中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 近年來，應(yīng)對溫室氣體排放所帶來的氣候變化，已成為各國關(guān)注的焦點。2020年9月，國家主席習(xí)近平在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上莊嚴(yán)承諾中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”（即“雙碳”目標(biāo)），不僅體現(xiàn)了我國作為世界大國的擔(dān)當(dāng)，同時也符合我國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的需要。為具體推動“雙碳”目標(biāo)的落實，2020年底，習(xí)近平總書記在中央經(jīng)濟(jì)工作會議提出，要抓緊制定2030年前碳排放達(dá)峰行動方案，支持有條件的地方率先達(dá)峰；2021年《政府工作報告》中提出，在“十四五”期間，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗和二氧化碳排放要分別降低13.5%和18%。

城市作為人類經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動的集中區(qū)域與能源消耗的主體，在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)中有著舉足輕重的地位。部分學(xué)者對此開展了一定的研究。例如：分析深圳能耗與碳排放的特點與發(fā)展趨勢，并與國內(nèi)外其他城市進(jìn)行對比，指出了深圳實現(xiàn)碳中和所面臨的挑戰(zhàn)；分析長三角區(qū)域內(nèi)主要城市碳排放特點，為無錫市實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提出建議；總結(jié)國外不同城市碳中和政策，為我國城市碳中和提出政策性建議。實現(xiàn)城市的碳中和，是一個長期的、系統(tǒng)性的復(fù)雜目標(biāo)，必須提前做好完善的技術(shù)路徑規(guī)劃。然而，目前與城市相關(guān)的研究多為政策性綜述為主，關(guān)于具體技術(shù)路徑的研究較少。

本文將研究城市能源系統(tǒng)碳中和的技術(shù)路徑問題，為推動我國城市碳中和進(jìn)程提供參考依據(jù)。首先，本文分析了城市能源系統(tǒng)的特點，探討城市實現(xiàn)碳中和的具體挑戰(zhàn)；然后，以澳門特別行政區(qū)（簡稱“澳門”）為例分析城市能源消耗與碳排放結(jié)構(gòu)的特點與發(fā)展趨勢；最后，提出針對城市實現(xiàn)碳中和的智慧化技術(shù)路徑。

城市是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的主戰(zhàn)場

城市是人類經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動的主要聚集地，在全球能源消耗、碳排放等方面均占據(jù)主導(dǎo)地位。在我國，城市容納了64%的人口，消耗了85%的能源，貢獻(xiàn)了約85%碳排放。未來，伴隨著中國城市化進(jìn)一步發(fā)展，這一比例將進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，城市毫無疑問是我國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主戰(zhàn)場。

設(shè)計城市能源系統(tǒng)實現(xiàn)碳中和的技術(shù)路徑必須考慮城市在能源系統(tǒng)中的特點，主要包括：城市為能源系統(tǒng)的需求側(cè)；城市用地規(guī)劃較為緊張；外購電力在城市能源消費中占比明顯。這對城市實現(xiàn)碳中和帶來巨大挑戰(zhàn)和更高要求，主要包括以下3個方面。

設(shè)計城市的碳中和路徑，要求著重考慮針對需求側(cè)的節(jié)能減排技術(shù)。大部分城市作為生產(chǎn)活動的中心，在國家的整個能源體系中，屬于需求側(cè)。一般而言，需求側(cè)的能源消費量遠(yuǎn)高于生產(chǎn)量；因此，與能源的“開源”相比，“節(jié)流”顯得更為關(guān)鍵。同時，城市內(nèi)能源消費的形式多種多樣且一般包含大量靈活性資源。因此，采用城市不同領(lǐng)域能源消費的技術(shù)革新，結(jié)合先進(jìn)的需求側(cè)資源調(diào)度方法，可促進(jìn)城市碳中和的實現(xiàn)。

設(shè)計城市的碳中和路徑，應(yīng)注重發(fā)展分布式新能源。對于許多高人口密度都市（如澳門）而言，城市用地規(guī)劃較為緊張。因此，一般沒有足夠的空間建立大規(guī)模、集中式的新能源發(fā)電站。考慮到城市樓宇眾多，具備發(fā)展屋頂光伏等分布式新能源的有利條件。然而，分布式新能源一般在空間上較為分散，實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化運行的難度較大。因此，設(shè)計城市的碳中和路徑，應(yīng)在考慮推廣分布式新能源的同時，著重輔以高效的運行控制手段，實現(xiàn)分布式新能源的就地高效消納，從而降低本地電力生產(chǎn)的碳排放。

設(shè)計城市碳中和的路徑，必須將外購電力等的間接碳排放納入考慮，實現(xiàn)真正意義的碳中和。城市大量外購以電力為主的二次能源，雖然不造成本地直接碳排放，但是如果所購買電力源自化石能源燃燒，則也將造成電力生產(chǎn)地的碳排放。如果一座城市只關(guān)注自身化石能源消費帶來的直接碳排放，而忽略因為外購電力等造成的間接碳排放，則顯然無法達(dá)到名副其實的碳中和，也不利于國家“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。

澳門城市能源消費與碳排放分析

澳門是粵港澳大灣區(qū)的中心城市之一，澳門特區(qū)政府積極響應(yīng)國家“雙碳”目標(biāo)。在2021年7月舉行的第12屆國際基礎(chǔ)設(shè)施投資與建設(shè)高峰論壇上，澳門特別行政區(qū)首席長官賀一誠強(qiáng)調(diào)：“澳門將認(rèn)真做好碳達(dá)峰、碳中和的工作”；特區(qū)政府在2022年施政報告中指出要積極配合國家環(huán)保總體戰(zhàn)略，制訂長期減排策略。本文后續(xù)章節(jié)，以澳門為例分析城市能源消費與碳排放的特點，并設(shè)計相應(yīng)的碳中和路徑。澳門是一個高度發(fā)展的沿海小微城市，在我國東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域（特別是以旅游業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)為主的城市中）具有一定的代表性，相關(guān)研究成果對其他相似城市也具有重要的借鑒意義。

澳門經(jīng)濟(jì)與能源消費總覽

由于澳門在2020與2021年受新冠肺炎疫情影響嚴(yán)重，其經(jīng)濟(jì)能耗數(shù)據(jù)不具備代表性。因此，本文將主要以2019年的經(jīng)濟(jì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。澳門總面積32.9平方公里，總?cè)丝诩s68萬，其每平方公里平均人口超過2萬，人均國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）高達(dá)54萬元人民幣（2019年），是世界上人口密度最高、人均GDP最高的地區(qū)之一。澳門的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)具有以第三產(chǎn)業(yè)為主體的發(fā)達(dá)城市的典型特征：在2019年，第三產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)了超過95%的GDP；而第二產(chǎn)業(yè)占比不足5%（圖1）。

回歸20多年以來，澳門經(jīng)濟(jì)取得了高速發(fā)展，但其單位GDP能耗呈逐年下降趨勢（圖2）；同時，澳門的人均能耗顯著低于世界主要經(jīng)濟(jì)體，甚至低于我國平均水平（圖3）。澳門整體單位能效較高，其經(jīng)濟(jì)增長不完全依賴于能耗增長，這為澳門率先實現(xiàn)碳中和提供了良好的基礎(chǔ)條件。

然而，由于澳門人口密度較高，其單位面積能耗較大。例如，澳門單位面積年用電量達(dá)1.6866億千瓦時/平方公里，約為深圳的3倍，香港的4倍（圖4）。因此，澳門仍然面臨著巨大的節(jié)能減排壓力。

澳門能耗消費結(jié)構(gòu)分析

澳門能源消費以電力為主（圖5）。在2019年，電力消費占全澳能源消費總量的56.13%。此外，輕柴油、車用汽油等交通能源消費占比明顯，分別達(dá)到11.01%和9.70%；天然氣消耗占比達(dá)14.33%，多用于本地發(fā)電。

澳門的電力來源以外購電力為主，占比超過90%；其他由本地燃油、天然氣、垃圾焚化發(fā)電組成（圖6）。大量的外購電力將城市碳排放轉(zhuǎn)移到了城市外部。

圖7展示了2019年澳門電力消費結(jié)構(gòu)。其中，商業(yè)電力消費占比為73%（主要為商業(yè)樓宇消費），住戶和政府機(jī)構(gòu)耗電占比分別為16.4%和6.8%。顯然，非居民建筑（包括商業(yè)建筑和政府建筑）的電力消耗，占據(jù)總電力消耗的絕大部分。

澳門能源系統(tǒng)碳排放結(jié)構(gòu)分析

本文聚焦于城市能源系統(tǒng)邁向碳中和的技術(shù)路徑，因此僅考慮與能源相關(guān)的碳排放。澳門的能源碳排放可分為2個最主要范疇：范疇1，代表本地化石能源燃燒造成的本地直接碳排放；范疇2，代表由外購電力所造成的間接碳排放。

過去10年，范疇1本地直接碳排放量為100—200萬噸/年，其主要來源為本地發(fā)電、海陸運輸、商業(yè)家庭及服務(wù)業(yè)（圖8）。其中，本地發(fā)電產(chǎn)生本地直接碳排放的30%—40%，占主導(dǎo)地位。范疇1的碳排放量已在2017年達(dá)到頂峰，此后振蕩下降。這說明澳門范疇1的碳排放量已經(jīng)提前達(dá)峰。

近年來，范疇2間接碳排放量約為400—500萬噸/年（根據(jù)澳門外購電量與南方電網(wǎng)碳排放因子估算），相當(dāng)于范疇1本地直接碳排放量的3—4倍。由于外購電力不斷增加，其總量仍呈逐年上升趨勢（圖9）。

澳門能耗與碳排放結(jié)構(gòu)總結(jié)

澳門能耗與碳排放結(jié)構(gòu)的特點總結(jié)如圖10所示。電力消費占澳門總能源消費比重超過一半；其中，10%的電力源自本地，帶來了約33%的本地直接碳排放；余下90%的電力為外購電力，帶來了相當(dāng)于本地直接碳排放3—4倍的外部間接碳排放。澳門80%以上的電力、部分液化石油氣和天然氣被大型建筑消耗，產(chǎn)生了約17%的本地直接碳排放，并帶來80%以上的間接碳排放。輕柴油、重油、車用汽油等主要被交通行業(yè)消耗，產(chǎn)生了約38%的本地直接碳排放。上述特點說明實現(xiàn)澳門碳中和必須從本地發(fā)電、外購電力、建筑、交通等關(guān)鍵方面著手。

澳門能源系統(tǒng)實現(xiàn)碳中和的路徑

本章考慮城市屬于能源系統(tǒng)需求側(cè)、用地資源緊張、外購電力占比高的特點，并結(jié)合澳門的實際情況，設(shè)計相應(yīng)的碳中和技術(shù)路徑。

針對范疇1碳排放的減排技術(shù)路徑

分布式清潔能源利用

屋頂光伏是一種成熟的分布式新能源，在推動城市碳中和方面有著可觀的發(fā)展?jié)摿Α０拈T可利用豐富的屋頂資源，大力推廣屋頂分布式光伏。根據(jù)測算，澳門屋頂總面積約為5.3平方公里，全年光伏有效利用小時數(shù)約為1150小時。Melius等認(rèn)為，大約60%—65%的商業(yè)樓宇屋頂和22%—27%的住宅屋頂適合發(fā)展屋頂光伏。假設(shè)澳門有約20%的屋頂面積安裝光伏板，發(fā)電量將達(dá)到約1.22億千瓦時，可減少約22.6%的本地發(fā)電所帶來的直接碳排放量。此外，薄膜式太陽能電池可貼合在建筑墻體表面進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，且光電轉(zhuǎn)化效率最高可達(dá)22%。澳門高層商業(yè)建筑密集，墻體表面積較大。推廣薄膜太陽能電池，有著可觀的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

陸上交通電氣化

目前，澳門的機(jī)動車輛絕大部分為燃油車，電動車普及率不足1%（圖11）。在澳門推廣陸上交通電氣化，可大幅減少化石燃料燃燒，實現(xiàn)節(jié)能減排。國內(nèi)外學(xué)者的研究也證實了陸上交通電氣化對于碳中和的顯著作用。例如，研究指出若我國采用電動車全面替代燃油車，則可減少16%的碳排放量；還有研究分析認(rèn)為美國加州采用電氣化可降低20.3%的碳排放量，并提升新能源的消納能力。參考香港在2021年發(fā)布的電動車普及化路線，假設(shè)澳門在2035年前后禁售燃油車（與香港一致），則澳門預(yù)計在2050年前后將實現(xiàn)陸上交通電氣化（圖12），可減少本地直接碳排放總量約19%。

陸上交通電氣化將使得未來電網(wǎng)與交通網(wǎng)緊密耦合，這極大地增加了未來城市電網(wǎng)與交通網(wǎng)絡(luò)的管理難度。未來城市應(yīng)該在考慮“電網(wǎng)—交通網(wǎng)”耦合約束的前提下，優(yōu)化電動車及其充電設(shè)施的建設(shè)與運行，減低甚至避免交通電氣化對耦合網(wǎng)絡(luò)帶來的負(fù)面影響；進(jìn)一步，以具備“移動儲能”特性的電動車為媒介，實現(xiàn)“電網(wǎng)—交通網(wǎng)”耦合網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合優(yōu)化，實現(xiàn)耦合網(wǎng)絡(luò)的良性協(xié)同。

推廣氫動力海上交通

作為一個港口城市，海上交通所帶來的碳排放約占澳門本地直接碳排放量的15%。近年來，氫動力技術(shù)在貨船運行中已取得了長足的發(fā)展。一方面，氫氣可以經(jīng)加壓液化后實現(xiàn)高密度的能量存儲，滿足海上交通長距離、大運量的要求，因此在海上交通中具有廣闊的應(yīng)用前景。在2018年，全球已有超過60萬臺燃料電池應(yīng)用在船舶或相關(guān)的海洋應(yīng)用中。假設(shè)澳門于2030年開始逐漸引進(jìn)并推廣氫動力船舶，則可減少本地直接碳排放總量約13%。另一方面，氫氣通過燃料電池技術(shù)提供動力后，將轉(zhuǎn)化為水，不產(chǎn)生任何直接碳排放；而氫氣可由近海風(fēng)電場等新能源發(fā)電通過電解制備，從而不產(chǎn)生間接碳排放。因此，澳門可大力引進(jìn)并推廣氫動力船舶，以實現(xiàn)海上交通零碳化。

發(fā)展低碳/零碳建筑

由于澳門的商業(yè)、公共、居民等建筑等消耗了相當(dāng)比例的化石能源和大部分電力，發(fā)展低碳甚至零碳建筑，也是澳門實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵之一。一方面，應(yīng)大力推動建筑電氣化改造，減少建筑的化石能源消費；另一方面，應(yīng)大力發(fā)展智慧樓宇能量管理，實現(xiàn)樓宇負(fù)荷的最優(yōu)控制，降低總電耗，減小間接碳排放。例如，利用建筑本身的儲熱/儲冷能力，可實現(xiàn)樓宇負(fù)荷的削峰填谷，提高樓宇綜合能效；采用電氣化、智慧樓宇能量管理等新技術(shù)，可實現(xiàn)樓宇零碳排放。發(fā)展低碳/零碳建筑在未來可減少澳門本地直接碳排放總量約17%。

城市配電網(wǎng)智能化改造

交通與建筑等的電氣化改造，將進(jìn)一步增大澳門的電力負(fù)荷需求，這將對配電網(wǎng)的供電能力提出更高要求。然而，澳門建筑極端密集，老舊建筑較多，升級配電網(wǎng)的難度較大且成本昂貴。因此，澳門一方面要大力推廣新型交直流混合配電技術(shù)，在相同配電建設(shè)條件下，大幅提升配電網(wǎng)的供電能力；另一方面，可利用分布式儲能、柔性負(fù)荷等技術(shù)，實現(xiàn)負(fù)荷削峰填谷，延緩配電網(wǎng)的升級改造需求。 

針對范疇2間接碳排放的技術(shù)路徑

綠電交易

為減少甚至消除城市范疇2間接碳排放，必須實現(xiàn)外購電力的零碳化，即要求澳門外購的電力主要來自風(fēng)能、光伏等零碳排放的綠色能源。以經(jīng)濟(jì)手段激勵城市電力用戶積極參與外部電網(wǎng)的綠電交易，促進(jìn)用戶從城市外部購買綠色電力，是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。近年來，綠電交易已在我國逐步開展試點。在2021年9月7日，南方電網(wǎng)與國家電網(wǎng)聯(lián)合組織召開了綠電交易試點啟動會，來自17個省份的259家市場主體完成了79.35億千瓦時綠電交易。預(yù)計將減少標(biāo)煤燃燒243.60萬噸，減排二氧化碳607.18萬噸。

為了更好地實現(xiàn)綠電交易，澳門需要與南方電網(wǎng)攜手，大力開展3方面技術(shù)研究。①大用戶綠電直購機(jī)制。企業(yè)等大用戶是電力消耗的主體。因此，在目前電力交易尚未充分市場化的階段，根據(jù)不同大用戶的用能特性，設(shè)計獨特的綠電協(xié)議電價與直購機(jī)制，不僅可保證大用戶的用電安全與購電經(jīng)濟(jì)性，同時可促進(jìn)綠電交易的開展。澳門目前通過與南方電網(wǎng)協(xié)議購電方式，購買內(nèi)地電力，在未來也可以作為一個大用戶，參與綠電直購。②綠電交易定價機(jī)制。定價機(jī)制是綠電交易的核心。針對未來電力市場逐漸成熟的場景，合理的定價機(jī)制能夠促進(jìn)綠電交易各方的積極性與綠色電力的消納。目前，已有許多針對一般電力交易的定價機(jī)制的研究工作。然而，針對綠電交易的定價機(jī)制研究較為少見。③綠色電力消費認(rèn)證技術(shù)。綠電交易的過程中需要提供綠電認(rèn)證以證明綠電消費的有效性。由于綠電消費過程涉及電網(wǎng)、監(jiān)審機(jī)構(gòu)、發(fā)/用電企業(yè)、交易平臺等主體，各主體均具有對綠電認(rèn)證狀態(tài)進(jìn)行實時查詢和異步更新的需求，這為綠電認(rèn)證狀態(tài)的真實性和一致性帶來了挑戰(zhàn)。利用區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化、高度自治、不可篡改的特點，將綠電認(rèn)證的核發(fā)、轉(zhuǎn)移、核銷過程記錄在區(qū)塊鏈上，可建立安全、可信、魯棒的分布式綠電認(rèn)證賬本。

電力市場輔助服務(wù)

由于部分城市中經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動的特殊性質(zhì)（如航空業(yè)），以目前的技術(shù)條件而言，尚無法完全消除其對應(yīng)的碳排放。因此，城市同樣需要提供一定量的碳匯資源，以實現(xiàn)碳中和。常見的碳匯資源包括綠色植被、碳捕集與封存技術(shù)等。然而，考慮到澳門城市用地緊張的特點，種植綠色植被、發(fā)展碳捕集與封存技術(shù)的應(yīng)用空間較小，無法大量穩(wěn)定提供碳匯資源。同時，澳門80%的電力都被樓宇建筑消耗，其中有相當(dāng)一部分負(fù)荷（如暖通空調(diào)設(shè)備、儲能、電動車等）屬于柔性可控負(fù)荷，可為電網(wǎng)提供靈活性資源，從而滿足城市碳匯資源需求（圖13）。

近年來，需求側(cè)靈活資源的利用成為研究的熱點。例如，Kohlhepp等總結(jié)了暖通空調(diào)作為靈活性資源參與輔助服務(wù)的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)，并詳細(xì)地介紹了世界范圍內(nèi)16個不同的相關(guān)應(yīng)用實例；Hu等總結(jié)了城市居民區(qū)內(nèi)潛在的靈活性資源，并詳細(xì)地回顧了相關(guān)的優(yōu)化調(diào)度方法；Gjorgievski等基于34個實際案例指出需求側(cè)的電熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)可為電網(wǎng)提供可觀的靈活性。由此，在未來澳門深度融入廣東電力市場的場景下，澳門可積極發(fā)展城市靈活性資源聚合與優(yōu)化調(diào)度控制技術(shù)，為電網(wǎng)提供需求側(cè)響應(yīng)、備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)，促進(jìn)風(fēng)光等新能源的消納。參考浙江省靈活性資源參與輔助服務(wù)的實例，每1兆瓦靈活性資源可提供約225噸/年的二氧化碳碳匯資源；假設(shè)澳門40%樓宇負(fù)荷（主要為具備靈活性的空調(diào)負(fù)荷）參與輔助服務(wù)，則可提供約4.32萬噸/年的碳匯資源。

碳中和技術(shù)路徑的智慧能源支撐技術(shù)

雖然本文3.1和3.2節(jié)中探討的重要技術(shù)與方法對實現(xiàn)城市碳中和發(fā)揮著不可或缺的作用，但也為未來城市能源系統(tǒng)構(gòu)建帶來巨大挑戰(zhàn)。例如，高比例分布式清潔能源具有的間歇性和不確定性，電動車和樓宇空調(diào)等需求側(cè)柔性可控負(fù)荷單體容量小、規(guī)模龐大、行為隨機(jī)，電氣化交通網(wǎng)絡(luò)及“電—氫—熱”等多能耦合模塊含有復(fù)雜的耦合網(wǎng)絡(luò)約束，以及新型電力系統(tǒng)引入大量非線性的電力電子單元，都對城市綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃、運行與控制提出了更高的要求。傳統(tǒng)能源系統(tǒng)相關(guān)理論與技術(shù)面臨顯著局限性，難以滿足當(dāng)下需求。

因此，為科學(xué)構(gòu)建城市實現(xiàn)碳中和的技術(shù)路徑，必須依靠以“物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能”等深度應(yīng)用為特征的智慧能源技術(shù)作為基礎(chǔ)支撐。例如，利用能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動城市綜合能源系統(tǒng)的信息化和數(shù)字化，實現(xiàn)能源生產(chǎn)、運輸、存儲、轉(zhuǎn)換、消費各環(huán)節(jié)的全域精細(xì)化態(tài)勢感知，為綜合能源系統(tǒng)的建模、運行、控制等提供基礎(chǔ)；利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，可發(fā)揮海量、多源、多維大數(shù)據(jù)的價值，實現(xiàn)能源系統(tǒng)精準(zhǔn)的用戶畫像繪制和供需預(yù)測等，為能源系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)劃和運行維護(hù)提供依據(jù)；利用人工智能技術(shù)，實現(xiàn)復(fù)雜能源系統(tǒng)運行優(yōu)化與在線控制，促進(jìn)多類型靈活資源互補(bǔ)互濟(jì)，提升系統(tǒng)綜合運行效率，進(jìn)而支撐碳中和目標(biāo)實現(xiàn)。

澳門碳排放預(yù)測

本地直接碳排放（范疇1）

以圖8中2015—2020年澳門本地碳排放為基礎(chǔ)，本節(jié)對澳門2021—2060年碳排放進(jìn)行趨勢預(yù)測。該預(yù)測基于以下假設(shè)：①參考中國香港在2021年發(fā)布的電動車普及化路線圖，假設(shè)設(shè)澳門在2035年禁售燃油車。②研究表明在2018年全球已有超過60萬臺燃料電池應(yīng)用在船舶或相關(guān)的海洋應(yīng)用中。假設(shè)從2030年開始，在澳門氫動力船舶逐漸替代燃油燃?xì)獯啊＂奂僭O(shè)澳門從今年開始大力推廣屋頂光伏。同時，薄膜太陽能電池的世界總產(chǎn)能在2015年已達(dá)11.7吉瓦并增長迅速。因此，本文假設(shè)薄膜太陽能技術(shù)將從2025年開始在澳門逐步應(yīng)用。④假設(shè)澳門樓宇建筑等通過電氣化與節(jié)能減排措施，可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上逐步實現(xiàn)樓宇零直接碳排放。⑤假設(shè)從2025年開始，澳門開始作為一個整體參與廣東電力市場輔助服務(wù)市場，參與服務(wù)的負(fù)荷由零逐漸上升到當(dāng)前樓宇負(fù)荷的40%。參考浙江178.1兆瓦靈活性資源減少3日總碳排放330噸，單位可控負(fù)荷年均碳減排量為225噸/兆瓦。

根據(jù)上述假設(shè)，澳門2021—2060年的本地直接碳排放預(yù)測如圖14所示。自2017年碳達(dá)峰之后，澳門碳排放量在2017—2019年呈下降趨勢。2020年與2021年受到新冠肺炎疫情的影響，澳門碳排放迅速下降。隨后，在2021—2025年，由于疫情得到控制，澳門碳排放逐漸上升，并再次達(dá)到峰值，但其碳排放水平的新峰值將顯著低于2019年。2025年開始，隨著陸上交通電氣化、海上交通氫動力化、本地清潔能源替代、低碳建筑推廣等技術(shù)的推廣，澳門本地直接碳排放逐年下降。同時，澳門電網(wǎng)作為一個整體，開始積極提供南方電網(wǎng)輔助服務(wù)，所帶來的碳匯資源逐年上升。在2050年左右，澳門本地直接碳排放將與其所提供的碳匯資源相互抵消，實現(xiàn)本地的碳中和。

外購電力間接碳排放（范疇2）

如本文3.2節(jié)所述，城市外購電力的碳中和依賴于城市與外部電網(wǎng)的協(xié)作。參考全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織在2021年4月發(fā)布的《中國2060年前碳中和研究報告》，預(yù)計在2050年前中國電力系統(tǒng)將實現(xiàn)近零排放，在2055年左右實現(xiàn)碳中和。考慮到澳門特區(qū)政府可通過經(jīng)濟(jì)手段激勵澳門電網(wǎng)從外部購買綠電，因此，我們預(yù)計澳門外購電力將先于2050年實現(xiàn)碳中和。

城市實現(xiàn)碳中和的路徑總結(jié)  

城市作為人類經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動的主要聚集地，是能源消耗與碳排放的主體。因此，城市是實現(xiàn)國家“雙碳”目標(biāo)的主戰(zhàn)場。本文以澳門為例，通過分析城市的經(jīng)濟(jì)、能耗與碳排放結(jié)構(gòu)，提出城市能源系統(tǒng)的碳中和技術(shù)路徑，為我國城市碳中和路徑的設(shè)計提供參考。綜合來看，實現(xiàn)城市能源系統(tǒng)碳中和的技術(shù)路徑有4個方面。

針對城市在整個能源系統(tǒng)中為用能需求側(cè)。實現(xiàn)城市碳中和需要以需求側(cè)管理為主，通過陸上交通電氣化、海上交通氫動力化、建筑低碳化技術(shù)手段，降低城市的直接碳排放。

針對城市用地資源緊張。需要有效利用城市建筑屋頂?shù)瓤臻g資源，發(fā)展分布式光伏等清潔能源，實現(xiàn)本地發(fā)電的清潔替代，降低本地發(fā)電所帶來的直接碳排放。

針對城市大量消費的外購電力。城市需要通過積極參與綠電交易、提供電力市場輔助服務(wù)的方式，一方面主動消費綠色電力，另一方面為外部電網(wǎng)提供碳匯資源，促進(jìn)城市在整個能源供應(yīng)鏈中承擔(dān)更重要責(zé)任，以實現(xiàn)城市真正意義上的碳中和。

針對現(xiàn)代技術(shù)運用于城市能源系統(tǒng)綜合管理。必須利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)等實現(xiàn)城市綜合能源系統(tǒng)的科學(xué)規(guī)劃、運行與控制，以先進(jìn)的智慧能源技術(shù)支撐各類城市碳中和技術(shù)的有效集成與應(yīng)用。

(作者：宋永華、張洪財、陳戈，澳門大學(xué)智慧城市物聯(lián)網(wǎng)國家重點實驗室。《中國科學(xué)院院刊》供稿）

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