面向柔性用能的光儲直柔建筑探索

張濤

未來，風光電會成為電網主力，能源系統會成為供給側低碳甚至零碳化的能源系統結構，低碳能源面臨的主要問題將是調節和蓄能。建筑之前是單純的用戶角色，未來需要從需求側主動適應未來能源系統低碳化發展要求，從用戶變成未來能源系統中集生產、消費和調蓄三位一體的功能復合體，成為能源系統重要的一部分。

充分發揮建筑在未來能源系統中的重要作用，構建光儲直柔的建筑新型配電系統或者建筑新型能源系統，是實現零碳能源的重要途徑。針對不同類型的建筑以及這些建筑組成的建筑群區域甚至城市規模，我們需要探索如何構建相應的光儲直柔系統解決方案。

對“光”的認識。建筑可以通過盡可能多地在建筑表面發展光伏，實現對可再生資源的利用。實現建筑表面的光伏產能波動和建筑用能之間更好的匹配，則是構建光儲直柔系統的第一步。

我們目前對不同類型建筑和不同建筑用能特點得出的初步研究結論是：建筑大致可以分為利用可再生能源光伏作為消納型和輸出型兩大類。辦公建筑大于六層、商場大于三層、公寓住宅大于十層的建筑可以歸為消納型光伏利用類型，這些建筑通過光儲直柔或其他技術利用，可以變成自身完全消納光伏、不夠的部分從外電網取電的建筑類型。其他建筑則可劃分到輸出型的光伏利用類型。常見建筑包括農村建筑，有望成為重要的光伏發電分布式能源基地，變成未來能源系統中有效的電力輸出節點。

對“儲”的認識。重新從建筑層面整體來認識儲能資源，要充分挖掘建筑里面或建筑周圍可利用的資源，包括電動汽車、空調系統和建筑熱容自身之間，以及可儲電的裝置或者設備，對建筑各類儲能資源從容量上或者可調功率上建立統一認識，把建筑變成一種等效電池概念，在能源系統中進行重新定位。

針對建筑里面可利用的儲能或者蓄能資源，研究認為，建筑可利用的儲能和蓄能資源不光有蓄電池或者電動汽車蓄電池資源，還包括建筑里面可利用的本體資源，以及蓄冷和蓄熱的資源，包括家里的電器設備、儲電設備等，都可以從“儲”的角度重新認識和評估。

關于建筑中可利用的儲能或蓄能的技術手段，以集中空調系統為例，初步研究結論表示，在建筑本體熱容和空調系統作用下，建筑可以通過冷量增減、平移或離散等措施實現空調控制任務或者目標，保障室內溫度在26℃左右的需求，通過空調系統實現小時尺度能量的轉移，為未來實現光儲直柔建筑里面的空調系統儲能資源的評估或者調度提供較好基礎。

我們也可以重新認識電動車在能源系統中作為可有效調動儲能資源的作用。未來交通出行電氣化將呈現勢不可擋的趨勢，從建筑用能角度來說，很多私家車停在建筑周圍的停車場，同時電力系統發展需要柔性可調節或者靈活負載。綜合以上特點，未來電動車應該是實現交通層面、建筑層面以及電力層面之間協同互動的重要載體。車和建筑之間的關系，涉及到車行為規律以及在此基礎上的用電情況。當前的初步評估已發現，車在各個建筑節點之間轉移的活動規律、平均停留時間反映了車可以作為未來建筑有效的蓄能資源。在此基礎上，可以對可響應充電調節設備，包括雙向充放電的充電樁和車的關系進行更多初步研究工作。

對“直”的認識。要初步認識可再生能源的直流化趨勢，建筑能源系統相關的機電設備，包括常見的直流LED照明，以及常見于直流變頻空調等的高效機電設備，都是直流化趨勢。源側和機電設備兩方面共同發展，給直流化帶來了新的發展機遇。在此基礎上，直流相關技術方面也有進展，包括建筑節能協會標準《民用建筑直流配電設計標準T/CABEE 030-2022》的頒布實施。直流相關研究方面，未來將針對配電設備或者接口標準等，包括更多建筑里面可利用的直流機電設備或者電器開展進一步研發。

對“柔”的認識。首先是要界定清楚邊界，建筑和能源系統之間，如果有季度或者更長時間尺度的供需不匹配問題，可靠外部條件解決。而光儲直柔系統的主要任務是解決建筑的日內不匹配問題。怎么刻畫建筑柔性，以及在建筑自身可調節柔性措施和設備的層面上怎么利用建筑自身可利用的資源，滿足電網期望實現的用電曲線，這是需要進一步探討的問題。

對于光儲直柔建筑的幾個層面，未來我們希望能提出一些明確的指導性原則，在充分利用光伏“應裝盡裝”的基礎上，有效區分出建筑是產能還是消費者的角色，實現產能明確的目的，挖掘出具有潛力的合理配置，主動響應和實現供需匹配。