中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在霧霾越來(lái)越嚴(yán)重的情況下，在工廠、寫(xiě)字樓等一些大型的建筑中間建設(shè)智能微網(wǎng)，是未來(lái)發(fā)展的主流。
智慧建筑的概念
智慧建筑是指將建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理根據(jù)用戶(hù)的需求進(jìn)行最優(yōu)化組合，從而為用戶(hù)提供一個(gè)高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境。智能建筑是集現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)之大成的產(chǎn)物，其技術(shù)基礎(chǔ)主要由現(xiàn)代建筑技術(shù)、現(xiàn)代電腦技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)所組成。
建筑智慧化作為現(xiàn)代建筑的一個(gè)有機(jī)組成部分，不斷吸收并采用新的可靠性技術(shù)，使傳統(tǒng)的建筑概念賦予新的內(nèi)容，穩(wěn)定且持續(xù)不斷改進(jìn)是今后的發(fā)展方向。新興的生物工程技術(shù)、節(jié)能環(huán)保技術(shù)、多學(xué)課新材料技術(shù)等，正在滲透到智慧建筑領(lǐng)域中，形成更高層次的可持續(xù)發(fā)展的智慧建筑。
現(xiàn)階段建筑中間的能耗越來(lái)越大，像北方地區(qū)的供暖、用電負(fù)荷越來(lái)越大，南方地區(qū)夏天使用空調(diào)的時(shí)候能耗也比較大，未來(lái)在充電樁方面的能源需求也會(huì)越來(lái)越大，如何將光伏/光熱、強(qiáng)電/弱電、儲(chǔ)能/儲(chǔ)熱、充電樁和數(shù)據(jù)中心聯(lián)系起來(lái)，形成能源微網(wǎng)應(yīng)用在智慧建筑，這在未來(lái)的發(fā)展中是非常重要的。
智慧建筑能源微網(wǎng)的背景趨勢(shì)
“十二五”、“十三五”規(guī)劃政策的陸續(xù)提出，我國(guó)已積極推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的發(fā)展。加快推進(jìn)能源全領(lǐng)域、全環(huán)節(jié)智慧化發(fā)展，實(shí)施能源生產(chǎn)和利用設(shè)施智能化改造，推進(jìn)能源監(jiān)測(cè)、能量 計(jì)量、調(diào)度運(yùn)行和管理智能化體系建設(shè)，提高能源發(fā)展可持續(xù)自適應(yīng)能力。
陸續(xù)出臺(tái)重要文件：
-
《節(jié)約能源法》
-
《新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》
-
《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》
-
《可再生能源“十三五”發(fā)展規(guī)劃》
-
《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》
-
《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》
以前的建筑考慮比較多的是用能方面，現(xiàn)在的建筑主要考慮的是產(chǎn)能。以前建筑的外墻玻璃、屋頂以及光熱的使用相對(duì)來(lái)說(shuō)少一些，2018年碳交易過(guò)后，在使用能源比例越來(lái)越大的情況下，建筑產(chǎn)能也越來(lái)越多。
以前北方的供暖都采用燃煤的形式，后來(lái)變成煤改氣，現(xiàn)在主導(dǎo)的是煤改電，煤改電的工作已經(jīng)全面開(kāi)始，新建的建筑中將使用電鍋爐來(lái)實(shí)行分布式供暖，所以電鍋爐的發(fā)展將會(huì)越來(lái)越快。
“十三五”規(guī)劃的出臺(tái)使光伏能源成為中國(guó)未來(lái)新能源發(fā)展的一個(gè)重要方向，截止2016年光伏占能源的比重僅為1%，2017年突破了53GW的發(fā)展，到2035-2040年光伏的能源消費(fèi)占比要達(dá)到10%，光伏發(fā)電總量達(dá)到1.2萬(wàn)億度，替代煤炭5億噸。2020年非化石能源占能源總量比例達(dá)到15%，2030年達(dá)到20%，其中，太陽(yáng)能發(fā)電1.6億千瓦（光伏1.5億千瓦）。
現(xiàn)在太陽(yáng)能的成本越來(lái)越低，薄膜電池的技術(shù)也在飛速發(fā)展。最近的一些消息稱(chēng)薄膜電池的發(fā)電量可以占到21%左右，未來(lái)在建筑的屋頂上單晶硅、多晶硅、光熱以及一些新型的技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。
住建部聯(lián)同工信部聯(lián)合印發(fā)的《促進(jìn)綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用行動(dòng)方案》規(guī)劃中提到，到2018年，綠色建材生產(chǎn)比重要明顯提升，發(fā)展質(zhì)量將明顯改善。新建建筑中綠色建材應(yīng)用比例要達(dá)到30%，綠色建筑應(yīng)用比例要達(dá)到50%，試點(diǎn)示范工程應(yīng)用比例要達(dá)到70%，既有的建筑改造應(yīng)用比例要提高到80%。
智慧建筑能源微網(wǎng)的系統(tǒng)組成
目前南方的分布式能源發(fā)展的比較快，工廠、商業(yè)樓宇的大面積屋頂都比較適合建設(shè)能源微網(wǎng)。在建設(shè)光伏建筑一體化時(shí)，把微電網(wǎng)、微熱網(wǎng)和信息網(wǎng)三網(wǎng)很好的融合起來(lái)，重新搭配，把產(chǎn)能、用能、節(jié)能、儲(chǔ)能、供能很好的結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)全新的組合。
系統(tǒng)組成：
智能微網(wǎng)系統(tǒng)采用多種新型能源供電，是新型電力電子技術(shù)、分布式發(fā)電、可再生能源發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的綜合，集成多個(gè)分布式發(fā)電單元和負(fù)荷作為一個(gè)單獨(dú)的電網(wǎng)系統(tǒng)，可獨(dú)立向負(fù)載供電或與市電配合向負(fù)載供電。
1、光伏屋頂
這是一個(gè)建筑一體化的寫(xiě)字樓項(xiàng)目。寫(xiě)字樓的屋頂全部用光伏覆蓋，朝南的墻壁做成薄膜電池，使用的是太陽(yáng)能的光伏薄膜，晚上的時(shí)候可以呈現(xiàn)
LED或者廣告牌的效果，西面的墻壁也采用同樣的方式，雖然發(fā)電量會(huì)有所降低，但是總的來(lái)說(shuō)，外墻薄膜加上屋頂光伏產(chǎn)生的能源量還是非常大的。
設(shè)計(jì)這種一體化寫(xiě)字樓的客戶(hù)大多數(shù)考慮的是成本問(wèn)題，因?yàn)檫@種技術(shù)比普通的玻璃幕墻成本要高，但個(gè)人認(rèn)為最主要的還是安全問(wèn)題，因?yàn)榻ㄖщ姡磥?lái)在運(yùn)維、擦洗等方面都是需要重點(diǎn)考慮的。當(dāng)然現(xiàn)在太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展迅猛，完全能保證安全問(wèn)題，現(xiàn)在看這種技術(shù)的成本要稍微高一些，但是未來(lái)的5-7年就能完全收回成本，因?yàn)橄啾榷?，商業(yè)電價(jià)會(huì)比較高。
2、太陽(yáng)能光電幕墻
太陽(yáng)能光電幕是一種高科技產(chǎn)品，集發(fā)電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一身的新型建材，特別是太陽(yáng)能電池發(fā)電不會(huì)排放二氧化碳或產(chǎn)生對(duì)溫室效應(yīng)有害的氣體，也無(wú)噪音，是一種凈能源，與環(huán)境有很好的相容性，是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)。未來(lái)薄膜電池發(fā)展會(huì)越來(lái)越快，將大面積投入到玻璃幕墻的使用中。
3、光熱供暖，空調(diào)系統(tǒng)
“十三五”規(guī)劃已經(jīng)啟動(dòng)，規(guī)劃首次將太陽(yáng)能熱利用行業(yè)納入其中，并提出8億平方米保有量的目標(biāo)任務(wù)。推廣光伏等清潔供暖技術(shù)替代燃煤鍋爐供熱，不僅可有效利用風(fēng)能資源，減少煤炭等化石能源消耗，而且對(duì)解決城鎮(zhèn)供熱等民生問(wèn)題和改善大氣環(huán)境質(zhì)量具有非常重要的作用。
目前，北方地區(qū)由于冬季供暖造成的霧霾非常嚴(yán)重，取暖費(fèi)用也非常高，特別是今年，供氣的成本不斷加高，甚至還出現(xiàn)缺氣的情況。個(gè)人認(rèn)為在一些偏遠(yuǎn)的地方采取光熱供暖是一種比較好的選擇，成本也會(huì)整體下降，這些光熱的設(shè)備也可以在夏天的時(shí)候供空調(diào)使用。
南疆或者南方地區(qū)比較適用空氣源熱泵，因?yàn)榭諝庠礋岜眉词乖?26℃的情況下也可以正常使用，它的節(jié)能性和效果都是比較好的，所以可以在別墅上大面積使用。
4、太陽(yáng)能供暖與電鍋爐互補(bǔ)系統(tǒng)
太陽(yáng)能供暖與電鍋爐互補(bǔ)系統(tǒng)是集加熱、儲(chǔ)能、熱交換及電控技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，采用了先進(jìn)的水電分離技術(shù)、高壓控制技術(shù)和儲(chǔ)能保溫技術(shù)，將夜晚電網(wǎng)閑置的低谷電以及棄風(fēng)電、棄光伏電等能源轉(zhuǎn)換成熱能儲(chǔ)存起來(lái)，通過(guò)交換裝置全天24小時(shí)連續(xù)釋放，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模供熱能力，可以完全替代目前廣泛使用的燃煤、燃?xì)?、燃油鍋爐，使用過(guò)程中沒(méi)有任何廢氣、廢水、廢渣的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳零排放，是供熱領(lǐng)域環(huán)保升級(jí)換代的可選產(chǎn)品。
現(xiàn)在的工廠在生產(chǎn)時(shí)需要蒸汽，就可以用太陽(yáng)能聚熱的方式產(chǎn)生蒸汽，然后用熔鹽儲(chǔ)熱的方式儲(chǔ)存一部分熱量，保證持續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)；冬天可以采取光熱的方式跟電進(jìn)行互補(bǔ)，白天聚光產(chǎn)生熱量，晚上采用電鍋爐進(jìn)行供暖。
從太陽(yáng)能供暖和電鍋爐互補(bǔ)性方面來(lái)講，在工廠面積比較大的情況下，可以采用太陽(yáng)能來(lái)供暖，鍋爐作為儲(chǔ)熱備用，相互備份，這種一次性的投資成本可能會(huì)比較高，但是從長(zhǎng)期來(lái)看，白天用太陽(yáng)能供暖成本比較低，晚上用電鍋爐作為互補(bǔ)系統(tǒng)相對(duì)比較安全，如果太陽(yáng)能出現(xiàn)了質(zhì)量問(wèn)題或者供暖不足的情況下，用電鍋爐進(jìn)行補(bǔ)充是個(gè)非常好的選擇。
5、空氣源熱泵
現(xiàn)在電鍋爐使用的安全性或者清潔性總體來(lái)說(shuō)都比較好，而且是全自動(dòng)化，但是相比而言，空氣源熱泵的效果會(huì)更好一些，特別是在南方地區(qū)，目前南方地區(qū)的取暖方式主要還是空調(diào)，但是用空氣源熱泵會(huì)比用空調(diào)要省電50%甚至更多。
6、儲(chǔ)能系統(tǒng)
為了微電網(wǎng)的平衡，一定要有一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)儲(chǔ)電。儲(chǔ)能電池有多種，有鉛酸電池、液流電池、鋰電池等，但是總體來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)電的成本還是比較高的。
以前每個(gè)建筑都有EPS、UPS，PCS目前使用的比較少。UPS也叫不間斷電源，這種不間斷電源從安裝到結(jié)束使用的越少壽命就越短，EPS、直流屏電池也一樣，如何把EPS、UPS以及直流電池整個(gè)用PCS來(lái)代替呢？
在微電網(wǎng)中應(yīng)用比較多的另外一塊是充電樁，充電樁電流非常大，多輛車(chē)同時(shí)充電會(huì)對(duì)電壓造成巨大的影響，所以增加一些儲(chǔ)能系統(tǒng)，在白天充電高峰的時(shí)候用電池的電給電動(dòng)車(chē)充電就不會(huì)影響到電壓和電的穩(wěn)定性，晚上還可以吸納低谷電，整體優(yōu)勢(shì)比較明顯。
儲(chǔ)能在PCS綜合利用上比較少，但是整體來(lái)講這是個(gè)趨勢(shì)。在建筑一體化上，儲(chǔ)電的運(yùn)用會(huì)越來(lái)越多，但是鉛酸電池的占地面積比較大，所以采用鋰電池會(huì)比較好，但是鋰電池成本比較高，所以總的來(lái)說(shuō)，在電池儲(chǔ)能方面還沒(méi)有特別好的方案，如果能將電池的體積變小或者成本降低，那PCS在能源中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。
大規(guī)模的儲(chǔ)電難度比較大，成本比較高，儲(chǔ)熱的方式相對(duì)會(huì)比較好一點(diǎn)。儲(chǔ)熱可以采用：
-
水儲(chǔ)熱，但是體積比較大
-
用鍋爐儲(chǔ)熱
-
用熔鹽儲(chǔ)熱
它們各自的優(yōu)勢(shì)會(huì)不一樣，如果有空間，那水儲(chǔ)熱的成本最低；如果用鍋爐儲(chǔ)熱，相對(duì)來(lái)講固體儲(chǔ)熱的比熱相對(duì)較好，但是壽命會(huì)比較短。
現(xiàn)在有一種新的鍋爐叫熔鹽鍋爐，可以在晚上的時(shí)候燒成熔鹽，把溫度升高到400-500度，白天再慢慢釋放，這種方式在大規(guī)模工廠以及寫(xiě)字樓會(huì)比較適用。如果工廠或者寫(xiě)字樓規(guī)模比較小，建議使用碳纖維這種方式供暖，因?yàn)檫@種方式的負(fù)荷不算大。
一些老的房屋改造需要增容，可以采用異聚態(tài)，不管是白天還是晚上都會(huì)產(chǎn)生能量，冬天的熱比可以做到1:3，夏天可以做到1:5，這種效率比空氣源熱泵的效率要更好一點(diǎn)，這樣的話整個(gè)用電負(fù)荷比直接產(chǎn)生電的供熱方式成本要低很多，效率也高出很多。
儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱這兩種方式對(duì)整個(gè)大樓能源微網(wǎng)的安全和穩(wěn)定性非常有好處，所以在新建的建筑中間，把儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)去節(jié)能效果會(huì)比較明顯。
現(xiàn)在電動(dòng)車(chē)發(fā)展的很快，老的建筑或者地下室直接加上充電樁的話，電流相對(duì)會(huì)比較大，變壓器可能會(huì)承受不了，所以建議在設(shè)計(jì)的過(guò)程中增加儲(chǔ)能系統(tǒng)，在低谷的時(shí)候儲(chǔ)電，在高峰的時(shí)候通過(guò)電池的方式給電動(dòng)車(chē)充電，這樣對(duì)微電網(wǎng)建設(shè)的安全性效果會(huì)比較好。
智慧建筑能源微網(wǎng)運(yùn)行管理
數(shù)據(jù)中心在大樓的用電負(fù)荷中也是巨大的。數(shù)據(jù)中心必須24小時(shí)不斷電，在大樓數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過(guò)程中，建議建成模塊化數(shù)據(jù)中心，模塊化數(shù)據(jù)中心有個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是邊成長(zhǎng)邊建設(shè)，可擴(kuò)展性比較強(qiáng)，但是電源供應(yīng)必須要一次性到位，所以建議在整個(gè)微電網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，把數(shù)據(jù)中心的數(shù)量定一個(gè)相對(duì)比較大的容量，這樣整個(gè)規(guī)劃設(shè)計(jì)會(huì)比較好。
數(shù)據(jù)中心建成以后，可以對(duì)整個(gè)大樓的光伏、光熱、玻璃幕墻、強(qiáng)電、弱電、儲(chǔ)能進(jìn)行很好的能源管理或運(yùn)維，能源管理的方式要智能化，信息化程度要非常高。
1、智慧能源數(shù)據(jù)架構(gòu)
在智慧數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)上，平臺(tái)主站主要分為設(shè)備臺(tái)賬數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、仿真評(píng)估數(shù)據(jù)、能量管理數(shù)據(jù)、有序用電數(shù)據(jù)、售電管理數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)以及平臺(tái)門(mén)戶(hù)數(shù)據(jù)，為整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)提供支撐。
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要確保能源管理的安全問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在建筑起火的原因67%來(lái)自于電路，因?yàn)樵黾恿斯夥?、光熱、?chǔ)電、儲(chǔ)熱、充電樁、數(shù)據(jù)中心，整個(gè)系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，所以要確保安全性，要求會(huì)更高。
我們可以利用現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)的傳感技術(shù)，把每一個(gè)數(shù)據(jù)精確的傳輸?shù)綑C(jī)房，準(zhǔn)確把握能源數(shù)據(jù)，找到不安全的點(diǎn)，知道負(fù)荷如何變化，高峰低谷情況怎么樣，對(duì)整個(gè)電源質(zhì)量或者能源效果進(jìn)行分析。
2、智慧能源管理平臺(tái)
通過(guò)智慧能源管理平臺(tái)可以把控電源的安全，目前我們希望做到至少在3個(gè)月前就能知道大樓的風(fēng)險(xiǎn)在哪里，便于及時(shí)排除故障，未來(lái)可能會(huì)要求半年甚至一年的提前預(yù)知期。
建筑節(jié)能是一個(gè)趨勢(shì)，那該如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能？
-
通過(guò)產(chǎn)能來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能
-
通過(guò)峰谷電價(jià)來(lái)節(jié)能
-
通過(guò)能源管理實(shí)現(xiàn)節(jié)能
很多建筑在鋪設(shè)電線的過(guò)程中，一開(kāi)始電線供應(yīng)不足，對(duì)能量的估計(jì)也不足，所以后面增容的時(shí)候比較麻煩，尤其是機(jī)房，增加的速度往往比想象的快很多，所以通過(guò)能源大數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算未來(lái)增長(zhǎng)的比例，在確保安全的情況下再做能源微網(wǎng)的拓展就比較有意義。
智慧建筑能源微網(wǎng)的實(shí)踐案例
1、北京首都機(jī)場(chǎng)
數(shù)據(jù)顯示，首都機(jī)場(chǎng)GTC停車(chē)樓光伏整體項(xiàng)目的樓頂采光帶面積達(dá)2400平方米，共計(jì)10條采光帶，光伏電站預(yù)計(jì)每年發(fā)電量約48.36萬(wàn)千瓦時(shí)，年節(jié)能收益約53余萬(wàn)元，可節(jié)約150多萬(wàn)噸煤炭。
有業(yè)內(nèi)人士指出，《太陽(yáng)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》已明確指出將大力推進(jìn)光伏發(fā)電的多元化應(yīng)用，機(jī)場(chǎng)建設(shè)光伏電站不僅能夠?yàn)闄C(jī)場(chǎng)提供綠色能源，節(jié)能減排，降低成本，同時(shí)，還能成為普通民眾了解光伏的窗口，為普及可再生綠色能源提供非常好的宣傳渠道。
2、京滬高鐵南京南站及智慧物流中心
目前能源管理的應(yīng)用非常廣泛，可以在機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站、高鐵站等大面積屋頂使用光伏、玻璃幕墻等能源一體化的建設(shè)，這種大型的場(chǎng)所能耗也非常高，從這些建筑入手，節(jié)能效果會(huì)更明顯。
精彩問(wèn)答
1、 目前小區(qū)、機(jī)關(guān)單位、商業(yè)等停車(chē)場(chǎng)的智能充電樁資金方有哪些主體？
第一種，如果甲方自己投資當(dāng)然是最好；第二種，如果能計(jì)算出收益，會(huì)有很多的資金方愿意來(lái)投資，尤其充電樁這塊，未來(lái)整體的收益會(huì)比較好，但是因?yàn)槟壳笆找媛时容^低，充電樁負(fù)荷也比較少，但是現(xiàn)在愿意投資的還是比較多的。
2、 目前推廣智慧建筑能源微電網(wǎng)主要遇到的問(wèn)題是什么，你預(yù)測(cè)建筑能源微電網(wǎng)大面積推廣是什么時(shí)間？作為投資者現(xiàn)在投資智慧建筑能源微電網(wǎng)收益怎么樣？
最大的問(wèn)題是一次性的投資會(huì)比較大，很多客戶(hù)沒(méi)有這么多的資金，未來(lái)可能采用合同能源管理的方式會(huì)比較好。能源微網(wǎng)的收益在商業(yè)屋頂?shù)男Ч容^好，特別是南方地區(qū)。作為投資者投資智慧建筑能源微電網(wǎng)的收益比投資光伏電站的收益要高，因?yàn)樗泄夥?、?chǔ)能、充電樁售電、供暖、以及數(shù)據(jù)中心信息化管理的收益，綜合收益率比較高。
總的來(lái)說(shuō)投資智慧建筑能源微網(wǎng)的穩(wěn)定性比較好，因?yàn)橐弧⒂秒娯?fù)荷比較穩(wěn)定，二、管理起來(lái)比較方便，三、風(fēng)險(xiǎn)比較低，目前最大的問(wèn)題應(yīng)該就是合同能源管理還沒(méi)有一個(gè)完善的商業(yè)模式，現(xiàn)在還在探討階段。
3、 現(xiàn)在有沒(méi)有投資建筑能源微電網(wǎng)的案例？
光伏+光熱、儲(chǔ)能+儲(chǔ)熱、充電樁+數(shù)據(jù)中心這種完整的案例還不算多，但是這些應(yīng)用各個(gè)建筑里面都有，通過(guò)智慧能源云平臺(tái)連在一起形成能源微網(wǎng)就可以了。
（章健 新疆陽(yáng)光電通科技股份有限公司董事長(zhǎng)）
