“系统旨在构建一种富有弹性的城市电网，把每个用户看作一个电力海绵体，把城市的用电侧部分看作是整体的电力海绵……”在前不久召开的“创想中国”国家电网站发布会暨国家电网有限公司科技成果转化推介会上，来自国网上海市电力公司的发布者，为来自国内外能源电力科学一流高校、能源行业上下游企业、投资机构等单位的代表们介绍“海绵城市电网”这个新鲜的概念。
今夏，上海电网用电负荷最大峰谷差48%，较去年同期增大4%。电力负荷峰谷差逐年增大，单纯依靠供电侧调节负荷愈加艰难。国网上海电力另辟蹊径，在用电负荷管理系统的帮助下开展了需求响应试点工作：6月18日实施105.9万千瓦的正向调控，实现填谷；8月17日实施34.45万千瓦的负向调控，实现削峰。国网上海电力完成的试点双向调控，为全力打造“海绵城市电网”积累了宝贵经验。
负荷峰谷差大 “尖峰”时刻不长
上世纪90年代，上海电网一度出现120万千瓦的用电缺口。为了确保大电网安全，调度只能采用拉闸断电的“终极”手段。那么，如何才能实现负荷管理的“软着陆”呢？1996年，国网上海电力终于找到了一套可行的方法——依托用电负荷管理系统，监测和控制城市的电力负荷。
经过22年的建设，上海市用电负荷管理系统已拥有1个主站、14个通信基站、近28500台负荷管理终端，基本覆盖了上海电网10千伏及以上电力客户。目前，系统最高负荷监测能力和可控能力分别可以达到1450万千瓦和370万千瓦。据介绍，1996年至今，该系统共限电301次，累计限电负荷达2612万千瓦。目前，系统功能已全部达到公司用电信息采集系统功能要求，具备负荷实时采集及远程控制功能。
上海电网面临峰谷差逐年增大的问题。过大的峰谷差，造成本地机组频繁昼开夜停，严重影响机组的安全性，限制了低谷轻负荷时段对区外清洁能源的消纳，影响了电网运行方式的安排。此外，负荷“尖峰”累计时间不长也是一个问题。2013年至2017年，单一自然年中，占上海电网最大负荷95%以上的负荷持续时间一般在20小时左右。今年以来，3000万千瓦及以上的用电负荷仅维持5小时。多达18%的本地电网供电能力在99.94%的时间处于闲置状态。
为满足短暂的“尖峰”需求而投入电网建设成本并不经济。既然“供”不能随意增加，那就要在“需”上做文章。2014年，一种全新的“认购模式”在上海负荷管理系统中应运而生。“认购模式”允许部分大客户自由交易削减的负荷指标，实施主动需求响应。
根据上海市经信委需求响应试点工作方案，国网上海电力选取了超过30家工业客户、50家商业或楼宇客户作为试点单位，并对以上客户进行了历史数据分析和负荷变化跟踪，为需求响应试点工作提供数据支撑。强大的上海市用电负荷管理系统，为需求响应试点工作提供了技术保障。
客户“主动举手” 响应负荷填谷
以往，上海市开展的电力需求侧响应工作都是以电力公司为主导，客户“被点名”，而现在的需求响应多是客户“主动举手”，自觉参与。
今年6月18日零点钟声刚过，一场电网填谷行动在申城悄然开始。在位于浦东东方路的上海儿童医学中心里，上海首个采用冰蓄冷超低温技术的中央空调系统启动制冰，3台螺杆制冰机全部投入运行；同一时刻，在位于国江路的公交充电站内，70台大功率直流充电桩启动约时充电……
这是国网上海电力首次实施大规模填谷式电力负荷需求响应。整个行动从18日零时持续至6时15分，期间共有88户自主申报客户、5家负荷集成商参与，涵盖工业生产移峰、自备电厂、冷热电三联供、冰蓄冷空调机组、电力储能设施、公共充电站、小区直供充电桩等全类型可控负荷。此次负荷需求响应最大提升负荷105.93万千瓦，响应时段平均填谷负荷87.28万千瓦，填谷负荷量占夜间电网低谷负荷总量的8.42%。
大规模填谷式电力负荷需求响应的成功实施，不仅直接而有效地平衡了电力负荷，缓解低谷时段电网运行调节压力，也为今后加强需求响应精细化管理，完善可再生能源消纳机制，促进节能减排做出了有益的探索和尝试。
具备双向调控能力 打造“海绵城市电网”
“我们在构思一个‘负荷海绵城市’的理念，这将为我们的负荷管理开辟一条新的道路。”上海市用电负荷管理中心赵建立说。
海绵是有弹性的，可以在干的时候吸收水分，也可以在有水分的时候挤出水。如果将每个电力客户都看作是一块小负荷海绵，那整个城市的用电侧就是一块大负荷海绵，在用电负荷管理系统的统筹下，负荷海绵就可以有效参与电网运行，实现“需求弹性，协同供需”。
8月17日12时至13时，国网上海电力在当日负荷高峰时段成功实施削峰需求响应。本次需求响应正值台风“温比亚”影响上海，市场化负荷调节在构建特大城市安全应急体系建设中的潜力，以及在台风等突发灾害情况下上海地区用电侧负荷应急需求的响应能力得到充分验证。这标志着上海“海绵城市电网”规模化双向负荷调控能力已初步具备。
今夏，国网上海电力开展了三次不同规模、不同类型需求响应试点，探索构建需求响应优先、有序用电保底的需求侧管理机制，实现了全类型城市可控负荷资源的全面覆盖。
为了不断完善电力负荷管理手段，破解电力“供”与“用”之间的难题，国网上海电力正在探索一条负荷管理市场化交易的道路，使负荷管理由行政干预转变为市场调节，最终实现需求方电力负荷的市场化。
清华大学建筑环境与设备工程研究所教授 张寅平：如何控制室内空气污染？
上海市政工程设计研究院高级工程师吕永鹏：那些走心又有趣的海绵城市设计
（via深圳建科院、华润“春笋”总部、鲲鹏资本）
（via深圳建科院）
（via城设设计集团）
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