中國儲能網(wǎng)訊：在過去的三十多年，中國建筑節(jié)能取得了卓越的成就，新建建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行率達(dá)到 100%，累計(jì)建設(shè)節(jié)能建筑面積達(dá)到 238 億平方米，節(jié)能建筑占比超過 63%，完成既有建筑節(jié)能改造近20 億平方米，建筑用能的可再生能源替代率超6%，建筑電氣化率接近50%。面向2060的碳中和未來，建筑需要從傳統(tǒng)的單一的電力消費(fèi)者，逐步融合光伏、儲能、電動車轉(zhuǎn)型為“產(chǎn)、消、調(diào)蓄”三位一體的新角色，通過全面建設(shè)“光儲直柔”的建筑新型能源系統(tǒng)，解決發(fā)展零碳新型電力系統(tǒng)中面對的缺少風(fēng)電光電安裝空間、缺少有效的調(diào)蓄能力等關(guān)鍵問題；也使建筑領(lǐng)域在全社會低碳發(fā)展大戰(zhàn)略下，不僅繼續(xù)在建筑節(jié)能上持續(xù)努力，同時(shí)還助力于新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，在開發(fā)可再生電力資源、實(shí)現(xiàn)可再生電力調(diào)蓄、有效消納風(fēng)電光電等方面辟出新徑，破解零碳新型電力發(fā)展中的難題。
“光儲直柔(PEDF)”是配置建筑光伏(Photovoltaic)和建筑儲能(Energy Storage)，采用直流配電系統(tǒng)(Direct Current)，且用電設(shè)備具備功率主動響應(yīng)功能(Flexibility)的建筑新型能源系統(tǒng)?！肮鈨χ比帷奔夹g(shù)是在建筑能效提升基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電能替代與電網(wǎng)友好交互的新型建筑配電技術(shù)，是建筑領(lǐng)域支持碳中和目標(biāo)的重要技術(shù)路徑。
在前期的政策、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)及試點(diǎn)示范工程等綜合研究的支撐下，2021年10月國務(wù)院發(fā)布的《2030 年前碳達(dá)峰行動方案》明確提出“提高建筑終端電氣化水平，建設(shè)集光伏發(fā)電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的“光儲直柔”建筑。這是“光儲直柔”首次寫入國家級行動方案。在過去一年中，數(shù)十項(xiàng)國家和地方政策進(jìn)一步明確了建設(shè)“光儲直柔”建筑的建議和要求。這些政策為光儲直柔的發(fā)展提供了重要的支撐，為光儲直柔的應(yīng)用提供了廣闊的前景。
在近階段，“光儲直柔”正在如下三方面進(jìn)行重點(diǎn)突破：
我國農(nóng)村可安裝屋頂光伏20億kW，年發(fā)電量2.5萬億kWh，是未來農(nóng)村實(shí)現(xiàn)全面電氣化后用電量的3~4 倍，在全面推廣農(nóng)機(jī)電氣化，有可能使每戶擁有60kWh以上的儲電能力(各類可移動農(nóng)機(jī)和車輛的電池)，這就為調(diào)蓄每戶屋頂光伏的電力提供了合適的儲能資源，既可以協(xié)調(diào)發(fā)電與各種用電之間在時(shí)間上的不匹配，還可以協(xié)調(diào)剩余電力與電網(wǎng)輸電能力及希望的輸電時(shí)間段之間的矛盾，從而有可能實(shí)現(xiàn)一個(gè)配電臺區(qū)或一個(gè)村莊電力的“只出不進(jìn)”，也就是只通過農(nóng)網(wǎng)向大電網(wǎng)輸出電力，而在任何時(shí)刻都不需從電網(wǎng)獲取電力，使得一個(gè)村莊成為一個(gè)發(fā)電廠， 實(shí)現(xiàn)“只發(fā)不收”，由單純的電力消費(fèi)者轉(zhuǎn)身為電力生產(chǎn)者。
這將徹底改變農(nóng)村電力系統(tǒng)狀況: 對農(nóng)民來說，屋頂光伏將成為其新的經(jīng)濟(jì)收入; 對電力系統(tǒng)來說，農(nóng)網(wǎng)將從長期以來依靠財(cái)政補(bǔ)貼的包袱轉(zhuǎn)身變?yōu)榭蓪﹄娋W(wǎng)起一定支撐作用的新型電源。這是從未有過的電力系統(tǒng)架構(gòu)，需要從每戶、每個(gè)臺區(qū)變壓器以下的供電區(qū)、每個(gè)村莊的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全分析、運(yùn)行調(diào)度等多方面進(jìn)行全面研究、創(chuàng)新和工程嘗試與示范，也需要為這種全新架構(gòu)進(jìn)行商業(yè)模式、融資方式、運(yùn)行管理方式等方面進(jìn)行全面探索。
大比例發(fā)展風(fēng)電光電電源的瓶頸是由于缺少足夠儲能資源導(dǎo)致的大幅度棄風(fēng)棄光。而我國預(yù)期到2040年將有3億輛私家電動車，日儲能能力150億 kWh以上，可滿足未來中東部地區(qū)風(fēng)電光電消納任務(wù)的70%。私家車85%以上的時(shí)間停在住區(qū)或工作地點(diǎn)的停車場內(nèi)，如果實(shí)行“一位一樁”、“既停既插”，就有可能使?？寇囕v的車載電池服務(wù)于電網(wǎng)的峰谷差調(diào)節(jié)和風(fēng)光電消納。停車場附近大多是居住或辦公的建筑，我國城鎮(zhèn)的高層、多層建筑屋頂光伏僅能提供建筑用電的15%~30%，若加上附近停車場通過充電樁連接的車載電池，可以在電網(wǎng)電力富足時(shí)(由于風(fēng)電光電富足或處于用電低谷期)通過建筑對停車場車載電池充電，而在電網(wǎng)電力不足時(shí)由車輛放電來滿足建筑的用能。
這樣就使光伏建筑成為“只進(jìn)不出”模式，使城鎮(zhèn)建筑加上其周邊?？康碾妱榆噧H在電網(wǎng)電力富足時(shí)從電網(wǎng)取電，滿足其需求，而在電網(wǎng)電力不足時(shí)則停止或最少的從電網(wǎng)取電。既協(xié)助電網(wǎng)削峰填谷，又不會因?yàn)榉聪蛩碗娊o電網(wǎng)帶來麻煩。1萬平方米的辦公建筑加上100輛5座的電動車，全年用電約100萬kWh (建筑80萬kWh，車輛20萬kWh)，自身光伏發(fā)電10萬kWh (1000平方米)，日最大發(fā)電量1000kWh，不到車輛可使用儲電量的30%；通過車輛的儲能每天可以吸收低谷電力2000~3000kWh，轉(zhuǎn)移到電力負(fù)荷高峰期為建筑供電，從而助力電網(wǎng)的削峰填谷或消納外界風(fēng)電光電 0.5~1MW，同時(shí)維持“只進(jìn)不出”，不影響電網(wǎng)的潮流。在目前電力系統(tǒng)電源仍以火電為主時(shí)，停車場車輛僅是消納建筑自身光伏;而未來電網(wǎng)電源大比例為風(fēng)電光電、停車場車輛也主要是電動車之后，則白天通過電網(wǎng)儲存外界多出的風(fēng)電光電，夜間在駐地停車場通過充電樁放電，為居住建筑供電。
充分利用建筑外表面安裝光伏，建筑內(nèi)部設(shè)分布式蓄電，光伏、蓄電池、鄰近停車場的充電樁和建筑的電器設(shè)備直接接入建筑內(nèi)的直流配電網(wǎng)，通過直流配電網(wǎng)與外電網(wǎng)的AC/DC接口調(diào)節(jié)直流母線電壓實(shí)現(xiàn)對從外電網(wǎng)取電功率的調(diào)節(jié)和控制。蓄電池、充電樁以及連接在直流母線上的各種用電設(shè)備都根據(jù)直流母線電壓的變化自行調(diào)節(jié)自己的用電或充/放電功率，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑從電網(wǎng)取電功率的調(diào)節(jié)。除了倉庫、會展中心、體育場館等特殊的可大比例安裝屋頂光伏的建筑，一般城鎮(zhèn)建 筑都可以是“只進(jìn)不出”，但卻可大比例消納外電網(wǎng)的風(fēng)電光電。
光儲直柔建筑由此成為連接電網(wǎng)和有序充電樁之間的橋梁，并且在未來零碳的新型電力系統(tǒng)中起到“生產(chǎn)、調(diào)蓄、消費(fèi)”三位一體的重要作用。如果未來中國城鎮(zhèn)建筑中350億平方米的居住建筑和100億平方米的辦公建筑都成為這種配電模式，與3億輛私人電動車相配合，就足以實(shí)現(xiàn)40億kW 風(fēng)電光電的調(diào)蓄和消納。這就解決了我國未來規(guī)劃的70億kW 風(fēng)光電的60%的消納問題。雖然光儲直柔有這樣的潛力，但實(shí)際上，需要破解投資收益的難題，解決與電網(wǎng)互動協(xié)調(diào)的問題，使光儲直柔的柔性能夠真正發(fā)揮作用。
以上應(yīng)用和目標(biāo)使得發(fā)展城鄉(xiāng)建筑的光儲直柔成為我國未來實(shí)現(xiàn)以風(fēng)電光電為主要電源的零碳電力的主要任務(wù)，是消納與調(diào)蓄風(fēng)電光電的主要支撐。但目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)涉及城鄉(xiāng)建筑、車輛、農(nóng)機(jī)和電力系統(tǒng)的巨型工程，需要30到40 年的時(shí)間、15萬億的投資、以及全社會用電文化革命性變化才能實(shí)現(xiàn)。需要規(guī)劃技術(shù)路線、探索可行性、厘清技術(shù)、政策、 機(jī)制、產(chǎn)業(yè)、金融、文化等各個(gè)方面的障礙，并通過不同類型的典型工程的策劃與實(shí)施過程探索克服這些障礙的途徑，從而規(guī)劃出我國實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的路線圖，為這個(gè)宏偉目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)初步探討其可行路徑。
“光儲直柔”于2021年正式提出，在工程項(xiàng)目應(yīng)用也在逐步展開，在農(nóng)村、辦公建筑、住宅建筑、既有商業(yè)建筑改造等不同類型、應(yīng)用場景進(jìn)行多種試點(diǎn)示范。探索光儲直柔在工程實(shí)踐中的技術(shù)方案、實(shí)施模式、識別障礙及破解這些問題的方法，摸索經(jīng)驗(yàn)，為完善光儲直柔系統(tǒng)、推動未來工程的規(guī)模化應(yīng)用提供重要實(shí)踐基礎(chǔ)。
莊上村位于山西省芮城縣黃河北岸的莊上村，是首個(gè)將光儲直柔系統(tǒng)在農(nóng)村落地的示范項(xiàng)目。項(xiàng)目屋頂光伏總裝機(jī)容量2MW，儲能600kWh，建設(shè)戶級和村級二級光儲直柔系統(tǒng)。項(xiàng)目目前已經(jīng)覆蓋了莊上村71戶村民，利用村民房屋屋頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，并在村內(nèi)改造建設(shè)直流微電網(wǎng)，同步配套建設(shè)儲能系統(tǒng)，形成“屋頂光伏+儲能+直流配電+柔性用電”的柔性直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，并結(jié)合“煤改電”等工程，為村民實(shí)現(xiàn)了光儲直柔+清潔取暖、村民生活全面電氣化、田間農(nóng)具電氣化、全電食堂，為零碳農(nóng)村的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了可行的探索。
莊上村的示范工程光伏所發(fā)電量優(yōu)先用于供應(yīng)村民使用，剩余電量送到村級光儲直柔系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持村內(nèi)各戶之間互濟(jì)以及與電網(wǎng)的能量交互。本示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了分布式光伏的高效消納，提升發(fā)電用電的能效和臺區(qū)間功率互濟(jì)的能力；解決了分布式光伏給電網(wǎng)帶來的部分?jǐn)U容壓力、三相不平衡、諧波、電壓波動及閃變等問題；解決了光伏發(fā)電和百姓用電的隨機(jī)波動性問題，實(shí)現(xiàn)了對電網(wǎng)的柔性友好接入，及可觀、 可測、可控。本示范項(xiàng)目采用光儲直柔技術(shù)對光伏發(fā)電進(jìn)行傳輸消納，與傳統(tǒng)分布式能源技術(shù)相比，光儲直柔技術(shù)在電能質(zhì)量問題、電網(wǎng)的擴(kuò)容壓力問題、電網(wǎng)調(diào)度問題、臺區(qū)重過載問題、線路損耗、供電可靠性等具有明顯的優(yōu)越性，能夠避免分布式大規(guī)模并網(wǎng)帶來的電能質(zhì)量問題、緩解電網(wǎng)擴(kuò)容壓力、減少線路損耗、提高供電可靠性、提高能源利用效率。
莊上村示范項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)總發(fā)電量240萬kWh/年，項(xiàng)目運(yùn)行至今，已減少800多噸標(biāo)煤使用，減排二氧化碳2000余噸。項(xiàng)目還帶動農(nóng)民增收及村集體經(jīng)濟(jì)收入(戶均增收1200元以上)，增加GDP和財(cái)政收入，實(shí)現(xiàn)每年發(fā)電收益約100萬元/年(稅收約10萬元)，提升地方經(jīng)濟(jì)水平。當(dāng)納入碳交易后，項(xiàng)目將新增額外的碳指標(biāo)收入(目前國內(nèi)價(jià)約12.6萬、國際價(jià)約88.2 萬元)。另外，農(nóng)村光儲直柔系統(tǒng)的實(shí)施還減少了農(nóng)村電網(wǎng)升級改造投資以及“煤改電”、“煤改氣”等取暖工程的投資支出。莊上村投建的“戶-村”光儲直柔示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為光儲直柔在農(nóng)村的廣泛應(yīng)用提供了實(shí)踐基礎(chǔ)。
未來大廈項(xiàng)目，是全國首個(gè)走出實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)“光儲直柔”技術(shù)的工程化、規(guī)?；瘧?yīng)用的建筑，由深圳市建科院聯(lián)合清華大學(xué)、南方電網(wǎng)深圳供電局、勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室等國內(nèi)外二十余家單位共同研發(fā)建設(shè)。項(xiàng)目位于深圳國際低碳城核心啟動區(qū)，整體定位為綠色三星級建筑和夏熱冬暖地區(qū)凈零能耗建筑，采取了強(qiáng)調(diào)自然光、通風(fēng)與遮陽被動式節(jié)能技術(shù)、基于直流配電的“光儲直柔”技術(shù)、與電網(wǎng)互動的需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)。
在“光儲直柔”技術(shù)支撐下，未來大廈配置了光伏發(fā)電系統(tǒng)、鋰電池儲能系統(tǒng)和直流電環(huán)境。白天陽光充裕時(shí)，光伏自發(fā)自用，余電自動儲存；夜間通過儲能系統(tǒng)對大樓進(jìn)行供電，有利于促進(jìn)建筑領(lǐng)域可再生資源的利用和消納，降低用電成本。例如，大廈里的空調(diào)在電壓較低時(shí)降低運(yùn)行功率，具有儲能功能的充電樁在用電低谷期充電，高峰期向大廈反向送電，促進(jìn)削峰填谷?，F(xiàn)在未來大廈已實(shí)現(xiàn)內(nèi)部可再生能源消納，相比于同樣功能的面積的建筑，它從電網(wǎng)獲取的電量減少三分之一以上。未來大廈光儲直柔系統(tǒng)采用直流375伏和48伏兩種電壓等級，前者適用于充電樁、空調(diào)等大功率用電，后者用于照明、電腦等小功率電器。
未來大廈光儲直柔系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了近三年時(shí)間。在2020年10月1日～2021年9月30日完整一年的數(shù)據(jù)分析，未來大廈單位建筑面積電耗指標(biāo)下降至 48.27kWh/(m2.a)，與深圳商業(yè)辦公建筑能耗平均值相比，本項(xiàng)目的單位面積年碳排放減少29.50kg，總碳排放減少1854.26 噸碳排放，減碳效果明顯。本項(xiàng)目也作為第一批民用建筑接入到深圳市虛擬電廠平臺，在與南方電網(wǎng)聯(lián)合測試中響應(yīng)削峰比例達(dá)到了51.6%。光伏自給率（光伏發(fā)電供建筑使用的電量占凈用電量的比例）為28%，光伏自用率（光伏發(fā)電供建筑使用的電量占光伏發(fā)電量的比例）為100%。作為典型城市辦公建筑，未來大廈的建筑分布式光伏可實(shí)現(xiàn)完全消納，成為“只進(jìn)不出”的光儲直柔系統(tǒng)。
如在深圳市每年350~400萬平方米新建建筑中應(yīng)用“光儲直柔”技術(shù)，“十四五”期間直接碳減排量將達(dá)到10萬噸/年，相當(dāng)于4萬畝森林的碳匯量，并且可形成120萬千瓦的可調(diào)節(jié)能力，輔助電網(wǎng)更好的消納可再生能源。
目前“光儲直柔”作為面向碳中和的重要技術(shù)路線，已經(jīng)得到行業(yè)領(lǐng)域的認(rèn)可，相關(guān)部門也基本達(dá)成共識，支持大力發(fā)展。光儲直柔的起步速度看起來相當(dāng)快速，那么要怎樣才能順著這個(gè)勢頭健康良好的發(fā)展下去? 目前很多研究和實(shí)踐還處于探索階段，尚存不少障礙，包括，技術(shù)上尚未建立完備的技術(shù)體系，亦缺少相應(yīng)的系列產(chǎn)品，沒有相應(yīng)的可落地的政策機(jī)制；光儲直柔的最終目的是協(xié)助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電光電的消納，但尚未建立可操作的與電網(wǎng)協(xié)調(diào)的調(diào)節(jié)機(jī)制。面向未來，“光儲直柔”仍需在多方面進(jìn)行深入研究。
?? 政策方面，光儲直柔的柔性特征和調(diào)節(jié)能力的刻畫、光儲直柔減碳能力的定量評估、與電網(wǎng)協(xié)調(diào)機(jī)制的建立、分布式光伏接入規(guī)則制訂、以屋頂光伏為基礎(chǔ)的農(nóng)村全面電氣化和能源轉(zhuǎn)型、有序充電樁+車載電池接入光儲直柔系統(tǒng)、光儲直柔的市場價(jià)值發(fā)掘和實(shí)現(xiàn)等，均需繼續(xù)進(jìn)行跨行業(yè)、跨部門的合作，逐步搭建起支持光儲直柔發(fā)展的環(huán)境。
?? 標(biāo)準(zhǔn)方面，目前已經(jīng)頒布了T/CABEE 030-2022《民用建筑直流配電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，正在制定中的有《建筑“光儲直柔”評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑“光儲直柔”系統(tǒng)變換器通用技術(shù)要求》等 （相關(guān)研究報(bào)告完成后，將在能源基金會網(wǎng)站陸續(xù)發(fā)布）；接下來要從初步完成的光儲直柔標(biāo)準(zhǔn)化體系出發(fā)，并針對現(xiàn)實(shí)工作的輕重緩急，選擇其急迫者繼續(xù)加速編寫，需要能夠涵蓋相關(guān)重要產(chǎn)品、相關(guān)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行和評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)和規(guī)范實(shí)際工程落地實(shí)施。同時(shí)也需抓好標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部的一致性， 并通過與國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)編制工作、國際標(biāo)準(zhǔn)化工作密切溝通，相互協(xié)調(diào)。
?? 技術(shù)方面，光儲直柔系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、調(diào)控策略、關(guān)鍵設(shè)備如變換器損耗降低、系統(tǒng)效率提升、終端直流產(chǎn)品的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化、直流建筑內(nèi)的分布式儲能的安全防護(hù)措施等需要進(jìn)一步突破和提升。
?? 工程實(shí)踐及產(chǎn)業(yè)方面，把示范項(xiàng)目從單體項(xiàng)目擴(kuò)展到一個(gè)村落、一個(gè)城市、一個(gè)地區(qū)，進(jìn)一步探索不同場景下的光儲直柔系統(tǒng)方案、技術(shù)指引、建設(shè)模式等，為未來光儲直柔大規(guī)模建設(shè)提供更好的案例和示范。
