目录

一、上海市能源供应与消费特点

二、上海城市智慧能源发展主要问题

三、城市智慧能源对上海能源发展的影响

四、上海城市智慧能源典型供能方案

（一）上海产业园区类别划分

（二）离散加工产业园区典型方案

（三）流程制造产业园区典型方案

（四）新兴研发产业园区典型方案

五、结论与建议

（一）结论

（二）建议

一、上海市能源供应与消费特点

2019年，上海市能源消费总量达到1.17亿吨标煤，“十三五”前四年年均增速为1.7%，略高于“十二五”期间1.3%的水平。其中天然气消费仍保持较快增长，2019年用气量超过97亿立方米，年均增速5.9%；燃气最高日用量和最大峰谷差超过4288万方和2714万方，均创历史新高。电力消费增速较“十二五”略有回升，2019年全市用电量1569亿千瓦时，“十三五”年均增速2.8%；最高用电负荷、最大用电峰谷差分别创出3268万千瓦和1283万千瓦。一次能源消费结构呈现“双增一平一减”特点。全市煤炭消费总量从2015年的4728万吨下降到2019年的4300万吨，占一次能源消费比重从37%下降到31%左右，历史上第一次低于1/3；原油占一次能源消费比重维持在38%。天然气、非化石能源所占比重都有所提高，天然气占比由10%提高到13%，非化石能源占比由14%提高到18%，均提前完成“十三五”规划目标。

2019年，上海市风电、光伏、生物质发电装机分别达到81万千瓦、104万千瓦、43万千瓦，本地可再生能源装机较2015年增长约72%，比重从2015年的4.7%进一步提升至9%。上海全市可再生能源发电量占全社会用电量比重达到34.6%，东部地区排名第一。

目前上海能源供应总体有一定保障，在长三角区域处于较好水平。但外部环境的复杂性和不确定性也在显著增加，国内外形势的变化可能将冲击上海现有的能源供应格局。从消费看，上海城市用能需求再电气化、低碳化趋势明显，自贸区、临港新片区等新区域，集成电路、5G和数据中心等新产业即将成为推动上海能源新一轮增长的新动能。储能和电动汽车的普及也将成为打开上海市能源需求革命的钥匙、从供应看，受电网调峰能力等制约，新增市外来电的低碳发展路径面临越来越大制约，天然气也难以复制过去高成本直接疏导的发展路劲。能源科技进步、可再生能源逐步平价上网、碳达峰的加速将成为能源转型的最大推动力。 

二、上海城市智慧能源发展主要问题

城市智慧能源系统既包括微观的能源生产流程的智能改造、能源企业管理系统的智能升级，也包括中观的多能互补和能源系统的智能调节控制，是一个复杂的巨系统。城市智慧能源系统代表着未来，从某种意义上讲，城市智慧能源系统建设的过程就是我国现代能源体系建设的过程，就是我国能源治理能力和治理体系现代化的过程。通过对上海城市智慧能源案例的分析发现，上海地区的智慧能源发展取得了一些成绩，但也发现智慧能源系统建设仍然处于“步履蹒跚”的起步阶段，目前存在的主要问题包括：

（1）油气、煤炭、电力等主要能源品种之间呈现条块化格局，缺乏协同体制与机制，物理网络上也呈现“孤岛”格局，短时期内难以实现多能源品类大规模多能互补的城市智慧能源系统。

（2）能源信息以及基础设施还处在垄断、封闭的状态，智慧能源系统的顶层设计和大规模系统建设短时期还难以实现能源信息开放共享。

（3）能源调度权非市场机制化，短时期内还难以发挥智慧能源系统的最大优势。

（4）能源体制机制约束的不完善，造成了智慧能源系统的能源消费形态建设较为困难，缺乏成熟的商业模式，盈利空间也十分有限，各投资主体缺乏热情，短时期还难以形成“星火燎原”的态势。

三、城市智慧能源对上海能源发展的影响

对上海能源品类的影响

城市智慧能源发展对未来上海主要能源品种的规模和特性都存在一定的影响。城市用能需求再电气化、低碳化趋势明显，天然气需求将进一步提高，可再生能源将得到更大的发展。

城市智慧能源发展将带来更多的综合能源系统，利用互联网系统将不同品种能源进行纵向贯通和横向融合，形成能源互联互补、信息互通互享的城市能源平台。

城市智慧能源发展将依靠技术创新实现单一品种能源系统内部的运行和多种能源之间的转化，促进能源使用效率全面提高。促进能源供—输—需系统的互联互通，建立能源使用品种多元化、能源输配网络分布式的能源系统，以智能化和灵活性的能源网络系统应对重大公共危机事件给城市能源安全的冲击。

城市智慧能源发展可以减少市内大型电源建设需求，是大型电源的一个补充。用户侧多能互补建设出发点是满足用户侧多能负荷需求，电力负荷也是其中之一，若建设规模较大，可以从用户侧就地消纳，减少该部分电力需求，从而减少大型电源建设需求。

城市智慧能源发展将改善分布式电源的发电特性。一方面，智慧能源系统若配置储能装置，有较强的调节能力，智慧能源系统的大规模接入，有利于缓解电网中其他电源的调节压力，提高常规电源的发电效率。另一方面，智慧能源源端电源包含风电、光伏这些新能源发电项目后，由于新能源出力特性的随机性，电源的灵活性变差。

3.2 对上海能源业态的影响

城市智慧能源的发展将推动上海的能源业态从集中为主向集中和分布式发展并重转型，更好适应能源变革趋势，推动上海市清洁能源加快从补充能源向替代能源转变。

城市智慧能源的发展将推动能源供需从单向平衡向双向互动转型，各品种能源均可实现源-网-荷-储协调发展，能源利用效率和效益进一步提高。

城市智慧能源的发展也将促使能源结构优化从政策推动向科技和体制推动转型，逐步实现绿色、协调和可持续发展。能源资源配置从计划为主向市场为主转型，更好激发企业主体自主创新活力和市场活力。

城市智慧能源的发展将促进能源商业模式的创新，培育发展集冷、热、电、气等能源品种于一体，节能管理和电力负荷管理相结合，能源咨询、设计、生产、运维等总包的综合能源服务模式和供应商。

城市智慧能源的发展也将促进能源设施从单一功能向复合型功能转型，更多应用数字技术，促进能源服务从提供单一能源产品向综合服务转变。例如“多站合一”，在中心城区推动传统变电站与充电站等新基建的有机结合；因地制宜发展储能设施，利用上海终端用户电力峰谷价差大的优势，重点在工业园区、商务楼宇等领域发展用户侧储能，大型风光电站也可适时配置储能设施。

3.3 对上海能源管网的影响

城市智慧能源发展对未来上海城市燃气管道建设存在一定的影响。由于智慧能源系统对分布式燃气发电的需求，上海将建设更加可靠的天然气管网，建设更加充足的气源和储备能力。

城市智慧能源发展对电网的影响更大，主要包括以下几点——

（1）智慧能源系统的电源，其实际发电电量具有一定的不确定性，因此大电网仍旧是不可或缺的存在，所以，从某种角度分析，该种模式的运用无法明显减少电网的相关费用，如建设费用、维修费用以及改造费用等。

（2）智慧能源系统的电源具有灵活性，用户可结合具体需要来采用这种模式，从而满足自身的电力负荷需求。这种做法的弊端是，将会给规划区整体负荷增长模型增加一些不确定因素，如此一来，电网工作人员一方面很难对电力负荷的实际增长予以精准预测，另一方面也很难对电力负荷的实际空间负荷分布情况进行摸底。由此可见，该模式的应用在一定程度上给电力负荷的相关预测工作制造了麻烦。

（3）智慧能源包含的新能源出力具有随机性，为电网整体规划增添了许多不确定性。首先，其安装点较为灵活，同时提供的电能也表现出一定的随机性；其次，其持续性不佳，这一特性提高了相关规划工作（如变电站的实际选址等）的难度系数。

（4）智慧能源系统若建设在电网建设较弱的郊区，可以弥补电网供电的局限性，偏远郊区，地广人少，构建规模化集中供电不经济。

（5）若商务楼宇配置智慧能源系统可以提升供电可靠性，对供电要求高的楼宇，接入后将其作为备用机组，提升供电可靠性和连续性。

（6）智慧能源系统的电源基本采用分布式电源接入这种模式，可以就地满足当地负荷的需求，减少对主网架供电需求，同时有效降低电力系统的损耗，能够在一定程度上弱化电网对大型发电厂等的实际依赖性，从而减少电网施工的支出。

（7）一方面，智慧能源系统若配置储能装置，有较强的调节能力，缓解电网调峰压力。另一方面，风电、光伏这些新能源发电项目规模增加以后，由于其出力特性的随机性，也增加了电网的调峰压力。

3.4 对上海能源管控的影响

城市智慧能源发展将促进上海市能源系统智能化发展。智慧能源系统可建立 “大数据+网格化”实时监测分析方法，依托数字化和信息化技术对城市能源需求、储备建设、资源分布和调度以及供应能力系统等实行全方位监测，转变城市能源监管模式，为城市能源运行提供精准数据服务。

城市智慧能源发展将以综合生态系统为标杆，推进更多城市建设集变电站、储能站、电动汽车充电站、屋顶光伏电站、大数据中心于一体的交互性智慧能源系统，更高效、更经济地调配和使用能源。

城市智慧能源发展也将借助智慧交通和“互联网+”联运平台打造智能化的城市能源运输系统，提升能源多式联运周转效率，如利用卫星定位、电子围栏等物联网技术将在途、在港的车辆、货船进行实时监控，并将动态数据提供给所装载能源的供需双方，以及时有效地接收、储存和调配能源，保障城市能源供应。

四、上海城市智慧能源典型供能方案

（一）上海产业园区类别划分

目前国内推行的产业园区大多强调同类产业的集群效应。国内典型产业园区重点发展产业包括装备制造业、石化精炼、制浆造纸、电力产业、有色产业、烟酒产业、钢铁冶金产业、建材产业、煤炭产业、医药、食品加工、旅游商品特色产业、污水处理以及电子信息、新材料、生物技术、节能环保、新能源等新兴产业。因此，根据产业园区产业规划布局，园区中产业大致可归类为3种类型：离散加工、流程制造和新兴研发。

通过对上海市26个特色产业园区主要业态的分析，可将智能制造类产业园区、航空航天产业园区可归类为离散加工产业园区，新材料类产业园、生物医药类产业园可归类为流程制造产业园区，集成电路产业园、人工智能产业园、智能制造服务产业园可归类为新兴研发产业园区。

（二）离散加工产业园区典型方案

对于大多数离散加工园区来说，负荷存在用电、用热、用冷等多种用能需求，且用能数量大，节能空间广。因此具有利用多能互补、源网荷储协同技术为工业园区提供能源整体服务的需求，以满足园区多样化的能源需求，提高供能质量，为用户节约用能成本。

典型多能互补综合能源系统的形态示意图如图1所示。它将电、气、热、冷、氢等多类型能源环节与信息、交通等其他社会支持系统进行有机集成，通过对多类型能源的集成优化和合理调度，实现多类型能源的梯级利用，提高能源利用效率，提升供能可靠性。同时，多能源系统的有机协调，对延缓输配电系统的建设，消除输配电系统的瓶颈，提高各设备的利用效率具有重要的作用。在紧急情况下，当电力或天然气系统受到天气或意外灾害的干扰而中断时，多能互补综合能源系统可以利用就地能源为重要用户提供不间断的能源供应，并为故障后能源供应系统的快速恢复提供动力支持。

图1  离散加工产业园区典型方案装机示意图 

（三）流程制造产业园区典型方案

流程制造园区负荷主要为蒸汽、冷冻水等生产冷热负荷，以及少量空调等生活冷热负荷。由于工业园区负荷较大，具有一定的规模效益，其典型智慧能源供能方案宜如图2所示。

工业园区负荷较大时，宜采用燃气-蒸汽联合循环系统，即通过燃气轮机+余热锅炉+汽轮机的形式，为区域提供电力及蒸汽负荷，通过燃气轮机发电，产生的烟气通过余热锅炉，产生的高压蒸汽进入汽轮机部分转化为电能，部分采取抽汽的形式为周边提供蒸汽或热水，采用吸收式制冷机为周边提供冷水，最终实现燃气热能的梯级利用，极大的提高能源的利用效率。另外，可根据需求，配置燃气锅炉和冷水机组作为启动/调峰设备使用。同时，由于工业园区企业厂房较多，具备一定的规模效益，可以在厂房屋顶开发建设分布式光伏，就地消纳，为工业园区供电。另外，目前上海市大工业用电峰谷价差在0.7元/kWh以上，配置储能已具备一定经济性，因此也可在工业园区配置一定规模的储能系统。

图2 流程制造园区典型供能方案装机示意图

（四）新兴研发产业园区典型方案

新兴研发类型园区负荷相较工业园负荷较小，且以生活冷热负荷为主，宜结合用户电价标准、燃气成本、设备造价和场地情况，以经济性为原则，因地制宜的采用上图所示的全部或部分供能设施作为非工业园区供能方案，并以经济性最优的原则制定系统的开机运行方式，多能协同、互补运行。如图3所示。

值得注意的是，规模较小的商务区、商住一体建筑等电力负荷低于20MW的场合适宜微电网建设，宜通过分布式能源、配电设施、冷热管网、储能、调控设施的建设，将用户侧供能系统打造成冷热电多能协同的微电网，为用户开展更好的能源服务。

产业园区典型光储微电网系统的形态如图4所示，微电网系统包含园区内分布式光伏及分布式储能单元，微电网通过公共耦合点接入上级配电网。

图3 新兴研发产业园区典型供能方案装机示意图

图4 新兴研发产业园区典型光储微电网系统形态示意图

五、结论与建议

（一）结论

（1）智慧能源发展，对于提高能源系统综合能效、设备利用率和安全性、促进清洁能源开发和就近利用具有重要意义，有助于我国能源转型。

（2）受益于国家对智慧能源发展的推动，以及上海市此前较为有利的行业政策，上海市智慧能源产业的发展全国领先。

（3）报告研究归纳了上海城市用能特性，并按照工业园区与非工业园区（商务楼、医院、学校等）两类负荷，给出了相应的典型智慧能源供应方案，具有较好的参考意义。

（4）上海城市智慧能源发展，宜坚持政府主导，市场引导，效率优先、经济可行。上海城市智慧能源发展目标为，2025年，上海市新建产业园区采用智慧能源供能系统的比例达到50%左右，既有产业园区实施能源综合梯级利用改造的比例达到30%左右。

（二）建议

（1）发挥政府号召力，简化创新项目流程。能源主管部门树立“政府主导、市场引导、政策扶持”的推动方向，在“十四五”期间加大扶持力度，共同推进智慧能源系统发展，创新与简化城市智慧能源项目核准备案程序，建立打包核准或备案制度。

（2）重视城市智慧能源规划，协调分领域规划融合。由政府主导编制区域中长期城市智慧能源规划，要重视能源区域规划和分领域规划的协调融合，“智慧能源+智慧城市”高度契合。产业园区等智慧能源重大项目列入上海市能源规划，重点推进上海自贸区临港新片区综合能源项目等；其余项目充分发挥市场导向作用，能源主管部门加强引导监督。

（3）构建城市智慧能源体系，助力能源结构转型。联合高校、企业、社会团体共同推动多种能源互补发展，逐步加大清洁能源占比，合理推进“储能+氢能”新型业态，构建清洁化、绿色化、低碳化能源生态体系。

（4）鼓励城市智慧能源产业发展以用户需求侧为导向，建设城市智慧能源系统，以用户侧的能源需求为建设目标，先进的信息技术和数字化技术是城市智慧能源系统的重要支撑。研究推进上海市分布式发电市场化交易机制建设，推动分布式发电“隔墙售电”。

（5）加快建立城市智慧能源相关标准，规范行业体系准则。结合相关能源法律法规的修编，加快建立城市智慧能源相关标准体系、评估体系，统一规范已有单一的团体、协会标准，同时建立城市智慧能源控制服务平台的国家级标准。

（6）扶持重点项目实施落地，树立推广典型示范。通过扶持重点项目，树立示范典型，给予市场信心。培育城市智慧能源典型示范项目，通过第三方机构筛选具有良好示范意义的项目直接由能源主管部门挂牌督导。提升典型城市智慧能源项目的示范效应，促进城市智慧能源可持续发展。

（7）给予针对性鼓励措施，提升城市智慧能源项目抗风险能力。为行业提供更加有针对性的服务和专业指导；简化审批程序、降低电网接入门槛；增加未来预期，明确增量配电营业区边界和价格等能源政策；提振信心，明确管制和竞争界面。