IBR&能源基金會：中國光儲直柔建筑未來發展實施路徑研究（2022）（90頁）.pdf

《IBR&能源基金會：中國光儲直柔建筑未來發展實施路徑研究（2022）（90頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《IBR&能源基金會：中國光儲直柔建筑未來發展實施路徑研究（2022）（90頁）.pdf（90頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、 中國光儲直柔建筑戰略 發展路徑研究 子課題 2:中國“光儲直柔”建筑未來發展實施路徑研究 Research on Chinas PEDF Building System Development Sub project 2:Implementation Path of PEDF Building in China 深圳市建筑科學研究院股份有限公司深圳市建筑科學研究院股份有限公司 2 2022022 年年 6 6 月月 3 30 0 日日 Shenzhen Institute of Building Research co.,Ltd June 30,2022 !#$!#$!#$%&()*+,-.

2、/0123456789:;?AB CDD#$%&()*+,-./012?AB:EF#$%&()*+,-./01234567G89 ABOUT THE AUTHORS Hao Bin Shenzhen Institute of Building Research co.,Ltd Li Yemao Shenzhen Institute of Building Research co.,Ltd Lu Yuanyuan Shenzhen Institute of Building Research co.,Ltd Li Yutong Shenzhen Institute of Building Res

3、earch co.,Ltd%&%&H*+I#$%&()*+,-./012JKLMN IOPQRSTUVRWXYZ:G-2106-33086 _ ACKNOWLEDGEMENT This report is a product of Shenzhen Institute of Building Research co.,Ltd and is funded by Energy Foundation China(Grant Number:G-2106-33086).()*()*-!#$%&()*+,-./012345678912:;-./?:;9AB()*CDEFG-HIJ9KLM6NOB()PQ-

4、RSTUVL?-WXEYZ_Eabc97defghi:;jklmnompqrXE-stuv_Ea?Disclaimer -Unless otherwise specified,the views expressed in this report are those of the authors and do not necessarily represent the views of Energy Foundation China.Energy Foundation China does not guarantee the accuracy of the information and dat

5、a included in this report and will not be responsible for any liabilities resulting from or related to using this report by any third party.-The mention of specific companies,products and services does not imply that they are endorsed or recommended by Energy Foundation China in preference to others

6、 of a similar nature that are not mentioned.i !本研究是清華大學牽頭的中國“光儲直柔”建筑發展戰略路徑研究的子課題 2：中國“光儲直柔”建筑未來發展實施路徑研究（以下簡稱“本課題”）。課題旨在系統梳理中國建筑規模，全面分析建筑負荷特性，研判光伏、儲能、直流、柔性等技術發展趨勢與不確定性因素，規劃發展“光儲直柔”建筑的技術路徑。本研究項目受能源基金會資助，由清華大學牽頭，深圳市建筑科學研究院股份有限公司承擔，并邀請來自清華大學、深圳供電局有限公司等單位的專家學者共同完成。減少建筑直接碳排放是低碳發展的前提，建筑電氣化則是其中的重要技術路徑。由能源基金

7、會支持的“建筑電氣化及其驅動的城市能源轉型路徑”項目研究指出，要實現 2溫升目標，在建筑節能的基礎上，建筑電氣化率要從當前的 48%提高到 2050 年的 90%以上，非化石電力在建筑總電量中的比例至少從當前的 29%提高到 2050 年的 90%以上。建筑電氣化率的提高，意味著需要更多的電力，非化石電力比例的提高在總量上將能夠滿足電氣化率提高所帶來的電力總量增長的需求。著眼未來電力發展，我們仍將面臨總量平衡的問題，同時面臨電力不平衡的挑戰。未來大規模的風電、光伏發電等可再生能源的發展，將徹底改變當前的發電形態，同時經濟發展和用能習慣的改變，也將改變用能負荷形態。做到總量平衡不易，做到實時電力

8、平衡，就需要“源荷互動”、“荷隨源動”等新技術的應用?！肮鈨χ比帷毙滦湍茉聪到y是建筑實現自身減排、減少間接碳排放的重要技術，更是與電網互動、解決電力平衡的關鍵技術。分布式光伏將能夠直接抵消建筑用能，但在城市農村、不同建筑對象，發展策略不同；儲能尚處在技術快速發展進步中，是否利用電動車電池、如何發展分布式儲能等諸多方向等待明確；低壓直流建筑應用是當前國際的熱點，其關鍵技術和應用障礙有待深入研究；柔性技術是建筑與電網協同實現電力平衡的重要橋梁，但也是發展相對滯后的，面臨技術攻關和政策機制的突破。光、儲、直、柔四項主要技術所處的發展階段不同，如何客觀認識并做到合ii 理的預測，如何根據“3060”目

9、標看待“光儲直柔”技術的未來，如何從識別障礙到問題解決再到規?；瘧?，如何理解其與交通和電網的關系，如何量化評估“光儲直柔”技術對于目標的支撐，如何開展工程實踐以及技術目標的性能實現等，都得到了行業廣泛的關注。iii#$%&#$%&-光儲直柔光儲直柔1（PEDF）是新型電力系統的重要組成，是建筑節能新方向是新型電力系統的重要組成，是建筑節能新方向。建筑節能經歷了 30%、50%、65%的“三步走”，建筑本體的性能以及設備系統效率大幅提升，采暖空調用能占建筑能耗的比例由過去的三分之二逐步降低到三分之一。同時，電器設備用能比例逐步提高。在建筑電氣化的背景下，考慮可再生能源邊際成本的降低，未來建筑負

10、荷靈活性的作用甚至超過能效提高發揮的作用。未來建筑將融合光伏、儲能、電動車，逐步由用能者轉為產消者?！肮鈨χ比帷奔夹g即是在建筑能效提升基礎上進一步實現電能替代與電網友好交互的新型建筑配電技術，是建筑節能的新方向。圖 I 2001-2020 年建筑終端電能占比變化趨勢 -未來未來電力峰谷電力峰谷將被重新定義將被重新定義，光儲直柔光儲直柔著力著力解決電力日平衡需求解決電力日平衡需求。當前電力系統面臨負荷連年增長的巨大壓力，但尖峰負荷持續時間并不長。尤其是夏季，建筑空調負荷作為夏季電力負荷的重要組成，利用建筑空調負荷的可調節性參與需求響應是當前電力領域和建筑領域都共同關注的焦點。隨著高比例可再生能源

11、發電的接入，未來電網的挑戰是風光電出力與用電負荷的不匹配。當我們同時考慮風電和光伏發電，未來的峰 1 民用建筑直流配電設計標準T/CABEE 030-2022 術語 2.1.1。iv 谷將被重新定義。從日平衡角度看，未來電力可能白天是谷晚上是峰，與現在正好顛倒過來?，F在的電力緊張主要是由于用電負荷高峰，而未來的電力緊張還要看風光電出力的大小。用電負荷低但風光電出力更低的情況仍然會出現電力緊張，而用電負荷高但風光電出力更高的情況依然會出現電力盈余。隨著能源結構的轉變，電力供需關系也發生改變，建筑柔性價值也將發生改變。建筑柔性（負荷調節和電動車）對不同時間尺度的儲能容量需求和累計儲能量起不同程度的

12、替代效果。在替代儲能容量方面，建筑柔性幾乎能解決全部的日調峰需求，不依賴于電網儲能和調峰電源，如圖 II 所示。圖 II 建筑柔性解決儲能容量和年累計儲能量的比例 -光儲直柔光儲直柔應遵循城鄉差異化發展應遵循城鄉差異化發展，城市應用重在城市應用重在“柔柔”且先公建、后住宅且先公建、后住宅，而而農村應用重在農村應用重在“光光”和和“光伏光伏+”。在城市地區，建筑用電負荷高、需求大，發展以“儲”和“柔”為核心的“光儲直柔”配電系統，發揮建筑的資源聚合作用，使建筑成為虛擬電廠，主動調節建筑負荷，與電動車、電力系統的雙向友好互動，提高電力系統的經濟性，提高可再生能源的消納比例。且在前期由政府辦公建筑帶

13、頭發展分布式光伏，推動公車電動化和有序充放電模式，鼓勵柔性用電。同時，結合峰谷價差、電力市場、需求響應等有關政策機制，探索“光儲直柔”的市場化推廣模式，走先公建、后居住的發展路徑。如圖 V 所示。而在農村地區，建筑屋頂資源豐富，發v 展以“光”為核心的“光伏+”系統，自發自用、余電外送，圍繞農村建筑屋頂和周邊場地的太陽能資源全面開發，推動農村用能電氣化、農業機具電動化、用電管理有序智能化，建設村級直流配電網和蓄電蓄熱設施，促進光伏發電的高效利用和充分消納。圖 V 光儲直柔在城市和農村的發展策略 -中國中國光儲直柔光儲直柔建筑未來發展實施路徑近期側重政策與科技研發，近中期建筑未來發展實施路徑近期

14、側重政策與科技研發，近中期重點在于示范，中遠期則在于柔性價值突破重點在于示范，中遠期則在于柔性價值突破。光儲直柔技術現階段仍處于發展初期，其應用及推廣離不開全社會對零碳電力和柔性用電的認知，離不開發電側與用電側的協同共識，離不開政府部門的帶頭示范，離不開商業模式與機制的探索與構建，更離不開持續的技術攻關與設備研發?？傮w看，近期側重政策與科技研發，近中期重點在于示范，中遠期則在于柔性價值突破，如圖 VI 所示。具體推動光儲直柔建筑發展應從以下六個方面入手：1)從標準入手，確保太陽能光伏應用；2)推動充電樁與建筑停車位綁定，成為規劃審批的重要組成；3)公共機構示范先行，尤其是建筑電動車交互2（BV

15、B）；4)探索零碳標識認證，解決“帽子”驅動力；5)探索建筑電力交互3（GIB）商業模式，解決“利益”驅動力；6)組織技術與產品裝備的科技攻關，解決 1-100 多元化。2 民用建筑直流配電設計標準T/CABEE 030-2022 術語 2.1.12。3 民用建筑直流配電設計標準T/CABEE 030-2022 術語 2.1.2 vi 圖 VI 光儲直柔實施路徑 vii Executive Summary-PEDF4 is an important component of the new power system and a new direction for building energy

16、 efficiency.The building energy efficiency has been through a“three-step process”of 30%,50%,and 65%,during which,the performance of the building envelope and the equipment efficiency have been greatly improved.The energy consumption of heating ventilation and air conditioning(HVAC)in the building gr

17、adually reduced from two-thirds of the total energy consumption to only one-third.Meanwhile,the proportion of energy used by electrical appliances has gradually increased.In the context of building electrification,considering the reduction of marginal cost of renewable energy,the role of future buil

18、ding energy flexibility will exceed that of the energy efficiency improvement.Future buildings will integrate PV,energy storage,electric vehicles,and gradually turn from energy consumers to prosumers.Based on the building energy efficiency improvement,PEDF is a new building electricity distribution

19、technology that will further realize electric energy substitution and grid-friendly interaction,which is the new direction of building energy efficiency.Figure 1.Change Trend of the Proportion of Building End Power from 2001 to 2020 -With re-definition of future power peaks and valleys,PEDF focuses

20、on meeting the daily balance demand of power.The current power system is under tremendous pressure of increasing load growth,but the spike load does not last long.Especially in summer,building an air conditioning load,as an important component of the summer power load,4 PEDF is short for photovoltai

21、cs,energy storage,direct current and flexibility.viii is part of the demand response with its adjustable nature,which is currently a common focus of both the power field and the building field.With a high percentage of renewable energy generation connected,the challenge for future power grids is the

22、 mismatch between wind power and PV output and the power consumption load.When we consider both wind power and PV generation,the peak and valley of the future will be redefined.From the perspective of daily balance,the future power may be a valley during the day and a peak at night,which is exactly

23、the reverse of today.The current power tension is mainly due to the peak power load,while the future power tension will also depend on the size of the wind power and PV output.When the power load is low but the wind power and PV output are lower,there will still be a power tension.When the power loa

24、d is high but the wind power and PV output are higher,there will be a power surplus.As the energy mix shifts,the relationship between power supply and demand also changes.As shown in Figure 2,building flexibility can solve almost all of the daily peak shaving demand,without relying on grid storage a

25、nd peak shaving power.Figure 2.The ratio of demand flexibility and its equivalence energy storage per year -PEDF should follow the differentiated development of urban and rural areas.Its urban applications focus on“F”and public construction before residence,while its rural applications focus on“P”an

26、d“PV+”.In urban areas where the power consumption of buildings features high power load and high demand,PEDF power distribution systems with“energy storage”and“flexibility”as the core give play to the resource aggregation of the building,so that the building can become a virtual power plant,actively

27、 adjust the building load,interact with electric vehicles and power system in a friendly way,improve the economy of the power system,and increase the proportion of renewable energy consumption.In the early stage,government office buildings should take the lead in developing distributed PV,promote th

28、e ix electrification of public vehicles and orderly charging and discharging mode,and encourage flexible power consumption.Meanwhile,combined with the peak-valley price difference,power market,demand response and other relevant policy mechanisms,it explores the market-oriented promotion mode of PEDF

29、 and takes the development path of public construction before residence.As shown in Figure 5,rural areas are abundant in building rooftop resources and“PV+”systems with PV as the core should be developed.They self-generate and self-consume and deliver the surplus power out.Centering on the comprehen

30、sive development of solar power resources of the building rooftops and surrounding site of rural areas,those areas promote the electrification of rural energy use,the electrification of agricultural machinery,the orderly and intelligent management of power,the construction of village-level DC distri

31、bution networks and power storage and heat storage facilities,and promote the efficient use and full consumption of PV power generation.Figure 5.Development Strategies for PEDF in Urban and Rural Areas -The future development implementation path of Chinas PEDF building focuses on policy and technolo

32、gy R&D in the near term,demonstrations in the near-to-medium term and the value of demand flexibility breakthroughs in the medium-to-long term.The PEDF is yet in the early stage of development,and its application and promotion cannot be separated from the whole societys awareness of zero-carbon powe

33、r and flexible power consumption,the consensus between the power generation side and the power consumption side,the leading demonstrations of government departments,the exploration and construction of business models and mechanisms,and the continuous technical R&D of equipment.Generally,the focus is

34、 on policy and technology R&D in the near term,demonstrations in the near-to-medium term,and breakthroughs in the value of demand flexibility in the medium-to-long term,as shown in Figure 6.The specific promotion of PEDF building development should start with the following six aspects:x a)Start with

35、 standards to ensure solar PV applications;b)Promote charging piles tied to building parking as a key component of planning approval;c)Pilot in public institutions,especially BVB5 technology;d)Explore zero carbon labeling certification to address the“hat”driver;e)Explore the business model of grid-i

36、nteractive building(GIB)to solve the“interest”driver;f)Organize technology and product equipment scientific and technological research to solve the 1-100 diversity.Figure 6.PEDF Implementation Path 5 BVB is short for the charge-discharge coupling technology from building to vehicle and vehicle to bu

37、ilding.xi !前言前言 .i 執行摘要執行摘要.iii Executive Summary.vii 1 項目背景項目背景.1 1.1 雙碳目標下能源綠色低碳轉型新要求.1 1.2 建筑節能與電氣化發展新趨勢.2 1.3 高比例可再生能源電力快速發展.3 1.4 新型電力系統對建筑柔性負荷的需求.5 1.5 建筑領域碳中和路徑.7 2 中國建筑規模與負荷特征中國建筑規模與負荷特征.9 2.1 中國建筑規模.9 2.2 建筑負荷特征.11 2.3 小結.15 3 光儲直柔技術趨勢光儲直柔技術趨勢.17 3.1 建筑光伏.17 3.2 建筑儲能.24 3.3 直流配電.31 3.4 用電柔性

38、.35 3.5 小結.42 4 光儲直柔建筑零碳用電模型光儲直柔建筑零碳用電模型.44 4.1 模型介紹.44 4.2 電網調峰儲能量.45 4.3 光儲直柔建筑調峰模型.47 4.4 情景設置.52 4.5 結果分析.55 4.6 不確定性因素.62 5 光儲直柔目標、策略與實施路徑光儲直柔目標、策略與實施路徑.66 xii 5.1 目標與策略.66 5.2 實施路徑.69 參考文獻參考文獻.73 1 1#!$%#!$%1.1 雙碳目標下雙碳目標下能源綠色低碳轉型能源綠色低碳轉型新要求新要求 自 2020 年 9 月中國在第七十五屆聯合國大會上提出將采取有力的政策和措施，于 2030 年前達

39、到碳達峰，并力爭于 2060 年前實現碳中和的國家目標（簡稱“雙碳目標”），政策密集出臺深化布局綠色低碳產業，促使能源結構逐步由高碳向低碳甚至無碳轉變，相關政策如圖 1-1 所示。圖 1-1 落實雙碳目標相關政策 2021 年 10 月 24 日，中共中央 國務院發布關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見1（以下簡稱意見），作為碳達峰碳中和“1+N”政策體系中首份綱領性文件，明確了我國實現碳達峰碳中和的時間表、路線圖，是“1+N”中的“1”，為碳達峰碳中和進行了系統謀劃和總體部署，也是中國碳達峰碳中和的頂層設計。意見明確提出：以能源綠色低碳發展為關鍵，加快形成節約資源和保護環

40、境的產業結構、生產方式、生活方式、空間格局，堅定不移走生態優先、綠色低碳的高質量發展道路，確保如期實現碳達峰、碳中和。新時期電氣化發展是推動能源綠色低碳轉型，助力實現碳達峰、碳中和目標的重要途徑。作為“N”中為首的政策文件，2030 年前碳達峰行動方案（國發202123 號）2中明確提出：提高建筑終端電氣化水平，建設集光伏發電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的“光儲直柔”建筑。到 2025 年，城鎮建筑可再生能源替代率達到 8%，新建公共機構建筑、新建廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達到50%?？稍偕茉吹碾S機性、波動性將對城市電網的安全、穩定運行帶來極大的挑戰，制約可再生能源大規模的應用。建筑中采用“

41、光儲直柔”技術不僅是解決分2 布式光伏接入和消納問題的重要技術手段，而且是面向新型電力系統實現“荷隨源動”的重要技術支撐，對于零碳建筑和零碳電力的實現具有重要作用。2022 年 3 月住房和城鄉建設部發布關于印發“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃的通知（建標202224 號）3，提出建筑用能電力替代行動、新型建筑電力系統建設兩項建筑電氣化重點工程。其中，建筑用能電力替代行動以減少建筑溫室氣體直接排放為目標，擴大建筑終端用能清潔電力替代，積極推動以電代氣、以電代油，推進炊事、生活熱水與采暖等建筑用能電氣化，推廣高能效建筑用電設備、產品。到 2025 年，建筑用能中電力消費比例超過 55%；新型

42、建筑電力系統以“光儲直柔”為主要特征，可以實現用電需求靈活可調，適應光伏發電大比例接入，使建筑供配電系統簡單化、高效化?！笆奈濉逼陂g積極開展新型建筑電力系統建設試點，逐步完善相關政策、技術、標準，以及產業生態。1.2 建筑建筑節能與節能與電氣化電氣化發展新趨勢發展新趨勢 建筑節能經歷了 30%、50%、65%的三步走，從居住建筑延伸到公共建筑，從嚴寒寒冷地區拓展到夏熱冬冷和夏熱冬暖地區，從設計、施工到運行，建筑本體的性能以及設備系統效率大幅提升，采暖空調占建筑能耗的比例由過去的三分之二逐步降低到三分之一。與此同時，隨著生活水平和智能化水平的提高，電器設備用能比例逐步提高。在建筑電氣化的背景下

43、，未來是繼續把錢花在建筑本體的能效提升還是兼顧建筑用能的靈活性上，這是值得深入研究的。美國能源部2021 年 5 月公布的與電網互動的建筑國家發展路線圖（A National Road map for Grid-Interactive Efficient Buildings）4認為，考慮可再生能源邊際成本的降低，未來建筑負荷靈活性的作用甚至超過能效提高發揮的作用?！肮鈨χ比帷奔夹g是在建筑能效提升基礎上進一步實現電能替代與電網友好交互的新型建筑配電技術。從 20102020 年，我國建筑能耗總量中電力消耗量大幅增長。2020 年全國建筑運行總用電量 20000 億 kWh5，占全社會用電量的 2

44、6.6%。根據電力平衡表，建筑用電量在全社會用電量中的比重從 2001 年至 2020 年提升了 6.6%，如圖 1-2所示。3 圖 1-2 建筑用電量占全社會用電量的比重 而建筑電氣化率，即建筑用電量在建筑終端能源消費中的比重也快速提升。在 2001 年到 2020 年間，如圖 1-3 所示，建筑電氣化率從 19%提升到 58.3%，未來還將提升到 85%以上，潛在的建筑負荷調節能力足以解決高比例可再生能源接入所帶來的波動性難題。未來高比例的可再生能源將成為電力供應的主力，由此帶來的突出矛盾是可再生能源的發電功率與終端用戶用電功率的不同步。按照當前規劃的“風光”比例，未來電力緊張的時候，從每

45、天的分布看大概率出現在前半夜，從季節的分布看，大概率出現在冬季，也就是說電力的峰谷將被重新定義。圖 1-3 建筑電氣化率（注：按發電煤耗法計算）1.3 高比例可再生能源電力高比例可再生能源電力快速快速發展發展 4 2021 年 3 月 15 日，中央財經委員會第九次會議上提出“要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統”。雖然這是國家層面首次明確新能源在未來電力系統當中的主體地位，強調構建新型電力系統，但早在 2015 年中共中央國務院發布關于進一步深化電力體制改革的若干意見（中發20159

46、號），即已開啟了深化電力體制改革的進程。過去的傳統電網系統急需提高對高比例新能源的消納能力，增強分布式能源的就地消納，加強對尖峰用電的大數據預測預警及調配，提高對各類用戶多樣化、多元化用電需求以及極端天氣急促變化的適應性、兼容性和靈活性。2021 年全國可再生能源裝機規模突破 10 億 kW，風電、光伏發電裝機均突破 3 億 kW，海上風電裝機躍居世界第一。全國發電量及發電裝機容量組成如圖1-4 所示，截至 2021 年底，我國可再生能源發電量占比 27.7%，發電裝機容量占比 43.1%。以風電、光伏發電為主的可再生能源，已經成為全國僅次于煤電的第二大電源。未來隨著新型電力系統的加速構建，高

47、比例可再生能源電力系統需要更強的調節能力，而現階段電力系統調節能力不足已成為制約新能源消納的重要因素。同時，在新型電力系統中，建筑將從單純的電力消費者轉變為集電力生產、消費、調蓄“三位一體”的綜合體，用電行為也將從剛性向參與電力輔助調節、成為柔性負載轉變。圖 1-4 中國發電量及發電裝機容量組成（2021 年）（數據來源：國家能源局）5 此外，通過光伏+電動車雙向充電樁，在光伏發電富余的時候向電動車充電、光伏不出力且市政電網供電緊張時由電動車向建筑放電，這一模式在清華大學建筑節能樓、深圳建科院未來大廈等開展了大量的雙向充放電實驗，已經實踐驗證了可行性。即建筑-電動車-建筑（BVB）技術，實現了

48、建筑用能和交通用能的耦合，電動車只會向建筑反向送電，建筑不會向電網反向送電，從而在根本上解決V2G 的重要瓶頸。如此不僅解決了電動車有序充電問題，也能夠對電網起到重要的支撐作用。2020 年 10 月，國務院辦公廳印發新能源汽車產業發展規劃（2021-2035年），提出到 2035 年，純電動車成為新銷售車輛的主流，公共領域用車全面電動化。我國電動車每年的產銷量已達百萬輛規模以上，電動車實現雙向充放電對電網運行將起到巨大的調節作用，然而電動車-電網（V2G）技術由于大量并網點的存在將給電網運行帶來巨大的挑戰?！肮鈨χ比帷苯ㄖ词窃诳沙掷m發展層面，通過建筑電力交互技術實現電網、建筑、光伏、儲能四

49、者動態平衡，實現終端用能電氣化、電力供應低碳化、能源利用高效化，推動城市能源生產與消費變革，支撐實現碳達峰、碳中和目標。1.4 新型電力系統新型電力系統對對建筑建筑柔性負荷柔性負荷的需求的需求 如圖 1-5 和圖 1-6 所示為南方某城市 2019 年全社會用電負荷曲線，可以看出其 95%以上的電力尖峰負荷持續很短，不過 30 余小時。短時尖峰負荷供應短缺是當前我國電力供應安全面臨的主要難題，但這并非是電力裝機不足導致的，其根源是我國電力系統結構性問題，即基礎電源過多、而尖峰資源不足。6 圖 1-5 南方某城市電網年持續負荷曲線（小時為橫坐標）圖 1-6 尖峰負荷延時曲線 新型電力系統的特點主

50、要有：新能源發電占比顯著增加，源、網、荷高度電力電子化，電網輸配電成本上升等。由此帶來的電網電力平衡困難、系統安全穩定難度增加、調節成本增加等挑戰，需要大力挖掘靈活資源與電網的交互能力。此時加強調峰能力建設，提升系統靈活性是解決新能源發展問題，提高新能源開發和利用效益的關鍵。歐美很多發達國家的能源轉型都是以約 30%的靈活電源作為基礎支撐，目前我國靈活性電源的比例仍舊過低。國家發展改革委 國家能源局關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見（發改能源規2021280 號）提出“通過優化整合本地電源側、電網側、負荷側資源，以先進技術突破和體制機制創新為支撐，探索構建源網荷儲高度融合的新型

51、電力系統發展路徑。充分發揮負荷側的調節能力?！边@對于負荷側的建筑來說，當通過優化建筑用能結構、提高建筑終端電氣化水平而提升可調7 節用電負荷的靈活性時，未來還能夠通過“光儲直柔”建筑、虛擬電廠等形式聚合的可調節負荷參與電力輔助服務，成為建筑領域碳達峰行動的必然選擇。1.5 建筑領域碳中和路徑建筑領域碳中和路徑 根據中國建筑能耗研究報告（2020）指出，全國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放總量比重超半數，其中建筑材料（鋼鐵、水泥、鋁材等）占比 28%；運行階段（城鎮居建、公共建筑、農村建筑）占比 22%，施工階段占比 1%。對于運行階段，如圖 1-7，減少建筑直接碳排放是低碳發展的前提，建筑電氣

52、化則是其中的重要技術路徑；而“光儲直柔”新型能源系統是建筑實現自身減排、減少間接碳排放的重要技術，更是與電網互動、解決電力平衡的關鍵技術。圖 1-7 建筑運行階段低碳減排發展路徑 然而，當前電力系統面臨負荷連年增長的巨大壓力，但尖峰負荷持續時間并不長。尤其是夏季，建筑空調負荷作為夏季電力負荷的重要組成，利用建筑空調負荷的可調節性參與需求響應是當前電力領域和建筑領域都共同關注的焦點，上海、浙江、廣東都有開展建筑負荷需求響應的試點示范。隨著高比例可再生能源發電的接入，未來電網的挑戰是風光電出力與用電負荷的不匹配。建筑節能需要更多地考慮如何更好地適應供給側可再生能源波動，在城市尺度實現能源的安全可靠

53、供應。實踐表明，采用光儲直柔技術的建筑，在滿足終端用戶舒適要求的前提下能夠按照高比例風光出力規律用電，如圖 1-8 所示。8 圖 1-8 建筑在“雙碳”目標下的技術路線圖 由此，建筑部門未來的低碳轉型途徑為：推動建筑用能的全面電氣化，大力發展“光儲直柔”的新型建筑配電系統，實現建筑部門的柔性用電；在農村建立以屋頂光伏為基礎的新型能源系統，全面實現農村用能電氣化。充分開發農村生物質，實現生物質能源的商品化，成為全社會主要的零碳燃料供應；引導鼓勵中國居民堅持綠色節約的傳統建筑使用模式；建筑與電網協同，增加可再生能源供給、降低綜合成本。站在全社會實現碳中和視角看，建筑零碳化將與電力零碳化攜手同步實現

54、。9 2&()*+,-./0&()*+,-./0 2.1 中國中國建筑建筑規模規模 2.1.1 總建筑面積總建筑面積 隨著新型城鎮化和城鄉融合發展工作推進，截至 2021 年末我國常住人口城鎮化率達到 64.72%，較 2010 年提高了 14.77 個百分點，見圖 2-1?？焖俪擎偦瘞咏ㄖI持續發展，我國建筑業規模不斷擴大，城鄉建筑面積大幅增加。2020年我國建筑面積總量約 660 億 m，其中：城鎮住宅建筑面積為 292 億 m，農村住宅建筑面積 227 億 m，公共建筑面積 140 億 m，如圖 2-2 所示。圖 2-1 中國常住人口城鎮化率（2010-2021 年）圖 2-2 中國總

55、建筑面積增長趨勢（2001-2020 年）5 目前公共建筑中，辦公建筑和商場建筑為主要類型，分別占比 34%和 23%；其次為學校建筑，占比 16%；醫院和酒店建筑占比較小，分別為 5%和 4%。0%20%40%60%80%100%201020112012201320142015201620172018201920202021癱靠癌%藹10 2.1.2 人均建筑面積人均建筑面積 2020 年我國建筑人均建筑面積為 36.8m/人，其中城鎮人均住宅面積為32.4m/人，農村人均住宅面積為 44.6 m/人。對比我國與世界其他國家及地區的人均建筑面積水平，可以發現我國的人均住宅面積已經接近發達國家

56、水平。圖 2-3 人均住宅建筑面積 但人均公共建筑面積與一些發達國家相比還相對處在低位，僅 9.9 m/人。美國、荷蘭、丹麥、芬蘭、德國、加拿大幾個國家的人均建筑面積最大，約大于 20m/人，瑞士、新西蘭、瑞典幾個國家的人均公共建筑面積處于第二梯隊，約為1520m/人；日本、法國、英國、西班牙的人均公共建筑面積與我國水平相當，處于 515m/人。目前我國的辦公類和商場類公共建筑人均面積已基本達到發達國家水平，數據與法國、西班牙、英國等國家處于同一量級。酒店類建筑的人均面積仍顯著低于發達國家水平，約為美國的五分之一。學校類、醫院類公共建筑人均面積與部分發到國家的水平接近，但與國際上人均面積最大的

57、國家仍有 45倍的差距，學校教育建筑和醫療衛生建筑將是今后公共建筑發展的重點。010203040506070?生?生衢生?生?猴蛸靂柄生滬氏?生柄生?乘舒丹旨癌o1乘藹11 圖 2-4 各國人均公共建筑面積（2019）5 （注：圖中*為 2018 年數據，*為 2020 年數據）2.2 建筑建筑負荷負荷特征特征 從建筑面積上來看，城鎮住宅和農村住宅的面積最大，占建筑面積總量的78.6%，公共建筑面積僅占建筑面積總量的五分之一。但從建筑用電量來看，2020年中國建筑運行用電量 20000 億 kWh5，其中公共建筑用電量最大，占建筑用電總量的 50%，城鎮住宅和農村住宅用電量分別占建筑用電總量的

58、 28.5%和 17.2%。本節將從城鎮住宅、公共建筑兩個方面分別介紹建筑負荷特征。2.2.1 住宅住宅建筑建筑 從用能分項來看，炊事、家電和照明是中國城鎮住宅除北方集中供暖外耗能比例最大的三個分項，如圖 2-5 所示，其中家電和照明是城鎮住宅中電氣化率最高的用能分項。生活熱水、炊事還有一部分采用非電能源供應，隨著生活熱水電能替代、炊事電能替代等技術的推廣應用，住宅中非電能源供應占比將逐漸下降。而其他家電設備如空調、照明、多媒體、洗衣機等本身就使用電能，它們的數量增長和使用強度增加促進了建筑電氣化率的提升。051015202530?生?猴,波?,?猴衢生晶賚橡,?洗頦?猴?瑚,蛸靂輛?生柄生,

59、?乘舒弘吼哞癌o1乘藹12 圖 2-5 中國城鎮住宅總用電量6 從不同季節典型工作日來看，如圖 2-6 所示，住宅建筑用電負荷率為25%80%，夏季和冬季典型工作日用電負荷高峰均出現在夜晚，夏季午間則出現另一個用電小高峰，以空調、風扇等制冷用電電器為主。圖 2-6 夏季（左）和冬季（右）典型工作日負荷示意圖 從全年用電負荷來看，南方地區住宅建筑單位面積逐時用電負荷呈現夏季和冬季“雙高峰”特征，如圖2-7所示。這是由于我國大部分地區夏季均有制冷需求，且夏季空調季時單位面積用電負荷最高為過渡季時單位面積用電負荷的 56 倍；而冬季高峰主要為夏熱冬冷地區、部分夏熱冬暖地區冬季采暖用電。而北方地區由于

60、集中供暖不存在冬季用電高峰，居住建筑單位面積用電負荷主要以夏季用電高峰為主。如圖 2-8 所示為北京某高校宿舍全年逐時用電負荷示意圖，即使高校有寒暑假用電低谷，仍可從圖中看出明顯的夏季高峰特征。13 圖 2-7 南方地區住宅建筑全年單位面積逐時負荷示意圖 圖 2-8 北方地區居住建筑全年單位面積逐時負荷示意圖7 2.2.2 公共建筑公共建筑 不同類型公共建筑夏季和冬季典型日負荷示意如圖2-9所示，以商業辦公建、賓館飯店、大型超市等建筑為例，夏季用電負荷均高于冬季用電負荷。其中商業辦公建筑工作日負荷高于休息日負荷，賓館飯店和大型超市建筑在相同季節的工作日和休息日用電負荷差異不大，且休息日用電負荷

61、略高于工作日，這與建筑功能及運行時間相關。從用電負荷峰谷比來看，商業辦公、大型超市建筑用電負荷峰值最高為谷值的 5 倍左右，賓館飯店建筑用電負荷峰值與谷值比為 2 倍左右。14 圖 2-9 不同類型公建夏季和冬季典型日負荷示意圖 從全年用電負荷來看，公共建筑單位面積逐時用電負荷呈現夏季高峰特征，如圖 2-10 所示。這是由于我國大部分地區夏季均有制冷需求，且夏季空調季時單位面積用電負荷最高為過渡季時單位面積用電負荷的 2 倍左右。圖 2-10 公共建筑全年單位面積用電負荷示意圖 我國公共建筑中以辦公建筑和商場建筑為主要類型，占比分別分 34%和 23%。以辦公建筑為例，從不同氣候區來看夏季、冬

62、季典型工作日單位面積用電負荷示意如圖 2-11 和圖 2-12 所示。以北京、上海、深圳分別代表寒冷地區、夏熱冬冷縣猙茼當蛸縣猙茨沐蛸煌猙茼當蛸煌猙茨沐蛸15 地區、夏熱冬暖地區，夏季辦公建筑典型工作日單位面積用電負荷峰谷比均為 5倍左右，其中上海和深圳在 10:0013:00 和 19:0023:00 時段用電負荷高于北京；而三個代表城市的冬季典型工作日單位面積用電負荷規律基本一致，但由于北京和上海冬季有采暖需求，分別為市政熱力+空調系統和地源熱泵+空調系統的形式，工作時間段的用電負荷均高于深圳地區，且用電負荷提升較深圳更早。圖 2-11 辦公建筑夏季典型工作日單位面積用電負荷示意圖 圖 2

63、-12 辦公建筑冬季典型工作日單位面積用電負荷示意圖 2.3 小結小結 從建筑規?？?，2020 年我國建筑面積總量約 660 億 m，未來隨著新型城鎮化和城鄉融合發展工作推進，居民對更多建筑和建筑面積的需求也將持續增長。從負荷特征看，對于住宅建筑，用電分項中占比前三的分別為家電、照明、16 空調，且夏季和冬季典型工作日用電負荷高峰均出現在夜晚，夏季午間則出現另一個用電小高峰，以空調、風扇等制冷用電電器為主。同時，住宅建筑單位面積逐時用電負荷呈現夏季和冬季“雙高峰”特征。對于公共建筑，不同類型公共建筑用電負荷與建筑功能及運行時間相關。對比住宅建筑來看，我國公共建筑單位面積用電負荷高于住宅建筑，且

64、呈現夏季高峰特征。此外，寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區等不同氣候區的辦公建筑夏季典型工作日單位面積用電負荷峰谷比差異不大，均為 5 倍左右，而冬季典型工作日單位面積用電負荷規律和大小也基本一致。17 3 1234567812345678“光儲直柔”建筑集光伏發電、儲能、直流配電、柔性用電于一體，是配置建筑光伏和建筑儲能，采用直流配電系統，且用電設備具備功率主動響應功能的新型建筑能源系統。本章將從建筑光伏、建筑儲能、直流配電、柔性用電等四個方面介紹光儲直柔技術現狀與趨勢。3.1 建筑建筑光伏光伏 3.1.1 應用現狀應用現狀 據國家能源局統計，2021 年光伏新增并網裝機約 5300 萬

65、kW，其中分布式光伏約 2900 萬 kW，占當年新增光伏發電裝機比例首次突破 50%（轉折點），如圖 3-1 所示。而戶用光伏新增裝機容量約為 2160 萬 kW，占分布式光伏裝機容量的 74%（分布式主戰場在農村），如圖 3-2 所示。圖 3-1 不同系統形式光伏新增并網裝機容量 18 圖 3-2 20162021 年分布式光伏新增裝機容量構成 3.1.2 建筑光伏應用形式建筑光伏應用形式 光伏組件與建筑有多種結合方式，如光伏屋頂、光伏立面和光伏構件等，如圖 3-3。但是不論哪種形式都必須考慮不同立面朝向、立面傾角、日照時間、太陽輻射量等根本性影響因素。圖 3-3 光伏組件與建筑結合的方式

66、 建筑屋頂用于光伏發電的優勢尤為明顯。首先，屋頂是建筑外表面中接受太陽輻射最多的地方。其次，屋頂是建筑外表面中閑置面積最大、最完整的地方。再次，屋頂安裝光伏系統不影響建筑美觀。最后，光伏屋頂技術成熟，安裝維修方便。采用建筑屋頂光伏系統，不僅可以產生大量的電力供給建筑使用，而且減少了太陽直射輻射得熱，因此可以減少頂層空調能耗，還起到建筑節能的作用。光伏系統還可以安裝在建筑立面，形成光伏墻體系統，類似于屋頂光伏系統，19 光伏墻體系統也可以減少墻體的太陽輻射得熱，從而減少建筑空調能耗。研究表明，在香港地區相比于普通南向墻體，光伏墻體夏季可以減少 51%的熱量，在冬季的白天和晚上分別可以減少 69%

67、和 32%通過墻體的熱量。另外，如果將光伏組件與墻體之間通道內的熱量收集起來，還可以作為熱源直接或間接的供建筑使用，進一步起到建筑節能的作用。在光伏建筑一體化中，為了讓光伏組件與建筑更加協調美觀，彩色組件應運而生。種類繁多的彩色組件類型，不僅可以滿足建筑美觀需求，還可以根據需求定制，從而增強與建筑的協調性，滿足建筑美觀時尚的目的，如圖 3-4（左）。雖然彩色光伏組件會對發電效率產生負面影響，但是對于建筑一體化光伏系統來說，除了發電效率之外，更應該考慮其他方面的評價指標。對于建筑一體化光伏系統，按照重要性排序應該是先確保系統安全性、再盡可能追求美觀性和建筑的協調性、最后再兼顧發電效率提升，這是建

68、筑一體化光伏系統與傳統光伏系統的一個重要區別所在。雖然光伏組件以最佳傾斜角安裝時單位功率的發電量最高，然而以最佳傾斜角安裝也會對后排光伏組件造成陰影遮擋?？紤]到組件間距，以最佳傾斜安裝時單位屋頂面積發電量比水平安裝光伏組件時的單位屋頂面積發電量低。因此，采用最佳傾斜角安裝光伏組件和采用水平安裝光伏組件可以產生不同的經濟效益。當屋頂面積比較緊缺、并且對初投資不敏感，但是對光伏發電量占比有要求時，可以采用水平安裝光伏組件，最大化利用占地面積，從而實現單位占地面積光伏發電量最大；而當屋頂面積充裕并且對投資性價比要求高時，可以采用最佳傾斜角安裝光伏組件，雖然單位屋頂面積光伏發電量較低，但是單位面積光伏

69、組件的發電量相比其他安裝方式要高，投資收益最大?，F代建筑中，玻璃幕墻由于其美觀性而被大量使用，然而玻璃幕墻隔熱性能較差，容易造成較高的建筑能耗。而通過將光伏電池與幕墻系統相結合，形成半透明光伏幕墻，如圖 3-4（右），則不僅可以產生電力供給建筑使用，而且可以減少進入室內的太陽輻射并控制室內眩光，從而具有良好的節能性能，受到了研究人員的廣泛關注。20 圖 3-4 彩色光伏組件（左）與半透明光伏幕墻（右）此外，光伏組件還可以與各種建筑構件相結合，比如與遮陽系統結合形成光伏遮陽系統。雖然天然采光是建筑必不可少的一部分，然而天然采光并不是越多越好，當太陽輻射太強時，建筑中需要采用遮陽系統，而光伏遮陽系

70、統將遮擋的這部分太陽輻射利用起來，通過光伏作用轉變成電力，具有良好的節能效果。太陽能光伏技術還可以與傳統瓦片結合，形成光伏瓦。光伏瓦不僅比傳統瓦片更加美觀，而且還能夠源源不斷地提供清潔的電能。將太陽能光伏技術與車棚結合，還可以形成光伏車棚，如圖 3-5。圖 3-5 光伏遮陽與光伏車棚 3.1.3 光伏電池技術趨勢光伏電池技術趨勢 光伏建筑電池技術大概劃分為 3 個發展階段：（1）第一代光伏電池）第一代光伏電池 以單晶硅和多晶硅為主導，該類型光伏電池是現如今 BAPV 市場上最常見的一種，并且已經得到了廣泛的應用，各項技術比較成熟，性能也很穩定。由于多晶硅的光電轉換效率要略優于單晶硅，多晶硅太陽

71、能光伏電池是快速增長的光伏市場中最常見的太陽能電池類型。市場上生產的多晶硅絕大多數被用21 于光伏產業，差不多每 MW 的裝機量需消耗 5t 左右的多晶硅原料。（2）第二代光伏電池）第二代光伏電池 材料常見有碲化鎘（CdTe）/硫化鎘（CdS）以及銅銦鎵硒（CIGS）。這些材料與第一代光伏電池相比，能夠吸收更廣的太陽光頻譜范圍。（CdTe）光伏太陽能電池是繼多晶硅之后世界市場上第二豐富的太陽能光伏技術，并且 CdTe 薄膜光伏太陽能電池可以快速制造，為傳統硅基光伏技術提供了一種低成本的替代方案。銅銦鎵硒（CIGS）太陽能電池具有彈性好、抗太陽輻射強度高、比功率高等優點，應用也越來越廣泛。銅銦鎵

72、硒（CIGS）光伏太陽能電池在其 1.5 eV 的帶隙處具有非常高的吸收系數，因此，對太陽光譜的吸收非常強。銅銦鎵硒（CIGS）電池的光電轉換效率是目前所有應用的薄膜電池中最高的，在玻璃基板上接近 20%。根據這些特點銅銦鎵硒（CIGS）光伏電池可以用于柔性光伏模塊場景，暫時無法被替代。（3）第三代光伏電池）第三代光伏電池 目前，理論研究中有硫化銅鋅錫光伏電池（CZTS）、染料敏化光伏電池、有機光伏電池、鈣鈦礦光伏電池、聚合物光伏電池以及量子點光伏電池。硫化銅鋅錫屬于四元半導體化合物，與銅銦鎵硒（CIGS）有著類似的光學和電學性質，所以該材料非常適合做薄膜光伏電池的吸收層。但是與銅銦鎵硒（CI

73、GS）所不同的是該材料成本要低得多，并且儲量相對豐富，對環境較友好。鈣鈦礦電池被業界普遍認為是代替傳統硅電池的最理想材料。該類型電池不僅制造簡單，生產成本低廉并且光電轉換效率已從 2009 年的 3.8%提升到了現如今的 25.7%，僅次于單晶硅電池的 26.7%，是迄今為止發展最快的太陽能電池技術。其最主要的優勢是成本不到硅太陽電池的一半。由于可以采用刮涂、卷對卷等大面積制備工藝，提高單塊組件面積可以提高生產效率，從而進一步降低單位產能投資，降低生產成本。而全鈣鈦礦疊層太陽電池在過去的四年里取得快速進展，效率已超過單結電池，其效率進展如圖 3-6 所示。22 圖 3-6 鈣鈦礦電池效率進展圖

74、8 3.1.4 光伏組件成本與效率光伏組件成本與效率 根據中國光伏行業協會數據顯示，2021 年光伏組件價格為 1.9 元/W，分布式光伏系統初始投資成本為 3.74 元/W，2022 年預計下降至 3.53 元/W 9。分布式光伏系統初始投資成本包括組件、逆變器、支架、電纜、建安費用、電網接入、屋頂租賃、屋頂加固以及一次設備、二次設備等，2021 年2030 年光伏系統初始投資變化趨勢如圖 3-8 所示。圖 3-7 光伏組件及系統初始投資成本 23 圖 3-8 分布式光伏系統初始投資成本變化趨勢（元/W）從發電效率來看，近十幾年來太陽能光伏電池技術有了快速的迭代與進步。如圖 3-9 所示為美

75、國國家可再生能源實驗室（NREL）更新發布的光伏組件光電轉化效率曲線圖（Best Research-Cell Efficiency Chart），在實驗室條件下最高的轉化效率已達到 47.1%，當前量產晶體硅組件的效率也很容易達到 22%以上，且單位容量的成本下降到過去的 1/10。圖 3-9 光伏電池效率變化趨勢10 根據中國光伏行業協會統計數據，2021 年規?；a的 p 型單晶電池均采用 PERC 技術，平均轉換效率達到 23.1%；采用 PERC 技術的多晶黑硅電池片轉換效率達到 21.0%；常規多晶黑硅電池效率提升動力不強，2021 年轉換效率約19.5%，未來效率提升空間有限；鑄

76、錠單晶 PERC 電池平均轉換效率為 22.4%，n型 TOPCon 電池平均轉換效率達到 24%，異質結電池平均轉換效率達到 24.2%，IBC 電池平均轉換效率達到 24.1%，如表 3-1 所示。今后隨著技術發展，TBC、HBC 等電池技術也可能會不斷取得進步。未來隨著在生產成本的降低及良率的24 提升，n 型電池將會是電池技術的主要發展方向之一9。表 3-1 2021-2030 年不同類型組件功率變化趨勢 綜上，經過十幾年的發展，光伏產業已成為我國少有的形成國際競爭優勢、實現端到端自主可控、并有望率先成為高質量發展典范的戰略性新興產業，也是推動我國能源變革的重要引擎。光伏建筑應用已具備

77、良好的技術經濟性優勢。3.2 建筑建筑儲能儲能 建筑可以根據自身能源系統特點和能耗情況來配置儲能裝置，并控制其運行，實現用電柔性。本節的建筑儲能主要是指電力儲能裝置，優先采用電化學儲能。從技術發展和規模推廣的角度，電動車也是重要的建筑儲能方式。3.2.1 發展現狀發展現狀 2017 年我國出臺了第一個儲能產業指導性政策關于促進我國儲能技術與產業發展的指導意見，對我國儲能產業發展進行了明確部署，各地政府機構和電網公司也開始積極探索分布式儲能產業發展路徑。2021 年由于“雙碳”戰略的推動，國家及地方政府密集出臺了 300 多項與儲能相關的政策，儲能也受到了前25 所未有的關注。2021 年 7

78、月，國家發展改革委和國家能源局發布了關于加快推動新型儲能發展的指導意見，國家主管部門第一次明確新型儲能的發展目標：到 2025 年新型儲能裝機規模達到 3000 萬 kW 以上，由此將以電化學為代表的新型儲能推向了快速發展的新賽道。根據儲能產業研究白皮書 2022統計結果顯示，2021 年國內規劃、在建新型儲能項目規模 23.8GW/47.8GWh，新增投運新型儲能項目裝機規模2.4GW/4.9GWh。截至2021年底，中國已投運電力儲能項目累計裝機規模46.1GW，占全球市場總規模的 22%。其中，2021 年新型儲能新增規模首次突破 2GW。新型儲能中，鋰離子電池和壓縮空氣均有百兆瓦級項目

79、并網運行，以鋰離子電池為主，累計裝機規模占新型儲能的比例近 90%（如圖 3-10 所示）。圖 3-10 中國電力儲能市場累計裝機規模（2000-2021）“碳達峰、碳中和”的目標下，風電、光伏發電將快速發展，而儲能是解決風電、光伏發電不穩定性、間歇性，增強能源系統供應安全性、靈活性的重要手段之一。電化學儲能電池包括鋰離子電池、鉛酸電池、鎳鎘電池等，可根據使用目的不同進行選擇。在未來高比例可再生能源接入背景下，考慮不同材料的電池成本與轉換效率發展趨勢（如圖 3-11 所示），儲能將逐漸成用能系統的剛需。26 圖 3-11 不同材料的電池成本與轉換效率發展趨勢11 3.2.2 建筑儲能技術建筑儲

80、能技術 蓄電池可以將電網和分布式光伏的富余電能儲存并在必要時釋放，有效解決可再生電力供給和建筑用電需求在時間上的不匹配問題。同時，蓄電池還具有響應速度快、效率高及對安裝維護的要求低等優勢，因此受到建筑用戶的歡迎。從電池產業的終端需求看，蓄電池作為備用電源和移動電源的應用較多，用于削峰填谷的儲能電池在城市電網中有應用，而專門應用于建筑削峰填谷的儲能電池還比較少。建筑場景對儲能電池在布置和消防方面有特殊要求，與其他用戶的儲能技術不盡相同，因此建筑儲能電池技術還處于初級發展階段。常見儲能形式根據原理可以分為電化學儲能、電磁儲能、機械儲能、熱儲能等多種形式，如表 3-2 所示。從建筑電氣化趨勢和儲能技

81、術成熟度來看，建筑儲能更適宜采用電化學能儲能。表 3-2 常見儲能形式 儲能技術儲能技術 分類分類 優點優點 缺點缺點 電化學能 鋰離子電池 能量效率高、使用壽命長、充放電倍率高 成本略高 鉛酸/鉛碳電池 應用最早、技術最成熟、成本低廉 能量密度低、循環壽命略低 27 儲能技術儲能技術 分類分類 優點優點 缺點缺點 全釩液流電池 能量效率高、使用壽命長、電化學極化小 投資成本高、占地面積大 機械能 抽水蓄能 成熟、容量規模大 受地理因素制約、基礎投資大 壓縮空氣 能量密度大 受地理因素制約 飛輪儲能 使用壽命長、瞬時功率大、響應速度快 試驗階段、造價成本高、噪聲大 電磁能 超級電容儲能 功率密

82、度高、循環壽命長 試驗階段 超導儲能 功率密度高、循環壽命長、響應速度快 試驗階段、技術不成熟 目前，可能應用于建筑的電化學儲能主要有鋰電池、鉛酸電池、鋅溴液流電池、鎳鎘電池、鈉離子電池等。其中鉛酸電池在過去幾十年中應用廣泛，但由于其放電深度受到限制且存在環境污染等問題，鋰離子電池得益于近些年的技術發展和成本降低，鈉離子電池材料具備顯著成本優勢，更具發展潛力。（1）混合光伏電池蓄能技術）混合光伏電池蓄能技術 建筑儲能最基本的功能，是通過調整充放電功率改變直流配電系統的負荷特性，達到光伏消納、平抑負荷波動和電力交互等目的，是建筑整體用電柔性調節的重要手段。電池在正負極外部電壓差的驅動下以化學能的

83、形式存儲過剩的可再生能源發電，并在負荷高峰期通過電化學反應產生電子流進行放電以滿足建筑需求。電池蓄能技術因為響應速度快、效率高及對安裝維護的要求低而受到建筑用戶的歡迎。表 3-3 為電池廠家近年公布的幾種常用蓄電池性能參數。其中鉛酸電池在過去幾十年中應用廣泛，但由于其放電深度受到限制且存在環境污染等問題，近年來建筑中常用鋰離子電池作為儲能技術。28 注：鎳鈷錳酸鋰（NMC）、鎳鈷鋁酸鋰（NCA）、磷酸鐵鋰（LFP）、鈦酸鋰（LTO）和錳酸鋰（LMO）。圖 3-12 不同鋰離子電池特性12 表 3-3 應用于建筑蓄能的常用電池性能參數比較 電池種類 鋰離子電池 鉛酸電池 鋅溴液流電池 鎳鎘電池

84、使用壽命(年)磷酸鐵鋰:5-10,鈷酸鋰:5-7,鋰錳氧化物:10-30 3-15 5-10 10-20 循環壽命(循環次數)磷酸鐵鋰:2000+,磷酸鐵鋰:500-1000,鋰錳氧化物:1000-1500 200-1800 2000+1500 放電深度 磷酸鐵鋰:50-90%,磷酸鐵鋰:50%,鋰錳氧化物:90%50%-循環效率 磷酸鐵鋰:89%,磷酸鐵鋰:97%,70-90%70-80%60-65%29 電池種類 鋰離子電池 鉛酸電池 鋅溴液流電池 鎳鎘電池 鋰錳氧化物:75-95%工作溫度 磷酸鐵鋰:0 to 45C,磷酸鐵鋰和鋰錳氧化物:-10 to 45C-10 to 45C 20

85、to 50C-40 to 45C 環境影響 非常小 中等 最小 中等 優勢 循環壽命長 放電深度大；體積小，重量輕；環境友好型；維護要求低 技術成熟 價格便宜 可回收性好 能量和功率密度大 循環壽命長 技術成熟 能量和功率密度大 比鉛酸電池壽命長 工作溫度范圍大 劣勢 成本高 可回收性差 放電深度有限 需經常檢查維修 需良好的通風環境 技術新且復雜 維修要求高 安全危害(腐蝕性和有毒物質)電池電壓低 初投資比鉛酸電池高 安全危害(鎘)（2）混合光伏）混合光伏電動車電動車技術技術 電動車是一種實現可再生能源發電存儲的新興技術，鑒于其大規模生產，它有望為促進可再生能源應用和提高能源效率做出重大貢獻

86、。在安裝光伏的建筑中使用電動車既可以滿足供能需求，也可以滿足儲能方面的需求，這可以幫助改善建筑本省的能量匹配度并調節峰值負荷。目前廣泛實現電動車應用于蓄能的四個基本途徑是智能充電、電網結合、電池更換和循環使用二次電池。通過充電樁為電動車充電，或通過充電樁從電動車取電，實現建筑用電與電動車充放電耦合的技術，稱為建筑電動車交互（BVB）13。電動車的普及將給發30 電、輸電、配電系統帶來嚴峻挑戰。充電樁的功率從 7kW 到 20kW、60kW，甚至 100kW 以上，如果城市中有 100 萬輛電動車，即便采用電動車與電網協同技術（Vehicle-to-Grid，簡稱 V2G）并考慮同時使用系數，為

87、滿足其充電新增電力裝機容量將顯著增長，甚至超過城市已有配電網的能力。如何緩解電動車數量增長對城市配電網的影響，甚至利用電動車固有的儲能特性與建筑用電協同，進而與城市電網協同，是推動電動車發展的關鍵。伴隨著電動車的快速發展，建筑將成為充電樁布局的重要載體，電動車用電將與建筑用電深度融合，需在城市尺度協同建筑-交通-電網實現 BVB，通過耦合建筑用電與電動車充放電，有效減少V2G 給城市電網運行帶來的挑戰，通過優化需求側用電規律，更高效地實現資源配置。3.2.3 未來規劃及發展趨勢未來規劃及發展趨勢 2022 年 1 月，國家發展改革委 國家能源局正式印發“十四五”新型儲能發展實施方案（發改能源2

88、022209 號）14提出：到 2025 年，新型儲能由商業化初期步入規?；l展階段、具備大規模商業化應用條件。其中，電化學儲能技術性能進一步提升，系統成本降低 30%以上。并進行一系列試點示范。另外，2021 年 9 月最新 IPCC 全球氣候變化報告出爐，再度向全世界發出警報。儲能作為“雙碳”背景下構建零碳電網的關鍵組成部分，終于迎來爆發性的發展機遇。大多數人印象中的儲能，主要是放電時長較短（10hr）的抽水蓄能或以鋰電池為主的電化學儲能系統，占全球儲能總裝機 93%。隨著電力結構不斷革新，長時儲能（long-duration energy storage）這一概念逐漸受到關注，長時儲能的

89、時長尚無明確定義，美國能源部將其歸類在額定功率下連續放電 10 小時或以上。也許這是下一個顛覆性儲能技術方向。據報道，太平洋西北國家實驗室（PNNL）的一個團隊提出了一種新的設計，展示了一種“冬眠”電池，它可以一次保存能量數月。這項研究的核心是一種被稱為熔鹽電池的儲能技術15。這種電池由于其成本低和使用常見的材料，被認為是電網規模的可再生能源存儲解決方案。31 圖 3-13 不同時間尺度的儲能示意圖16 為了釋放可再生能源的全部潛力，科學家們仍在不斷探索先進的電池技術，努力解決太陽能和風能發電的間歇性問題。3.3 直流配電直流配電 3.3.1 系統組成系統組成 根據民用建筑直流配電設計標準，直

90、流配電系統的組成包括：電源設備，包括城市電網、建筑光伏、建筑儲能或柴油發電機等，不一一列舉；配電設備，包括交直/直直變換器、光伏變換器、儲能變換器，線纜以及開關等保護裝置；用電設備，包括照明、空調、辦公設備等用電設備，以及插座等；監控系統，包括傳感器、測量/計量表具、控制器和監控軟件等。直流配電系統的組成如圖 3-14 所示。32 圖 3-14 直流配電系統組成13 3.3.2 系統拓撲系統拓撲 民用建筑直流配電系統中城市電網、光伏、儲能和用電負荷四者的物理布局與相互連接方式，即稱之為系統拓撲。系統拓撲描述的是城市電網、光伏、儲能和用電負荷相互連接的物理關系，不反映各自量的大小，可以從不同的角

91、度進行描述和分類，最重要的特征包括直流母線極性和配電回路的連接方式。根據導體電位的極性關系，直流母線有單極和雙極兩種形式，如圖 3-15 中a)和 b)所示。單極系統由正極（L+）和負極（L-）組成，由于采用兩根線配出供電，在 低壓電氣裝置 第 1 部分 基本原則、一般特性評估和定義 GB/T 16895.1-2008 標準中，也被稱為二線制結構；雙極系統由正極（L+）、負極（L-）和中間極（M）組成，相對中間極，正負極分別是兩種不同的極性。如果雙極系統中正極、負極和中間極都被引出并用于配電，在前述標準將其稱為三線制結構。但是，對于雙極系統中間極沒有被引出的情況，不論是用三線制或二線制的稱謂，

92、都很難準確表達結構上的特征，加上二線制和三線制也可以用來描述交流系統，為避免混淆，同時突出直流配電系統不同接地型式的電位特征，強調直流配電系統電壓極性的概念，采取單極系統和雙極系統進行區分。a)單極結構 b)雙極結構 喝綽僚腓讓搞僚腓讓車/?僚腓讓耗?癱莠哞喝綽哞搞閑閑警癌警搞藹橡睛閑樂僚腓讓螭莖弘禚攄乎崇閑閑閑閑煜煜僚腓讓+-僚腓讓+-MUdcUdc僚腓讓+-L+L-UdcL+L-33 圖 3-15 直流配電系統單極和雙極結構 目前，民用建筑直流配電系統中主要的電源設備大多采取集中布置方式，配電回路則采取放射狀、樹干狀或放射狀與樹干狀混合的連接方式。3.3.3 技術優勢技術優勢（1）高效的建

93、筑供配電系統）高效的建筑供配電系統 對比圖3-16可知，建筑采用直流配電可以減少光伏等直流電源的逆變環節、直流電器和變頻電器的整流環節，但是同時需要增加建筑從市網購電的整流環節、建筑向電網饋電的逆變環節、交流電器的逆變環節。a）建筑交流配電系統示意圖 b）建筑直流配電系統示意圖 圖 3-16 交直流配電系統對比 通過對比發現，交直轉換損失差異與直流電源和直流負載占比有關。如果光伏的自發自用量 越大、從電網購電量越小、直流電器用電量越大、交流電器用電量越小，則從交直轉換損失的角度越趨向于采用建筑直流供配電系統。這是直流建筑核心特征必須包括高比例的建筑光伏和高比例的直流設備的原因。（2）基于電壓的

94、無通訊信息傳遞）基于電壓的無通訊信息傳遞 直流建筑的母線電壓可以在較大范圍的電壓帶內變化，而不限于額定電壓值的5%。直流建筑可以通過 AC/DC 控制母線電壓，進而引導各末端設備進行功率調節。當然，這種控制邏輯的實現前提是末端 DC/DC 應具有母線電壓和設備功率的關聯關系。例如連接蓄電池的 DC/DC 可根據母線電壓的高低，電壓高于34 某一設定值時充電、電壓低于另一設定值時放電，同時母線電壓越高充電功率越大、母線電壓越低放點功率越大?？照{設備可以根據電壓高低調整壓縮機頻率或者室內溫度。充電樁還可根據電壓高低決定充電速率，甚至在母線電壓過低時從汽車電池中取電，反向為建筑供電。其他設備也可以根

95、據自身特點在設備控制邏輯中增加母線電壓高低與設備功率大小的關聯控制邏輯。這樣當 AC/DC 在控制直流母線電壓升高或者降低時，各末端設備就可以通過監測電壓來切換運行模式和調節功率大小。而各末端設備的動作效果又會體現在 AC/DC 的輸出功率上，AC/DC 通過反饋控制來修正電壓就可以使建筑功率逐漸趨近某一目標范圍。這種基于直流系統的控制模式可以不依賴于 AC/DC 與建筑末端設備的通信，具有簡單和可拓展性的優勢，從而適應復雜多樣的建筑終端設備和用戶需求。（3）更高的供電可靠性）更高的供電可靠性 直流建筑轉換環節較少，設備元件數量較少，因而由設備故障所導致的系統停電概率降低。直流供電建筑因簡化電

96、能處理環節而大大減少了電源變換器內部的零件數目達到 30%左右，因而降低了成本，提高了可靠性。直流建筑與分布式可再生電源和儲能設備集成，在外電網故障時依然有電源供電，從而降低了停電風險。配有儲能的直流建筑可以優化建筑電力負荷曲線，使供配電設備長期處于更穩定的運行狀態，從而進一步降低設備故障率、提高可靠性。（4）更高的用電安全性）更高的用電安全性 因絕緣損壞、操作失誤等導致的電擊事故會讓電流流過人體，損害使用者。國家標準 GB/T 13870.1-2008電流對人和家畜的下映 第 I 部分：通用部分中給出了不同電流和時間區域的對人效應，其中 3 區可能導致心臟發生無意識的肌肉反應和可逆紊亂，4

97、區可能發生病例生理學效應，如心搏、呼吸停止等。對比交流電和直流電的對人效應可以發現，直流電各區的人體電流值和電流持續時間均大于交流電。尤其在持續時間較長時，直流電 3、4 區的人體電流閾值均明顯高于交流電。因此，直流建筑具有安全性優勢。而且，直流建筑一般在建筑空間中進行電壓分區，即采用低電壓為建筑內部直接供電。目前很多直流建筑的系統架構都采用的多個電壓等級分區設計的架構，其中在近用戶側采用低壓、特低壓電壓等級（48V、24V 等）。這樣即使發生觸電事故，其較低的人體電流效應也不會危險生命安全，進一步提高了直流建筑的用35 電安全性。圖 3-17 電流人體效應（雙腳到雙手，左交流，右直流）3.4

98、 用電用電柔性柔性 3.4.1 柔性定義柔性定義 柔性用電以城市電網指令為約束條件，通過建筑整體用電柔性實現需求側與供給側動態平衡的技術，即建筑電力交互?？稍偕茉窗l電與常規發電機發電的邊際成本變化規律大不相同。理論上，在沒有棄風棄光且供需關系完全匹配時，可再生能源發電系統邊際成本最低。當需求側用電規律偏離可再生能源發電規律越遠時，需要付出的額外代價越高，度電成本也會更高。建筑節能通?？紤]的是用能總量或單位面積用能的降低。然而未來高比例可再生能源發電及其波動性是常態，建筑節能需要更多地考慮如何更好地適應供給側可再生能源波動，在城市尺度實現能源的安全可靠供應。這將是全社會層面更顯著的能源節約。3

99、.4.2 柔性負荷柔性負荷 建筑用電柔性是通過調節用戶側解決發電負荷和用電負荷不匹配問題的一種能力。建筑用電柔性來自于三方面，一是建筑用電設備，在保障生產生活基本質量的前提下，通過優化設備的運行時序，錯峰用電；二是儲能設施，投資建設儲能電池、蓄冷水箱、蓄冰槽、蓄熱裝置等，直接或間接地實現電力的存儲；三是電動車，通過智能充電樁連接電動車電池和建筑配電系統，在滿足車輛使用需36 求的基礎上，挖掘冗余的電池容量，使停車場中電動車發揮“移動充電寶”的作用。用電設備的柔性。用電設備的柔性。建筑中有豐富的可調節設備，或是可以轉移用電負荷，或是可以削減用電負荷。例如，暖通空調就典型的可調節負荷，建筑圍護結構

100、、冷凍水系統都具有一定的蓄冷和蓄熱能力，短時間的關閉空調或調整空調輸出功率并不會顯著影響室內環境溫度，因此通過控制空調啟停、改變變頻空調的壓縮機頻率、切換中央空調末端風盤的風速檔位、或者放開室內溫度的控制精度等方式都可以在不影響用戶舒適度的情況下實現負荷柔性控制。照明系統從技術上也是可以實現在用電高峰時段降低室內照度等級，從而降低照明功率的，但是由于人對燈光變化比較敏感，需要充分考慮人的舒適度，分時分區制定精細化的調控策略。智能設備如洗衣機、洗碗機等，在非急用的情況下，可以通過節能模式降低負荷，也可以延遲啟動避開高峰。還有很多自帶電池的移動設備，也可以作為可中斷負荷來調控。過去，用電設備的調節

101、手段主要為滿足多樣化的使用需求；現在，基于智能化管理調度，能夠利用用電設備的柔性改變建筑的負荷形態，實現電力調峰和可再生能源消納。儲能設施的柔性。儲能設施的柔性。儲能電池是直接儲存電力的設備，它既可以作為建筑或者設備的備用電源，在電力供給故障時為建筑或者設備提供短暫的電力供給，還可以結合峰谷電價在低電價時段儲存電力，在高電價時段釋放電力，從而來實現削峰填谷。蓄冷水箱、蓄冰槽或者蓄熱裝置可以間接的儲存電力，即把用電低谷時期的電力通過暖通空調系統轉化為冷量或者熱量儲存起來，在用電高峰時期釋放以減少原本暖通空調在該時段需要消耗的電力。儲能設施的柔性是單純的能量轉移，對用戶舒適性沒有影響，但是需要增加

102、投資，所以它的應用推廣取決于經濟性。從趨勢上看，儲能成本和調峰收益分別呈下降和上升趨勢。在成本方面，2022年國家發改委、國家能源局發布的“十四五”新型儲能發展實施方案提出了到 2025 年電化學電池系統成本降低 30%以上的發展目標。在收益方面，2021 年國家發展改革委發布關于進一步完善分時電價機制的通知，提出要拉大峰谷電價，多省市陸續執行，如深圳市普通工商業用戶的峰谷電價分別為 1.3553 元/kWh 和 0.289 元/kWh，峰谷價差達 1.066337 元/kWh。以系統成本 1500 元/kWh、循環壽命超過 3000 次、效率超過85%的磷酸鐵鋰電池為例，度電儲能成本約為 0

103、.56 元/kWh，在當前的峰谷價差下已經可以盈利。未來，隨著電池成本的進一步降低、峰谷價差的進一步拉大，建筑中配置儲能的經濟價值會越來越好。電動車的柔性。電動車的柔性。為適應能源結構的低碳轉型、減少城市汽車大氣污染物排放，新能源汽車是未來的重要發展趨勢。雖然目前新能源汽車保有量只有幾百萬輛，但是增長速度迅速，預計未來電動車保有量會超過 3 億輛。與此同時，電池技術的發展使得電動車電池在滿足行駛需求之外還有大量的冗余容量。按照 500 公里續航里程和 3000 次循環計算，可以行駛 150 萬公里，已經遠遠超出了普通私家車的行駛里程需求，電池循環次數對于汽車使用生命周期是冗余的。電動私家車的使

104、用場景主要是城市內通勤，500 公里的續航里程基本能做到一周一充，電池容量對于日行駛需求是冗余。而且，電動私家車 80%的時間是停在住宅、辦公、商業建筑周邊的停車場。在充電樁設施健全后，電動車完全可以實現有序充電和雙向充放電，與建筑用電負荷協同，利用冗余電池容量和循環次數可以為建筑提供柔性。3.4.3 負荷聚集商負荷聚集商 雖然建筑負荷有調節能力，但是由于建筑可調節負荷的體量小且不確定性大，而且不同建筑之間的負荷差異也很大，普遍達不到電力系統輔助服務的標準要求。因此，建筑無法直接與電網交互，而需要經過負荷聚集商。2021 年 12 月，國家能源局印發電力輔助服務管理辦法進一步擴大了輔助服務提供

105、主體：按照國務院 2030 年前碳達峰行動方案 有關要求，將提供輔助服務主體范圍由發電廠擴大到包括新型儲能、自備電廠、傳統高載能工業負荷、工商業可中斷負荷、電動車充電網絡、聚合商、虛擬電廠等主體，促進挖掘供需兩側的靈活調節能力，加快構建新型電力系統。電力系統輔助服務標準要求見表 3-4。表 3-4 電力系統輔助服務標準要求 具體要求具體要求 38 一次調頻一次調頻 國標：一次調頻死區0.03Hz0.05Hz;一次調頻調差率為 0.5%3%;一次調頻有功功率的響應滯后時間 thx 不大于 Is;一次調頻有功功率調節時間：10s;一次調頻穩定時間：不低于 10s;一次調頻有功功率調節偏差不超過 1

106、%額定有功功率；山西：一次調頻功能技術參數 a.測頻精度：頻率測量分辨率不大于 0.003Hz;b.頻率采樣周期：不大于 100ms;c.頻率測量偏差：頻率測量偏差不大于 0.001Hz。二次調頻二次調頻 福建：儲能設備、電站容量不小于 10MW，機組調頻新能綜合指標 K 不低于 0.53 調峰調峰 福建：可調節負荷暫定調節容量不小于 2.5MWh，最大充（用）電功率不小于 5MW 浙江：可調節容量不小于 2.5MWh，調節功率不小于 5MW，持續響應時間不小于 1h 甘肅：參與調峰輔助服務交易的可中斷負荷用戶最小用電電力須達到 10MW 及以上 備用備用 華東：旋轉備用必須在 10 分鐘內能

107、夠調用。電儲能裝置裝機容量大于 20MW 建筑負荷聚集商負責匹配電網調節需求和建筑調節能力。建筑負荷聚集商平臺需要配置電力市場交易算法、建筑可調節潛力評估算法、建筑收益分配算法等等，以滿足對電網管理平臺的交易需求，對建筑的調節目標拆解下發、效果檢測、效益分配等需求。此外，負荷聚集商平臺還可以根據建筑的特性和需求提供柔性改造服務，如圖 3-18。39 圖 3-18 建筑電力交互模式設想 3.4.4 柔性用電的優勢柔性用電的優勢 實現電力交互對于用戶的效益也十分顯著。國家發改委發布關于進一步完善分時電價機制的通知（發改價格20211093 號），強化尖峰電價、深谷電價機制與電力需求側管理政策的銜接

108、協同，充分挖掘需求側調節能力；鼓勵工商業用戶通過配置儲能、開展綜合能源利用等方式降低高峰時段用電負荷、增加低谷用電量，通過改變用電時段來降低用電成本。國家發改委、能源局聯合發布關于鼓勵可再生能源發電企業自建或購買調峰能力增加并網規模的通知（發改運行20211138 號），提出實現碳達峰關鍵在促進可再生能源發展，促進可再生能源發展關鍵在于消納，保障可再生能源消納關鍵在于電網接入、調峰和儲能，鼓勵發電企業自建儲能或調峰能力、允許發電企業購買儲能或調峰能力增加并網規模。國家能源局發布 關于 2021 年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知（國能發新能202125 號），建立了保障性并網、市場化并網等

109、并網多元保障機制，對于保障性并網范圍以外仍有意愿并網的項目，可通過自建、合建共享或購買服務等市場化方式落實并網條件后，由電網企業予以并網。并網條件主要包40 括配套新增的抽水蓄能、儲熱型光熱發電、火電調峰、新型儲能、可調節負荷等靈活調節能力。此外，當前國內很多省市已開展電力需求響應試點，高峰期負荷消減收益達 15 元/kWh 甚至 30 元/kWh，填谷的收益在 1.2 元/kWh。目前建筑與電網互動的形式主要是需求側響應，而既有需求側響應政策主要從電網推動，其目的是提高電力系統運行的可靠性和經濟性，遠期高比例風光電情景下建筑柔性用電解決靈活性稀缺的意義并沒有得到體現。既有需求側響應政策以經濟

110、激勵為主，而沒有節能低碳方面的收益，而建筑的電費成本在建筑運營收益中的占比較低，尤其相對于城市的高房價和高租金，從而導致建筑用戶參與柔性用電的積極性不高。迫切需要建立柔性用電與建筑低碳的關聯機制，用低碳收益來激勵建筑柔性用電，促進建筑和電網同步向未來低碳情景轉型發展。機制初步設想如下，首先由政府部門制定綠電消費憑證的發放規則，并且確定綠電消費憑證發放總量；然后電網發出以消納可再生電力為目標的輔助服務邀約，并對參與輔助服務的建筑進行監測、考核，根據參與程度核發綠電消費憑證和補償資金；最后政府部門還要把綠電消費憑證納入建筑碳排放核算方法中，建筑可憑綠電消費憑證抵消外購電的碳排放，進而申請相應的低碳

111、標識。此外，獲得綠電消費憑證的建筑用戶還可以通過售賣碳額度獲取額外的補償資金，前提是碳交易市場規則要認可綠電消費憑證。3.4.5 建筑建筑電力交互電力交互 多個世紀以來，電力網絡都是以化石燃料為動力，依賴于從電廠集中發電、輸電到終端用戶的單向能源流動。但這樣生產和輸送能源的方式也帶來了一系列不利于可持續發展的問題，比如霧霾、地球溫度上升等，且化石能源終究是有限的。如今，新的減排政策、新技術的發展，為電力網絡的低碳化轉型提供了可能。41 圖 3-19 低碳型電網中的多向能源流動 通過將高效節能系統、可再生能源、能源儲存等技術更好地結合在建筑設計中，建筑領域在電網轉型的過程中發揮著至關重要的作用。

112、比如，“電網友好型（grid-friendly）”建筑可以根據電網需求調節自身的能耗或是將其生產的可再生能源輸出到電網。然而，至今為止世界上還沒有一個統一的、用于衡量建筑與電網間交互作用的指標。為了填補這一領域的空白，新建筑協會（NBI）與美國綠色建筑委員會（USGBC）于 2018 年聯合提出了電網優化倡議（GridOptimal Initiative），該倡議旨在開發與運用新的指標，用以衡量建筑與電網間交互作用的質量。為了更好地在建筑領域中推廣和優化這些新指標，美國綠色建筑委員會專門在美國綠色建筑（LEEDTM）評價體系中設立了試行得分點電網優化建筑（EApc152:GridOptimal

113、 Building ACP）。項目團隊可以通過電網優化指標（GridOptimal Metrics）來定義項目表現并獲得相應的得分。電網優化建筑評價指標共采用了六項核心指標（見表 3-5）。前三項指標基于全年 8760 小時逐時計算，將建筑用電需求曲線與建筑以外的因素（如電網系統負荷或電網溫室氣體排放因子）建立聯系。后三項指標衡量了建筑在用電高峰時刻削減用電需求的能力。每項指標的評價范圍為 0100 分。表 3-5 電網優化指標 42 3.5 小結小結 建筑電氣化是實現碳中和目標的必然選擇，也就是說未來建筑用能以電為主甚至全部是電。接下來是電的零碳化，即太陽能光伏、風電和水電等將成為未來的主導

114、電源。但不管是集中式的還是分布式的可再生能源，發電的波動性是其主要特征。主要解決方案包括：（1）通過大規模儲能來調節。目前抽水蓄能是主要方式，電化學儲能也在快速發展中。但面臨的問題是選址難、經濟性不佳以及安指標指標 定義定義 Grid Peak Contribution 電網峰值貢獻程度 該指標定義了在電網高峰時刻中，建筑用電需求對電網峰值的貢獻程度。計算過程中，只有前 5%（按數值大?。╇娋W峰值發生的時刻被納入考量。在這些時刻中，按下式進行計算：電網峰值貢獻程度=(建筑負荷因子)$(即對定義時刻中的建筑負荷因子求算術平均值)建筑負荷因子=建筑凈電力需求(W)調整型最大參照需求(W)得分規則為

115、：實際得分=100 電網峰值貢獻程度 100。Grid Carbon Alignment 電網碳排放影響 該指標定義了在一年時間內，建筑用電需求對電網碳排放的貢獻程度。評估方式如下：電網碳排放影響=(建筑負荷因子i 電網碳排放因子i8760i=1)8760 建筑負荷因子i=第 i 小時建筑凈電力需求(W)調整型最大參照需求(W)電網碳排放因子i=第 i 小時電網邊際碳排放量（kgCO2/MWh）全年內電網最大邊際碳排放量（kgCO2/MWh）得分規則為：實際得分=100 電網碳排放影響 100。Onsite Renewable Utilization Efficiency 現場可再生能源 利用

116、效率 該指標定義了建筑就地利用可再生能源來削減用電需求的能力?，F場可再生能源利用效率(%)=1(一年內輸出到電網的可再生能源(W)一年內就地生產的可再生能源總和(W)可再生能源所抵消的建筑用能比例 100 可再生能源所抵消的建筑用能比例=一年內就地生產的可再生能源總和(W)一年內建筑用能需求總和（電+燃氣）(W)得分規則為：實際得分=現場可再生能源利用效率。Short-Term Demand Flexibility 短期需求彈性 該指標定義了建筑在 1 小時內削減用電需求的能力。計算時，需選取建筑凈電力需求(W)最高值出現的那一天作為研究對象。短期需求彈性(%)=建筑用電需求的削減量(kW/h

117、)1000調整型最大參照需求(W)100 得分規則為：實際得分=短期需求彈性 0.5。在 1 個小時區間內，短期需求彈性必須大于等于 10%（否則得 0 分）；若短期需求彈性達到 50%，則可獲得 100分。Long-Term Demand Flexibility 長期需求彈性 該指標定義了建筑在 4 小時內削減用電需求的能力。計算時，需選取建筑凈電力需求(W)最高值出現的那一天作為研究對象。長期需求彈性(%)=建筑用電需求的削減量(kW/h)1000調整型最大參照需求(W)100 得分規則為：實際得分=長期需求彈性 0.5。在 4 個小時區間內，長期需求彈性必須大于等于 10%（否則得 0

118、分）；若長期需求彈性達到 50%，則可獲得 100分。43 全性等；（2）火電廠進行調節。但面臨的問題是未來要實現碳中和目標，留給火電的份額將大幅縮??；（3）盡可能按照可再生能源發電規律來用電。在民用建筑領域，開展 GIB、BVB，能夠很好實現“荷隨源動”，是有效且經濟的技術路徑。PEDF 是新型建筑能源系統，核心目的是實現電力交互。通常建筑電氣設計考慮的是用電負荷和城市電網兩者的關系，如公式（1）。當建筑采用 PEDF 時，變成了建筑光伏、建筑儲能、用電負荷和城市電網四者的關系，如公式（2）。開展直流配電設計時，需要以城市電網為邊界條件，更多地考慮四者的動態平衡13，如圖 3-20 所示，這

119、將對負荷計算、儲能容量以及系統控制等產生顯著的影響。!#$=%&$Y1!#$+()=%&$+*+,-Y2 式中：!#$城市電網負荷（kW）；%&$用戶用電負荷（kW）；*+,-建筑儲能負荷（kW）；()建筑光伏負荷（kW）。(a)二者關系 (b)四者關系 圖 3-20 配電設計能量平衡關系圖 建筑光伏和 BVB 都具備向電網反向送電的能力，但考慮以下因素：（1）大量并網點的存在將給電網運行帶來顯著影響；（2）在城市中建筑光伏年發電量通常小于建筑年用電量等因素；（3）分布式電源接入電網承載力評估導則（DLT 2041-2019）規定，反向負載率小于等于零時，評估等級為綠色，推薦分布式電源接入。不

120、建議通過交直變換器向城市電網反向送電。44 4 12341234()()9:9:;+=;?!?AA,BCDE,BCDE 5.1 目標與策略目標與策略“光儲直柔”通過發展分布式的可再生能源、提高建筑配電能效和智慧能源管控水平、聚合建筑周邊的靈活性資源與電網友好互動，在綠色節能的基礎上進一步擺脫對化石能源的依賴，實現建筑清潔轉型和零碳用電?；诮ㄖ秒娏?、可再生電源以及電動車數量的發展趨勢，逐步增加建筑光伏的安裝容量、光儲直柔建筑的面積、提高與建筑雙向交互的電動車比例、提高建筑承擔的日調峰比例。整體目標：整體目標：解決可再生電力日平衡問題 目標分解：目標分解：在 2030 年、2040 年、205

121、0 年、2060 年逐年目標規劃見表 5-1。表 5-1 光儲直柔建筑未來發展目標 指標指標 2030年年 2040年年 2050年年 2060年年 電氣化率城市 55%67%80%85%電氣化率農村 30%55%75%90%建筑光伏安裝容量（億 kW）2 8 16 20 建筑負荷日調節能力對應的可再生能源裝機容量（億 kW）0.5 3.7 13.4 30 策略：策略：“光儲直柔”建筑的發展應該遵循因地制宜的原則，城鄉差異化發展。如圖 5-1，在城市地區，發展以“儲”和“柔”為核心的“光儲直柔”配電系統，發揮建筑的資源聚合作用，使建筑成為虛擬電廠，主動調節建筑負荷，與電動車、電力系統的雙向友好

122、互動，提高電力系統的經濟性，提高可再生能源的消納比例。在農村地區，發展以“光”為核心的“光儲直柔”配電系統，圍繞農村建筑屋頂和周邊場地的太陽能資源全面開發，推動農村用能電氣化、農業機具電動化、用電管理有序智能化，建設村級直流配電網和蓄電蓄熱設施，促進光伏發電的高效利用和充分消納。圍67 繞“光”、“儲”、“柔”的新業態、新場景，發展以“直”為紐帶的新型建筑電力系統，提高建筑用電高效化和智能化。光儲直柔建筑未來發展策略見 Error!Reference source not found.。圖 5-1 光儲直柔在城市和農村的發展策略 城市以“柔”為主，只進不出城市以“柔”為主，只進不出 城市電價高

123、于農村，光伏發電削減高峰用電負荷的經濟效益好，而且還能降低臺站超載風險、緩解配網增容壓力，產生潛在的電網經濟運行效益。但是，城市土地價值高，光伏安裝對建筑屋頂和立面的使用功能和造型美觀的影響都是不可忽視的。很多項目通過架高鋪設光伏保留屋面使用功能或者選用具有裝飾性功能的光伏組件，無疑會增加設計和建設的成本，尤其是體量規模小且定制化程度高的條件下。所以，城市建筑適宜著重發展柔性調控技術和建筑電力交互，盡可能消納可再生電力。農村以“光”為重，只出不進農村以“光”為重，只出不進 建筑屋頂、立面、以及周邊場地是發展太陽能光伏的寶貴資源。尤其在農村地區，土地資源豐富，光伏發電潛力巨大；且農村建筑用能強度

124、較城市低，充分利用周邊的太陽能資源從總量上能滿足建筑的基本用能需求。圍繞分布式光伏建設的“光儲直柔”配電系統較遠距離架電線在供電成本和維護費用上都具有明顯的優勢，而且可為當地居民提供負擔得起且清潔環保的電能，極大改善農村地區居民的居住條件和生活質量，同時向城市地區輸送余量電力，成為農村居民新的經濟收入來源。但是，農村分布式光伏發展需要充分關注消納和外送問題，一方面推進農村炊事、采暖、熱水用能的電氣化，推動農機具的電動化，尤其是使用帶有柔性調節能力和儲能的設備，提高就地消納能力；另一方面加強農村配網建68 設和外送通道建設，優化匹配不同農戶的發電資源和用電需求，為城市提供綠色電力。城市先公建后住

125、宅，農村挖掘“光伏城市先公建后住宅，農村挖掘“光伏+”由于城市公共建筑與光伏的一致性較好，而且新建公建都具有數字化系統易于柔性實現，所以由政府辦公建筑帶頭，新建公建跟進，發展分布式光伏，發展柔性充電技術，鼓勵柔性用電，開展光儲直柔公建與電網交互的試點示范。推動公車電動化和有序充放電模式，開展公車與建筑雙向互動的示范。同時，加強對公眾的引導與教育，改善柔性用電的用戶體驗。而農村光伏難以消納與并網已成為分布式光伏發展的主要障礙，即使政策大力推進分布式光伏、鼓勵千村萬戶電力自發自用，光伏發電“用不了”和“出不去”兩個矛盾仍比較突出19。根據農村光儲直柔新型能源系統實踐與示范，農村可挖掘“光伏+”模式

126、，把光伏發電系統組成直流微網，通過柔性變換器和各個臺區及電網交互，解決目前多點戶用光伏并網帶來的問題，實現柔性用電；另一方面，直流微網解決了不同臺區之間的電力調度，先就地、就近消納光伏發電，余電集中上網時可選擇有余量的變壓器，可實現在既有變壓器容量下的并網分配，解決了變壓器擴容成本的問題，還能提高農村電網可靠性、實現臺區功率互濟、光伏并網配置，在提高農村建筑電氣化和居民生活水平方面具有重要意義。柔性挖掘先從柔性設備和建筑儲能柔性挖掘先從柔性設備和建筑儲能著手著手，逐步，逐步過度到過度到建筑電動車交互建筑電動車交互 建筑用電柔性來自于三方面，一是建筑用電設備，在保障生產生活基本質量的前提下，通過

127、優化設備的運行時序，錯峰用電；二是儲能設施，投資建設儲能電池、蓄冷水箱、蓄冰槽、蓄熱裝置等，直接或間接地實現電力的存儲；三是電動車，通過智能充電樁連接電動車電池和建筑配電系統，在滿足車輛使用需求的基礎上，挖掘冗余的電池容量，使停車場中電動車發揮“移動充電寶”的作用。2030 年前，柔性設備、建筑儲能處于發展的起步階段，電動車的充電模式開始向柔性充電轉變，放電技術尚未開始規模推廣，主要靠挖潛柔性設備和建筑儲能設施滿足可再生能源消納所需的日調峰增量。2030 年后，靠柔性設備和建筑儲能的快速發展抵消可再生能源消納所需的日調峰量的增量，靠電動車放電技術的推廣促使建筑對電網調峰的依賴程度迅速下降。20

128、50 年后，建筑柔性完全解決建筑用能的日調峰量，多余能力可以進一步解決其他用能領域的調峰需求或者解決69 更長時間尺度的調峰需求。表 5-2 光儲直柔建筑發展策略 領域領域 著力點著力點 說明說明 城市城市“只進“只進不出”不出”公建公建 建筑光伏 強制標準或政策中明確 電氣化率 100%公建試點 減少直接碳排放 公共機構推動公車電動化和有序充放電示范 發展建筑與電動車雙向互動技術，探索商業模式，為 2030 年后 BVB 規?；瘧脺蕚?開展與電網交互的試點示范 利用建筑柔性設備和儲能，市場化推進光儲直柔公建參與電力調峰 住宅住宅 建筑光伏 強制標準或政策中明確 電動車有序充電 光伏+電動車

129、有序充電，逐步形成新的充電文化，為 2030 年后BVB 規?；瘧脺蕚?農村農村“只出“只出不進”不進”用不了用不了 光伏+推進農村的建筑電氣化、農機具電動化、電動車普及化、清潔采暖 出不去出不去 直流微網+臺區互聯 增強本地電網可靠性，并通過儲能和柔性用電平衡光伏發電，探索只出不進的柔性外送 5.2 實施實施路徑路徑 光儲直柔技術現階段仍處于發展初期，其應用及推廣離不開全社會對零碳電力和柔性用電的認知，離不開發電側與用電側的協同共識，離不開政府部門的帶頭示范，離不開商業模式與機制的探索與構建，更離不開持續的技術攻關與設備研發?？傮w上看，近期側重政策與科技研發，近中期重點在于示范，中遠期則在

130、于柔性價值突破（如圖 5-2）。具體推動光儲直柔建筑發展應從以下方面入手：70 圖 5-2 光儲直柔實施路徑 1.從標準入手從標準入手，確保確保太陽能太陽能光伏光伏應用應用 隨著建筑電氣化水平的提升，以及太陽能光伏組件效率的顯著提升和成本的持續下降，建筑光伏發電已具備良好的應用場景。同時，太陽能光伏發電系統簡單高效，運行維護要低，建筑屋頂、立面等作為有限資源，已有國家及部分地區標準開始推廣太陽能光伏系統應裝盡裝。如北京市居住建筑節能設計標準（DB11/891-2020）要求 12 層以上的建筑應有不少于全部屋面水平投影面積 40%的屋面設置太陽能光伏組件。國家標準建筑節能與可再生能源利用通用規

131、范（GB 55015-2021）也對新建建筑太陽能系統安裝做出了強制規定，但未對具體應用量提出要求。因此，需進一步從標準入手，推動更多適宜地區建筑屋頂太陽能光伏系統應裝盡裝，實現建筑屋頂、立面等有限資源的有效利用，使建筑逐步由用電者轉為產消者。2.推動推動充電樁充電樁與與建筑停車位綁定，成為規劃建筑停車位綁定，成為規劃審批審批的重要組成的重要組成 由 4.6 節可知，電動車在建筑節能和新型電力系統中具有顯著的商業價值和柔性價值不僅僅是交通工具，更是移動“充電寶”。隨著電動車的大力推廣，充電設施逐漸成為新能源車發展的限制因素。中國電動車充電基礎設施促進聯盟發布的數據表明，當前車樁比約為 3:1，

132、其中 50%以上的充電樁為私人充電樁。而私人充電樁接口兼容性不高、地理分布不均、缺乏電纜配套等問題顯著，從而71 有一定的安全風險。為解決充電難問題，實現 1:1 車樁比，需推動充電樁與電動車解綁、與建筑停車位綁定，實現停車場“一位一樁”，倡導使用者“既停既接”，徹底改變電動車的充電狀況。將充電樁建設作為規劃審批的重要組成納入城市規劃和建筑設計，與城市建設同步發展。3.公共機構示范先行公共機構示范先行，尤其是建筑電動車交互，尤其是建筑電動車交互（BVB）公共機構以政府辦公建筑為主，且多為多層建筑，屋頂可安裝面積較大。且由 2.2 節可知，辦公建筑用電負荷集中在白天，與光伏發電出力時間匹配。同時

133、，公共機構公車數量較多，若采用建筑電動車交互技術，電動車接入建筑配電網后使得建筑不僅僅服務于電動車充電，還使得電動車電池供建筑用電也成為可能。以一輛電動車為例，60kWh 的電池即可實現 1000m辦公建筑約 10 小時的用電，大約 50 輛電動車就能實現 1 萬 m建筑 1 天的離網運行。這對于降低當前電網峰值負荷壓力具有重要意義，同時能夠在一定程度應對臺風、暴雨等極端天氣災害的應急用電需求。建議優先在峰谷電價四倍以上城市開展光儲直柔，已經具備經濟性。4.探索零碳標識認證，解決“帽子”驅動力探索零碳標識認證，解決“帽子”驅動力 探索建筑柔性用電減碳價值的量化方法，研究動態碳排放因子和基于柔性

134、用電的綠色電力消費認證機制。加快零碳建筑評價認證標準編制，完善建筑碳排放核算方法，通過零碳建筑的“帽子”驅動“光儲直柔”建筑的健康快速發展。5.探索建筑電力交互探索建筑電力交互（GIB）商業模式，解決“利益”驅動力商業模式，解決“利益”驅動力 探索建筑虛擬電廠參與電力交互的負荷聚集商模式，明確參與主體責任，解決相關方的利益述求。盡快出臺建筑用戶參與電力交互的實施辦法，提高需求響應的頻次和補償單價，按照“誰受益、誰承擔”的原則探索補償市場化分攤機制，解決補貼資金的可持續性問題。開展建筑負荷規?；瘏⑴c電力交互的試點示范，推動建筑虛擬電廠技術、建筑電力交互模式與機制的落地。6.組織技術與產品裝備的科

135、技組織技術與產品裝備的科技攻關攻關，解決，解決1-100多元化多元化 加快建筑機電設備直流化與產品開發，實現建筑直流機電設備柔性柔度主動調控功能，制定直流柔性設備的插頭插座標準和柔性調控技術標準，研制多樣化的直流柔性機電設備，滿足辦公、住宅、賓館等多種建筑類型的功能要求，開展集成化示范推廣。72 研究新型建筑電化學儲能技術，通過電池材料的優選、排布結構和位置選取的優化，提高建筑電化學儲能的安全性和經濟性，研究與建筑用能負荷相適應的電池管理技術，建立建筑電化學儲能的技術標準。研究建筑負荷柔性的量化評價指標，綜合考慮建筑負荷的可調節能力和電網調節需求提出建筑柔性的基本要求，建立建筑負荷柔性的評價標

136、準?；诘湫徒ㄖ鼍暗氖褂霉δ苄枨?，結合樓宇自控條件，研究建筑負荷柔性控制的低成本實現方法，促進建筑柔性用電技術在既有和新建建筑中的規?；瘧?。73 FGHIFGHI 1 中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見EB/OL.http:/ 2 國 務 院 關 于 印 發2030年 前 碳 達 峰 行 動 方 案 的 通 知 EB/OL.http:/ 3 住房和城鄉建設部關于印發“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃的通知EB/OL.https:/ 4 U.S.Department of Energy.A National Road map for Grid-Inte

137、ractive Efficient BuildingsR.May 15,2021.5 清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告 2022（公共建筑專題）M.北京:中國建筑工業出版社,2022.6 清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告 2021（城鎮住宅專題）M.北京:中國建筑工業出版社,2021.7 Chen Q,Kuang Z,Liu X,et al.Energy storage to solve the diurnal,weekly,and seasonal mismatch and achieve zero-carbon electricity consu

138、mption in buildingsJ.Applied Energy,2022,312:118744.8 南開大學張曉丹教授：鈣鈦礦及其疊層太陽電池現狀及發展趨勢EB/OL.https:/ 9 中國光伏行業協會.中國光伏產業發展路線圖（2021 年版）R.2022.10 NREL.Best Research-Cell Efficiency Chart EB/OL.https:/www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html 11 IRENA.Electricity storage and renewables:Costs and markets to 2030R.O

139、ctober 2017.12 江億,郝斌,李雨桐等.直流建筑發展路線圖 2020-2030()J.建筑節能(中英文),2021,49(09):1-10.13 團體標準民用建筑直流配電設計標準T/CABEE 030-2022.14 國家發展改革委 國家能源局關于印發“十四五”新型儲能發展實施方案的通知EB/OL.https:/ 15 Li M M,Zhan X,Polikarpov E,et al.A freeze-thaw molten salt battery for seasonal storageJ.74 Cell Reports Physical Science,2022.16 IEC

140、.Electrical energy storage white paper 2011R.December,2011.17 中國建筑節能協會光儲直柔專業委員會.攜手零碳建筑節能與新型電力系統 R.2022.18 NITI Aayog,RMI.Need for Advanced Chemistry Cell Energy Storage in India R.April 2022.19 郝斌.鄉村光儲直柔新型能源系統構架與挑戰J.可持續發展經濟導刊,2022(04):46-47.()*()*-!#$%&()*+,-./012345678912:;-./?:;9AB()*CDEFG-HIJ9KLM6NOB()PQ-RSTUVL?-WXEYZ_Eabc97defghi:;jklmnompqrXE-stuv_Ea?