面向柔性用能的光儲直柔建筑探索

張濤

未來，風(fēng)光電會成為電網(wǎng)主力，能源系統(tǒng)會成為供給側(cè)低碳甚至零碳化的能源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，低碳能源面臨的主要問題將是調(diào)節(jié)和蓄能。建筑之前是單純的用戶角色，未來需要從需求側(cè)主動適應(yīng)未來能源系統(tǒng)低碳化發(fā)展要求，從用戶變成未來能源系統(tǒng)中集生產(chǎn)、消費和調(diào)蓄三位一體的功能復(fù)合體，成為能源系統(tǒng)重要的一部分。

充分發(fā)揮建筑在未來能源系統(tǒng)中的重要作用，構(gòu)建光儲直柔的建筑新型配電系統(tǒng)或者建筑新型能源系統(tǒng)，是實現(xiàn)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(qū)域甚至城市規(guī)模，我們需要探索如何構(gòu)建相應(yīng)的光儲直柔系統(tǒng)解決方案。

對“光”的認(rèn)識。建筑可以通過盡可能多地在建筑表面發(fā)展光伏，實現(xiàn)對可再生資源的利用。實現(xiàn)建筑表面的光伏產(chǎn)能波動和建筑用能之間更好的匹配，則是構(gòu)建光儲直柔系統(tǒng)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(jié)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(shù)利用，可以變成自身完全消納光伏、不夠的部分從外電網(wǎng)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(nóng)村建筑，有望成為重要的光伏發(fā)電分布式能源基地，變成未來能源系統(tǒng)中有效的電力輸出節(jié)點。

對“儲”的認(rèn)識。重新從建筑層面整體來認(rèn)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(diào)系統(tǒng)和建筑熱容自身之間，以及可儲電的裝置或者設(shè)備，對建筑各類儲能資源從容量上或者可調(diào)功率上建立統(tǒng)一認(rèn)識，把建筑變成一種等效電池概念，在能源系統(tǒng)中進(jìn)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(rèn)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(shè)備、儲電設(shè)備等，都可以從“儲”的角度重新認(rèn)識和評估。

關(guān)于建筑中可利用的儲能或蓄能的技術(shù)手段，以集中空調(diào)系統(tǒng)為例，初步研究結(jié)論表示，在建筑本體熱容和空調(diào)系統(tǒng)作用下，建筑可以通過冷量增減、平移或離散等措施實現(xiàn)空調(diào)控制任務(wù)或者目標(biāo)，保障室內(nèi)溫度在26℃左右的需求，通過空調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn)小時尺度能量的轉(zhuǎn)移，為未來實現(xiàn)光儲直柔建筑里面的空調(diào)系統(tǒng)儲能資源的評估或者調(diào)度提供較好基礎(chǔ)。

我們也可以重新認(rèn)識電動車在能源系統(tǒng)中作為可有效調(diào)動儲能資源的作用。未來交通出行電氣化將呈現(xiàn)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(tǒng)發(fā)展需要柔性可調(diào)節(jié)或者靈活負(fù)載。綜合以上特點，未來電動車應(yīng)該是實現(xiàn)交通層面、建筑層面以及電力層面之間協(xié)同互動的重要載體。車和建筑之間的關(guān)系，涉及到車行為規(guī)律以及在此基礎(chǔ)上的用電情況。當(dāng)前的初步評估已發(fā)現(xiàn)，車在各個建筑節(jié)點之間轉(zhuǎn)移的活動規(guī)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(chǔ)上，可以對可響應(yīng)充電調(diào)節(jié)設(shè)備，包括雙向充放電的充電樁和車的關(guān)系進(jìn)行更多初步研究工作。

對“直”的認(rèn)識。要初步認(rèn)識可再生能源的直流化趨勢，建筑能源系統(tǒng)相關(guān)的機電設(shè)備，包括常見的直流LED照明，以及常見于直流變頻空調(diào)等的高效機電設(shè)備，都是直流化趨勢。源側(cè)和機電設(shè)備兩方面共同發(fā)展，給直流化帶來了新的發(fā)展機遇。在此基礎(chǔ)上，直流相關(guān)技術(shù)方面也有進(jìn)展，包括建筑節(jié)能協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑直流配電設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)T/CABEE 030-2022》的頒布實施。直流相關(guān)研究方面，未來將針對配電設(shè)備或者接口標(biāo)準(zhǔn)等，包括更多建筑里面可利用的直流機電設(shè)備或者電器開展進(jìn)一步研發(fā)。

對“柔”的認(rèn)識。首先是要界定清楚邊界，建筑和能源系統(tǒng)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(tǒng)的主要任務(wù)是解決建筑的日內(nèi)不匹配問題。怎么刻畫建筑柔性，以及在建筑自身可調(diào)節(jié)柔性措施和設(shè)備的層面上怎么利用建筑自身可利用的資源，滿足電網(wǎng)期望實現(xiàn)的用電曲線，這是需要進(jìn)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(dǎo)性原則，在充分利用光伏“應(yīng)裝盡裝”的基礎(chǔ)上，有效區(qū)分出建筑是產(chǎn)能還是消費者的角色，實現(xiàn)產(chǎn)能明確的目的，挖掘出具有潛力的合理配置，主動響應(yīng)和實現(xiàn)供需匹配。