暖通空调HV&AC2022年第52卷第7期引用本文：龙惟定.碳中和城市建筑能源系统(2)：网络篇[J门.暖通空调，2022,52(7)：1-17.D0l:10.19991/j.hvac1971.2022.07.01碳中和城市建筑能源系统(2)：网络篇龙惟定☆(同济大学，上海)摘要：本文是碳中和城市建筑能源系统系列文章的第二篇，分别概要介绍了城市能源系统中的电网、热网和燃气网在碳中和背景下的新概念、新技术及新方法。强调未来的能源网以电网为主，三网融通，构成城区的能源互联网。综述了智能电网的灵活性、热泵在智能电网中的重要作用、城区能源总线中的负荷多样性和保持网络水温的技术、基于CO2的区域能源网络，以及城区层面氢燃料的制备、输送、储存等技术问题。Building energy system of carbon neutrality cities (2):NetworkLong Weiding(Tongji University.Shanghai)Abstract:This article is the second in a series of articles on the building energy system of carbon neutralitycities,outlining new concepts,technologies and approaches for the power grid,heating/cooling and gasnetworks of urban energy systems in the context of carbon neutrality.It is emphasized that the future energynetwork is smart-grid-based and the three networks are integrated to form an energy internet in urban areas.The article reviews the flexibility of smart grids,the important role of heat pumps in smart grids,the loaddiversity in the energy bus (EBus)and the technologies to maintain EBus network water temperature.COz-based district energy networks,and the technical issues such as preparation,delivery,storage of hydrogenfuel at district level.Keywords:carbon neutrality:building energy system;smart grid:flexibility:heat pump:energy bus(EBus):load diversity:hydrogen0引言力法》第25条规定：一个供电营业区内只设立一个本文是碳中和城市建筑能源系统系列文章中供电营业机构。即电力系统是高度垄断的。而碳的第二篇，即综合能源系统的源-网-荷-储-用五大中和能源结构中可再生能源电力占有重要地位，尤环节中的第二环。与传统能源系统相同的是，碳中其是建筑屋顶光伏、建筑光伏一体化(BIPV),使大和城市建筑能源系统还是以电网（城区尺度上是配量小规模发电设施并人配电网，建筑成为能源资产电网)、燃气网和热网作为基础设施。主要差别在的一部分，千千万万用户成为既用电也发电的产消于：者(prosumer)。这些用户也有了自己的利益诉求。1)传统电力系统是发电厂的电力通过高压输它是一种从顶到底与互联互通结合的互联网供电电网到城区变电站，降低电压到中压（一般在35模式，电力流向是双向的。大量可变可再生电力的kV以下)，通过配电网络到用户变压器或子变电接入，给配电网带来前所未有的挑战：电网拥塞、电站，进一步降压到标准电压（我国标准为线电压压波动、频率不稳定、供需不平衡。传统电网好比380V、相电压220V),接人用户端。它是一种从顶到底的供电方式，电力流向是单向的。国家《电☆龙惟定，男，1946年生，硕士研究生，教授201112上海市闵行区联航路1505弄5号楼1607室E-mail:weidinglong@tongji.edu.cn收稿日期：2022-04-09编者按：扫描右上角二雏码，可阅读相关文章，修回日期：2022-05-11(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net暖通空调HV&AC2022年第52卷第7期本刊特稿大象，建筑可再生电力好比蚂蚁，蚂蚁多了，大象也1智能电网会不胜其扰。1.1什么是智能电网？2)由于热媒在传输过程中有较大能量损失，查阅各种关于智能电网的定义，感觉大多都语因此热网规模远小于电网。一般有4种形式：城区焉不详。一种普遍的认识是，将智能电网看成传统尺度的大型集中热网、单体建筑规模的中型集中热电网+ICT(信息通信技术)：另一种来自电力部门网、分楼层或分户的小型集中供暖系统，以及全分的理解是，智能电网就是“坚强电网”，即用数字化散方式供暖。在寒冷地区以供暖为主的城区，大型技术保证电网不受各种外部因素的干扰，保护电网集中区域供热系统比较普及，即中心能源站（大型安全。这些定义都有失偏颇。智能电网是碳中和锅炉房或热电联产)制热，通过管网输送到用户端城市能源系统的基础。它的发展取决于三大因素：热力站，再配送到终端供暖或热水设备。而除了大第一，城市能源系统的脱碳化。为了消除化石燃料型商务区等负荷密集场所，供冷系统还是以中型集燃烧的直接排放，需要实现城市建筑能源系统的全中以下的方式为主。除炎热地区外，即使采用大型面电气化。电力来源于可再生电力对电网的高比集中的区域供冷，也一定会结合区域供热。在碳中例渗透。可再生能源发电的间歇性、波动性和不稳和语境下，一个重要的措施就是要实现供暖电气定性给电网（尤其是配电网）的安全和可靠带来重化，摆脱化石燃料燃烧带来的CO2排放。供暖电气大的挑战。第二，城市能源系统的去中心化。用户化中采用热泵供暖是最好的技术选择。根据2021端大量小规模光伏接人配电网，使分布式能源系统年《中国统计年鉴》，2020年我国城市集中供热提取代了原有的集中式系统。同时，对用户端千千万供了蒸汽总量6.5亿G、热水总量34.5亿GJ,照万的产消者，要容许各种不同类型发电和储能系统此测算仅城市集中供热的CO2排放量就近3.5亿的无差别接入，给电网运行的稳定性和供需平衡带t。如果加上城镇和农村的散煤供暖，估计CO2排来挑战。第三，电力市场从单一利益主体变成多元放量将超过5.5亿t,占全国碳排放总量的5%~利益主体。管理电网的公用事业公司从经营者变6%。所以，建筑供暖电气化是实现城市建筑碳中身为服务者，用户从被动接受需求侧管理转变为主和的最主要的措施之一。由于使用热泵，相应地城动提供需求侧响应。智能电网要提供满足各类用市热网也需要转型。户需求的电能。电网给用户的不再仅仅是供电，而3)相对煤炭而言，天然气燃烧产生的CO2和是供冷、供热、供气等全方位的能源服务。这对电网污染物都比较少，因此被当作清洁能源。但在碳中的平台化、各种资源的整合和共享、各种能源载体的和语境下，天然气燃烧是建筑的直接碳排放，除了转换和替代、各方利益的博弈和共赢提出了很高的炊事等少量用途外，城市里不应再有天然气燃烧供要求。这三大因素要求在配电网层面必须具备很强暖/供热水（包括以供暖供冷为目的的热电联产）。的自愈能力，即可以在平时具有预防控制和故障自天然气管网将会改为电制气(P2G,power to gas)动恢复功能、在灾害和战争期间具有孤岛运行能力、管网，或将生物质气、氢气和人造甲烷注入和掺混在运行中其备多参数优化和决策支持的算力。因进天然气，或改造成氢气管道。但与天然气相比，此，智能电网必然依靠先进的数字化技术的支撑。这些改变无论在输气规模和气体物化性质方面都智能电网是体现在碳达峰、碳中和背景下能源有很多难点。从长远来看，输气管网的改造是最困转型方向的技术，它将能源系统的脱碳化、去中心难也是前景最不明朗的。化和数字化三大核心理念落地，是未来城市能源系在城区范围内，需要对电、热、气三网统一规统的骨干基础设施。划、统筹协调。以电网为主，三网融通，构成城区的1.2智能电网需要“弹性”和“灵活性”能源互联网。改变过去三网各自为政、重复计算负在碳中和语境下，智能电网因为去中心化的大荷、大马拉小车的能源规划方式。三网统一规划的量可再生能源发电接入，使得其供应侧和需求侧都基本原则是：第一，保证能源服务的品质：第二，能处于不确定状态。因此需要保持稳定性的“弹性”源系统碳排放量最小：第三，运营成本最低。国内和保证供需平衡的“灵活性”（或称“柔性”）。除了外有很多学者在开展这方面的研究。智能电网自身的应对能力外，还需要供需各方的辅(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net