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“光储直柔”助力减污降碳协同增效

作者:张涛 刘晓华 刘效辰 来源:中国建材报 发布时间:2022-07-11 浏览:

中国储能网讯:“双碳”战略目标任重道远,建筑领域是实现“双碳”目标的重要一环。面向未来以可再生能源为主体的能源系统,建筑需主动适应,谋求自身能源系统的改变。我们不能只关心能耗,更应该关心建筑用能的碳排放量;不能只关心单体建筑的节能,更要关心建筑用能对城市能源系统整体效率和能源结构的影响。

清华大学院士江亿首次提出的“光储直柔”系统理念,致力于从建筑部门出发实现建筑能源系统的革新,可有效解决电力系统零碳化转型的两个关键问题,即增加分布式可再生能源发电的装机容量和有效消纳波动的可再生能源发电量。

近日,生态环境部、住房城乡建设部等七部门联合印发的《减污降碳协同增效实施方案》中也再次强调要“大力发展光伏建筑一体化应用,开展光储直柔一体化试点”。

“光储直柔”建筑新型能源系统(或称新型配电系统,简称PEDF,Photovoltaics, Energy storage, Direct current and Flexibility),是在建筑领域应用光伏发电、储能、直流配电和柔性用能四项技术的简称。

“光储直柔”是建筑领域面向碳中和重大需求实现技术创新突破的重要途径,目前已受到广泛关注并得到国家、各部委等多个层面的政策支持。国务院关于印发《2030年前碳达峰行动方案的通知》明确指出:“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。”住房城乡建设部印发的《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》中也指出:“十四五”期间要“建设以‘光储直柔’为特征的新型建筑电力系统,发展柔性用电建筑。”一些地方也出台了相应政策支持光储直柔建筑的实际落地,深圳市福田区科技创新局前不久印发的《深圳市福田区支持战略性新兴产业和未来产业集群发展若干措施》对“光储直柔”项目落地提供经费支持,对完成并网及验收通过的实际投入200万元以上且直流负载/总负载≥10%的“光储直柔”项目,按项目实际建设投入20%以内,一次性给予最高500万元支持。这些政策支持为“光储直柔”建筑的推广应用提供了重要支撑,也对“光储直柔”系统的关键理论、技术装备、工程应用等提出了迫切需求。

作为面向碳中和目标的新兴技术,“光储直柔”需要在建筑场景的系统基本架构、支撑系统构建的关键设备、工程设计应用方法、系统运行调节控制、产品和系统技术标准等多方面建立起相应的完备技术体系。当前,在多个部门的支持下,国内多家单位已联合在“光储直柔”技术研发方面取得了一定突破,为实际工程的落地提供了有效支持。从“光储直柔”四方面来看,这一新型建筑能源系统的发展还需要在多方面开展深入持续工作。

光——应装尽装、产消明确。当前光伏自身技术已十分完备、成熟,光伏建筑一体化还有待在建筑领域、在不同建筑场景中提出更加合理的落地实施方案,例如光伏在城市、乡村建筑中应当追求不同的目标,城市建筑可尽量以光伏“自产自消”为目标,提高自身光伏利用和消纳比例;乡村建筑则应当以成为类光伏电厂为目标,充分发挥乡村建筑敷设光伏的潜力。与之相适应的绿色金融信贷模式等,也是支撑建筑光伏合理化利用、促进可再生能源发展的重要基础。

储——挖掘潜力、合理配置。建筑中可利用的储能技术,一方面有赖于化学储能电池技术的突破,一方面还应充分调动建筑自身具有的储能资源,将传统的建筑蓄冷蓄热技术、建筑机电设备、带蓄电池的电器等储能资源有效调度,并且随着新能源汽车的发展,建筑应将其周围的新能源汽车纳入统一的建筑能源系统,使之成为重要的储能调度资源。

直——直流配电、合理变换。光伏利用、建筑机电设备直流化发展趋势推动了建筑直流配电系统发展,建筑直流配电系统的构建还需要在相关直流机电设备的标准化、适应柔性调节需求的直流机电设备等方面开展攻关。直流机电设备也有望成为我国机电设备领域创新突破的重要途径,对带动这一传统领域由大到强、实现中国创造具有重要意义。目前国家“十四五”重点研发计划已针对建筑机电设备直流化设置了专门项目支持,对推动相关产品的研发、标准化和支撑“光储直柔”工程实际应用提供了重要推力。

柔——充分调动、积极响应。建筑柔性用能的目标是为了能够适应电力系统调度需求,使得建筑用电由刚性变为柔性。这一目标的实现,既需要建筑自身具有柔性调节能力、完备的柔性响应策略,又需要电力系统调度调节进一步明确需求、提出对建筑或负荷聚集商的响应要求。在“双碳”目标推动下,建筑柔性用能的实现需要在柔性用能指标、柔性响应方法和系统调节策略等方面进一步提出解决方案,并与电力系统中的需求侧响应和虚拟电厂、碳市场等有效衔接。

清华大学建筑节能楼  张 涛/供图

目前,深圳建科院未来大厦、山西芮城庄上村、清华大学建筑节能楼等建筑中开展了“光储直柔”系统的应用探索,为从实际案例中摸索经验、完善该系统方式提供了重要参照。深圳建科院未来大厦是最早建成的“光储直柔”建筑,已实现根据电力系统指令来调节自身用电曲线的重要功能,对推动“光储直柔”建筑的规模化应用具有重要示范带动作用。

“光储直柔”技术的发展不单单需要建筑行业内的力量,更需要包括建筑与电力、交通等多个领域的“产学研用”力量融合形成跨界合力。目前,中国建筑节能协会光储直柔专委会等团体机构成立,以期推动光储直柔从基本理论到关键设备再到工程应用的良性发展,实现建筑领域与电力、交通等部门协同迈向碳中和目标。

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