2024光储直柔建筑发展现状与研究展望

光储直柔建筑发展现状与研究展望光储直柔建筑发展现状与研究展望2024.2目录1. 背景建筑2. 系统构建3. 工程案例4. 未来发展2光 储 柔PEDF(Photovoltaic,Energystorage,DC,Flexible)目录1. 背景建筑2. 系统构建3. 工程案例4. 未来发展2光 储 柔PEDF(Photovoltaic,Energystorage,DC,Flexible)1.背景未来能源系统：低碳化，风电光电成为主力风电光电装机：5.3亿kW（2020）→60亿kW（2050）风光电发电量：0.7万亿度（2020）→8万亿度（2050）148074亿kW12601060%89%80%40622亿kW424%20200201620502012201420182020201620502012201420182020国家统计局2020中国能源大数据报告全年能源信息平台2021光储直柔暖通空调20213(亿kW)(万亿kWh)1.背景未来能源系统：低碳化，风电光电成为主力风电光电装机：5.3亿kW（2020）→60亿kW（2050）风光电发电量：0.7万亿度（2020）→8万亿度（2050）148074亿kW12601060%89%80%40622亿kW424%20200201620502012201420182020201620502012201420182020国家统计局2020中国能源大数据报告全年能源信息平台2021光储直柔暖通空调20213(亿kW)(万亿kWh)1.背景 需适应未来能源系统变化特点供给侧低碳/零碳化需求侧应主动适应建筑：单纯用户变为能源生产、消费、调蓄“三位一体”Consumer→Prosumer41.背景 需适应未来能源系统变化特点供给侧低碳/零碳化需求侧应主动适应建筑：单纯用户变为能源生产、消费、调蓄“三位一体”Consumer→Prosumer4光电风电2.光储直柔“光储直柔”建筑新型配电系统是发展零碳能源重要途径光直柔储“光储直柔”PEDF(Photovoltaic,Energystorage,DC,Flexible)52.光储直柔“光储直柔”建筑新型配电系统是发展零碳能源重要途径光直柔储“光储直柔”PEDF(Photovoltaic,Energystorage,DC,Flexible)562.光储直柔 光储直柔的部分相关政策支持202120212022住建部《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》：62.光储直柔 光储直柔的部分相关政策支持202120212022住建部《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》：计新增建筑光伏装机容量0.5亿千瓦；建设以“光储直柔”国务院《2030年前碳达峰行动方案》“城乡建设碳达峰行动”：建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的‘光储直柔’建筑中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见：深化可再生能源建筑应用，加快推动建筑用能电气化和低碳化。开展建筑屋顶光伏行动2.系统构建 需针对建筑单体→建筑群→区域探索实施方案城市→国家光建筑→区域直办公民用建筑柔2.系统构建 需针对建筑单体→建筑群→区域探索实施方案城市→国家光建筑→区域直办公民用建筑柔工业建筑商建储782.系统构建——光 建筑表面是光伏利用的重要场景，利用高分卫星遥感图像识别屋顶光伏资源 北方农村地区建筑区 建筑屋顶面积：总计412.4亿m82.系统构建——光 建筑表面是光伏利用的重要场景，利用高分卫星遥感图像识别屋顶光伏资源 北方农村地区建筑区 建筑屋顶面积：总计412.4亿m2•市县城区139.4亿m2农村区域273亿m2•南方农村地区建筑区 青岛独栋建筑 亿m2 杭州独栋建筑 2.系统构建——光 建筑设计：造型与构造主动适应光伏利用需求 利用建筑外表面尽可能发展光伏，使建筑成为能源“产消者” 2.系统构建——光 建筑设计：造型与构造主动适应光伏利用需求 利用建筑外表面尽可能发展光伏，使建筑成为能源“产消者” 9建筑表面充分利用基础上，建筑光伏产能vs.建筑用能BIPV/BAPV光伏等可再生能源需要的是面积，建筑表面是重要的资源2.系统构建——光 建筑可分为消纳型与输出型100%80%办公商业公寓60%消纳型40%住宅高层办公输出型20%农宅大库商场0%0%50%100%150%200%250%300%350%400%光伏发电/建筑用电 利用建筑外表面尽可能，使建筑成为能源“产消者” 10光伏自耗率2.系统构建——光 建筑可分为消纳型与输出型100%80%办公商业公寓60%消纳型40%住宅高层办公输出型20%农宅大库商场0%0%50%100%150%200%250%300%350%400%光伏发电/建筑用电 利用建筑外表面尽可能，使建筑成为能源“产消者” 10光伏自耗率2.系统构建——储 建筑中可利用的蓄能/储能资源建筑•需从整个建筑能源系统视角重新认识建筑中可利用的储能/蓄能技术手段建筑本体 储冷/热设施 储电设施 电器设备…可储电设备智能家电蓄电池电动汽车蓄水罐蓄冰槽围护结构空调末端2.系统构建——储 建筑中可利用的蓄能/储能资源建筑•需从整个建筑能源系统视角重新认识建筑中可利用的储能/蓄能技术手段建筑本体 储冷/热设施 储电设施 电器设备…可储电设备智能家电蓄电池电动汽车蓄水罐蓄冰槽围护结构空调末端2.系统构建——储 空调系统实际供冷量（如提前1h供冷）需求供冷量（负荷计算）室内温度波动但可满足需求26℃等效于提供了1h蓄电池容量•技术研究：空调系统与建筑本体具有的储能/可调能力122.系统构建——储 空调系统实际供冷量（如提前1h供冷）需求供冷量（负荷计算）室内温度波动但可满足需求26℃等效于提供了1h蓄电池容量•技术研究：空调系统与建筑本体具有的储能/可调能力122.系统构建——储别墅（400m2）空调(6.6kW,建筑蓄热2.系统构建——储别墅（400m2）空调(6.6kW,建筑蓄热1h)蓄电池(6.6kW,13.2kWh)T=3h机场航站楼（47.8万m2）建筑空调(9.7MW,建筑蓄热)T=1.1h建筑水蓄冷空调(9.7MW,建筑蓄热1h)水蓄冷(蓄冷量6.7万RTh)T=7.3h卧室（15m2）空调(0.7kW,建筑蓄热)T=10min~1h13P：0.1kW~10MW暖通空调系统+建筑热容 E：0.1kWh~100MWh的蓄能潜力(单建筑)： T：小时尺度（10min~15h）2.系统构建——储 储：“硬技术”+“软模式”电动汽车+智能充电桩各类可储能电器设备暖通空调系统2.系统构建——储 储：“硬技术”+“软模式”电动汽车+智能充电桩各类可储能电器设备暖通空调系统+建筑热容……建筑中可利用的储能/蓄能措施-等效电池142.系统构建——直 供需两侧具有直流本质，带来新的发展机遇分布式光伏现有建筑配电系统DC/AC电网AC/DCAC/DCAC/DCAC/DC照明LED…空调直流变频空调电池蓄电池电器消费电子设备…EC风机电动车智能家电………LED可再生能源-直流高效机电设备-直流152.系统构建——直 供需两侧具有直流本质，带来新的发展机遇分布式光伏现有建筑配电系统DC/AC电网AC/DCAC/DCAC/DCAC/DC照明LED…空调直流变频空调电池蓄电池电器消费电子设备…EC风机电动车智能家电………LED可再生能源-直流高效机电设备-直流152.系统构建——直 建立建筑直流配电系统体系T/CABEE030-2022《民用建筑直流配电设计标准》……标准规范系统架构调控方法建筑直流配电系统配电设备直流电器162.系统构建——直 建立建筑直流配电系统体系T/CABEE030-2022《民用建筑直流配电设计标准》……标准规范系统架构调控方法建筑直流配电系统配电设备直流电器162.如何实现——柔 柔度刻画建筑整体分布式光伏柔度定义？17建筑自身 + 设备自身可比例调节室内温度26℃可时移可中断储能电池2.如何实现——柔 柔度刻画建筑整体分布式光伏柔度定义？17建筑自身 + 设备自身可比例调节室内温度26℃可时移可中断储能电池02.如何实现——柔 光储直柔：解决天内电力供需的不匹配建筑天内的电力供需不匹配光储直柔建筑支撑全可再生电力供给400分布式光伏300P+EES200电网用电Pd(τ)风光电1:1)(1000储能不可调负载EEES供电Ps(τ)-100-200P-EES可削减负载(空调)可削减负载(电动汽车充电桩)02.如何实现——柔 光储直柔：解决天内电力供需的不匹配建筑天内的电力供需不匹配光储直柔建筑支撑全可再生电力供给400分布式光伏300P+EES200电网用电Pd(τ)风光电1:1)(1000储能不可调负载EEES供电Ps(τ)-100-200P-EES可削减负载(空调)可削减负载(电动汽车充电桩)可中断负载-300-4000:006:0012:0018:000:00中国建筑节能协会：建筑光储直柔评价标准（2022.3启动会）18电力使用(kW)电力供给375V2.如何实现——柔光实现柔性用能直调节策略设备&系统柔设计方法优化配置储基本原理系统架构户级交流电网AC380V平铺10kWp斜铺10kWp钛酸锂电池DC电动汽车智能充电桩电动自行车充电桩F2层直流小屋2kW(48V)+5kW(375V)四层照明19电力供给电力消耗375V2.如何实现——柔光实现柔性用能直调节策略设备&系统柔设计方法优化配置储基本原理系统架构户级交流电网AC380V平铺10kWp斜铺10kWp钛酸锂电池DC电动汽车智能充电桩电动自行车充电桩F2层直流小屋2kW(48V)+5kW(375V)四层照明19电力供给电力消耗3.案例 深圳建科院未来大厦203.案例 深圳建科院未来大厦20光伏板3.案例 清华节能楼光储直柔工程——等效储能资源 电动汽车+智能充电桩：充电功率主动调节，等效于蓄电池3月15日实际运行数据光伏板连接电网/建筑直流母线21DC/DC光伏板3.案例 清华节能楼光储直柔工程——等效储能资源 电动汽车+智能充电桩：充电功率主动调节，等效于蓄电池3月15日实际运行数据光伏板连接电网/建筑直流母线21DC/DC3002802603.案例 节能楼光储直柔工程——典型日运行曲线 实现电网取电功率的柔性调节（~2kW）16400123808360母线电压光伏4340电网0320空调/照明等-4充电桩21-8-123月21日实际运行数据-16时刻22(kW)5:006:007:008:009:0010:0011:0012:0013:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:00(V)3002802603.案例 节能楼光储直柔工程——典型日运行曲线 实现电网取电功率的柔性调节（~2kW）16400123808360母线电压光伏4340电网0320空调/照明等-4充电桩21-8-123月21日实际运行数据-16时刻22(kW)5:006:007:008:009:0010:001