰的主力參與電力調節。同時，提高外來電靈活性資源，外來清潔電堅持以水電為主，風電、光伏、核電為輔的電源結構。

4 近中遠期上海電源發展思路和舉措建議

近期，綜合考慮上海外來電長期占比大、清潔電在高比例基礎上未來進一步提高，同時本地燃氣機組出力不足、新能源難以發揮頂峰作用等因素，煤電仍將長時間承擔保障電力安全的重要作用。充分發揮煤電資源豐富、價格低廉、運行特性好等優勢，堅定煤電安全托底和戰略備用原則，謹慎拆除煤電機組，按照“等容量、減煤量、減排量”原則推進老舊煤機靈活性改造和清潔高效替代。

中遠期，隨著外來電入滬和本地海上風電等新能源發電大規模接入，電源結構逐步向以新能源發電為主體轉變。與此同時，隨著全社會用電量持續增長，清潔電規模和比例逐步提升，煤電等常規電源有必要保持較高裝機規模，并逐步降低利用小時數，定位逐步從安全托底電源向調節和戰略備用電源轉變。

4.1 進一步統籌電力安全保供和清潔轉型

1）適度增加本地火電裝機規模，確保本地常規電源保供兜底能力

切實發揮本地煤電“壓艙石”作用，加快推動“三改聯動”升級改造，進一步增加本地煤電機組規模，加快落實“先立后改”的煤電裝機。明確本地煤電可調節機組和應急備用機組，逐步降低煤電利用小時數。增加本地氣電機組規模，力爭2030年前新增600萬kW左右燃氣機組。

2）加快本地可再生能源開發，逐步提高利用小時數

大力推進海上風電開發，研究上海海上風電發展規劃及海上通道路由，提前布局陸上接入系統方案。探索海上風電出力計入電力平衡模式。

3）進一步增加外來可再生能源，提高外來清潔電力電量

在現有以水電為主的外來電基礎上，積極推進外電入滬建設，將西北地區優質風光資源通過特高壓直流接入上海電網，提升上海市能源保供能力和清潔化水平。

4）加快“火電+CCUS”配套設施建設，提高火電清潔化水平

結合煤電機組“三改聯動”，預留碳捕集裝置場地和接口，探索“煤電+CCUS”綜合技術，增加煤電機組容量和發電量，確保冗余靈活性電源。

4.2 進一步提升電網外來受電能力和清潔能源消納能力

1）提升本地火電送出能力

圍繞漕涇、石洞口、外高橋等電廠新增煤電機組和上海市氣電新增裝機需求，加強主網、配網接入和送出設施建設。

2）完善主網架構

提升主網外來受電能力，增強外受特高壓接入主網架適應性，適應本地電、外來電結構變化，確保市外清潔能源“送得進、受得下、用得上”。

3）提升電網新能源消納能力，適應常規電、清潔電結構變化

在推動上海市爭取華東區內抽水蓄能分電份額的同時，不斷加大電網側儲能、虛擬電廠等調節性資源建設力度，增強儲能、負荷參與電網調節能力。

4.3 進一步增強調節資源和體制機制保障能力建設

1）積極參與華東地區抽水蓄能電站建設，爭取優質調節資源以應對遠景大規?？稍偕茉唇尤腚娋W產生的調峰需求，提高可再生能源消納能力。

2）編制《煤電應急備用電源方案》，科學認定和退出應急備用機組，嚴格應急備用電源運行調度管理。

3）建立健全調峰調頻輔助服務機制，優化完善電力輔助服務市場，拓寬煤電節能減排綜合升級改造投融資渠道，使參與靈活性改造制造的調峰機組獲得相應收益，以市場化手段調動火電參與調峰積極性。