面向柔性用能的光储直柔建筑探索

张涛

未来，风光电会成为电网主力，能源系统会成为供给侧低碳甚至零碳化的能源系统结构，低碳能源面临的主要问题将是调节和蓄能。建筑之前是单纯的用户角色，未来需要从需求侧主动适应未来能源系统低碳化发展要求，从用户变成未来能源系统中集生产、消费和调蓄三位一体的功能复合体，成为能源系统重要的一部分。

充分发挥建筑在未来能源系统中的重要作用，构建光储直柔的建筑新型配电系统或者建筑新型能源系统，是实现零碳能源的重要途径。针对不同类型的建筑以及这些建筑组成的建筑群区域甚至城市规模，我们需要探索如何构建相应的光储直柔系统解决方案。

对“光”的认识。建筑可以通过尽可能多地在建筑表面发展光伏，实现对可再生资源的利用。实现建筑表面的光伏产能波动和建筑用能之间更好的匹配，则是构建光储直柔系统的第一步。

我们目前对不同类型建筑和不同建筑用能特点得出的初步研究结论是：建筑大致可以分为利用可再生能源光伏作为消纳型和输出型两大类。办公建筑大于六层、商场大于三层、公寓住宅大于十层的建筑可以归为消纳型光伏利用类型，这些建筑通过光储直柔或其他技术利用，可以变成自身完全消纳光伏、不够的部分从外电网取电的建筑类型。其他建筑则可划分到输出型的光伏利用类型。常见建筑包括农村建筑，有望成为重要的光伏发电分布式能源基地，变成未来能源系统中有效的电力输出节点。

对“储”的认识。重新从建筑层面整体来认识储能资源，要充分挖掘建筑里面或建筑周围可利用的资源，包括电动汽车、空调系统和建筑热容自身之间，以及可储电的装置或者设备，对建筑各类储能资源从容量上或者可调功率上建立统一认识，把建筑变成一种等效电池概念，在能源系统中进行重新定位。

針对建筑里面可利用的储能或者蓄能资源，研究认为，建筑可利用的储能和蓄能资源不光有蓄电池或者电动汽车蓄电池资源，还包括建筑里面可利用的本体资源，以及蓄冷和蓄热的资源，包括家里的电器设备、储电设备等，都可以从“储”的角度重新认识和评估。

关于建筑中可利用的储能或蓄能的技术手段，以集中空调系统为例，初步研究结论表示，在建筑本体热容和空调系统作用下，建筑可以通过冷量增减、平移或离散等措施实现空调控制任务或者目标，保障室内温度在26℃左右的需求，通过空调系统实现小时尺度能量的转移，为未来实现光储直柔建筑里面的空调系统储能资源的评估或者调度提供较好基础。

我们也可以重新认识电动车在能源系统中作为可有效调动储能资源的作用。未来交通出行电气化将呈现势不可挡的趋势，从建筑用能角度来说，很多私家车停在建筑周围的停车场，同时电力系统发展需要柔性可调节或者灵活负载。综合以上特点，未来电动车应该是实现交通层面、建筑层面以及电力层面之间协同互动的重要载体。车和建筑之间的关系，涉及到车行为规律以及在此基础上的用电情况。当前的初步评估已发现，车在各个建筑节点之间转移的活动规律、平均停留时间反映了车可以作为未来建筑有效的蓄能资源。在此基础上，可以对可响应充电调节设备，包括双向充放电的充电桩和车的关系进行更多初步研究工作。

对“直”的认识。要初步认识可再生能源的直流化趋势，建筑能源系统相关的机电设备，包括常见的直流LED照明，以及常见于直流变频空调等的高效机电设备，都是直流化趋势。源侧和机电设备两方面共同发展，给直流化带来了新的发展机遇。在此基础上，直流相关技术方面也有进展，包括建筑节能协会标准《民用建筑直流配电设计标准T/CABEE 030-2022》的颁布实施。直流相关研究方面，未来将针对配电设备或者接口标准等，包括更多建筑里面可利用的直流机电设备或者电器开展进一步研发。

对“柔”的认识。首先是要界定清楚边界，建筑和能源系统之间，如果有季度或者更长时间尺度的供需不匹配问题，可靠外部条件解决。而光储直柔系统的主要任务是解决建筑的日内不匹配问题。怎么刻画建筑柔性，以及在建筑自身可调节柔性措施和设备的层面上怎么利用建筑自身可利用的资源，满足电网期望实现的用电曲线，这是需要进一步探讨的问题。

对于光储直柔建筑的几个层面，未来我们希望能提出一些明确的指导性原则，在充分利用光伏“应装尽装”的基础上，有效区分出建筑是产能还是消费者的角色，实现产能明确的目的，挖掘出具有潜力的合理配置，主动响应和实现供需匹配。