光儲直柔建筑發展現狀與研究展望光儲直柔建筑發展現狀與研究展望2024.2目錄1. 背景建筑2. 系統構建3. 工程案例4. 未來發展2光 儲 柔PEDF(Photovoltaic,Energystorage,DC,Flexible)目錄1. 背景建筑2. 系統構建3. 工程案例4. 未來發展2光 儲 柔PEDF(Photovoltaic,Energystorage,DC,Flexible)1.背景未來能源系統：低碳化，風電光電成為主力風電光電裝機：5.3億kW（2020）→60億kW（2050）風光電發電量：0.7萬億度（2020）→8萬億度（2050）148074億kW12601060%89%80%40622億kW424%20200201620502012201420182020201620502012201420182020國家統計局2020中國能源大數據報告全年能源信息平臺2021光儲直柔暖通空調20213(億kW)(萬億kWh)1.背景未來能源系統：低碳化，風電光電成為主力風電光電裝機：5.3億kW（2020）→60億kW（2050）風光電發電量：0.7萬億度（2020）→8萬億度（2050）148074億kW12601060%89%80%40622億kW424%20200201620502012201420182020201620502012201420182020國家統計局2020中國能源大數據報告全年能源信息平臺2021光儲直柔暖通空調20213(億kW)(萬億kWh)1.背景 需適應未來能源系統變化特點供給側低碳/零碳化需求側應主動適應建筑：單純用戶變為能源生產、消費、調蓄“三位一體”Consumer→Prosumer41.背景 需適應未來能源系統變化特點供給側低碳/零碳化需求側應主動適應建筑：單純用戶變為能源生產、消費、調蓄“三位一體”Consumer→Prosumer4光電風電2.光儲直柔“光儲直柔”建筑新型配電系統是發展零碳能源重要途徑光直柔儲“光儲直柔”PEDF(Photovoltaic,Energystorage,DC,Flexible)52.光儲直柔“光儲直柔”建筑新型配電系統是發展零碳能源重要途徑光直柔儲“光儲直柔”PEDF(Photovoltaic,Energystorage,DC,Flexible)562.光儲直柔 光儲直柔的部分相關政策支持202120212022住建部《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》：62.光儲直柔 光儲直柔的部分相關政策支持202120212022住建部《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》：計新增建筑光伏裝機容量0.5億千瓦；建設以“光儲直柔”國務院《2030年前碳達峰行動方案》“城鄉建設碳達峰行動”：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：深化可再生能源建筑應用，加快推動建筑用能電氣化和低碳化。開展建筑屋頂光伏行動2.系統構建 需針對建筑單體→建筑群→區域探索實施方案城市→國家光建筑→區域直辦公民用建筑柔2.系統構建 需針對建筑單體→建筑群→區域探索實施方案城市→國家光建筑→區域直辦公民用建筑柔工業建筑商建儲782.系統構建——光 建筑表面是光伏利用的重要場景，利用高分衛星遙感圖像識別屋頂光伏資源 北方農村地區建筑區 建筑屋頂面積：總計412.4億m82.系統構建——光 建筑表面是光伏利用的重要場景，利用高分衛星遙感圖像識別屋頂光伏資源 北方農村地區建筑區 建筑屋頂面積：總計412.4億m2?市縣城區139.4億m2農村區域273億m2?南方農村地區建筑區 青島獨棟建筑 億m2 杭州獨棟建筑 2.系統構建——光 建筑設計：造型與構造主動適應光伏利用需求 利用建筑外表面盡可能發展光伏，使建筑成為能源“產消者” 2.系統構建——光 建筑設計：造型與構造主動適應光伏利用需求 利用建筑外表面盡可能發展光伏，使建筑成為能源“產消者” 9建筑表面充分利用基礎上，建筑光伏產能vs.建筑用能BIPV/BAPV光伏等可再生能源需要的是面積，建筑表面是重要的資源2.系統構建——光 建筑可分為消納型與輸出型100%80%辦公商業公寓60%消納型40%住宅高層辦公輸出型20%農宅大庫商場0%0%50%100%150%200%250%300%350%400%光伏發電/建筑用電 利用建筑外表面盡可能，使建筑成為能源“產消者” 10光伏自耗率2.系統構建——光 建筑可分為消納型與輸出型100%80%辦公商業公寓60%消納型40%住宅高層辦公輸出型20%農宅大庫商場0%0%50%100%150%200%250%300%350%400%光伏發電/建筑用電 利用建筑外表面盡可能，使建筑成為能源“產消者” 10光伏自耗率2.系統構建——儲 建筑中可利用的蓄能/儲能資源建筑?需從整個建筑能源系統視角重新認識建筑中可利用的儲能/蓄能技術手段建筑本體 儲冷/熱設施 儲電設施 電器設備…可儲電設備智能家電蓄電池電動汽車蓄水罐蓄冰槽圍護結構空調末端2.系統構建——儲 建筑中可利用的蓄能/儲能資源建筑?需從整個建筑能源系統視角重新認識建筑中可利用的儲能/蓄能技術手段建筑本體 儲冷/熱設施 儲電設施 電器設備…可儲電設備智能家電蓄電池電動汽車蓄水罐蓄冰槽圍護結構空調末端2.系統構建——儲 空調系統實際供冷量（如提前1h供冷）需求供冷量（負荷計算）室內溫度波動但可滿足需求26℃等效于提供了1h蓄電池容量?技術研究：空調系統與建筑本體具有的儲能/可調能力122.系統構建——儲 空調系統實際供冷量（如提前1h供冷）需求供冷量（負荷計算）室內溫度波動但可滿足需求26℃等效于提供了1h蓄電池容量?技術研究：空調系統與建筑本體具有的儲能/可調能力122.系統構建——儲別墅（400m2）空調(6.6kW,建筑蓄熱2.系統構建——儲別墅（400m2）空調(6.6kW,建筑蓄熱1h)蓄電池(6.6kW,13.2kWh)T=3h機場航站樓（47.8萬m2）建筑空調(9.7MW,建筑蓄熱)T=1.1h建筑水蓄冷空調(9.7MW,建筑蓄熱1h)水蓄冷(蓄冷量6.7萬RTh)T=7.3h臥室（15m2）空調(0.7kW,建筑蓄熱)T=10min~1h13P：0.1kW~10MW暖通空調系統+建筑熱容 E：0.1kWh~100MWh的蓄能潛力(單建筑)： T：小時尺度（10min~15h）2.系統構建——儲 儲：“硬技術”+“軟模式”電動汽車+智能充電樁各類可儲能電器設備暖通空調系統2.系統構建——儲 儲：“硬技術”+“軟模式”電動汽車+智能充電樁各類可儲能電器設備暖通空調系統+建筑熱容……建筑中可利用的儲能/蓄能措施-等效電池142.系統構建——直 供需兩側具有直流本質，帶來新的發展機遇分布式光伏現有建筑配電系統DC/AC電網AC/DCAC/DCAC/DCAC/DC照明LED…空調直流變頻空調電池蓄電池電器消費電子設備…EC風機電動車智能家電………LED可再生能源-直流高效機電設備-直流152.系統構建——直 供需兩側具有直流本質，帶來新的發展機遇分布式光伏現有建筑配電系統DC/AC電網AC/DCAC/DCAC/DCAC/DC照明LED…空調直流變頻空調電池蓄電池電器消費電子設備…EC風機電動車智能家電………LED可再生能源-直流高效機電設備-直流152.系統構建——直 建立建筑直流配電系統體系T/CABEE030-2022《民用建筑直流配電設計標準》……標準規范系統架構調控方法建筑直流配電系統配電設備直流電器162.系統構建——直 建立建筑直流配電系統體系T/CABEE030-2022《民用建筑直流配電設計標準》……標準規范系統架構調控方法建筑直流配電系統配電設備直流電器162.如何實現——柔 柔度刻畫建筑整體分布式光伏柔度定義？17建筑自身 + 設備自身可比例調節室內溫度26℃可時移可中斷儲能電池2.如何實現——柔 柔度刻畫建筑整體分布式光伏柔度定義？17建筑自身 + 設備自身可比例調節室內溫度26℃可時移可中斷儲能電池02.如何實現——柔 光儲直柔：解決天內電力供需的不匹配建筑天內的電力供需不匹配光儲直柔建筑支撐全可再生電力供給400分布式光伏300P+EES200電網用電Pd(τ)風光電1:1)(1000儲能不可調負載EEES供電Ps(τ)-100-200P-EES可削減負載(空調)可削減負載(電動汽車充電樁)02.如何實現——柔 光儲直柔：解決天內電力供需的不匹配建筑天內的電力供需不匹配光儲直柔建筑支撐全可再生電力供給400分布式光伏300P+EES200電網用電Pd(τ)風光電1:1)(1000儲能不可調負載EEES供電Ps(τ)-100-200P-EES可削減負載(空調)可削減負載(電動汽車充電樁)可中斷負載-300-4000:006:0012:0018:000:00中國建筑節能協會：建筑光儲直柔評價標準（2022.3啟動會）18電力使用(kW)電力供給375V2.如何實現——柔光實現柔性用能直調節策略設備&系統柔設計方法優化配置儲基本原理系統架構戶級交流電網AC380V平鋪10kWp斜鋪10kWp鈦酸鋰電池DC電動汽車智能充電樁電動自行車充電樁F2層直流小屋2kW(48V)+5kW(375V)四層照明19電力供給電力消耗375V2.如何實現——柔光實現柔性用能直調節策略設備&系統柔設計方法優化配置儲基本原理系統架構戶級交流電網AC380V平鋪10kWp斜鋪10kWp鈦酸鋰電池DC電動汽車智能充電樁電動自行車充電樁F2層直流小屋2kW(48V)+5kW(375V)四層照明19電力供給電力消耗3.案例 深圳建科院未來大廈203.案例 深圳建科院未來大廈20光伏板3.案例 清華節能樓光儲直柔工程——等效儲能資源 電動汽車+智能充電樁：充電功率主動調節，等效于蓄電池3月15日實際運行數據光伏板連接電網/建筑直流母線21DC/DC光伏板3.案例 清華節能樓光儲直柔工程——等效儲能資源 電動汽車+智能充電樁：充電功率主動調節，等效于蓄電池3月15日實際運行數據光伏板連接電網/建筑直流母線21DC/DC3002802603.案例 節能樓光儲直柔工程——典型日運行曲線 實現電網取電功率的柔性調節（~2kW）16400123808360母線電壓光伏4340電網0320空調/照明等-4充電樁21-8-123月21日實際運行數據-16時刻22(kW)5:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:00(V)3002802603.案例 節能樓光儲直柔工程——典型日運行曲線 實現電網取電功率的柔性調節（~2kW）16400123808360母線電壓光伏4340電網0320空調/照明等-4充電樁21-8-123月21日實際運行數據-16時刻22(kW)5:006:007:008:009:0010:001