低碳发展背景下的建筑“光储直柔”配用电系统关键技术分析李叶茂，李雨桐，郝斌，罗春燕(深圳市建筑科学研究院股份有限公司，广东深圳518049)摘要：在低碳发展的背景下，为适应高比例的可再生能源结构，建筑电气化已经成为未来的发展趋势。建筑电气化不仅要提高建筑电气化率，还要发展新型建筑配用电系统。长期以来，建筑配用电系统的设计以满足使用者的体验感、保障电气设备的安全性和可靠性为基本要求，同时与建筑节能紧密结合。未来为适应可再生能源在电网侧高比例渗透和在建筑周边分布式发展的新趋势，建筑配用电系统迫切需要发展新技术，其中“光储直柔”是关键。调研了“光储直柔”关键技术的现状和发展趋势，介绍了“光储直柔”的集成示范建筑案例。在此基础上，从城市角度进一步分析了“光储直柔”新型建筑配用电系统发展对城市电力系统的积极作用。关键词：低碳发展；分布式光伏：储能：低压直流：碳中和中图分类号：TM72文献标志码：AD0L:10.19421/j.cnki.1006-6357.2021.01.005发展，提高其灵活性、安全性、可靠性和高效性，从0引言而适应未来高比例的可再生能源渗透和差异化的供建筑是能源电力消费的主体之一。截至2018年，电服务需求。而且未来的建筑配用电系统也不再是单建筑运行过程（不含工业建筑和建筑建造）所消耗纯的消费者，它将会与城市电网深度融合为电网提供的商品能源达10亿t标准煤，占全国能源消费总量的支持和辅助服务，使能源系统直接受益：会与电动汽22%:其中建筑运行的电力消费量达1.7万亿kW,占车、分布式发电等互相协同，灵活整合多种能源：并全社会总用电量的26%[。建筑用电消费量仍在快速且促进城市建设和新能源技术发展。增长，近5年建筑用电量的年均增速超过了同期全社建筑配用电系统以建筑使用者和建筑内部电气设会总用电量的平均增速。备为服务对象，以保障建筑电气设备的使用体验、安在低碳发展成为全球共识的背景下，建筑领域电全性和可靠性为基本功能。长期以来，建筑配用电系气化也成为未来发展趋势。我国积极推动低碳事业发统的设计与建筑节能结合在一起，例如文献[3]分析展，承诺二氧化碳力争干2030年达到峰值，努力争取了建筑电气系统中电力变压器、电力电缆、电动机、2060年前实现碳中和。有研究表明，建筑领域高度电照明灯具等环节的节能措施：文献[4]提出了建筑配气化是能源系统低碳发展的前提。为实现巴黎协定的用电系统节能运行的评价指标体系。近年来，随着建2度目标乃至更严格的1.5度和碳中和目标，建筑领域筑节能的深人推进，低能耗建筑、近零能耗建筑、净需要达到2个“90%”的目标，即建筑用能量中电的比零能耗建筑等建筑节能新概念成为关注焦点。这些新重90%和建筑用电量中非化石电的比重90%[2]。型建筑除了节能水平进一步提高外，为了实现电力自建筑电气化的技术路径不仅仅包括推进电能替产，太阳能等可再生能源技术的应用比例更高56]。代、提高建筑电气化率，还要促进建筑配用电系统的对于建筑配用电系统而言，将要更多考虑可再生能源的接入和消纳问题，尤其在未来可再生能源高比例渗基金项目：国家重点研发计划项目(2019YFE0100300)。透的情景下。为此，本文针对高比例可再生能源结构Supported by the National Key Research and Development Programof China 2019YFE0100300).情景，分析建筑配用电系统应具备的关键技术，介绍[引文信息]李叶茂，李雨桐，部斌，等.低碳发展背景下的建筑“光储直柔”配用电系统关键技术分析[J门.供用电，221,38(1):32-38.LI Yemao,LI Yutong,HAO Bin,et a.Key technologies of building power supply and distribution system towards carbon neutraldevelopment [J].Distribution&Utilization,2021,38 (1):32-38.32第38卷第1期供用电2021年1月DISTRIBUTION UTILIZATION典型的实际工程案例并以深圳工商业建筑为例，分析会越来越多地应用于建筑场景，作为建筑配用电系统发展新型建筑配用电系统对城市电网的作用。重要组成部分：“直”指建筑配用电网的形式发生改变，从传统的交流配电网改为采用低压直流配电网：1新型建筑配用电系统的关键技术“柔”则是指建筑用电设备应具备可中断、可调节的未来在高比例可再生能源结构下，新型建筑配用能力，使建筑用电需求从刚性转变为柔性。本文将从电应具备4项新技术一一光、储、直、柔（见图1）。“光储直柔”4个方面介绍它们在建筑中的应用现状和其中“光”和“储”分别指分布式光伏和分布式储能发展趋势。便携式电子产品智能充放电控制器家用电器纯电动车顿电机图1新型建筑配用电系统Fig.1 Power supply and distribution system of new building1.1“光”筑兼具绿色、经济、节能、时尚等优势。太阳能光伏发电是未来主要的可再生电源之一，1.2“储”而体量巨大的建筑外表面是发展分布式光伏的空间资在未来的电力系统中，储能是不可或缺的组成部源。2018年建筑面积超过600亿m2),屋顶面积超过分。电池储能技术具有响应速度快、效率高、安装维100亿m2,估计可安装超过800GW的屋顶光伏，年发护要求低等优点，是电力系统的灵活性资源和备用电电量超8000亿kWh。因此，把太阳能的利用纳人建筑源。截至2018年，我国已投运的电化学储能项目规模的总体设计，把太阳能设施作为建筑的一部分，把建达107万kW[1。有研究预测我国2050年的电化学储筑、技术和美学融为一体，是未来建筑和能源系统的能容量有望达到3.2亿kW[.融合发展趋势[)电力系统的储能需求不只来自于电源侧和电网光伏组件成本的快速下降使得光伏建筑一体化变得侧，负荷侧同样需要储能。而在建筑中应用的储能属更加可行。与10年前相比，晶体硅光伏组件的效率提升于表后储能(behind-the-meter energy storage),是指了6%，2018年已有超20%效率的产品实现商业化：同期在用户所在场地建设，接入用户内部配电网，以用户光伏组件价格降低了94%，2018年已不到2元W[]。而内部配电网系统平衡调节为特征，通过物理储能、电且与光伏电站相比，建筑光伏通过与建筑设计、施工同化学电池或电磁能量存储介质进行可循环电能存储、时进行，又或安装在已有建筑屋面上，可以节省土地租转换及释放的设备系统。随着分布式光伏和电动汽车赁等一系列建设维护费用，比集中式光伏电站更具经济与建筑配用电系统的融合发展，储能有利于提高建筑优势。在新材料方面，碲化镉、铜铟稼硒等新型光伏电配用电系统的可靠性，同时允许建筑以虚拟电厂的角池技术在国内外也正处于快速发展阶段，未来光伏的转色参与电力系统的辅助服务。换效率和经济性有望进一步突破。考虑到低碳发展机遇未来储能电池技术呈现出成本降低和收益增加的和技术拐点的即将到来，未来光伏将会越来越多地应用趋势，因此未来建筑对于储能电池的需求会越来越大。在建筑中，并且成为建筑的重要组成部分[)]。光伏建成本上得益于电动汽车和电源电网侧储能的快速发展，供用电33DISTRIBUTION UTILIZATION2021年1月