中国光储直柔建筑发展战略路径研究（二期）ResearchontheStrategicPathofPEDFBuildingsinChina(PhaseII)子课题2：城市建筑光储直柔系统构建模式与工程示范Task2:PEDFBuildingSystemConstructionModeandEngineeringDemonstrationinUrbanArea深圳市建筑科学研究院股份有限公司2023年12月15⽇ShenzhenInstituteofBuildingResearchCo.,LtdDec15,2023致谢本研究由深圳市建筑科学研究院股份有限公司统筹撰写，由能源基金会提供资金支持。ACKNOWLEDGEMENTThisreportisaproductofShenzhenInstituteofBuildingResearchCo.,LtdandisfundedbyEnergyFoundationChina.免责声明-若无特别声明，报告中陈述的观点仅代表作者个人意见，不代表能源基金会的观点。能源基金会不保证本报告中信息及数据的准确性，不对任何人使用本报告引起的后果承担责任。-凡提及某些公司、产品及服务时，并不意味着它们已为能源基金会所认可或推荐，或优于未提及的其他类似公司、产品及服务。Disclaimer-Unlessotherwisespecified,theviewsexpressedinthisreportarethoseoftheauthorsanddonotnecessarilyrepresenttheviewsofEnergyFoundationChina.EnergyFoundationChinadoesnotguaranteetheaccuracyoftheinformationanddataincludedinthisreportandwillnotberesponsibleforanyliabilitiesresultingfromorrelatedtousingthisreportbyanythirdparty.-Thementionofspecificcompanies,productsandservicesdoesnotimplythattheyareendorsedorrecommendedbyEnergyFoundationChinainpreferencetoothersofasimilarnaturethatarenotmentioned.执行摘要一、背景与总体进展城市建筑逐步成为能源的消费主体。根据清华大学建筑节能研究中心发布的《中国建筑节能年度发展研究报告2022》显示，2020年全国建筑运行能耗总量为10.6亿tce，占全国能源消费总量比重为21%。2020年全国建筑运行碳排放总量为21.8亿tCO₂，其中直接碳排放占比27%，电力相关间接碳排放占比52%。随着经济结构调整，上述比例未来还会进一步提高。《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》明确到2060年我国非化石能源消费比重达到80%以上。同时，《2030年前碳达峰行动方案》明确提出要提高建筑终端电气化水平，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。《城乡建设领域碳达峰实施方案》也明确提出推动智能微电网、“光储直柔”、蓄冷蓄热、负荷灵活调节、虚拟电厂等技术应用，优先消纳可再生能源电力，主动参与电力需求侧响应。光储直柔既是建筑实现建筑自身减排、减少间接碳排放的重要技术，更是与电网互动、解决电力平衡的关键技术。《中国光储直柔建筑战略发展路径研究》一期成果表明：目前以煤电为主的电力系统和未来以风光电为主的电力系统，均可通过光储直柔技术提供柔性负载解决灵活电源严重不足的问题，且光储直柔将着力解决电力日平衡需求。因此，本项目拟开展城市建筑光储直柔以“柔”为主，从系统构建方法和示范工程应用推广两个方面开展研究工作，具体包括城市建筑光储直柔技术方案、光储直柔工程方案咨询和工程案例集编制1等三项具体活动。项目执行周期为2022年8月至2023年9月。按照任务书约定，项目已完成城市建筑光储直柔技术方案、完成光储直柔工程方案咨询6项，并完成光储直柔案例集的编制和出版。本项目得到了能源基金会和多位行业专家的支持，执行进展顺利，完成任务书约定的工作计划。二、城市建筑光储直柔技术方案项目组以形成“只进不出”的城市光储直柔技术方案为目标，首先以城市片区（配电台区）为研究对象，分析了不同片区建筑规划条件下，区域分布式屋顶光伏的安装、利用潜力，明确了城市高密度的城市形态下，区域屋顶光伏的安装容量上限和本地消纳能力；其次分析了配电台区负荷形态对配电台区一次能源利用效率和配电线路损耗的影响，再次针对某城市规划片区进行了案例分析，确定区域光伏安装容量和本地自消纳能力，确定了区域配电系统架构和需要配置储能进行光伏消纳的重点项目。通过上述研究，明确了城市区域条件下“只进不出”光储直柔技术方案的光伏消纳目标，并结合实际工程项目规划和设计对区域“光储直柔”系统应用进行方案规划，形成经济合理的光储直柔配置方案。2.1城市区域光伏安装潜力评估高密度城市形态下屋顶光伏安装容量受到建筑相互遮挡关系的影响。整体而言，区域开发强度越大，建筑之间的遮挡情况越严重，即建筑容积率和建筑密度越大，屋顶可利用布置太阳能光伏的面积越小。在不同太阳能资源区域内受遮挡影响的程度不同，在全年太阳能总辐射量较大的I类区域内，光伏经济利用比例受遮挡的影响较小，只在容积率大于2.5和建筑密度大于35%的情况下会有轻微的影响。对于全年太阳能总辐射量较小的III、IV类区域，遮挡的影响非2常显著。同时，也发现在相同太阳能资源区内，屋顶光伏经济利用比例𝜗!与太阳高度角呈正相关，即太阳高度角越大，屋顶光伏经济利用比例𝜗!越高。图1城市形态对典型城市屋顶光伏利用潜力影响2.2城市区域光伏消纳能力分析本项目以深圳市为例，采用深圳市典型建筑模型，通过改变规划设计参数得到不同城市区域的规划方案，并对其全年运行进行模拟，计算不同城市规划方案的光伏自给率与自用率，比较分析城市形态对可再生能源可利用潜力的影响。整体来看，高开发强度的区域太阳能光伏发电量能够得到充分的利用，而低开发强度的区域通常会由于区域建筑用电负荷同光伏发电曲线的不匹配导致弃电现象或向电网大量返送电力。其中商业型区域的自用率可高达98%，说明从充分利用光伏发电的角度来看，商业建筑具有明显的优势。其次是居住建筑，居住建筑白天负荷较为均匀，并不存在白天大量浪费光伏发电的情形，因此自用率较高。相比其他类型区域，办公型区域的光伏自用率只有86%。办公类型的建筑虽然在天的时间尺度上用电负荷同光伏发电曲线匹配较好，但在周末和节假日时间办公类型的建筑用电负荷小，因此从全年的角度来看，办公建筑为主的区域3会出现明显光伏弃电现象。图2城市形态对办公型区域的光伏自给率和自用率2.3城市区域光储直柔配置案例本研究以深圳市某片区面积约1.9平方公里为研究对象，区域建筑面积约337万㎡，其中北区总建筑面积约41万㎡，包含国际会议区及其高端配套酒店、园林会议区和精品会议楼，南区总建筑面积约296万㎡，布局高层办公、特色商业、酒店、文化、居住及配套设施。本研究首先对区域能耗量和负荷时空分布情况进行了情景分析。根据各类建筑用电负荷情况测算得到区域总体用电量为37432万kWh，北区占区域总用电量13%；中区占区域总用电量87%，负荷呈现北低南高的态势。北区建筑以会展类建筑负荷为主，全年波动性较大。整体从需求侧角度评估，在包括充电桩负荷影响下，该片区尖峰负荷特征明显，20%尖峰负荷运行时间＜100h，全年时间占比约1.1%，有较大的削峰潜力和储能应用潜力。在建筑光伏安装利用潜力方面，依据规划情景，综合考虑经济性、4片区低碳规划要求，可实现片区可再生能源利用率5.6%。整体来看，区域光伏安装容量占区域建筑能耗比例较小，光伏发电都可在本地消纳。但区域内会展类型建筑，由于屋顶光伏安装容量大，使用不规律，因此在非空调季节会有现状的光伏余电。图3案例片区负荷波动和建筑光伏消纳情况通过对区域负荷和光伏发电的规律的分析，根据每个规划单元或地块的建筑负荷特征、光伏资源条件、建筑功能特点，综合考虑电化学储能的规划布局，提出了交直流混合的区域新型配电系统方案。方案根据削峰填谷、容量管理、需求响应、备用电源、光伏消纳等不同的应用目的，规划了各规划单元或地块的用户侧储能形式和容量配置。根据深圳市分时电价政策，在目前不同储能系统成本条件下，静态回收期约为7.4年，后继结合用户侧储能峰谷套利与容量管理，随着电力辅助服务市场的逐步成熟，需求响应次数的增加，系统的静态回收期将大幅度缩减。5图4案例片区配电系统规划方案三、光储直柔示范工程方案咨询本项目依托中国建筑节能协会光储直柔专委会组建了行业专家库。基于光储直柔工程应用案例调研，开展了6项工程光储直柔技术方案研讨与论证。针对每一个工程项目特点及光储直柔建设目标，在技术方案设计阶段定期组织专家评审，识别建筑光伏、建筑储能、直流配电设计、柔性控制策略等技术应用情况与系统方案的适用性、可行性、经济性等，提出论证意见与方案优化建议，推动项目建设方实现光储直柔技术落地实践。3.1行业专家库组建本项目2022年10月完成“光储直柔”行业专家库第一批专家入库。第一批33位专家，其中52%来自设计研究院、18%来自高等院校、18%来自终端设备厂家、9%来自地产商、3%来自学协会。图5光储直柔专委会智库专家构成63.2光储直柔工程论证本项目分别于2022年10月、2023年4月和2023年7月在北京、深圳和青岛三地召开了光储直柔工程技术方案研讨与论证会，分别对6项光储直柔示范工程方案进行了论证，示范工程类型涵盖了教育建筑、商业建筑、办公建筑、居住社区、实验建筑和市政设施等六类城市建筑。图6光储直柔示范工程论证项目3.3推广宣传本项目依托直流建筑联盟公众号对光储直柔工程技术方案专家论证会分别进行了推送，得到了行业内外的广泛关注和支持，对项目落地具有积极的推动作用。除此以外，论证会的成功举办激发了社会对光储直柔的关注和认识。这将鼓励企事业单位建设以“光储直柔”为主要特征的新型建筑电力系统，发展柔性用电建筑，推广可再生能源建筑应用，为实现能源的高效利用和可持续发展做出了积极贡献。四、光储直柔工程案例集编制本项目于2023年3月面向全国调研处于已竣工或运行阶段的光储直柔工程应用案例，了解工程分布情况、光储直柔技术应用现状；7调研共收集了69个建筑“光储直柔”案例项目信息。本项目重点选取运行阶段的26个建筑案例和1个即将完成施工的建筑案例开展文案调研，收集了27个项目的文字介绍资料。综合考虑项目建筑类型代表性、项目资料完整性、项目运行效果及项目特色等多方面因素，从已收集文字介绍的27个项目案例中筛选17个典型案例开展现场调研考察与数据核实，分析工程案例的技术特点与应用方案等，探讨了建筑光储直柔技术发展路径，同时开展了项目建设者及专家访谈，倾听建设者及专家对于光储直柔建筑规模化发展的建议，并于完成《建筑光储直柔技术与工程案例》编制和出版，并入选住房和城乡建设领域“十四五”重点培训教材。图7建筑光储直柔工程与案例集4.1“光储直柔”系统应用分布从太阳能资源利用角度来看，“光储直柔”主要适用于我国大部分地区，尤其是太阳能资源很丰富的北方严寒寒冷地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷（除四川盆地）和夏热冬暖地区。从建筑类型和建筑规模来看，建筑“光储直柔”系统正在逐步从新建建筑扩展到既有建筑，从城市办公建筑推广至商业建筑、校园、产业园区及农村住宅建筑，从中小型的单体建筑向校园、产业园区规模化应用发展。从负载直流化的成熟度来看，建筑中的照明、空调、IT类办公设备及监测展示设备、家用电器及充电桩可以率先直流化。8userid:572586,docid:152435,date:2024-01-25,sgpjbg.com图8调研项目类型和气候区分布4.2光伏、储能技术应用特征调研的建筑均采用了太阳能光伏技术，并采用与市政电网并网连接方式，光伏系统形式以BAPV（光伏附着在建筑上）形式为主，主要是由于BAPV形式光伏组件及安装成本较低，但随着光伏技术的发展进步，光伏组件的效率逐步提高且成本逐渐下降，BIPV(光伏建筑一体化)将成为未来发展趋势。光伏组件安装方式以平面安装（建筑屋顶或地面停车棚）为主，且多采用高效单晶硅双面组件，主要是由于水平面上接收到的太阳辐射量大，单晶硅双面组件效率高，单位面积发电量较大，且单晶硅组件成本较低，投资收益高。调研的“光储直柔”建筑储能系统以电池储能为主，电池类型以磷酸铁锂电池为主，其次为钛酸锂电池，最后是铅酸电池和铅碳电池，说明电化学储能已成为建筑储能的主要形式，磷酸铁锂、钛酸锂等锂离子电池是建筑中应用较广泛的电化学储能类型。储能系统设计时宜根据储能系统设计目的和应用场景不同，综合考虑储能电池的技术性能及经济性合理选择电池类型，对于消纳光伏、削峰填谷等能量型储能系统，宜选择能量密度高、放电时间较长的电池，对于参与调峰调频电力辅助服务等功率型储能系统，宜选择功率密度大、放电时间较短的电池。9图9光伏、储能应用类型分布4.3直流配电系统技术特征调研的建筑直流配电系统拓扑结构以单极系统为主，电压层级以两层为主，不超过三个层级。直流配电系统的拓扑结构、电压层级和电压等级的选择，与系统接入的直流电源（光伏、储能）和直流用电设备的类型、额定功率、工作电压范围存在较大的相关性。当建筑直流用电设备的类型较少、额定功率及电压范围差异不大时，宜选择单级拓扑结构，反之，可根据项目实际情况选择双极拓扑结构或根据实际情况增加电压层级。总体原则：一是用尽可能少的电压等级满足尽可能多的用电设备需求；二是大功率用电设备尽可能选择工作电压范围的较大值，降低电流，减小线缆截面积和线路损耗；三是人员活动区域的小功率设备，尽可能选择工作电压范围的较小值，避免电击事故可能带来的人身伤害。(a)拓扑结构和电压层级（b）不同直流设备额定电压图10建筑直流配电系统拓扑结构与电压分布104.4“光储直柔”系统容量配置建筑中储能系统配置的目的主要是解决日内建筑用电负荷需求与电力供应不平衡的问题，主要的优化目标通常有节能减排（提高光伏本地消纳比例）、经济性（基于分时电价削峰填谷运行）、电网友好性（减小建筑光伏发电上网对电网的影响，参与电力需求响应及辅助服务提高供电可靠性等）。储能系统设计时，需综合考虑不同的优化目标，在进行建筑用电负荷、光伏发电功率逐时预测的基础上，选取典型日进行光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡分析，按照日平衡原则来配置储能容量。建筑与电网交互入口AC/DC变换器容量与建筑光伏发电量、建筑用电负荷的关系及建筑光伏消纳方式有关，对于光伏发电采用自发自用、本地消纳方式的城市建筑，AC/DC变换器容量需根据典型日从电网取电功率来配置，对于光伏发电采用自发自用、上网输出为主方式的农村建筑，AC/DC变换器容量需根据典型日光伏发电上网功率来配置。图11电网、光伏、储能、直流负载容量配比关系11ExecutiveSummary1.OverallProgressReportThisresearchprojectfocusesonthestudyofPEDFsystemsforurbanbuildingsandincludestwoprimaryaspects:systemconstructionmethodologiesandthepromotionofdemonstrationprojects.SpecificprojectactivitiesincludeformulatingurbanbuildingPEDFtechnologysolutionsforurbanbuildings,consultingonPEDFengineeringplans,andcompilingandpublishingPEDFcasestudies.TheprojectisscheduledtorunfromAugust2022toSeptember2023.Atthecurrentstage,wehavesuccessfullycompletedthedevelopmentofPEDFtechnologysolutionstailoredtourbanbuildings,providedconsultationonsixPEDFengineeringplans,andcompletedthecompilationandpublicationofacollectionofPEDFcasestudies.WiththesupportoftheEnergyFoundationandvariousindustryexperts,theprojecthasprogressedsmoothlyandmetthetasksandtimelinesoutlinedintheprojectbrief.ActivityInterimcompletionfinalcompletionActivity1:PEDFTechnologyCompletedthecaseanalysisofSolutionsforUrbanBuildingsCompleteregionalPVPEDFsystem,andcompletedinstallationandthepreparationoftechnicalActivity2:Consultationsonconsumptioncapacityschemes.PEDFEngineeringSolutionsanalysis.Completed6project1)CompletetheconsultationsforPEDFsystemActivity3:Compilationofestablishmentofexpertsolutions.PEDFBuildingCaseStudiesdatabase;2)Completed4projectCompletethefinaldraftoftheconsultationsforPEDFPEDFbuildingcasescollection,systemsolutions.andcompletethepublication.1)Completethecasecollection,textresearchandsiteinspection;2)CompletethepreparationofthefirstdraftofthePEDFbuildingcasescollection.Activity1:PEDFTechnologySolutionsforUrbanBuildings.TheprojectteamaimstodevelopaPEDFtechnologysolutionforurbanbuildingsthatfocuseson'inflow-onlyandwithoutoutflow.'Wefirsttargetedspecificurbandistricts(electricitydistributionsubstationareas)asthesubjectsofourstudy.Theanalysisevaluatedtheinstallationandutilizationpotentialofregionaldistributedrooftopphotovoltaicsystemsundervaryingarchitecturalplanningconditionsfordifferentdistricts.Wedeterminedtheupperlimitofinstallationcapacitiesandlocalabsorptioncapacitiesforrooftopphotovoltaicsunderhigh-densityurbanforms.Wethenanalyzedtheimpactofloadpatternsinthedistributionsubstationareaonprimaryenergyuseefficiencyanddistributionlinelosses.Acasestudyfocusingonaspecificurbanplanningdistrictwasconductedtodetermineregionalphotovoltaicinstallationcapacitiesandlocalabsorptioncapabilities,aswellastoidentifykeyprojectsthatrequireenergystorageforphotovoltaicabsorption.Throughtheaboveresearchonthedistributionsubstationlevel,wehaveclarifiedthephotovoltaicabsorptiontargetsofPEDFtechnologysolutionsunderurbanconditionsthatoperateonan'inflow-onlyandwithoutoutflow'principle.Inconjunctionwithactualengineeringprojectplanninganddesign,weconductedsolutionplanningfortheapplicationofregionalPEDFsystems,resultingineconomicallyrationalPEDFconfigurationsolutions.Activity2:ConsultationsonPEDFEngineeringSolutions.TheprojectteamworkedwiththePhotovoltaic,EnergyStorage,DirectCurrent,Flexible(PEDF)CommitteeoftheChinaAssociationofBuildingEnergyEfficiency(CABEE)toestablishamultidisciplinaryexpertthinktank.Bysolicitingindustrialdemonstrationcases,weinvitedexpertsfromthethinktanktodeliberateonthetechnicalsolutions.Weorganizedthreephasesofthe"PEDFEngineeringTechnicalSolutionExpertReviewMeetings,"wheresixPEDFdemonstrationprojectswerereviewedbyexperts.ThesesixPEDFdemonstrationprojectscoverarangeofbuildingtypes,includingcommercial,educational,residential,andexistingofficebuildingrenovations.Collectively,theseprojectsillustratethechallengesofapplyingPEDFtechnologytodifferentbuildingtypes.Activity3:CompilationofPEDFBuildingCaseStudies.InordertosummarizeandcompiletheresearchandsuccessfulimplementationexperiencesinthefieldofPEDFbuildings,andtoprovidetechnicalsupportandpracticalreferencesforthelarge-scalepromotionofPEDFbuildings,theprojectteam,incooperationwiththePhotovoltaic,EnergyStorage,DirectCurrent,Flexible(PEDF)CommitteeoftheChinaAssociationofBuildingEnergyEfficiency(CABEE),undertookthetaskofcollecting,investigatingandcompilingcasestudiesofPEDFbuildings.Atotalof17exemplarycasestudieswereselectedforthiscompilationthroughanationwidecasecollectionandfocusedon-siteinvestigationsofkeyprojects.ThesecasesrepresentPEDFapplicationsindifferentclimatezonesandbuildingtypes.Thecompilationprocessinvolvedmorethan80participants,includingprojectdevelopersandindustryexperts,ensuringwidespreadimpactandrecognition..2.PEDFTechnicalSolutionsforUrbanBuildingsTheprojectteamaimstodevelopaPEDFtechnologysolutionforurbanbuildingsthatfocuseson'inflow-onlyandwithoutoutflow.'Wefirsttargetedspecificurbandistricts(electricitydistributionsubstationareas)asthesubjectsofourstudy.Theanalysisevaluatedtheinstallationandutilizationpotentialofregionaldistributedrooftopphotovoltaicsystemsundervaryingarchitecturalplanningconditionsfordifferentdistricts.Wedeterminedtheupperlimitofinstallationcapacitiesandlocalabsorptioncapacitiesforrooftopphotovoltaicsunderhigh-densityurbanforms.Wethenanalyzedtheimpactofloadpatternsinthedistributionsubstationareaonprimaryenergyuseefficiencyanddistributionlinelosses.Acasestudyfocusingonaspecificurbanplanningdistrictwasconductedtodetermineregionalphotovoltaicinstallationcapacitiesandlocalabsorptioncapabilities,aswellastoidentifykeyprojectsthatrequireenergystorageforphotovoltaicabsorption.Throughtheaboveresearch,wehaveclarifiedthephotovoltaicabsorptiontargetsofPEDFtechnologysolutionsunderurbanconditionsthatoperateonan'inflow-onlyandwithoutoutflow'principle.Inconjunctionwithactualengineeringprojectplanninganddesign,weconductedsolutionplanningfortheapplicationofregionalPEDFsystems,resultingineconomicallyrationalPEDFconfigurationsolutions.2.1AssessmentofPVInstallationPotentialinUrbanAreasInhigh-densityurbanconfigurations,therooftopPVinstallationcapacityisaffectedbythemutualshadingbetweenbuildings.Ingeneral,thehigherthedevelopmentintensityofthearea,themoreseveretheshadingconditionsbetweenbuildings.Inotherwords,higherplotratiosandbuildingdensitiesresultinlessrooftopareathatcanbeeffectivelyusedforPVinstallations.Thedegreeofshadingimpactvariesacrossdifferentsolarresourcezones.InZoneI,whereannualtotalsolarirradianceisrelativelyhigh,theeconomicutilizationrateofPVisminimallyaffectedbyshading,butonlyincaseswheretheplotratioexceeds2.5andbuildingdensityexceeds35%.Forzoneswithlowertotalannualsolarirradiance,suchasZoneIIIandIV,theimpactofshadingissignificantlypronounced.Moreover,itwasalsofoundthatwithinthesamesolarresourcezone,theeconomicutilizationrate𝜗′ofrooftopPVispositivelycorrelatedwiththesolarelevationangle.Thatis,thehigherthesolarelevationangle,thehighertheeconomicutilizationrateofrooftopPV.ZoneIIZoneIIIZoneIVXiningUrumqiHarbinTurpanBeijingShanghaiKunmingShenzhenFigure1.ImpactofUrbanMorphologyonthePotentialUseofRooftopPVsinTypicalCities2.2AnalysisofPVAbsorptionCapacityinUrbanAreasForthisstudy,Shenzhenservesastheprimarycase,usingtypicalbuildingmodelsfromthecity.Bychangingtheplanninganddesignparameters,wegenerateddifferenturbanplanningscenariosandsimulatedtheiryear-roundoperation.Wecalculatedtheself-sufficiencyandself-consumptionratesofPVenergyunderthesedifferenturbanplanningschemes,andanalyzedtheinfluenceofurbanmorphologyonthepotentialforrenewableenergyuse.Overall,highdevelopmentintensityareascanfullyutilizesolarPVelectricitygeneration.Incontrast,areaswithlowdevelopmentintensityoftenfaceelectricitycurtailmentorlargeelectricityreturntothegridduetothemismatchbetweenregionalbuildingelectricityloadsandPVgenerationcurves.Incommercialareas,self-consumptioncanbeashighas98%,indicatingasignificantadvantageforcommercialbuildingsinfullyutilizingsolarPVenergy.Residentialbuildingsfollowclosely,astheirdailyloadsarefairlyconstantandthereisnosignificantwasteofsolarPVpower,resultinginhighself-consumptionrates.Comparedtootherzonetypes,officespacehasaPVself-consumptionrateofonly86%.WhileofficebuildingsgenerallyfollowPVgenerationcurveswellonadailytimescale,theyexperiencelowerelectricityloadsduringweekendsandholidays.Asaresult,onanannualbasis,zonesdominatedbyofficebuildingsaremorelikelytoexperiencesignificantwastedordiscardedPVenergy.50%100%40%80%PVSelf-su光ffic伏ie自nc给yR率ate%(%)30%PVSelf-suf光fic伏ien自cy用R率ate%(%)60%20%40%10%1.001.4520%1.001.451.902.501.902.50(a)(b)0%0%0.250.270.290.310.330.350.250.270.290.310.330.35Buil建din筑gD密e度nsityBu建ild筑in密gD度ensity50%100%40%80%PVSelf-consu光mp伏tio自n给Rat率e(%%)30%PVSelf-consu光mpt伏io自nR用at率e(%%)60%20%40%10%0.250.2820%0.250.28(a)0.310.35(b)0.310.350%0%1.001.251.501.752.002.252.501.001.251.501.752.002.252.50容积率容积率FloorAreaRatio(FAR)FloorAreaRatio(FAR)Figure2:ImpactofUrbanMorphologyontheSelf-SufficiencyandSelf-ConsumptionRatesofPVEnergyinOfficeZones2.3CaseStudiesonPEDFConfigurationinUrbanAreasThisstudyfocusesonaspecificareainShenzhenCity,coveringabout1.9squarekilometers,withatotalbuilt-upareaofabout3.37millionsquaremeters.Thenorthernsectionofthisareahasabuilt-upareaofabout410,000squaremeters,whichincludesinternationalconferencezones,high-endsupportinghotels,gardenconferenceareas,andboutiqueconferencebuildings.Thesouthernsectionhasabuilt-upareaofabout2.96millionsquaremeters,housinghigh-riseoffices,specialtycommercialspaces,hotels,culturalvenues,residentialareasandsupportingfacilities.Thisstudyfirstconductedascenarioanalysisofthearea'senergyconsumptionandthespatiotemporaldistributionoftheelectricalload.Accordingtotheloadprofileofvariousbuildingtypes,thetotalelectricityconsumptionfortheareaiscalculatedtobe374.32millionkWh,withthenorthernsectionaccountingfor13%ofthetotalandthecentralsectionaccountingfor87%.Theloaddistributionshowsalowerpatterninthenorthandahigherpatterninthesouth.Thenorthernsectionconsistsmainlyofbuildingswithexhibition-relatedloads,whichshowsignificantfluctuationsthroughouttheyear.Anoverallassessmentofthedemandside,includingtheimpactofelectricvehiclechargingstations,showsthatthisareahassignificantpeakloadcharacteristics-20percentofthepeakloadoperatesforlessthan100hours,orabout1.1percentofthetotalannualtime,revealingsignificantpeakshavingandenergystoragepotential.RegardingthepotentialforPVinstallationinbuildings,underplanningscenariosthatconsiderbotheconomicfeasibilityandlow-carbonarearequirements,theareacanachievearenewableenergyutilizationrateof5.6%.Overall,theproportionofinstalledPVcapacitytothearea'stotalenergyconsumptionisrelativelylow,allowingallgeneratedPVelectricitytobeconsumedlocally.However,exhibition-typebuildingsintheareaposechallengesduetotheirsubstantialrooftopPVcapacityandirregularusagepatterns,leadingtosurplusPVelectricityduringnon-air-conditioningseasons.TypicalWeeklyElectricityLoadandPVGenerationDuringAirConditioningSeason5%ofpeakloadoperatesfor17hours,accountsfor0.2%ofthetotalannualtime.ElectricityLoadBuildingPV20%ofpeakloadoperatesfor94hours,accountsfor1.1%ofthetotalannualtime.LoadGeneration30%ofpeakloadaccountsfor5.5%ofthetotalannualtime.PVGenerationLoads(MW)TypicalWeeklyElectricityLoadandPVGenerationDuringNon-AirConditioningSeasonPVGenerationElectricityLoadBuildinPVgLoadGenerationFigure3.LoadFluctuationandPVAbsorptionintheCaseAreaThroughananalysisofregionalloadpatternsandPVgenerationtrends,anovelregionalpowerdistributionsystemthatemploysahybridofalternatingcurrent(AC)anddirectcurrent(DC)hasbeendeveloped.Thisdesignistailoredtothespecificarchitecturalloadcharacteristics,solarresourceavailability,andfunctionalattributesofeachplanningunitorparcel.Itincorporateselectrochemicalenergystorageplanningandisversatile,aimedatmultipleapplicationobjectivessuchaspeakshaving,capacitymanagement,demandresponse,backuppowersources,andPVabsorption.BasedonShenzhen’stime-of-useelectricitypricingpolicy,thestaticpaybackperiodofthestoragesystemsundercurrentcostconditionsisestimatedtobeabout7.4years.Inthefuture,asuser-sidestorageisusedforpeak-valleyarbitrageandcapacitymanagement,andasancillaryelectricityservicemarketsmature,thefrequencyofdemandresponseisexpectedtoincrease.Asaresult,thestaticpaybackperiodofthesystemisexpectedtodecreasesignificantly.MoyuanStationXiangmiLakeStationXiangmiLakeHybridAC/DCDistributionSystemVirtualPowerPlantManagementCenterUserTransformerMunicipalTransformerSystem6VirtualPowerPlantDCFlexibleAggregationPlatformInterconnectionIceDistriDistriMunicStoragebutedipalRooftoCooling/RooftoDistribKeyRooftobutedChargMunicEnergChargMunicStreetpPVpPVutedLoadpPVEnergingipalingipalAirPilePVyPilePVLightsConditiEnergyyStoragoningStorageStorageeSystem1System2System3System4System5PVStorageChargingMunicipalSafePhotovoltaicPVStorageDirectElectricityUsageConsumption/CoolingandPeakShavingandValleyStationHeatingStorageFilling/EmergencyGuaranteeFlexibility/Vehicle-gridInteractionFigure4.PowerDistributionSystemPlanningSchemefortheCaseArea3.ConsultingonPEDFDemonstrationEngineeringSolutionsThisprojectreliesonanexpertdatabaseassembledbythePhotovoltaic,EnergyStorage,DirectCurrent,Flexible(PEDF)CommitteeoftheChinaAssociationofBuildingEnergyEfficiency(CABEE).Drawinguponresearchandinvestigationintoreal-worldapplicationsofPEDFengineering,sixtechnicalsolutionsweredevelopedanddiscussed.FortheuniquecharacteristicsofeachengineeringprojectandtheobjectivesofPEDFconstruction,expertreviewsareregularlyorganizedduringthetechnicalsolutiondesignphase.Thesereviewsexaminethesuitability,feasibility,andcost-effectivenessofbuildingphotovoltaicinstallations,architecturalenergystoragesolutions,DCpowerdistributiondesign,andflexiblecontrolstrategies.Expertopinionsandsuggestionsforsystemoptimizationareprovidedtofacilitatethereal-worldimplementationofPEDFtechnologiesbyprojectdevelopers.3.1FormationofIndustryExpertDatabaseThefirstphaseofthePEDFIndustryExpertDatabasewascompletedinOctober2022.Theinitialcadreconsistsof33experts,ofwhich52%arefromdesignandresearchinstitutes,18%fromhighereducationinstitutions,18%fromend-userdevicemanufacturers,9%fromrealestatedevelopers,and3%fromacademicassociations.AcademicAssociationRealEstates:3%Developers:Designand9%ResearchInstitutes:52%DeviceManufacturers:18%HigherEducationInstitutions:18%Figure5.CompositionofExpertsinthePEDFSpecialCommitteeThinkTank3.2PEDFEngineeringEvaluationThisprojectorganizeddiscussionandevaluationmeetingsonthetechnicalsolutionsofthePEDFengineeringinBeijing,Shenzhen,andQingdaoinOctober2022,April2023,andJuly2023,respectively.Inthesemeetings,6PEDFdemonstrationengineeringsolutionswereevaluated.Thetypesofdemonstrationprojectscoveredsixcategoriesofurbanbuildings:educationalbuildings,commercialbuildings,officebuildings,residentialcommunities,experimentalbuildings,andmunicipalfacilities.TaikooLiSanlitun,BeijingXijiCountyElementarySchool,NingxiaHaierDemonstrationLabFutureCity,JiadingFutianPowerSupplyBureauOfficeBuildingShenzhenQiankengWaterTreatmentPlantFigure6.ExpertEvaluationProjectforthePEDFDemonstrationEngineering3.3PromotionandPublicityUsingtheWeChatOfficialAccountoftheDirectCurrentBuildingsAlliance(直流建筑联盟),thisprojectdisseminatedinformationabouttheexpertevaluationmeetingonthePEDFengineeringtechnicalsolutions.Thisgarneredextensiveattentionandsupportbothwithinandoutsideoftheindustry,whichactivelypromotedtheproject'simplementation.Inadditiontothis,thesuccessfulconductoftheexpertmeetinghasraisedpublicawarenessandunderstandingofPEDFsystems.ThiswillencouragebusinessesandpublicinstitutionstoconstructnewbuildingpowersystemsthataremainlycharacterizedbyPEDF,promoteflexibleelectricityconsumptioninbuildings,expandtheapplicationofrenewableenergyinarchitecture,andmakeapositivecontributiontotheefficientuseofenergyandsustainabledevelopment.4.CompilationofPEDFEngineeringCaseStudiesInMarch2023,thisprojectconductedanationwidesurveytoinvestigatecompletedoroperationalapplicationsofPEDFengineeringprojects.ThegoalwastounderstandthedistributionoftheseprojectsandthecurrentstatusofPEDFtechnologyapplications.Thesurveycollectedinformationon69buildingprojectsthatfeaturePEDFsystems.Thisprojectspecificallyselected26operationalbuildingcasesandonebuildingcasenearingconstructioncompletionfordetailedresearch.Documentationforthese27projectswascollected,includingtextualdescriptions.Aftercomprehensiveevaluationofvariousfactorssuchastherepresentativenessofthebuildingtypes,completenessoftheprojectdata,operationalperformance,anduniquefeatures,17exemplarycaseswereselectedforon-siteresearch,verification,anddataanalysis.Thisallowedforadetailedexplorationintothetechnicalcharacteristicsandapplicationschemesoftheseengineeringcases.Furthermore,interviewswereconductedwithboththedevelopersandfieldexperts.TheinterviewsaimedtogatherinsightsandrecommendationsconcerningthescaleddevelopmentofPEDFbuildings.Uponcompletionofthisphase,thisprojectcompiledandpublishedabooktitled"PEDFTechnologyandEngineeringCaseStudiesinBuildingApplications,"whichhasbeenincludedasakeytrainingmaterialforthe"14thFive-YearPlan"inthefieldofhousingandurban-ruraldevelopment.NingxiaGuyuanTaozhuangVillageTsinghuaUniversityYangtzeDeltaRegionInstituteOfCommunityOfficeBuildingEnergy-SavingBuildingTsinghuaUniversity,ZhejiangTrainingMaterialFocusingonthe"14thFive-YearPlan"intheFieldofHousingandUrban-RuralDevelopmentShanxiRuichengCountyShanghaiCarbonCableEnergyOfficeBuildingZhuangshangVillageResilientHabitatBBBCGoldenCooperate(Shanxi)PEDFCCMHSlantingHouseWorkshopBuildingGoldenCooperate(Nanjing)OfficeBuildingTechnologicalandProjectCaseStudiesinPEDFBuildingWuhanTerminusSmartIndustryLegendPreparedby:EnergyParkChinaAssociationofBuildingAverageEfficiencyAbundantHangzhouGreeFactoryinthePEDFSpecializedCommitteeGreaterJiangdongAreaVeryDongguanSouthernDistrictBureauZhuhaiGreePhotovoltaicFutureIBRFutureComplexAbundantOfficeBuildingHouseAnOfficeBuildinginShenzhenMostAbundantChinaArchitecture&BuildingPressFigure7.CompilationofPEDFEngineeringandCaseStudiesinBuildings4.1DistributionofPEDFSystemApplicationsFromtheperspectiveofsolarenergyresourceutilization,PEDFsystemsareprimarilysuitableformostregionsinChina,especiallyinthenorthernregionswithharshcoldclimatesabundantinsolarresources,aswellasinareaswithhotsummersandcoldwinters(excludingtheSichuanBasin)andhot-summerandwarm-winterareas.Intermsofbuildingtypesandscales,PEDFsystemsaregraduallyexpandingfromnewconstructionstoexistingbuildings,andfromurbanofficebuildingstocommercialproperties,educationalcampuses,industrialparks,andruralresidentialarchitecture.Theapplicationisalsogrowinginscalefromindividualmediumandsmall-sizedbuildingstolargercampusesandindustrialparks.RegardingthematuritylevelofDCload,buildingsystemssuchaslighting,airconditioning,ITofficeequipment,monitoringanddisplaydevices,homeappliances,andchargingstationscanbeamongthefirsttobeconvertedtodirectcurrent(DC).NewRenovationConstructionFigure8.DistributionofSurveyedProjectTypesandClimateZones4.2CharacteristicsofPhotovoltaicandEnergyStorageTechnologyApplicationsAllofthebuildingssurveyedinthisstudyutilizesolarphotovoltaictechnologyandaregrid-connectedtomunicipalelectricitynetworks.ThepredominantformofphotovoltaicsystemisBuilding-AttachedPhotovoltaics(BAPV),primarilyduetoitscost-effectiveinstallationandcomponentcosts.However,asadvancementsinphotovoltaictechnologycontinuetopushtheefficiencyofsolarmoduleshigherwhiledrivingcostsdown,Building-IntegratedPhotovoltaics(BIPV)arepoisedtobecomethefuturetrend.Themaininstallationmethodsforsolarmodulesareflatsurfaceinstallations,suchasbuildingrooftopsorground-levelcarports.Themodulesemployedaremainlyhigh-efficiencymonocrystallinesiliconbifacialpanels.Thischoicewasdrivenbythegreateramountofsolarirradiancereceivedonhorizontalsurfaces,coupledwiththehigh-efficiencyandcost-effectivenessofmonocrystallinesiliconcomponents,leadingtohigherreturnsoninvestment.RegardingtheenergystoragesystemsinthesePEDFBuildings,batterystorageisprimarilyemployed.Ironphosphatelithiumbatteriesarethemostcommonlyused,followedbylithiumtitanatebatteries,andlastlylead-acidandlead-carbonbatteries.Thisindicatesthatelectrochemicalenergystoragehasbecomethemainformofenergystorageinbuildings.Ironphosphatelithiumandlithiumtitanateareamongthemostextensivelyappliedelectrochemicalstoragetypesinbuildings.Whendesigningenergystoragesystems,considerationsofthebattery'stechnicalperformanceandeconomicviabilityshallbethoroughlyevaluatedbasedonthepurposeandapplicationscenario.Forenergystoragesystemsintendedtoabsorbexcessphotovoltaicoutputandmanagepeakshaving,batterieswithhighenergydensityandlongerdischargetimesarepreferable.Forpower-basedstoragesystemsthatparticipateinpeakloadandfrequencyregulationservices,batterieswithhighpowerdensityandshorterdischargetimesarepreferable.ComponentThinFilmTypePolycrystInstallationSystemTypeallineLithiumLocationIronMonocrystallinePhosphatVerticalSurfaceFlatSurfaceFigure9.DistributionofPhotovoltaicandEnergyStorageApplicationTypes4.3TechnicalCharacteristicsofDirectCurrent(DC)DistributionSystemsTheDCdistributionsystemsinthebuildingssurveyedpredominantlyemployunipolartopologies,withvoltagelevelsprimarilysetattwotiersandnotexceedingthreetiers.Thechoicesregardingtopology,voltagetiers,andvoltageratingsoftheDCdistributionsystemarestronglycorrelatedwiththetypesofDCsources(photovoltaics,energystorage)andDCloadequipmentintermsoftheirtypes,ratedpower,andoperatingvoltagerange.WhenthevarietyofDCloadequipmentinthebuildingislimited,andthereislittledisparityinratedpowerandvoltagerange,aunipolartopologyisrecommended.Conversely,abipolartopologyoradditionalvoltagetierscanbeconsideredbasedontheproject'sspecificrequirements.Theoverallguidingprinciplesareasfollows:Utilizeasfewvoltageratingsaspossibletomeetthedemandsofasmanyelectricaldevicesaspossible;forhigh-powerloadequipment,optfortheupperrangeoftheoperatingvoltagetoreducecurrent,therebyminimizingcablecross-sectionalareaandlinelosses;andforlow-powerdeviceslocatedinareaswherepeopleareactive,optforthelowerrangeoftheoperatingvoltagetoavoidtheriskofelectricshockandassociatedinjuries.VoltagePhotovoltEnergyDCChargingDCAirDCOtherMonitoringDCAirDCOtheraicStorageandDisplayConditioneLightingLow-StationConditioneProductionHigh-PowerDevicesrIndoorrOutdoorLinePowerUnitDeviceType(a)TopologyandVoltageTiers(b)RatedVoltageofDifferentDCDevicesFigure10.TopologicalStructureandVoltageDistributioninBuildingDCDistributionSystems4.4CapacityConfigurationofthePEDFSystemTheprimarypurposeofenergystoragesystemconfigurationwithinbuildingsistoresolvetheimbalancebetweenintradaybuildingelectricityloaddemandandelectricitysupply.Keyoptimizationobjectivestypicallyincludeenergysavingsandemissionreduction(byincreasingthelocalabsorptionrateofphotovoltaicpower),economicconsiderations(peak-shavingoperationsbasedontime-of-useelectricitypricing),andgrid-friendliness(minimizingtheimpactofbuildingphotovoltaicpowergenerationonthegrid,participatingindemandresponseandauxiliaryservicestoimprovesupplyreliability).Duringthedesignphaseoftheenergystoragesystem,itisessentialtoconsiderthesevariousoptimizationobjectivescollectively.Anenergybalanceanalysisofphotovoltaicpowergeneration,electricityload,gridsupply,andstoragecharge/dischargeratesshallbeconductedbasedonhourlyforecastsonbuildingelectricityloadandphotovoltaicpowergenerationforatypicalday.Theenergystoragecapacityshallbeconfiguredaccordingtodailybalanceprinciples.ThecapacityoftheAC/DCconverteratthebuilding-gridinterfaceisinfluencedbytherelationshipbetweenbuildingphotovoltaicpowergenerationandbuildingelectricityload,aswellasthemannerinwhichphotovoltaicpowerisconsumedwithinthebuilding.Forurbanbuildingswherephotovoltaicpowergenerationismostlyforself-consumptionandlocalabsorption,theAC/DCconvertercapacityshallbeconfiguredbasedonthepowerdrawnfromthegridforatypicalday.Forruralbuildingswherephotovoltaicpowergenerationismostlyforself-consumptionandgridexport,theAC/DCconvertercapacityshallbeconfiguredbasedonthephotovoltaicpowerfedintothegridforatypicalday.RuralResidence4PhotovoltaicRuralResidence3RuralResidence2powergenerationRuralResidence1IndustrialPark3forself-IndustrialPark2IndustrialPark1consumption,Campusprimarilygrid-Commercial1exportOffice6Office5Photovoltaicpowergenerationforself-consumption,primarilygrid-exportOffice4Office2Photovoltaicpowergenerationforself-consumption,completelocalOffice1absorption,energystorageparticipatingingridpeakshavingPhotovoltaicpowergenerationforself-consumption,surpluspowertogrid,localabsorptionPhotovoltaicpowergenerationforself-consumption,completelocalabsorptionDCLoadEnergyPhotovoltaicGridAC/DCStorageDC/DCDC/DCFigure11.RatioofGrid,Photovoltaic,EnergyStorage,andDCLoadCapacities目录一、研究背景与课题任务.................................................21.1研究背景..................................................................21.2课题任务..................................................................2二、城市建筑光储直柔技术方案.......................................32.1城市区域光伏安装潜力分析.................................32.2城市区域光伏消纳潜力分析.................................52.3城市光储直柔系统规划案例分析.......................12三、光储直柔示范工程方案咨询.....................................353.1总体执行情况.......................................................353.2工程方案情况.......................................................38四、光储直柔工程案例集编制.........................................654.1案例集编制背景与进展.......................................654.2光储直柔建筑案例特征分析..............................674.3部分项目情况简介...............................................78五、执行情况总结与后期计划.........................................88附件1：工程方案咨询会专家意见.................................90附件2：工程案例项目调研清单.....................................96附件3：光储直柔工程案例集封面和目录.....................991一、研究背景与课题任务1.1研究背景城市建筑逐步成为能源的消费主体。根据清华大学建筑节能研究中心发布的《中国建筑节能年度发展研究报告2022》显示，2020年全国建筑运行能耗总量为10.6亿tce，占全国能源消费总量比重为21%。2020年全国建筑运行碳排放总量为21.8亿tCO₂，其中直接碳排放占比27%，电力相关间接碳排放占比52%。随着经济结构调整，上述比例未来还会进一步提高。《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》明确到2060年我国非化石能源消费比重达到80%以上。同时，《2030年前碳达峰行动方案》明确提出要提高建筑终端电气化水平，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。《城乡建设领域碳达峰实施方案》也明确提出推动智能微电网、“光储直柔”、蓄冷蓄热、负荷灵活调节、虚拟电厂等技术应用，优先消纳可再生能源电力，主动参与电力需求侧响应。光储直柔既是建筑实现建筑自身减排、减少间接碳排放的重要技术，更是与电网互动、解决电力平衡的关键技术。《中国光储直柔建筑战略发展路径研究》一期成果表明：目前以煤电为主的电力系统和未来以风光电为主的电力系统，均可通过光储直柔技术提供柔性负载解决灵活电源严重不足的问题，且光储直柔将着力解决电力日平衡需求。因此，本项目拟开展城市建筑光储直柔以“柔”为主，重点研究“只进不出”柔性调控技术和建筑电力交互模式，分析不同建筑类型根据电网指令柔性调节的潜力和技术经济可行性，并开展光储直柔应用工程案例调研。1.2课题任务本项目开展的具体研究工作包含三项活动：①“只进不出”光储直柔技术方案；②中国光储直柔工程应用案例集；③光储直柔工程技术方案咨询。旨在通过研究不同类型建筑“只进不出”柔性调节的潜力和技术经济可行性，推动城市建筑光储直柔技术应用；通过光储直柔应用工程案例调研，了解中国光储直柔工程应用现状，更好地支撑建筑领域碳达峰碳中和目标落实。活动一：“只进不出”光储直柔技术方案2主要产出：不同建筑场景“只进不出”光储直柔技术方案主要活动：基于高负荷密度的城市建筑和未来新型电力系统的主要特征，研究①建筑光伏与不同类型建筑负荷在电量和逐时规律两个维度的匹配关系，以及光伏就地消纳的技术路径；②在建筑光伏自发自用的基础上，研究不同类型建筑根据电网指令柔性调节的潜力和技术经济可行性。活动二：中国光储直柔工程应用案例集主要产出：中国光储直柔工程应用案例集主要活动：面向全国调研处于已竣工或运行阶段的光储直柔工程应用案例，了解工程分布情况、光储直柔技术应用现状；分析不少于10项光储直柔工程案例的技术特点与经济性等，完成中国光储直柔工程应用案例集。活动三：光储直柔工程技术方案咨询主要产出：光储直柔工程技术方案论证会主要活动：基于光储直柔工程应用案例调研，开展不少于5项工程光储直柔技术方案论证。召开专家评审会，识别建筑光伏、建筑储能、直流配电设计、柔性控制策略等技术应用情况与系统方案的适用性、可行性、经济性等。二、城市建筑光储直柔技术方案2.1城市区域光伏安装潜力分析城市建筑群（区域）光伏可再生能源利用潜力和消纳能力评估，即通过理想模型分析了不同规划条件下，区域建筑可利用屋顶光伏潜力和区域光伏本地消纳情况。研究城市规划层面的协同措施，即在同一供配电台区下通过规划参数的调整，提出有利于光伏本地消纳的规划原则。2.1.1城市条件下区域光伏安装潜力在复杂城市条件下，建筑之间的相互遮挡关系对建筑屋顶受到的辐射量有显著的影响。从光伏经济性角度考虑，并非所有的空闲屋面安装太阳能光伏都能够在系统寿命周期内产生正收益。在受到遮挡的屋面安装光伏，有可能其发电经济收益难于覆盖其设备初投资，或回收期过长，导致内部收益率低于建设的资金成本，使得屋顶光伏在经济上不可行。因此，影响光伏安装潜力的因素3包括了建筑之间的遮挡关系、光伏系统单位装机功率发电收益和光伏系统单位装机功率初投资三个因素。从环境角度考虑，建筑之间的遮挡关系同样影响着光伏系统在生命周期内的碳减排效果。如果在受到遮挡严重的屋面上安装光伏系统，其生命周期中的发电量难以抵消其在生产过程消耗的能量，其生命周期的减排量有可能是负值。这与利用光伏系统可再生能源的出发点背道而驰。因此，在城市建筑遮挡关系复杂的条件下，屋顶光伏系统的经济价值和环境价值都将呈现不均匀分布，不同屋顶的光伏系统安装潜力也并不相同。因此，需要对光伏系统在生命周期内光伏发电量收益和光伏系统投资平衡所需要的全年累计辐射量，即太阳能光伏经济辐射强度进行计算分析。本文选择光伏经济安装比例作为评价区域光伏可安装容量潜力的指标，具体如下式所示：𝜗=!!(1)!"𝜗——建筑密度，%；𝐴——区域场地面积，m2；𝛿——建筑密度，%；𝐴!——全年辐射量达到经济辐射强度的屋顶面积，m2；公式（1）中经济辐射强度的确定受到光伏转换效率、组件寿命、初投资和电价机制或补贴程度等多方面的因素。在本文中为了简化模型，突出城市形态与可安装潜力的定量关系，将对相关因素做简化处理。具体来说，光伏组件转化效率按照普遍行业准入标准为18%，光伏组件寿命周期为15年；采用分布式光伏系统普遍采用的“自发自用，余电上网”模式，光伏发电替代市政电源平均电价为0.6元/kWh，光伏系统初投资为1080~1800元/m2。在上述假设条件下，光伏的经济辐射强度计算为1112kWh/(m2·a)。2.1.2城市条件下区域光伏可利用潜力光伏发电可利用潜力一般采用光伏发电的自用率和自给率两个指标描述。自给率𝜗"是在一定时段内，光伏发电直接被建筑利用的量与建筑用电总量的比值；自用率𝜗""是光伏直接被建筑利用的量与光伏发电总量的比值，如下式。自给率越高，说明建筑用电中光伏占比越大，利用可再生能源的比例越高。自用率越高，说明光伏发电被利用的占比越大，可再生能源利用率越高。4𝜗"=∑$!",$%&(2)∑%&'(𝜗""=∑$!",$%&(3)∑$!",'&(&)+&其中𝜗"——为光伏发电自给率，%；∑𝑃),,-.——为一段时间内光伏发电中被建筑直接利用的电量，kWh；∑𝑙𝑜𝑎𝑑——为一段时间内建筑用电量，kWh；𝜗""——光伏发电自用率，%；∑𝑃),/.0.1'2.——为一段时间内光伏系统的理论发电量，kWh；结合图2-1所示太阳能光伏系统发电量与建筑负荷曲线之间的关系可更好的理解自用率和自给率两者之间的关系。其中c区域为建筑用电负荷中由电网供电的电量，b区域为光伏发电被建筑直接利用的电量，a区域为光伏发电向电网输送的电量。由于受天气的影响，光伏发电的出力也会有很大的随机性和波动性。即使同一天，太阳能辐射强度变化都不一样。在分布式光伏大规模利用的情景下，向电网输送波动性的光伏发电会对电网的母线电压、调频、潮流、调峰等造成严重的影响。因此，在光伏规模化利用的情景下，应优先考虑光伏发电在建筑本地消纳，尽可能减小向电网的送电，即优先提高光伏发电的自给率𝜗"。图2-1光伏发电出力和用电负荷之间的关系曲线2.2城市区域光伏消纳潜力分析本节将以深圳市为例，采用深圳市典型建筑模型，通过改变规划设计参数得到不同城市区域的规划方案，用上述模型对其全年运行进行模拟，计算不同城市规划方案的光伏自给率与自用率，比较分析城市形态对可再生能源可利用5潜力的影响。对于一个城市区域而言，是多种类型建筑混合分布。不同类型（或功能）的区域建筑密度及容积率也会有差别。例如办公型和商业型区域，为了增加建筑面积会提高规划的建筑密度或者容积率。城市区域主要可分为以下四类：1、居住型：以居住建筑为主的区域空间（比例高于60%），同时为了保障居民生活需求，配套部分办公建筑（如物业）以及商业建筑（如超市）；2、商业型：以商业建筑为主的区域空间（比例高于60%），同时配套部分办公建筑以及少量居住建筑；3、办公型：以办公建筑为主的区域空间（比例高于60%），同时配套部分商业建筑以及少量居住建筑；4、混合型：商业、办公、居住三类建筑面积都比较平均的区域（比例在20%~40%）表5所示为四种典型区域的规划设计参数：建筑混合比例、建筑密度、容积率范围。通过上述模型求解可以得出光伏发电量，从而来分析规划设计参数对能源应用的影响表2-4区域类型对应的建筑混合比例区域类型建筑密度容积率混合度居住：商业：办公居住型25~35%1.0~2.580%：10%：10%%商业型25~35%1.0~2.510%%：80%：10%%办公型25~35%1.0~2.510%：10%：80%混合型25~35%1.0~2.530%：30%：40%2.2.1建筑密度对光伏利用潜力的影响图2-8所示居住型区域的光伏自给率和自用率受建筑密度的影响情况。可以看出光伏自给率随建筑密度增加而升高，自用率随着建筑密度增加而下降。对于相同的建筑规模，建筑密度越大意味着建筑屋顶面积的增加，光伏安装面积与发电量随之增加，提高了建筑光伏发电的自给比例。同时光伏发电量增加意味着光伏发电曲线与负荷不重合的比例进一步提高，更多的发电无法被使用从而导致自用率下降。当容积率为1时，光伏自给率随着建筑密度增加了2.2%6（从17.4%到19.6%），自用率下降了2.1%（从22.1%到19.0%）。当容积率为2.5时，光伏自给率同样增加了近2.5%（从11.7%到13.2%），而自用率下降了5.2%（从37.2%到32.0%）。图2-8居住型区域的光伏自给率和自用率，曲线代表不同容积率图2-9所示商业型区域的光伏自给率和自用率受建筑密度的影响情况。对比可以看出商业型的光伏自给率高于居住型，且自用率较高。主要原因是商业建筑的负荷曲线与光伏发电曲线更吻合，因此自给率和自用率更高。自给率最高可达到47.1%，最低情形自用率也能达到93.0%。建筑密度对太阳能光伏利用的影响并不显著，尤其是对容积率很高的情形。当容积率为2.5时，自给率提升了4%，自用率几乎不受影响。图2-9商业型区域的光伏自给率和自用率，曲线代表不同容积率图2-10所示办公型区域的光伏自给率和自用率受建筑密度的影响情况。对比发现办公型和商业型光伏利用受建筑密度的影响趋势相同，办公型的自给率较高且自用率较低。这是因为即使办公建筑和商业建筑有着相似的负荷曲线（白天负荷高且平稳，夜晚负荷低），而办公建筑在周末会处于负荷较小的休息状态，因此总负荷小于商业建筑。该区域可达到50%以上的自给率，而自用率则为80%左右。7图2-10办公型区域的光伏自给率和自用率，曲线代表不同容积率图2-11所示混合型区域的光伏自给率和自用率受建筑密度的影响情况。可以看出混合型区域既能保持较高的光伏自给率，又能保持光伏自用率不至下降过快。当容积率为1.0时，自给率由34.3%上升到42.3%，自用率在65.7%到62.0%之间变化。当容积率为2.5时，自给率由15.5%上升到19.5%，自用率则不低于72.0%。图2-11混合型区域的光伏自给率和自用率，曲线代表不同容积率2.2.2容积率对光伏利用潜力的影响图2-12所示居住型区域的光伏自给率和自用率受容积率的影响情况。对比可发现，建筑容积率的影响将远大于建筑密度，并且光伏自给率随容积率增加而下降，自用率随容积率增加而升高。这是因为容积率越大意味着建筑负荷越大，而光伏面积和发电量不发生变化，所以该参数的提高降低了光伏发电自给率，提高了自用率。可以看出容积率的增加降低了7%左右的自给率，同时提高了13%左右的自用率。8图2-12居住型区域的光伏自给率和自用率，曲线代表不同建筑密度图2-13所示商业型区域的光伏自给率和自用率受容积率的影响情况。可以看出商业型区域光伏利用受建筑容积率影响小于居住型区域。这是因为商业建筑的光伏利用率比居住建筑高，建筑负荷的增加对改变这一比值作用不大。因此自用率的增加仅为7%，几乎为居住建筑的一半。图2-13商业型区域的光伏自给率和自用率，曲线代表不同建筑密度图2-14所示办公型区域的光伏自给率和自用率受容积率的影响情况。值得一提的是该区域的光伏自给率高于20%，自用率甚至低于80%。进一步证明了办公类建筑在周末休息日负荷较小时浪费了大量的光伏发电，可以有针对性的在规划中降低办公建筑比例来提高光伏自用率。9图2-14办公型区域的光伏自给率和自用率，曲线代表不同建筑密度图2-15所示混合型区域的光伏自给率和自用率受容积率的影响情况。该类区域光伏自给率大于15%，自用率大于62%。随着容积率的增加，自用率可以达到71.4%。图2-15混合型区域的光伏自给率和自用率，曲线代表不同建筑密度2.2.3混合度对光伏利用潜力的影响建筑混合度的变化与区域类型有关。分别为每种区域类型选择两种不同的混合度组合，因此四种类型共对应有八种案例，具体的建筑比例见表6所示。例如案例1、2同属于居住型区域，其中案例1表示混合度不高，更偏向居住功能的区域；案例2表示居住比例不高，更偏向混合型的区域。定义案例1和2是居住型；案例3和4是商业型；案例5和6是办公型；案例7和8是混合型。以此类推确定案例中建筑比例，规定区域的容积率为2.5，通过模拟计算全年区可再生能源利用情况。表2-5不同建筑混合度下的区域光伏自给率和自用率序混合度建筑密度号居住：商业：办公0.250.300.35自给率自用率自给率自用率自给率自用率10180%：10%：10%12.6%49.5%13.1%48.4%13.7%47.3%260%：20%：20%13.6%60.4%14.2%59.5%15.0%58.5%310%：80%：10%14.2%92.5%15.1%92.3%16.1%92.0%420%：60%：20%14.4%84.9%15.2%84.5%16.1%84.1%510%：10%：80%16.6%82.7%17.5%82.0%18.5%81.2%620%：20%：60%15.7%79.4%16.6%78.6%17.5%77.9%733%：33%：33%14.6%75.0%15.4%74.3%16.3%73.5%840%：30%：30%14.4%71.3%15.1%70.5%16.0%69.8%图2-16、2-17分别展示了光伏自给率和自用率受区域建筑混合度的影响。可以看出光伏自给率不超过35%，且办公型区域的光伏自给率最高（案例5、6），这与前文分析结果一致。居住型区域的光伏自给率最低（案例1、2），这是由于该类型建筑的负荷与光伏发电曲线不一致导致。商业型和混合型区域的光伏自给率受建筑混合度的影响不大。对于光伏自用率而言，除了居住型区域（案例1、2），其他情形的自用率都在60%以上。其中商业型区域的自用率可高达90.4%，说明从充分利用光伏发电的角度来看，商业建筑具有明显的优势。其次是办公建筑，这是因为该建筑也具有白天负荷量大的特点，并不存在大量浪费光伏发电的情形，因此自用率较高。居住建筑白天负荷较低，则会因为光伏发电无法被使用降低其自用率，因此居住型区域的光伏用电只有37%~51%。考虑上述光伏浪费的情形，可以采用储能对其剩余电能进行储存，夜间再释放给用户从而提高光伏利用率。同时也可以采用上网售电作为解决方案。11图2-16混合度对区域光伏自给率的影响图2-17混合度对区域光伏自用率的影响2.3城市光储直柔系统规划案例分析2.3.1规划范围与市政条件示范片区城市设计研究范围主要包括示范片区北、中两个片区。北至侨香路、南至深南大道、西至示范片区路、东至香梅路，包括示范片区北区（不含现状居住区）、中区，面积约1.9平方公里，建筑面积约337万㎡，其中北区总建筑面积约41万㎡，南区总建筑面积约296万㎡。北区目标为复合型高端会议交流平台，包含国际会议区及其高端配套酒店、园林会议区和精品会议楼，总建筑面积41万㎡。会议中心主要用于承接重大国事活动，主席团圆桌会议、会议配套高端酒店，满足市、区两会要求。中区功能布局及主导功能分为东、中、西三部分，总占地面积68.5公顷。中区目标为“品字形”公共文化设施的三大场馆，三大场馆包括改革开放博物馆、金融文化中心、国际演艺中心，紧邻深南大道，呈“品”字型在中区排列。中区西侧布局办公、商业、酒店、文化及配套设施。中区东侧布局办公、特色商业、酒店、文化、居住及配套设施；现状规划大厦南侧布局低密度、特色鲜明的商业活力街区。12图2-18总体布局福田区示范片区供电面积4.9平方公里，2021年区域最高用电负荷75.78兆瓦，均为A+类供电区域，示范片区电网CO2排放量约为4.09万吨，绿电比例约为75%。片区内部暂无电源，福田区内仅有一座电源，为南天燃气电厂，装机总容量为243MW。现状区域供电变电站共计10座，实际供电能力1444.5MW。供电中压网格有4个，中压供电线路28回。低压网格有39个，配变203台，配变容量为192.92MVA。为支撑示范片区发展，总体供电保障策略分为近期和中远期。近期目标保障过渡期间重点项目高质量供电需求，重点打通现有电力通道堵点，特别是示范片区新金融区外围主干道、跨主干道、地铁通道的十字路口等，满足重要用户或敏感用户供电高可靠性要求，保障区域重要用户和敏感用户供电电源或线路来自不同路径。中远期结合实际发展情况按需及时投产变电站。“十五五”期间亟需投产3座110千伏变电站，建议先投产金融街#1站，其次金融街#2站，最后投产金13融街南站并配套建设电力廊道，以保障近期重要公共建筑安全可靠用电需求和前期开发建设顺畅实施；构建清洁低碳、安全高效的能源体系。从“源网荷储”侧挖掘低碳手段，打造新型以新能源为主体的国际领先智慧新型电力系统，持续保障重要用户或敏感用户供电高可靠性要求。图2-19变电站分布及电缆路线片区停车泊位按低值配建，考虑会议会展等特殊的功能需求，部分地块配建标准相应提高，北区和中区总配建停车泊位约1.4万个。北区停车配建：考虑到满足国务与政务会议期间停车供应，配建停车位取上限，停车位约为1500个；中区停车配建：经测算，示范片区中区停车泊位需求在1.08万-1.6万之间，考虑周边轨道公交发展，道路供应有限，建议适度控制停车配建，并通过公共停车场平衡，则示范片区中区停车泊位约为1.25万个泊位。示范片区中区在低配建标准基础上，利用公共停车场进行调控，以支撑金融街有效运作，建议设公共停车泊位约600个，分2处设置。14图2-20各地块停车位数量规划2.3.2区域用电负荷测算分析2.3.2.1各类建筑用电负荷情况本项目建筑用电负荷强度主要依据深圳市大型公共建筑能耗监测平台数据。建筑类型涵盖了办公建筑、商业建筑、会议展览建筑、文化建筑、综合建筑以及其他建筑等。结合本项目建筑类型特点，分析各类建筑全年能耗情况，如图2-21所示。图2-21各类建筑全年能耗指标从图2-21中可看出，商业建筑全年能耗最高，约196kWh/㎡；其次为酒店建筑，全年建筑能耗约127kWh/㎡；住宅建筑全年能耗最低，约42kWh/㎡。基于深圳市大型公建能耗监测平台的建筑全年逐时能耗数据，对不同类型15建筑的典型日（夏至日及冬至日）及典型日所在周逐时用电负荷特征进行分析，如图2-22所示。图2-22a办公建筑典型日用电负荷特征图2-22b商业建筑典型日用电负荷特征图2-22c会议展览建筑典型日用电负荷特征16图2-22d住宅建筑典型日用电负荷特征图2-22e酒店建筑典型日用电负荷特征图2-22f文化建筑典型日用电负荷特征从图2-22中可看出，办公建筑夏季典型工作日负荷最高时刻主要在13点，用电负荷密度约为29W/㎡，非工作日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似，负荷最高时刻用电负荷密度约为15W/㎡；冬季典型日逐时用电负荷特征曲线相对平缓，整体用电负荷密度约为5W/㎡。商业建筑夏季典型日负荷最高时刻主要在19点，用电负荷密度约为59W/㎡；冬季典型日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似，最高时刻用电负荷密度约为28W/㎡。会议展览建筑夏季典型17工作日负荷最高时刻主要在12点，用电负荷密度约为50~140W/㎡，当有展览活动时，用电负荷强度较大，无展览活动时，用电负荷强度较小；冬季典型日逐时用电负荷特征曲线相对平缓，整体用电负荷密度约为5W/㎡。住宅建筑夏季典型日负荷最高时刻主要在20点，用电负荷密度约为35W/㎡，7点至19点因大部分住宅人员不在室内，基本上无建筑能耗；冬季典型日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似，最高时刻用电负荷密度约为14W/㎡。酒店建筑夏季典型日负荷最高时刻主要在22点，用电负荷密度约为28W/㎡；冬季典型日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似，最高时刻用电负荷密度约为10W/㎡。文化建筑夏季典型工作日负荷最高时刻主要在9点，用电负荷密度约为25W/㎡，非工作日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似，负荷最高时刻用电负荷密度约为20W/㎡；冬季典型日逐时用电负荷特征曲线相对平缓，整体用电负荷密度约为5W/㎡。整体上各类建筑的峰谷比相对较大，低谷时段负荷较低，有较大的削峰潜力和储能应用潜力。3.2.2.2区域用电负荷空间分布本项目设计研究范围主要包括示范片区北、中两个片区，总用地面积约52万㎡，总建筑面积约358万㎡。其中，北区用电面积约18万㎡，总建筑面积约41万㎡；中区用电面积约34万㎡，总建筑面积约317万㎡。根据各类建筑用电负荷情况测算得到区域总体用电量为37432万kWh，北区年总用电量为4825万kWh，占区域总用电量13%；中区年总用电量为32607万kWh，占区域总用电量87%。项目各地块建筑用电负荷情况如图2-23所示。18图2-23各地块建筑用电强度空间分布2.3.2.3区域用电负荷时间分布由于项目区域各地块建设时序不同，国家、广东省及深圳市等相关绿色低碳政策和规定持续更新，为贯彻落实国家和地方相关政策要求，进一步提升本市建筑节能水平，根据各类建筑用电负荷情况，分析不同情景之下各类建筑用电负荷情况，如表2-6及图2-24所示。其中，情景1为满足《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021要求的区域用电负荷情况，情景2和情景3分别为满足《近零能耗建筑技术标准》GB/T51350-2019中超低能耗建筑和近零能耗建筑要求的区域用电负荷情况。表2-6不同情景下各类建筑全年能耗指标建筑类型办公商业会议展览住宅酒店文化设施商业文化地下商业现状值（kWh/㎡）91196109421278484196情景1（kWh/㎡）7315787341026767157情景2（kWh/㎡）641377630895858137情景3（kWh/㎡）55118662576505011819图2-24不同情景下各类建筑全年能耗情况根据不同情景下各类建筑全年能耗情况，分析不同情景下区域建筑用电负荷情况，如表2-7及图2-25所示。其中，区域总体监测现状年用电量为37432万kWh，峰值负荷122.8MW；情景1年用电量为30103万kWh，峰值负荷98.2MW；情景2年用电量为26418万kWh，峰值负荷85.9MW；情景3年用电量为22633万kWh，峰值负荷73.6MW。北区监测现状年用电量为4828万kWh，峰值负荷39.3MW；情景1年用电量为3860万kWh，峰值负荷31.9MW；情景2年用电量为3377万kWh，峰值负荷27.9MW；情景3年用电量为2895万kWh；峰值负荷23.9MW。中区监测现状年用电量为32607万kWh，峰值负荷91.5MW；情景1年用电量为26244万kWh，峰值负荷73.2MW；情景2年用电量为23041万kWh，峰值负荷64.1MW；情景3年用电量为19738万kWh；峰值负荷54.9MW。表2-7不同情景下各区域建筑用电负荷分布情况地块分区监测现状值情景1情景2情景3北区（万kWh）4825386033772895中区（万kWh）3260726244230411973837432301032641822633区域总体（万kWh）20图2-25a不同情景下北区建筑全年用电负荷密度图2-25b不同情景下中区建筑全年用电负荷密度图2-25c不同情景下区域总体建筑全年用电负荷密度根据电力规划，电力需求持续增长，至2025年，示范片区负荷约为157兆瓦，至2035年负荷约为305兆瓦。从需求侧角度评估，在包括充电桩负荷影响下，示范片区尖峰负荷特征明显，20%尖峰负荷运行时间＜100h，全年时间占比约1.1%。21图2-26示范片区建筑负荷时间分布趋势图2-27示范片区全年建筑逐时负荷分布2.3.3区域建筑太阳能光伏容量和消纳分析本项目屋顶光伏安装面积为85151㎡（按可利用屋顶面积的50%），立面光伏安装面积为33331㎡（按立面年辐射量大于850kWh/㎡的立面面积的10%）。根据屋顶及立面的全年太阳辐射模拟分析结果（如图2-28所示），按屋面光伏组件发电效率20%及立面光伏组件发电效率15%进行计算，得到项目北区整体光伏装机容量为3.67MWp，年光伏发电量为409.46万kWh；中区整体光伏装机容量为13.32MWp，年光伏发电量为1179.56万kWh；项目整体光伏装机容量为16.99MWp，年光伏发电量为1589.02万kWh。22图2-28a屋面太阳辐射模拟示意图图2-28b立面太阳辐射模拟示意图23图2-28c片区整体太阳辐射模拟示意图表2-8区域建筑光伏发电情况北区整体光伏测算情况光伏安装面积（㎡）装机容量（MWp）光伏发电量（万kWh）屋面206454.13403.06立面000整体206454.13403.06中区整体光伏测算情况光伏安装面积（㎡）装机容量（MWp）光伏发电量（万kWh）屋面6450612.901217.49立面333315.00342.62整体9783717.901560.11项目整体光伏测算情况屋面光伏安装面积（㎡）装机容量（MWp）光伏发电量（万kWh）8515117.031620.55立面333315.00342.62整体11848222.031963.17根据建筑光伏发电情况，结合各地块深圳市《公共建筑节能设计标准》（深标情景）及规划定位要求（规划情景）要求，分析得到各地块太阳能光伏装机容量及可再生能源利用情况，如表2-8及图2-29、图2-30、图2-31所示。24图2-29各地块规划情景下光伏装机容量图2-30各地块规划情景下可再生能源利用率25图2-31各地块规划情景下可再生能源潜力布局示意图2.3.4用户侧储能系统2.3.4.1储能应用场景用户侧储能应用场景主要包括：削峰填谷、容量管理、需求响应、备用电源、光伏消纳等。示范片区根据每个柔性单元或地块的建筑负荷特征、光伏资源条件、建筑功能特点，综合考虑电化学储能的规划布局。根据不同的应用场景与目的，储能主要分为功率型应用、容量型应用、以及作为备用电源的应急保障型应用。表2-9用户侧储能应用场景商业模式应用场景应用类型削峰填谷商业/办公建筑容量型需量调节会展类建筑功率型需求侧响应各类建筑功率型/容量型新能源消纳用能强度低/光伏容量大容量型26备用电源各类建筑功率型/容量型削峰填谷：2022年开始深圳的电价增加尖峰期，对应的时间段也进行了相应的调整。峰时段为10-12点、14-19点；谷时段为0-8点；其余时段为平段。深圳地区峰平谷比价为1.53:1:0.32。非深圳地区峰平谷比价为1.7:1:0.38。尖段电价执行时间为7月、8月和9月三个整月，以及其他月份中日最高气温达到35℃及以上的高温天。执行时段为11-12时、15-17时共三个小时。尖段电价在上述峰谷分时电价的峰段电价基础上上浮25%。用户侧储能系统在电价谷时从电网购买低价电能，在电价峰时或尖峰时供给给负载使用，从而减少企业电费支出。图2-32削峰填谷场景示意容量管理：两部制电价包含电量电价和容量电价，电量电价根据用户的实际用电量计算，容量电价可以选择按照变压器固定容量计算或者按照变压器最大需量计算。两种电费分别计算后相加，即为用户所应付的全部电费。采用两部制电价的电费成本计算方法工商业储能系统功率可以在负载用电峰值时，可以替代变压器容量，降低变压器总体容量需求的作用，从而减少变压器扩容建设成本以及后期的固定容量电费或者最大需量电费。针对电力负荷容量不充足，又有大量充电桩建设的工商业场景，可以免除变压器扩容带来的长周期和高昂费用，通过储能系统即可实现动态扩容。27图2-33需量管理场景示意备用电源：示范片区包含金融总部、国际会议、高端酒店等重点场所，对电网连续性要求较高，用户侧储能系统在极端情况电网停电时，可以作为备用电源，可以替代传统的UPS电源的功能，为建筑的重点负荷提供后备电源保障，应对突发停电事故。图2-34备用电源场景示意光伏消纳：针对光伏发电出力曲线和负载消耗曲线存在时空上的不匹配，在光伏发电输出较大时，将暂时无法自用的电能储存到电池中，在光伏发电输出不足时，将电池中的电能释放给电力负荷使用，实现对光伏电源的“削峰填谷”，最大化提升光伏发电的自发自用比例，最大化降低用电成本。图2-35光伏消纳场景示意需求响应：片区内用户侧储能通过一体化负荷聚合平台，根据需求响应指28令，参与电力市场、辅助服务市场等交易，进一步提升投资收益。图2-36需求响应场景示意2.3.4.2储能经济性分析用户侧储能系统不同于大规模储能调峰调频电站，它的主要目的是利用电网峰谷差价来实现投资回报，主要负荷是满足自身内部的电力需求，实现光伏发电最大化自发自用，或者通过峰谷价差套利。在全国各地区峰谷价差拉大、增设尖峰电价的政策下，用户侧安装储能的经济性已显著增强。未来，随着电力市场的加速构建、虚拟电厂技术的成熟应用，电力现货交易及电力辅助服务也将成为用户侧储能的盈利渠道。随着储能电池成本的降低，储能系统的投资成本必然更加优化，用户侧储能的市场的潜力将会进一步得到激发。图2-37各省市地区峰谷电价差根据深圳市分时电价政策，结合用户侧储能峰谷套利与容量管理，随着需求响应次数的增加，用户侧储能系统的静态回收期将大幅度缩减，在目前不同储能系统成本条件下，静态回收期约为7.4年~1.3年。29图2-38储能不同盈利模式（静态回收期）2.3.4.3储能系统容量测算以北区某地块为例，建筑功能主要为会议中心与酒店，总建筑面积约37万㎡，容积率分别为4.24和1.99。项目太阳能光伏装机容量约1.8MW，酒店负荷稳定，基础负荷有利于光伏消纳，可实现光伏本地100%消纳。同时会展典型日负荷峰值高、用电负荷波动性较大，对光伏消纳和经济运行都有不利影响，其尖峰负荷特征如下图所示，基于削峰容量管理与应急保障需求，建议配置功率型储能（2MW/2MWh）。图2-39典型地块尖峰负荷特征曲线30图2-40空调季典型周用电负荷与光伏发电表2-10储能配置建议20%尖地块内光二期储能配置峰负荷伏出力（功率型）直流柔性互联盈利模式2MW/2MWh光伏功率支持储能功率支持峰谷套利容量管理需4.7MW0.9MW1MW1MW求响应以北区二期某地块为例，建筑功能为主为国际会议中心与酒店，总建筑面积约4.1万㎡，容积率分别为0.45和0.57。建筑布局分散、用电强度低，根据太阳能光伏布局潜力分析，该地块合计规划太阳能光伏装机容量1.8MW，因此对于过渡季、非空调季，光伏发电量高于建筑用电量，需要重点考虑容量型储能移峰填谷。图2-41空调季典型周用电负荷与光伏发电曲线31图2-42非空调季典型周用电负荷与光伏发电曲线典型日建筑用光伏发光伏余直流柔剩余无日照期储能配盈利电量电量量性互联余量间建筑用置模式夏季最KWh/dKWh/d（5G基大负荷KWh/d——电量（容量152517766站用1814KWh/d型）日-646电）1608过渡季567861494479峰谷典型日55825571-34141600冬季典-3208套利型日16001MW/2MWh+16002256需求响应2869示范片区中区主要功能为金融总部、商业办公等，对电网连续性要求较高，用户侧储能系统在极端情况电网停电时，可以作为备用电源，可以替代传统的UPS电源的功能，为建筑的重点负荷提供后备电源保障，应对突发停电事故。因此对于中区内地块，通过设置应急保障型电化学储能，以满足其备用电源的需求。为保障中区约10%重点负荷，连续供电60分钟以上，中区合计配置6.4MW/6.4NMh电化学储能。结合柔性单元调节需求与配电系统架构，预留储能配置空间，引导多元储能场景，片区电化学储能规划布局约9.7MW/10.7MWh。32图2-43各地块电化学储能布局示意图2.3.4.4充电桩等效储能容量测算示范片区根据交通规划将设置1.4万个停车位，北区预计设置1500个停车位，包含一个超级快充站和一个光储充一体化站；中区预计设置1.25万个停车位，包含中区和西区的两个公共停车场停车位。电力规划按照7800个充电桩进行规划，我们将7800个充电桩分配到每个地块。充电桩全部按照有序充电桩设计，其中每个地块10%的充电桩为20kW的双向直流充电桩；其余90%的充电桩均为7kW的交流充电桩；超级快充站配置有4个充电功率为600kW的超充桩；光储充一体化站有8个120kW的公共交通充电桩和8个60kW的快充充电桩。充电桩考虑同时使用情况，设置同时使用系数0.4，即充电桩的峰值充电功率为该地块总容量的40%。有序充电最低功率为各类充电桩功率的50%，放电功率为100%，各类充电桩充电功率、有序充电功率和放电功率如下表所示。充电桩类型充电功率有序充电最低放电功率7kW交流充电桩7kW功率-3.5kW10kW直流充电桩10kW5kW10kW60kW社会快充桩60kW30kW60kW120kW公共快充桩120kW60kW120kW600kW超充桩600kW300kW600kW33有序充电时间和有序放电时间设置为8：00~19:00，假定在电力紧张的峰价时间10~12时和14~18时的有序充电功率为最低值50%，平价时间有序充电功率为70%；在电力紧张的峰价时间10~12时和14~18时的有序放电功率为最大值100%，平价时间有序放电功率为70%。示范片区在有序充放电基础上，试点V2B/V2G模式，挖掘充电桩可调资源，规划可调负荷约10MW。充分利用建筑变压器容量资源，通过电动车有序充电、双向充放电与建筑用电负荷协同，增加建筑用电柔性，并提升建筑用电应急保障、减少电网增容压力。图2-44有序充电与V2G布局示意2.3.5区域“光储直柔”新型能源系统架构构建城市区域“光储直柔”新型能源系统，通过技术引领、项目支撑、先行先试、场景示范，体现世界一流未来城市发展理念，推动能源高质量发展。示范片区新型能源系统，通过区域负荷聚集与虚拟电厂建设，聚合片区50MW以上柔性资源，消除区域30%以上尖峰负荷，优化电网峰谷负荷，延缓或减少电34网投资建设。l聚合区域可调资源潜力≥50MW（消除区域30%以上尖峰负荷）l可再生能源利用率达到5.6%l主动有效降低度电成本及动态碳排放责任因子通过对区域负荷和光伏发电的规律的分析，根据每个规划单元或地块的建筑负荷特征、光伏资源条件、建筑功能特点，综合考虑电化学储能的规划布局，提出了交直流混合的区域新型配电系统方案。方案根据削峰填谷、容量管理、需求响应、备用电源、光伏消纳等不同的应用目的，规划了各规划单元或地块的用户侧储能形式和容量配置。根据深圳市分时电价政策，在目前不同储能系统成本条件下，静态回收期约为7.4年，后继结合用户侧储能峰谷套利与容量管理，随着电力辅助服务市场的逐步成熟，需求响应次数的增加，系统的静态回收期将大幅度缩减。图2-45新型能源系统架构三、光储直柔示范工程方案咨询3.1执行组织情况3.1.1方案论证会组织随着国家双碳“1+N”政策体系的构建，光储直柔作为城乡建设领域绿色节能低碳发展的重要技术日益受到关注。为更好地响应《国务院关于印发2030年35前碳达峰行动方案的通知》“提高建筑终端电气化水平，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”的相关要求。截至2023年4月，在能源基金会支持下，中国建筑节能协会光储直柔专业委员会共组织两期“光储直柔工程技术方案专家论证会”，通过征集行业内工程示范案例，邀请专家对技术方案进行论证，推进光储直柔技术在工程上的应用与推广。2022年10月20日，光储直柔工程技术方案专家论证会（第一期）在北京召开。论证会由中国建筑节能协会光储直柔专业委员会郝斌秘书长主持。论证会邀请了9位行业专家，分别为清华大学江亿院士、中国建筑节能协会倪江波副会长、清华大学杨旭东教授、清华大学刘晓华教授、北京交通大学童亦斌副教授、中国中建设计研究院有限公司电气总工韩占强、北京市建筑设计研究院有限公司副总工逄京、国网能源研究院教授级高工代贤忠、中国建筑节能协会光储直柔专业委员会郝斌秘书长。图3-1第一期专家论证会现场专家第一期论证会就北京三里屯太古里北区直流微电网工程项目以及宁夏回族自治区西吉县偏城乡中心小学光储直柔项目的技术方案展开了专家论证。图3-2北京三里屯太古里和宁夏西吉县偏城乡中心小学汇报2023年4月14日，光储直柔工程技术方案专家论证会（第二期）在深圳未来大厦召开。论证会由中国建筑节能协会光储直柔专业委员会郝斌秘书长主持，能源基金会高级项目专员付颖雨进行了致辞。会议邀请了9位行业专家，36分别为清华大学杨旭东教授、香港理工大学王盛卫教授、北京交通大学童亦斌副教授、中国家用电器研究院刘挺院长、国家发展和改革委员会能源研究所张建国副研究员、中国科学院广州能源研究所舒杰研究员、中国工程研究院有限公司周辉副所长、中国建筑科学研究院陈曦教授级高级工程师、大金（中国）投资有限公司钟鸣部长。图3-3第二期专家论证会现场专家第二期论证会由深圳供电局有限公司技术专家王静对深圳市福田供电局办公楼光储直柔改造项目进行了汇报，万科集团技术经理吴轶群及技术支撑单位电气部负责人邓梓荃对嘉定未来城市光储直柔项目进行了汇报。各位专家在听取了项目汇报后，对项目技术方案进行了质询，项目组与专家充分交换了意见，同时专家对项目下一步工作提出了宝贵的优化建议，为行业提供更多可参考的工程应用经验，助推光储直柔行业发展。2023年8月2日第三期“光储直柔工程技术方案专家论证会在青岛海尔国创实验室召开，论证会对“深圳茜坑水厂光储直柔项目”及“海尔光储直柔工程示范实验室”分别进行方案论证。3.1.2宣传推广情况直流建筑联盟公众号对两期光储直柔工程技术方案专家论证会分别进行了推送，得到了行业内外的广泛关注和支持，对项目落地具有积极的推动作用，为光储直柔技术的实际应用提供了有力的支持和推广。除此以外，论证会的成功举办激发了社会对光储直柔的关注和认识。这将鼓励企事业单位建设以“光储直柔”为主要特征的新型建筑电力系统，发展柔性用电建筑，推广可再生能源建筑应用，为实现能源的高效利用和可持续发展做出了积极贡献。37图3-6光储直柔工程技术方案专家论证会推送情况3.2工程方案情况3.2.1三里屯太古里直流微电网设计（1）项目概况三里屯太古里是由太古房地产开发的商业综合体项目，位于北京市朝阳区工体北路与三里屯路交汇处，项目占地5.3万平方米，由19座低密度的当代建筑布局而成。三里屯太古里的定位是综合休闲娱乐区，它包括了世界一、二线知名品牌的旗舰店、各国美食以及独具特色的五星级精品酒店，吸引着来自四面八方的艺术家、文人和游客。三里屯太古里直流微电网项目包含三里屯太古里北区15#楼、红馆及北区地下车库直流配电间。其中15号楼，建筑高度16.78米，地上4层，地下1层，总建筑面积2141.51平方米，地上1727.63平方米，地下413.88平方米，为原址重建商业建筑。红馆地上2层，地下0层，总建筑面积989平方米，为既有建筑。北区地下车库为二期建设内容包含直流控制室和地下车库直流双向充电桩。三里屯太古里直流微电网项目光储直柔范围覆盖两栋商业建筑和部分地下车库，配电系统采用交直流混合供电，其中直流系统采用交流电网、光伏、储能等多种能源接入，为楼宇的供电可靠性提供保障；项目整体定位不仅能实现基本的光伏发电和直流供电功能，还具备开放的控制接口，可根据园区需要灵活设计和调整控制策略来实现园区互联互通，满足建筑电网取电与直流配电系统的联合调度。各组成部分通过直流母线相连，在光储直柔控制器的协调下运38行工作，提升光伏发电就地消纳利用率，降低各设备电能变换损耗，且可形成柔性可控的电网微节点，成为未来智能电网的重要组成部分，具有科技示范意义和推广价值。本项目选取能源资源消费和碳排放相对集中、建筑业态功能多样、负荷需求波动大及社会影响力大的商业建筑场景，集成应用零碳规划设计方法、超低能耗建筑技术、可再生能源利用以及“光储直柔”新型电力系统等零碳建筑关键技术，实现运行阶段零碳商业建筑建设目标。本项目达到国内首个“光储直柔”三星级标准的商业示范建筑，同时项目运行按照“峰、谷、尖、平”电价柔性调节，实现用电经济性建筑与城市电网互动，通过柔性电网取电消纳绿色电力。图3-7三里屯太古里项目位置本项目采用环形联接园区型直流微电网，进一步提高供电可靠性，后期系统扩展更加灵活。各楼间采用双向隔离型DC/DC进行互联，将大型直流微网隔离区分为互不直连的小型直流微网，降低一处故障导致全网瘫痪的概率，同时DC/DC可以精准的控制功率的流向和大小，软硬件协同充分保障项目可靠运行。（2）光储直柔架构15#楼直流配电架构如下图：3916#楼直流配电系统架构如下图：园区光储直柔架构如下：（3）系统配置15号楼直流母线通过七台30kWAC/DC变换器连接交流侧三相AC380V；通过一台50kWDC/DC变换器连接15号楼屋顶光伏汇流箱，通过一台10kW40DC/DC变换器连接15号楼屋顶测试区光伏；通过五台30kWDC/DC储能变换器连接储能电源；通过四台30kWDC/DC变换器转换母线电压；预留两台30kWDC/DC变换器，正向30kW，反向30kW，为园区互联使用。红馆直流母线通过四台30kWAC/DC变换器连接交流侧三相AC380V；通过一台50kWDC/DC变换器连接屋顶光伏汇流箱;通过一台30kWDC/DC变换器转换母线电压；预留四台30kWDC/DC变换器，正向60kW，反向60kW，为与15号楼互联使用；预留四台30kWDC/DC变换器，正向60kW，反向60kW，为与北区地库互联使用。（4）经济性分析根据北京市非居民销售电价表可知一般工商业1-10千伏电压等级的电价及业主下半年的直购电价，光伏发电时间大部分处于高峰电价时段，可估算本项目自用电价平均约为0.992元/KWh；15#楼屋顶安装太阳能发电组件240㎡，安装容量约46.965KWp,年发电量5.17万KWh；16#屋顶安装太阳能发电组件300㎡，安装容量约51.59KWp,年发电量5.72万KWh。总计年节约电费10.8万元。柔性电网取电，灵活运用集中式储能削峰填谷平抑电价，实现度电成本最低，储能电池在电价低谷充电，高峰及尖峰供电，按照度电节约0.611元估算，年节约电费6.69万元。3.2.2宁夏回族自治区西吉县偏城乡中心小学项目（1）项目概况1栋教学楼，包括#1号教学楼、#2号教学楼和连廊，建筑面积3193.26㎡。建筑层数地上3层，建筑高度15.468米，项目建成后包括24间教室，341间办公室，3间卫生间，可满足600多名师生日常教学活动及行政办公。图3-8小学项目外观本项目在充分借鉴了传统建筑的能源利用方式和建造方式的基础上，拟集成采用六项主要技术，分别为：DC&AC配电系统、光伏直驱采暖、太阳能+水源热泵+空气源热泵采暖、光伏直流照明、建筑光伏一体化模块化设计与应用和建筑主体结构关键节点模块化设计与应用。图3-9小学项目技术应用示意图六项主要技术的应用的设想主要包括：通过建筑直流配电、储能和光伏直驱终端设备等技术的应用，不断提高建42筑光伏电力的效率和灵活性，持续挖掘建筑光伏电力的价值幅度；研究适宜于乡村建设领域应用的光伏建筑一体化产品，通过模块化设计方式提高建筑光伏一体化工程技术水平、降低建筑光伏一体化综合建设成本，致力于创造出一种可代替当前乡村建筑的集成化建筑光伏成套房屋产品，引领一种新的房屋建造和消费理念。（2）主要技术本项目拟采用市电交流电源和光伏直流电源相结合、以光伏直流电源为主，配置一定容量储能电源的供电方式。教学楼配电系统设置为DC220V和AC380V双母线，DC220V母线为楼内的主要负荷即直流电暖器和直流灯具供电，AC380V母线为除主要负荷以外的其他一般设备供电；光伏直流电源（装机容量约158.4kW)通过光伏DC/DC变换器接入直流母线，储能电源通过双向DC/DC换流器接入直流母线；光伏电源优先向直流母线供电，多余时可向储能电源充电或并网发电；本项目储能容量为38kWh。图3-10小学项目配电系统示意图1）光伏直驱供暖本项目#1号教学楼拟全部采用光伏直驱供暖，供暖总面积1166.5㎡，终端取暖设备为石墨烯直流电直热器。序房间房间尺寸单间面房间采暖设备选型供电电压功率设备号长×宽积数量数量（㎡）DC220-1600w（12-1教室9x7.2m（㎡）4间796190670mm300V15㎡）12台64.8DC220-300V1600w（12-4台2会议室9.0x10.2m91.81间796190670mm15㎡）431教室9x7.2m64.84间796190670mmDC220-1600w（12-12台9x7.2m1教室9x4.3m300V15㎡）2教室休64.85间796190670mmDC220-1600w（12-15台息室300V15㎡）38.71间786210526mmDC220-2000w（18-2台300V20㎡）图3-11光伏直驱取暖器产品示意图石墨烯直流电直热器主要由光伏直流电源通过DC220V母线向其供电。光伏电站装机容量158.4kW，石墨烯电直热器总功率72.8kW,光伏输出效率达到50%的情况下即可完全满足光伏直驱供暖的用电需求；同时，通过室内温控以及同开率等智能化控制方式，可一进步节约供暖电力。按照本项目2：1的配置比例，直驱供暖可实现100%由光伏供给。2）太阳能+空气源热泵+水源热泵供暖太阳能+水源热泵+空气源热泵清洁供热系统由平板式太阳能热水器、水源热泵及空气源热泵组成，平板式太阳能热水器是系统的主要低温热源，空气源热泵为辅助热源。本项目#2号教学楼拟采用太阳能+水源热泵+空气源热泵供暖，供暖总面积1165.5㎡，终端散热设备普通暖气片。44序号设备/材料规格型号单位数量1平板式太阳能集热器2000100085㎡140台12水源热泵30匹台160匹3空气源热泵图3-12太阳能+水源热泵+空气源热泵清洁供热系统3）光伏直流照明本项目#1号教学楼、#2号教学楼、连廊以及应急和消防照明全部采用直流45灯具，并使用光伏直流电源供电。直流灯具主要由光伏直流电源通过DC220V母线向其供电。光伏电站装机容量158.4kW，直流灯具总功率15.07kW，光伏电站对直流灯具完全可实现100%的充足电力保证。图3-13光伏直流照明4）建筑光伏一体化模块化设计与应用本项目中，光伏建筑一体化技术是指光伏组件作为建筑材料，替代传统瓦片与建筑屋面一体化结合。图3-14光伏建筑一体化实现方式本技术借鉴了传统瓦片通过搭接方式实现防水功能的特点，通过模块化设计思路进行了光伏瓦构件的创新设计和产品开发。46图3-15光伏建筑一体化实现方式5）建筑主体结构关键节点模块化设计与应用为了实现由砌筑式建筑向成套房屋产品的转变，基于模块化设计理念，本项目在采用钢结构作为主体结构的基础上，拟对结构连接的关键节点实施模块化改造和新产品开发。双向构件三向构件多向构件异向构件图3-17建筑主体结构关键节点47（3）经济性分析1）光伏直驱供暖A建设费用：光伏装机容量与直流电散热器功率比为2：1，即每2kW光伏可100%满足1kW直流电散热器的电能需求；同时，由于冬季采暖期光伏出力占全年总量的比例为30%（冬季日照时间约为全年的30%），即将光伏电站总投资的30%折算为采暖设备建设投资，则每1kW光伏直驱采暖总投资（含配套光伏电站）约为3300元，72.8kW总投资约为24万元。B运行费用：按照当前光伏电力0.15元/kWh的光伏度电成本，以及学校每天供热时间8小时计算，1kW电直热器每天的的运行费用约为1.2元，本项目光伏直驱供暖年运营费用约为1.3万元。2）太阳能+空气源热泵+水源热泵供暖A建设费用：本项目太阳能+空气源热泵+水源热泵总投资约45万元，约为电采暖总费用支出的1.87倍。B运行费用：按照居民电价0.4486元/kWh计算，系统年耗电量约为3.6万kWh，年运行费用约为1.6万元，约为光伏直驱电采暖的1.23倍。3）建筑光伏一体化模块化设计与应用材料和成本优势：光伏瓦构件选用了ASA+PVC材料，强度、使用寿命等完全符合建筑瓦片的要求，但相对于现行的金属光伏瓦构件，具有显著的成本优势。关键性能指计划达到的指标材质规格备注标名称指产品名称精密精度ASA+PVC/ABS/铝合光伏与建筑实现≤150微米金高精密度一体化光伏覆叠精密精度结合，防水性能瓦≤150微米ASA+PVC/ABS/铝合超过传统建材。精密精度金光伏竖向≤150微米ABS导水瓦光伏专用连接件4）光伏直驱供暖的优势和发展方向A本项目两种供暖方式对比对比项目建设费用运行费用对比结论技术类型48光伏直驱采暖24万元1.3万元/年①光伏直驱采暖建设费用与空气源1.6万元/年热泵基本持平，约为太阳能+水源热太阳能+水源热泵+45万元3.0万元/年空气源热泵25万元泵+空气源热泵的55%②光伏直驱采暖的运行费用最低，空气源热泵采暖约为空气与热泵的43%，太阳能+水源热泵+空气源热泵的81%B光伏直驱供暖运行费用优势：长期来看，能源价格总体上将处于上涨态势、常规能源价格涨幅将高于光伏电力的上涨比例，光伏电力与常规电力的相对价差将持续扩大，即光伏直驱采暖运行费用的优势将愈加显著。C光伏直驱供暖未来的发展方向：空气源热泵的输出效率可以达到200%（COP大于2）以上，未来还将不断提高，但电直热转换效率永远不可能超过100%。光伏电力的度电成本优势和空气源热泵的效率优势相结合，将使得光伏直驱动采暖运行费用进一步凸显，从而成为最具市场前景的清洁能源供热方式。因此，未来光伏直驱采暖的研究方向将重点聚焦于光伏直驱+直流空气源热泵的技术研究和示范应用。（4）社会效益本项目所述的六项主要技术不仅适合于公共建筑，更适合应用在乡村住宅建设领域，多项先进技术集成应用，既可以弥补农村建筑尤其是乡村住宅在能源利用条件方面的短板，有效提高乡村住宅的居住舒适性，也可优化我国实施乡村振兴战略的基础条件；又可大幅提高建筑本体的质量和安全标准，提升乡村建筑的资产价值。具有显著的经济和社会效益。A有助于促进乡村建筑产业的变革：乡村建筑业可实现由传统建造方式向可再生能源模块化建筑成套房屋产品的转变。B有助于节约社会资源：可促使能源、建筑材料等在乡村建设领域实现集约化、高质量的发展，大幅节约社会资源。C有助于刺激、释放社会消费总需求：我国正在全面实施乡村振兴战略，城乡经济差异日益缩小，农村居民文化素质日益提升，具有提高消费水平的潜力和改善生活条件的能力。本产品作为资产类别的家庭开支，能有效刺激社会消费总需求，促进乡村经济的发展进步。493.2.3上海嘉定未来城市项目（1）项目概况本项目为上海万科嘉定未来城市项目A20地块市集，为2层公共建筑，建筑面积约3100平方米，建筑高度14.5米；业态为社区配套商业，主要为餐饮、休闲为主。本工程在地下1层设一个直流配电间，一个储能电池室。图3-18嘉定未来城市项目总平面（2）建设目标万科作为房地产头部企业在现阶段在上海率先实践实验光储直柔商业化应用，回应政府碳达峰政策要求，顺应引领行业发展趋势，同时也为日后规模化强制应用阶段积累经验。图3-19嘉定未来城市项目目标（3）光储直柔架构50图3-20嘉定未来城市项目直流配电系统图（4）配置清单增量子系统名称子系统容量子系统单价子系统估价投资（kW）/项（元）（万元）AC/DC变换器250.0300.07.5AC750/DC375变换器90.0500.04.5光伏DC/DC变换器180.0500.09.0直流储能DC/DC变换器40.0500.02.0配电DC750出线柜2.0200000.040.0DC375出线柜1.0150000.015.0控制系统1.0250000.025.0合计103.0（5）系统投资与收益估算序号增量投资金额单位面积使用寿命增量成本1直流配电系统（万元）(元/平米)（年）103.020332512电化学储能20.0658直流终端电器（空调、照3明、插座）55.8180204充电桩20.065205屋顶光伏101.432720合合计：199641\计：备注：投资统计不含光伏系统，光伏按园区统一考虑。表光储直柔系统收益估算年基础能耗基本容量费光伏直接上不含光伏上扣除光伏上电费网收益网后电费网后电费(万元/年)(万元/年)(万元/年)（万元/年）（万元）6.135.929.8合计节蓄能峰谷收光储直柔后约电费投11.9光伏自用收益电费(万元/资24.0光伏减少基益收储能减少基本容量费(万元/年)(万元/年)年)益本容量费(万元/年)5.214.615.2(万元/年)(万元/年)11.41.92.93.2.4福田供电局大楼光储直柔项目（1）项目概况深圳福田供电局办公楼位于福田区中航路44号，占地面积5065平方米。本次可改造区域为办公楼1~9层的办公楼部分（不包括220kV变电站设备用房）和宿舍楼一层，可改造区域总建筑面积约4383平方米。其中：办公楼地上9层，建筑面积为3996平方米，其中地上1层主要为营业厅，2~8层为办公区域，9层为展厅及员工活动室。建筑现状立面图如图3-26所示。图3-21建筑现状立面图52（2）项目目标综合考虑既有建筑近零碳改造技术示范和南网科技项目新技术实验示范要求，开展光储直柔近零碳建筑技术、建筑低压直流配电技术、建与筑电网柔性互动技术、电动车与电网互动技术的综合应用示范和验证。具体如下：①光储直柔建筑，针对以新能源为主体新型电力系统对城市电网的要求，充分利用城市建筑既有条件，通过增加光伏发电装机容量和电动车直接消纳等方式主动降低碳排放，同时利用电动车充电和空调等负荷的柔性控制，改善建筑负荷参与电网需求响应的性能；②低压直流配用电，采用直流连接光伏、电动车充电桩、储能和直流电器，发挥直流系统效率优势，降低光伏发电、储能和电动车充电等用电环节间的损耗，提高光伏发电利用效率；③电网-建筑-光伏-电动车多元互动，充分发挥低压直流系统高效和灵活的特点，针对用户侧电网电能质量治理、高品质供电、负荷特性优化等多样化需求，构建更加简洁灵活的多元互动关系，提升综合能源服务内涵和收益；④直流安全可靠用电，采用IT接地、特低电压和智能化保护等措施，更好地满足民用建筑对用电安全性能的要求，利用储能提高重要负荷的供电可靠性，改善用户体验；⑤支持开放接入的直流系统智能控制和保护策略，基于通用变换器模块采取模块化方式组合，利用复合节点控制、暂态功率补偿和最简单保护技术，解决开放直流母线系统复杂工况、多变换器功率协调控制和故障保护问题，提高系统的稳定性和可靠性；⑥功率主动响应，利用直流母线电压变化传递功率需求信息，实现分布式发电、储能和用电设备主动响应，简化用户侧能量管理和功率调节实现方式，更好地适应建筑场景应用的要求；⑦综合监控，对系统的总体运行情况进行集中监控，通过指标显示系统的整体运行状态，具备控制策略开放接口，满足建筑负荷柔性控制和V2G技术研究和实验分析要求。（3）预期效果光储直柔系统主要通过采用光伏系统接入直流系统方式，同时接入直流负53载可控设备，每年光伏发电量4.84万kWh，可使建筑总能耗比改造前降低7%，年节约用电量4.84万kWh，每年减少二氧化碳排放22吨。（4）光储直柔系统架构本项目计划设计建设一套“光储直柔”系统，实现建筑低压直流配用电技术、电动车V2G技术，以及建筑与电网柔性互动技术综合应用，通过实验示范对相关技术进行检验。本项目光储直柔系统采用单极结构，直流母线电压采用DC750V/DC375V/DC48V三级。“光储直柔”系统整体结构如下图3-22所示。图3-22光储直柔系统拓扑结构示意图（5）系统配置本项目拟建设的“光储直柔”系统以直流组网电源为核心，通过直流连接光伏阵列、分布式储能、单向和双向V2G充电桩、直流空调、直流照明以及直流展示区的直流电器等设备，其中光伏部分分为两个区域，办公楼屋顶光伏组件通过交流逆变器直接与办公楼交流配电系统相连接，容量为32kWp，篮球场车顶光伏与消防室西立面光伏接入直流系统中，容量为21kWp。表3-6光储直柔系统容量配置序号名称规格/功能1直流组网电源AC380V/DC750V:100kWDC750V/DC375V:60kW2光伏发电交流光伏32kWp直流光伏21kWp3分布式储能13.2kWh/10kW钛酸锂电池544V2G充电桩单向柔性充电桩，1桩2枪×20kW双向V2G充电桩，1桩2枪×20kW5直流电器直流电器设备总功率：约53kWDC750V，空调室外机：313.02kWDC375V，新风室外机：26.2kWDC375V，新风室内机：20.35kWDC48V，空调室内机：0.672kW6直流路灯智能箱供电电压48V，功率2.5kW①直流组网电源直流组网电源是“光储直柔”各部分单元的能量核心，由直流组网电源建立750Vdc和375Vdc两级开放式直流母线，电网额定功率60kW，配置10kW/13.2kWh锂离子电池储能，接入实际光伏21kWp，满足1个20kWV2G充电终端、1个单项充电终端、25.71kW/750V直流空调、2.5kW/375V直流照明供电、直流新风系统6.72kW要求，并预留10kW/375V直流电器供电功率。直流组网电源是“光储直柔”系统的控制核心，采用一体化设计，利用直流母线实现市电、光伏和储能等多种电源高效互联和灵活控制，支持开放直流母线，为直流设备提供安全、可靠和高质量供电。直流组网电源内部集成控制、管理、保护、计量、监测、展示等功能，适应用户侧应用特点，采用功率主动响应技术等实现负荷柔性调节和稳定运行。②光伏发电单元光伏发电单元拟计划布置于6楼透明行政楼屋顶、6楼花池周围、篮球场车棚，以及篮球场消防室西立面，布置一定规模的光伏池板，拟计划接入“光储直柔”系统的光伏装机容量为21kWp，位置采用多组串接入形式，每一组串开路电压设计为600VDC~650VDC，在光伏池板安装位置就近布置光伏变换器（PVC），集中汇流后统一接入直流组网电源750VDC直流母线，计划接入交流测系统容量为32kWp，位置位于6楼透明行政楼屋顶、6楼花池周围，逆变器布置于支架下端。③分布式储能单元分布式储能单元主要用于实现平抑波动和暂态功率调节功能，在孤岛情况55下，还可以为重要负荷提供应急或后备供电。分布式储能单元按照“光储直柔”系统容量的10%设计，考虑建筑消防安全和平抑波动应用对电池循环寿命的要求，采用户外安装方式，优先采用钛酸锂电池，容量10kW/13.2kWh，接入至直流组网电源750VDC直流母线。④V2G充电桩计划划出2个停车位做为电动车停车位，布置1个具备V2G功能的充电桩，1个单向直流柔性充电桩，充电终端功率额定充电功率均为20kW，合计功率40kW。单向柔性充电桩为2个停车位电动汽车进行充电，单向柔性充电桩均接入至直流组网电源750Vdc直流母线，并接受直流组网电源的柔性控制。双向充电桩具有1个充电终端，双向充电桩为2个停车位电动汽车进行充电，双向充电桩接入至直流组网电源750Vdc直流母线，并接受直流组网电源的柔性控制和功率双向流动。⑤直流空调展示项目在3楼建筑内安装光伏直驱变频多联式空调3台和1台光伏直驱变频多联式新风机组，其中：多联式空调外机功率为6.79kW3，直流新风系统最大功率为6.79kW，合计27.16kW。直流多联式空调室外机和直流多联式新风机组室外机接入直流750V母线，与直流用电设备共同实现“光储直柔”技术目标。⑥直流照明系统项目在3楼建筑内改造28栈灯具，采用直流48V供电，总共功率约为1.68kW，项目配置2.5kW直流照明电源。（6）经济性分析本项目光储直柔系统总投资362.62万元，其中光储直柔电源设备、储能、直流照明系统、直流空调、薄膜光伏、传感器等设备338.76万元，施工安装费用23.86万元。3.2.5深圳茜坑水厂光储直柔项目（1）项目概况深圳市龙华区茜坑水厂综合楼为茜坑自来水厂新厂区内一栋新建办公楼，总建筑面积23163.29平方米。地上十层，主要为会堂，会议，办公，值班，食堂等。地下三层，主要为车库及设备房。建筑效果图如图3-23所示。56图3-23综合楼建筑效果图（2）项目目标综合考虑既有建筑近零碳改造技术示范和南网科技项目新技术实验示范要求，开展光储直柔近零碳建筑技术、建筑低压直流配电技术、建与筑电网柔性互动技术、电动车与电网互动技术的综合应用示范和验证。具体如下：①光储直柔建筑，针对以新能源为主体新型电力系统对城市电网的要求，充分利用城市建筑既有条件，通过增加光伏发电装机容量和电动车直接消纳等方式主动降低碳排放，同时利用电动车充电和空调等负荷的柔性控制，改善建筑负荷参与电网需求响应的性能；②低压直流配用电，采用直流连接光伏、电动车充电桩、储能和直流电器，发挥直流系统效率优势，降低光伏发电、储能和电动车充电等用电环节间的损耗，提高光伏发电利用效率；③电网-建筑-光伏-电动车多元互动，充分发挥低压直流系统高效和灵活的特点，针对用户侧电网电能质量治理、高品质供电、负荷特性优化等多样化需求，构建更加简洁灵活的多元互动关系，提升综合能源服务内涵和收益；④直流安全可靠用电，采用IT接地、特低电压和智能化保护等措施，更好地满足民用建筑对用电安全性能的要求，利用储能提高重要负荷的供电可靠性，改善用户体验；⑤支持开放接入的直流系统智能控制和保护策略，基于通用变换器模块采57取模块化方式组合，利用复合节点控制、暂态功率补偿和最简单保护技术，解决开放直流母线系统复杂工况、多变换器功率协调控制和故障保护问题，提高系统的稳定性和可靠性；⑥功率主动响应，利用直流母线电压变化传递功率需求信息，实现分布式发电、储能和用电设备主动响应，简化用户侧能量管理和功率调节实现方式，更好地适应建筑场景应用的要求；⑦综合监控，对系统的总体运行情况进行集中监控，通过指标显示系统的整体运行状态，具备控制策略开放接口，满足建筑负荷柔性控制和V2G技术研究和实验分析要求。（3）预期效果光储直柔系统主要通过采用光伏系统接入直流系统方式，同时接入直流负载可控设备，每年光伏发电量36.9万kWh，年节约电费51.6%，每年减少二氧化碳排放44%。（4）光储直柔系统架构本项目计划设计建设一套“光储直柔”系统，实现建筑低压直流配用电技术、电动车V2G技术，以及建筑与电网柔性互动技术综合应用，通过实验示范对相关技术进行检验。本项目光储直柔系统采用单极结构，直流母线电压采用DC750V/DC375V/DC48V三级。“光储直柔”系统整体结构如下图3-24所示。图3-24光储直柔系统拓扑结构示意图58（5）系统配置本项目拟建设的“光储直柔”系统以直流组网电源为核心，通过直流连接光伏阵列、分布式储能、单向和双向V2G充电桩、直流空调、直流照明以及直流展示区的直流电器等设备，其中光伏部分分为两个区域，综合楼屋顶光伏组件接入直流系统中，容量为184.8kWp，综合楼旁沉淀水池光伏组件接入直流系统中，容量为184.8kWp。表3-7光储直柔系统容量配置序号名称规格/功能1直流组网电源AC380V/DC750V:300kWDC750V/DC375V:90kW2光伏发电直流光伏369.6kWp3分布式储能320kWh/80kW铅酸固态蓄电池4V2G充电桩双向V2G充电桩，10桩2枪×20kW5直流电器直流电器设备总功率：约567.0kWDC750V，空调室外机：277kWDC375V，新风室外机：13kWDC375V，照明：145kWDC375V，信息机房：120kWDC48V，空调室内机：12kW①直流组网电源直流组网电源是“光储直柔”各部分单元的能量核心，由直流组网电源建立750Vdc和375Vdc两级开放式直流母线，电网额定功率90kW，配置80kW/320kWh铅酸固态电池储能，接入实际光伏369.6kWp，满足10个20kWV2G充电终端、277kW/750V直流空调、145kW/375V直流照明供电、13kW/375V直流空调供电、120kW/375V信息机房供电要求。直流组网电源是“光储直柔”系统的控制核心，采用一体化设计，利用直流母线实现市电、光伏和储能等多种电源高效互联和灵活控制，支持开放直流母线，为直流设备提供安全、可靠和高质量供电。直流组网电源内部集成控制、管理、保护、计量、监测、展示等功能，适59应用户侧应用特点，采用功率主动响应技术等实现负荷柔性调节和稳定运行。②光伏发电单元光伏发电单元布置于综合楼屋顶、沉淀池水池上方，接入“光储直柔”系统的光伏装机容量为369.6kWp，位置采用多组串接入形式，每一组串开路电压设计为600VDC~650VDC，在光伏池板安装位置就近布置光伏变换器（PVC），集中汇流后统一接入直流组网电源750VDC直流母线。③分布式储能单元分布式储能单元主要用于实现平抑波动和暂态功率调节功能，在孤岛情况下，还可以为重要负荷提供应急或后备供电。分布式储能单元按照“光储直柔”系统容量的20%设计，考虑建筑消防安全的要求，优先采用固态铅酸电池，容量80kW/320kWh，接入至直流组网电源750VDC直流母线。③V2G充电桩划出10个停车位做为电动车停车位，布置10个具备V2G功能的充电桩，，充电终端功率额定充电功率均为20kW，合计功率200kW。双向充电桩具有1个充电终端，双向充电桩为2个停车位电动汽车进行充电，双向充电桩接入至直流组网电源750Vdc直流母线，并接受直流组网电源的柔性控制和功率双向流动。④直流空调展示项目在每层楼的公共区域设置直流新风机及多联机，其中：多联式空调外机功率为277kw，直流新风系统最大功率为0.86kW，合计17.2kW。直流多联式空调室外机和直流多联式新风机组室外机接入直流750V母线，与直流用电设备共同实现“光储直柔”技术目标。⑤直流照明系统项目在建筑内采用全直流照明，采用直流375V供电，总共功率约为145kW。（6）经济性分析本项目光储直柔系统总投资505.37万元，其中光储直柔电源设备、储能、直流照明系统、直流空调、薄膜光伏、传感器等设备470万元，施工安装费用6035.37万元。3.2.6国创中心光储直柔实验室项目（1）项目概况国家高端智能家电创新中心位于山东省青岛市崂山区松岭路169号国际创新园。单层面积1000㎡，本次可改造区域为办公楼1~4层的办公楼部分，可改造区域总建筑面积约4000平方米。建设光储直柔实验室-多功能零碳智慧区域，打造家庭侧绿色智慧能源应用展示场景，提供光储直柔系统和柔性家电等设备的开发验证平台，支撑柔性家电产业升级，并为生态链伙伴提供高效智慧的能源供应和相关增值服务。建筑现状立面图如下图所示。图3-25建筑现状立面图（2）项目目标项目整体目标是加速HEMS、光储、柔性家电等智慧家庭能源关键技术的突破，为产业化落地提供有力的支撑。综合考虑零碳建筑示范和光储直柔实验室示范，开展家庭能源管理技术、柔性家电及光储家电关键技术、建筑光储直柔技术等的综合开发、应用、示范、验证。①家庭能源管理系统。进行光伏、储能、负荷预测和控制。搭建模拟家庭实际运行场景，进行光伏、储能、柔性家电的集控监测及云端调控，实时显示系统运行状态，达到建筑负荷柔性控制、从而实现削峰填谷的目的。61实验室搭建HEMS开发测试平台，通过HEMS实验室的测试设备与仪器，实现光伏、储能、柔性家电运行数据采集与分析。②柔性家电。研发可蓄能/可时移柔性家电，实现家电柔性调控，也即对柔性可控负荷进行调节（如空调、热水器等），可以在电力高峰时期减少系统负荷压力，在电力低谷时期增加负荷，实现电力系统的稳定可靠。同时，实验室搭建柔性家电开发与控制平台，对柔性家电的柔性调节功能（蓄能、时移等）进行仿真测试，进行电控板、关键部件、整机产品的功能调试和室温环境下基本性能测试，确保产品性能③光储家电。光储家电实现光伏、储能、家电集成，研究多模式供电控制、安全供电、稳定运行、高效转换和热控制等应用技术，开发满足电压波动的光储家电产品并进行关键模块及家电测试。实验室搭建光、储技术开发和产品性能评估服务平台，进行基本性能、安规、环境适应性等测试：使用Matlab、Simulink和Simscape，进行新能源系统架构建模、执行并网规范研究、以及新能源和储能系统的控制仿真；④搭建“光储直柔”系统实验室。增加光伏发电装机容量，电力就地消纳（储能、充电桩等），同时通过电动汽车和可柔性调度负载（空调、热水器、热泵、洗衣机等）的响应，实现能源调控，从而达到减碳节能的效果。⑤低压直流配电。对太阳能光伏、电动车充电桩、储能设备以及柔性直流家电进行电气连接。减少供电环节能量损耗，提高光伏用电效率。同时，电系统采用IT接地形式，采用直流灭弧、过流、过压保护技术；储能、市电、光伏、空气能等多能互补，共同实现供电的可靠性与安全性。⑥光储充一体化建设。电网、柔性家电、光伏、充电桩多元互动，共同搭建综合能源智慧解决方案，实现电网侧-用户侧的电能供给品质优化，构建灵活互动关系，获取能源服务收益。（3）预期效果实现多家庭场景模拟设备、家庭、微网多层次关键技术开发与检测。通过电能-储能-光电-空气能-光热-燃气多能互补，满足用户需求的前提下实现新能源高效利用。每年光伏发电量14万kWh，年节约用电量14万kWh，每年减少二氧化碳排放64吨。62（4）光储直柔系统架构本系统以交流380V、220V、110V和直流750V、375V、48V进行交直流联合供电，并通过HEMS与家电设备的智慧互联实现供用能的交互控制。整体能源——电气系统框架如下图所示：图3-26实验室电气框架图（5）系统配置本项目拟建设的“光储直柔”系统以家庭能源管理系统和柔性家电为核心，通过直流组网电源连接光伏阵列、分布式储能、充电桩以及示范运行区的直流电器等设备，实现家庭场景的能源供给与调控。表3-8光储直柔系统容量配置序号名称规格/功能1直流组网电源AC380V/DC750V:100kWDC750V/DC375V:40kW2光伏发电直流光伏100kWp光储家电10kWp3分布式储能30kW/60kWh磷酸铁锂电池634充电桩DC/DC30kW5直流家电DC375V直流家电约26.7kWDC48V直流家电约2.7kW①直流组网电源直流组网电源由750Vdc和375Vdc两级开放式直流母线组成，电网额定功率40kW，配置60kWh锂离子电池储能，接入实际光伏100kWp，满足1个30kW充电桩、32.7kW直流家电等功率要求，并预留一定的DC375V直流电器供电功率。直流电源利用直流母线实现市电、光伏和储能等多种电源高效互联和灵活控制，为直流设备提供安全、可靠和高质量供电。②伏发电单元光伏发电单元拟计划布置于国创楼顶，拟计划接入“光储直柔”系统的光伏装机容量为100kWp，用于直流家电等设备供能。计划单独接入光储家电侧装机容量为10kWp。③分布式储能单元分布式储能单元主要用于实现平抑波动和暂态功率调节功能，在孤岛情况下，还可以为重要负荷提供应急或后备供电。选用60kWh磷酸铁锂电池，接入至直流组网电源750VDC直流母线。④充电桩充电终端功率额定充电功率30kW，接入至直流组网电源750Vdc直流母线，并接受直流组网电源的柔性控制。⑤直流家电展示项目在示范运行区安装直流设备及功率如下表，总功率29.38kW。其中，吊灯、笔记本电脑等采用48V直流供电，总计2.68kW；空调、油烟机，电磁炉等采用375V直流供电，总计26.7kW。表3-9示范运行区家电及功率64序号供电电压家电总功率/W1DC48V吊灯10802笔记本电脑1003DC375V吸尘器15004油烟机2205电磁炉34006电饭煲6007烤箱32808咖啡机14509冰箱30010空调700011电视机19012饮水机147513电热水器330014洗衣机50015热泵5000（6）经济性分析本项目光储直柔的光伏、储能、直流家电、测试设备等设备概算400万元，总体费用（含基建费：光伏、充电桩、实验室施工等工程费）共计1000万。四、光储直柔工程案例集编制4.1案例集编制背景与进展4.1.1编制背景构建以新能源为主体的“光储直柔”建筑新型能源系统是实现建筑能源系统转型升级的重要方向，也是实现我国“双碳”战略目标的关键技术途径。近年来，国家出台了《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》、《2030年前碳达峰行动方案》等一系列支持“光储直柔”建筑发展的政策，为“光储直柔”建筑的发展指明了方向，全国各地也陆续开始了“光储直柔”建筑项目建设，建成了一批“光储直柔”建筑示范工程。为了解我国“光储直柔”建筑技术研究和实践探索的动态，总结梳理“光储直柔”建筑技术研究和成功案例实践经验，为规模化推动“光储直柔”建筑发展提供技术支撑和实践经验参考，项目组依托中国建筑节能协会光储直柔专业委员会开展了建筑“光储直柔”案例征集、调研及案例集编写工作。4.1.2编制进展65案例集编制过程与进展情况如下：2022年3月-5月，开展了建筑“光储直柔”案例网络问卷征集，共收集了69个建筑“光储直柔”案例项目信息，其中：运行阶段26个、施工阶段12个、设计阶段13个、意向阶段18个。问卷征集的光储直柔建筑案例基本信息详见附件2。2022年6月-8月，重点选取运行阶段的26个建筑案例和1个即将完成施工的建筑案例开展文案调研，收集了27个项目的文字介绍资料。2022年8月-9月，综合考虑项目建筑类型代表性、项目资料完整性、项目运行效果及项目特色等多方面因素，从已收集文字介绍的27个项目案例中筛选17个典型案例开展现场调研考察与数据核实。2022年10月-12月，开展建筑光储直柔技术与工程案例书稿撰写，包括背景与意义、现状与趋势、方法与技术、探索与实践四个章节，重点对17个典型建筑案例特征进行分析，总结建筑光储直柔工程案例建筑与技术应用特征，探讨了建筑光储直柔技术发展路径，同时开展了项目建设者及专家访谈，倾听建设者及专家对于光储直柔建筑规模化发展的建议，完成《建筑光储直柔技术与工程案例》（征求意见稿）。2023年1月-3月，开展《建筑光储直柔技术与工程案例》征求意见及修改完善，完成《建筑光储直柔技术与工程案例》（送审稿），并提交出版社。2023年3月-6月，开展《建筑光储直柔技术与工程案例》出版校审与排版设计，并于于2023年6月底在中国建筑工业出版社出版，书籍封面及目录见附件3。66图4-1案例集编制进展富丰4.2光储直柔建筑案例特征分析寒很严寒,24%4.2.1建筑分布特征冷（1）项目位置分布富从太阳能资源分布来看，位于太阳能资源很丰富地区的建筑占24%，太阳丰能资源丰富地区的建筑占76%；从气候区域分布来看，严寒寒冷地区的建筑占47%，夏热冬冷地区的建筑占29%，夏热冬暖地区的建筑占24%。可见建筑暖,2夏热4%冬“光储直柔”适用于我国大部分地区，尤其是太阳能资源很丰富的严寒寒冷地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷地区（除四川盆地）及夏热冬暖地区。图4-2光储直柔建筑案例位置分布冬夏热29%冷,寒严寒24%冷,图3-25项目气候区域分布67（2）建筑类型分布从建设类型来看，新建“光储直柔”建筑占47%，既有建筑直流化改造的“光储直柔”建筑占53%；从建筑功能来看，办公建筑数量最多，占53%，其次是农村住宅建筑，占24%；再次是产业园区（厂房+办公），占12%，校园建筑和商场建筑各占6%。可见，建筑“光储直柔”系统正在逐步从新建建筑扩展到既有建筑、从城市办公建筑推广至商业建筑、校园、产业园区及农村住宅建筑。图4-3光储直柔建筑类型分布（3）项目规模分布建筑面积≤500m2的建筑数量占24%；建筑面积在500m2~3000m2的占35%；建筑面积在3000m2~5000m2的占12%；建筑面积在5000m2~10000m2的占18%；建筑面积>10000m2的占12%。可见，虽然目前“光储直柔”建筑项目以中小型示范建筑为主，但已有部分产业园区、大型商业综合体建筑开始应用“光储直柔”系统，建筑规模达几十万平方米数量级，说明“光储直柔”建筑应用规模正在从中小型单体建筑向校园、产业园区规模化应用发展。68图4-4光储直柔案例建筑面积分布（4）直流负载类型调研的“光储直柔”建筑案例中，88%的建筑采用了直流空调、直流照明，71%的建筑采用了直流监测展示设备（大功率展示屏、服务器等）及其他小功率直流设备（直流办公设备、冰箱、饮水机、电风扇、无线充电器等），65%的建筑采用了其他大功率直流设备（微波炉、电磁炉、烧水壶等），59%的建筑采用了直流充电桩，12%的建筑采用了直流生产线设备（主要是工业园区厂房建筑）。可见，建筑中的照明、空调、IT类办公设备及监测展示设备、家用电器及充电桩可以率先直流化，主要是由于这些用电设备的内部结构本身是直流驱动的或者变频器是直流驱动的，具备直流化的良好基础条件。建筑直流设备类型分布其他小功率设备直流充电桩直流空调室外机直流照明直流生产线100%80%60%40%20%0%直流空调室内机其他大功率设备监测展示设备图4-5建筑直流用电设备类型分布综上所述：从太阳能资源利用角度来看，“光储直柔”系统对我国大部分69区域都适用，尤其是太阳能资源很丰富的北方严寒寒冷地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷（除四川盆地）及夏热冬暖地区。从建筑类型和建筑规模来看，建筑“光储直柔”系统正在逐步从新建建筑扩展到既有建筑，从城市办公建筑推广至商业建筑、校园、产业园区及农村住宅建筑，从中小型的单体建筑向校园、产业园区规模化应用发展。从负载直流化的成熟度来看，建筑中的照明、空调、IT类办公设备及监测展示设备、家用电器及充电桩可以率先直流化。4.2.2技术特征分析（1）光伏技术应用特征调研的建筑全部采用了太阳能光伏技术，并采用与市政电网并网连接方式。从光伏组件安装位置来看：平面安装（建筑屋顶或地面停车棚）的比例为100%，同时在建筑屋顶和立面安装（玻璃幕墙或外墙）安装的仅12%。主要是由于屋面接收到的太阳辐射量大、光伏发电量大，且屋面光伏组件成本较低，投资收益高。从光伏系统形式来看：71%的建筑采用BAPV（光伏附着在建筑上）的形式，53%的建筑采用了BIPV（光伏建筑一体化）形式。主要是由于BAPV形式光伏组件及安装成本较低，但随着光伏技术的发展进步，光伏组件的效率逐步提高且成本逐渐下降，BIPV(光伏建筑一体化)将成为未来发展趋势。从光伏组件类型来看：82%的建筑采用了单晶硅双面高效组件，18%的建筑采用了多晶硅组件，12%的建筑采用了碲化镉薄膜组件。主要是由于单晶硅双面组件效率较高，单位组件面积发电量较大；薄膜组件主要是为了兼顾建筑屋顶或立面玻璃采光及色彩的需要，单位组件面积发电量较低。70图4-6光伏技术应用特征（2）储能技术应用特征采用电池储能的建筑有15栋，占建筑总数量的88%；采用冰蓄冷的建筑有1栋，占6%；有1栋建筑未采用储能系统。在采用电池储能的建筑中，53%的建筑采用磷酸铁锂电池，24%的建筑采用钛酸锂电池，6%的建筑采用铅酸电池，6%的建筑采用铅碳电池和钛酸锂电池。可见，电化学储能已成为建筑储能的主要形式，磷酸铁锂、钛酸锂等锂离子电池是建筑中应用较广泛的电化学储能类型。磷酸铁锂的电池额定容量在20kWh~717kWh之间，额定功率在8kW~400kW之间，额定充放电小时率在0.5h~5h；钛酸锂电池的额定容量在6.6kWh~1600kWh之间，额定功率在3.3kW~560kW之间，额定充放电小时率在0.1h~3h；铅碳电池的20小时率额定容量为140kWh，最大放电功率为120kW，充放电小时率在1h~20h；铅酸电池的10小时率额定容量为150kWh，最大放电功率为120kW，充放电小时率在4h~10h。因此，储能系统设计时宜根据不同的储能系统配置目的，综合考虑储能电池的技术性能及经济性合理选择电池类型，对于消纳光伏、削峰填谷等能量型储能系统，宜选择能量密度高、放电时间较长的电池；对于参与调峰调频电力辅助服务等功率型储能系统，宜选择功率密度大、放电时间较短的电池。图4-7储能系统应用类型分布71图4-8不同储能电池的额定容量、功率及平均放电时间（3）直流配电系统技术特征①建筑直流配电系统拓扑结构以单极系统为主(占80%)，个别建筑采用了双极系统用于实验探索研究。②建筑直流配电系统的电压层级以两个电压层级为主(73%)，不超过三个电压层级，且电压主要集中在三个区间段，即：第一个层级在375V~750V，主要为光伏、电池储能、直流充电桩、直流空调室外机及直流生产线设备等大功率设备供电；第二个层级在220V~375V，主要为其他大功率直流设备（主要指微波炉、电磁炉、烧水壶等）、直流监测展示设备（大功率展示屏、服务器等）；第三个层级在48V~220V，主要为直流空调室内机、直流照明及其他小功率设备（直流办公设备、冰箱、饮水机、电风扇、无线充电器等）供电。可见，直流配电系统的拓扑结构、电压层级和电压等级的选择与系统接入的直流设备的类型、额定功率及电压范围存在较大的相关性。当建筑直流用电设备的类型较少、额定功率及电压范围差异不大时，宜选择单级拓扑结构；反之，当建筑直流用电设备的类型较多、额定功率及电压范围差异较大时，可选择双极拓扑结构或根据实际情况增加电压层级。总体原则是：一是用尽可能少的电压等级满足尽可能多的用电设备需求；二是大功率用电设备尽可能选择工作电压范围的较大值，降低电流，减小线缆截面积和线路损耗；三是人员活动区域的小功率设备，尽可能选择工作电压范围的较小值，避免电击事故可能带72来的人身伤害。(a)拓扑结构和电压层级（b）不同直流设备额定电压图4-9建筑直流配电系统拓扑结构与电压分布4.2.3发展路径讨论图4-10是建筑光伏本地消纳率（光伏年发电量中供建筑本地消纳的电量/光伏年发电量）、光伏自给率（光伏年发电量中供建筑本地消纳的电量/建筑年用电量）分布图。从图可知：①城市办公、商场建筑的用电负荷需求大，建筑屋顶空间资源有限，光伏年发电量通常小于建筑年用电量，光伏发电采用自发自用、本地消纳方式，“光储直柔”系统设计时需重点关注“储”和“柔”，充分利用建筑分布式储能、电动车及柔性负荷等灵活性资源，跟随电网需求主动调节建筑负荷，降低市政电网用电负荷峰谷差，在保障电网供电安全性、可靠性和稳定性的同时，提高建筑光伏本地消纳比例。②农村建筑由于用电负荷需求较小，且有大量的建筑屋顶及庭院空间铺设太阳能光伏板，建筑光伏年发电量通常大于建筑年用电量，光伏发电采用自发自用、余电上网方式。“光储直柔”系统设计时需重点关注建筑光伏本地消纳和上网输出问题，针对光伏本地消纳问题，可通过推动农村用能电气化，发展光伏+电动车、农用电机具等“光伏+”系统，促进本地光伏消纳，助力实现零碳建筑，针对余电上网输出问题，可通过建设村级直流配电网和蓄电蓄热设施，实现不同台区之间的电力优化调度，优化匹配不同用户的发电资源与用电需求，将多余的光伏电力在电网需要的时候集中上网，不仅有助于提高电网可靠性，提高电网中绿色电力比例，还能使用户获得一定的电力需求响应经济激73励。③产业园区工业厂房及办公建筑，由于存在24h运转的生产线负荷，单纯采用光伏系统无法满足建筑用电负荷需求，完全采用储能来平抑供需差异的经济性较差，通常需要从电网取电，但光伏发电量是否上网取决于光伏发电量与建筑用电量的大小。对于中小型厂房建筑由于有大量的建筑屋顶空间铺设光伏板，光伏年发电量远大于建筑年用电量，光伏发电采用自发自用、余电上网消纳方式；大型工业厂房园区由于用电负荷需求大，光伏年发电量远小于建筑年用电量，光伏发电采用自发自用、本地消纳方式。图4-10建筑光伏本地消纳率、光伏自给率分布图4-11是建筑与电网交互入口AC/DC、光伏DC/DC、储能DC/DC、直流负载的容量配比关系。从图4-11可知：①城市办公、商业建筑中光伏发电采用自发自用、本地消纳方式，配置储能系统的目的主要是解决日内建筑用电负荷需求与电力供应不平衡的问题，具有的目标包括促进建筑光伏本地消纳、电力负荷削峰填谷经济运行或参与电网柔性调节。因此，对于城市办公、商业建筑的储能DC/DC容量配置，需要根据不同的储能配置目的和优化目标，在进行建筑用电负荷与光伏发电功率逐时预测的基础上，进行典型日光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡分析，按照日平衡原则来配置储能容量。建筑与电网交互入口AC/DC变换器容量需根据典型日从电网取电功率（从电网取电功率=建筑用电74负荷功率-光伏发电功率-储能放电功率）来配置，在合理配置储能容量的情况下，可以适当降低AC/DC变换器容量，本次调研的办公和商业建筑案例的AC/DC变换器容量比直流用电设备功率降低0%~65%，平均降低了39%。②农村住宅建筑光伏发电采用自发自用、上网输出为主方式，储能配置的目的也是为了解决日内供需不平衡问题，促进建筑光伏本地消纳，减少大量光伏发电上网对电网的影响。因此，储能DC/DC容量也需要根据典型日光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡分析，按照日平衡原则来配置。由于农村住宅建筑光伏发电以上网输出为主，建筑与电网交互入口的AC/DC变换器容量需要根据典型日光伏发电上网功率（光伏发电上网功率=光伏发电功率-建筑负荷功率-储能充电功率）来配置。③产业园区建筑需要综合考虑园区可用于安装光伏的空间资源和用电负荷特性，分析典型日光伏发电功率与建筑用电负荷的关系，合理确定光伏消纳方式。储能DC/DC容量根据典型日光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡关系来配置。AC/DC变换器容量与建筑光伏发电量、建筑用电负荷的关系及建筑光伏消纳方式有关，当园区光伏发电量远大于建筑用电量时，光伏发电以上网输出为主，AC/DC变换器容量需要根据上网的光伏功率来配置；当园区光伏发电量远小于建筑用电量，光伏发电采用“自发自用、本地消纳”方式时，AC/DC变换器容量需根据典型日从电网取电功率来配置，在合理配置储能容量的情况下，可以适当降低建筑AC/DC变换器容量。75图4-11电网、光伏、储能、直流负载容量配比关系4.2.4案例小结通过对调研的“光储直柔”建筑案例数据分析，得出以下结论：（1）“光储直柔”系统的适宜应用场景：从太阳能资源利用角度来看，“光储直柔”主要适用于我国大部分地区，尤其是太阳能资源很丰富的北方严寒寒冷地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷（除四川盆地）和夏热冬暖地区。从建筑类型和建筑规模来看，建筑“光储直柔”系统正在逐步从新建建筑扩展到既有建筑，从城市办公建筑推广至商业建筑、校园、产业园区及农村住宅建筑，从中小型的单体建筑向校园、产业园区规模化应用发展。从负载直流化的成熟度来看，建筑中的照明、空调、IT类办公设备及监测展示设备、家用电器及充电桩可以率先直流化。（2）光伏技术应用特征：调研的建筑均采用了太阳能光伏技术，并采用与市政电网并网连接方式，光伏系统形式以BAPV（光伏附着在建筑上）形式为主，主要是由于BAPV形式光伏组件及安装成本较低，但随着光伏技术的发展进步，光伏组件的效率逐步提高且成本逐渐下降，BIPV(光伏建筑一体化)将成为未来发展趋势。光伏组件安装方式以平面安装（建筑屋顶或地面停车棚）为主，且多采用高效单晶硅双面组件，主要是由于水平面上接收到的太阳辐射量大，单晶硅双面组件效率高，单位面积发电量较大，且单晶硅组件成本较76低，投资收益高。（3）储能技术应用特征：调研的“光储直柔”建筑储能系统以电池储能为主，电池类型以磷酸铁锂电池为主，其次为钛酸锂电池，最后是铅酸电池和铅碳电池，说明电化学储能已成为建筑储能的主要形式，磷酸铁锂、钛酸锂等锂离子电池是建筑中应用较广泛的电化学储能类型。储能系统设计时宜根据储能系统设计目的和应用场景不同，综合考虑储能电池的技术性能及经济性合理选择电池类型，对于消纳光伏、削峰填谷等能量型储能系统，宜选择能量密度高、放电时间较长的电池，对于参与调峰调频电力辅助服务等功率型储能系统，宜选择功率密度大、放电时间较短的电池。（4）直流配电系统技术特征：调研的建筑直流配电系统拓扑结构以单极系统为主，电压层级以两层为主，不超过三个层级。直流配电系统的拓扑结构、电压层级和电压等级的选择，与系统接入的直流电源（光伏、储能）和直流用电设备的类型、额定功率、工作电压范围存在较大的相关性。当建筑直流用电设备的类型较少、额定功率及电压范围差异不大时，宜选择单级拓扑结构，反之，可根据项目实际情况选择双极拓扑结构或根据实际情况增加电压层级。总体原则：一是用尽可能少的电压等级满足尽可能多的用电设备需求；二是大功率用电设备尽可能选择工作电压范围的较大值，降低电流，减小线缆截面积和线路损耗；三是人员活动区域的小功率设备，尽可能选择工作电压范围的较小值，避免电击事故可能带来的人身伤害。（5）“光储直柔”系统容量配置：建筑中储能系统配置的目的主要是解决日内建筑用电负荷需求与电力供应不平衡的问题，主要的优化目标通常有节能减排（提高光伏本地消纳比例）、经济性（基于分时电价削峰填谷运行）、电网友好性（减小建筑光伏发电上网对电网的影响，参与电力需求响应及辅助服务提高供电可靠性等）。储能系统设计时，需综合考虑不同的优化目标，在进行建筑用电负荷、光伏发电功率逐时预测的基础上，选取典型日进行光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡分析，按照日平衡原则来配置储能容量。建筑与电网交互入口AC/DC变换器容量与建筑光伏发电量、建筑用电负荷的关系及建筑光伏消纳方式有关，对于光伏发电采用自发自用、本地消纳方式的城市建筑，AC/DC变换器容量需根据典型日从电网取电功77率来配置，对于光伏发电采用自发自用、上网输出为主方式的农村建筑，AC/DC变换器容量需根据典型日光伏发电上网功率来配置。(6)建筑“光储直柔”系统发展路径：由于城市和农村建筑的用电负荷需求和可再生能源资源条件的差异，决定了其“光储直柔”系统设计时的关注点应有所不同。城市建筑用电负荷需求量大，建筑屋顶空间资源有限，建筑光伏年发电量通常小于建筑年用电量，光伏发电宜采用自发自用、本地消纳方式。城市建筑“光储直柔”系统设计时需重点关注“储”和“柔”，充分利用建筑分布式储能、电动车及柔性负荷等灵活性资源，实现“荷随源动”，在保障电网供电安全性、可靠性和稳定性的同时，提高建筑光伏本地消纳比例，并通过参与电力市场交易获得额外经济收益。农村建筑用电负荷需求量较小，建筑屋顶及庭院为光伏敷设提供了充足的空间，光伏年发电量通常大于建筑年用电量，光伏发电宜采用自发自用、余电上网方式。农村建筑“光储直柔”系统设计时需重点关注建筑光伏本地消纳和上网输出问题，一方面可通过推动农村用能电气化，发展光伏+电动车、农用电机具等“光伏+”系统，促进本地光伏消纳，助力实现零碳建筑，另一方面可通过建设村级直流配电网和蓄电蓄热设施，进行不同台区之间的电力优化调度和不同用户的发电资源与用电需求的优化匹配，将多余的光伏电力在电网需要的时候集中上网，提高电网可靠性和绿色电力比例，同时使用户获得一定的电力需求响应经济收益。4.3部分项目情况简介4.3.1典型办公建筑——南京国臣办公楼（1）项目概况南京国臣办公楼位于江苏省南京市江宁高新园区福英路1001号联东U谷，共2栋建筑（9号-10号楼），建筑高度约20米，地上3层，总建筑面积约2000平方米，地上2000平方米，地上1层为展厅，2层和3层为办公区域。78图4-12项目实景图（2）建设目标本项目以实现建筑低碳和全直流运行为目标，通过对楼宇交流配电系统及用电设备进行直流化改造，开展了楼宇直流配电系统的网络架构、系统保护、传输能效、电能质量、安全防护、潮流控制及直流设备优化控制等方面的应用研究与探索，实现了楼宇全直流配电及负荷全直流用电。同时，在9号楼及10号楼建筑屋顶安装分布式光伏系统降低建筑碳排放，并增加电池储能系统和充电桩调节建筑用能供需平衡，是对建筑“光储直柔”系统进行的一次较为全面的应用探索，为后续实际推广应用“光储直柔”系统提供了理论支撑和实践经验参考。（3）建设内容本项目“光储直柔”系统的建设内容包括：建筑光伏系统、储能系统、直流配电系统和柔性控制系统。直流配电系统采用交流电网、光伏、储能多种能源接入，为楼宇的供电可靠性提供保障；母线电压采用DC600V，新能源发电直接消纳，减少能量变换层级、降低线路损耗，实现高效消纳；通过双向直流充电桩、分布式储能，平抑建筑用电峰谷波动、提高供电可靠性，同时具备电网侧需求响应能力；通过电压带调节，实现了无通讯、自适应的控制；系统运行数据可观、可测、可控，给楼宇智能化提供基础条件。项目建设内容及规模见图4-13。79图4-13项目建设内容（4）光储直柔系统架构直流配电系统采用单级母线架构，配电系统设计容量为80kW。太阳能电池阵列经汇流箱汇流后，通过光伏DC/DC变换器接入DC600V直流母线；铅酸电池储能系统通过双向DC/DC换流器接入DC600V直流母线；光伏发电优先供直流负荷消纳，光伏发电剩余时可给储能充电或是并入AC380V低压母线侧供交流负荷消纳；光伏发电不足时，由市电、储能补充供电。4台12kW的空调设备通过主动式保护装置或一体化直流配电单元接入DC600V直流母线。直流充电桩通过DC/DC变换器接入DC600V直流母线。直流DC600V母线通过DC/DC变换器转换为DC220V直流电，为室内照明、办公电脑、投影仪、冰箱、电磁炉、饮水机等用电设备供电。图4-14配电系统拓扑结构示意图4.3.2典型办公建筑——上海碳索能源办公楼80（1）工程概况上海碳索办公楼“光储直柔”改造工程位于上海市闵行区春光路99弄，项目占地面积2000平方米，建筑面积1287平方米，建筑高度约12米，地上三层，其中一层为会议室及展厅，二层~三层为办公室。本项目“光储直柔”系统应用范围为整栋大楼，应用建筑面积1287平方米，其中一层照明系统和空调系统为全直流系统，二层~三层用电为光伏发电逆变成交流电供电。图4-15项目实景图（2）建设目标本项目“光储直柔”系统建设积极响应国家“双碳”发展战略，遵循“以人为本、安全健康、绿色低碳、智慧高效”的基本原则，采用“光储直柔”新型电力系统关键技术，实现建筑楼宇高效消纳可再生能源、低压安全直流用电、精准响应电网需求，推动城市能源互联网建设，形成“光充储用”一体化及多能互补协同优化的全直流智慧建筑应用辐射示范。具体建筑目标为可再生能源渗透率（可再生能源配置功率与市电功率配置比例）不低于25%，年节电率（年可再生能源供电量占全年建筑用电量之比）不低于15%，综合节能率（设备改造前后节能量与改造前设备电耗量之比）不低于10%。（3）建设内容本项目“光储直柔”系统的建设内容包括：建筑光伏系统、风电系统、储能系统、建筑直流配电系统、直流用电设备及“光储直柔”监控系统，建设内容示意图见图4-16。812kW风电21.6kW光伏设置于510FkWh储能充电桩40kW2台图4-16项目建设内容（4）光储直柔系统架构本系统采用电能路由器集成方案，电能路由器提供三级母线电压，一级母线为DC750V，二级母线为DC375V，三级末端供电系统为低压DC48V。对于光伏、储能、风力发电机及电动车充电桩等大功率设备，接入DC750V母线，分体式空调设备接入DC375V母线，室内照明及直流办公设备接入DC48V母线。图4-17直流配电系统拓扑结构图4.3.3典型产业园区——大江东杭州格力产业园（1）项目概况大江东杭州格力产业园位于杭州市大江东产业集聚区临江高新技术产业园82内，园区总用地面积908354.95m2，建筑总面积796591.86m2，地上建筑面积794307.36m2，地下建筑面积2284.50m2。园区建筑功能以生产厂房为主，配套建设办公楼、员工宿舍及食堂等功能。本项目依托江东柔直示范工程，搭建了杭州直流配电网示范区的主干网架“一套主干”，在此基础上不断扩建和规划，并结合杭州大江东产业集聚区格力电器（杭州）有限公司产业园和氢电耦合示范等项目和工程，打造直流配网应用“四大场景”：直流写字楼场景、直流工厂场景、直流家居场景、氢电耦合场景，覆盖了直流技术在日常生产生活应用的各个领域。目前，直流写字楼、直流工厂、光伏小屋已初步建成并投入运行。建设分期表4-1项目基本信息表建筑面积（m2）土地面积（m2）土地面积（亩）一期343022514.53127241二期230482345.722344692.5期158508237.76188026三期176343264.51246856合计9083551362.52796592（2）建设目标杭州格力产业园依托“五环五化”的建设指导思想，全力打造技术领先、品质卓越、绿色生态、人文关怀、生产智造的行业领先的“自动化、敏捷化、智能化、定制化、信息化”的“智慧直流工厂”，建设浙江首个直流楼宇及工厂全区应用示范系统。（3）建设内容本项目“光储直柔”系统建设内容包括：柔性直流配电系统、分布式光伏系统、分布式储能系统、光储充驿站、光储空高效空调系统，打造直流办公、直流工厂、直流家居及氢电耦合四大直流应用场景。83图4-18项目建设内容示意图（4）光储直柔系统架构本项目由江东高压直流变电站引直流专线到园区，建设10KV/±DC375V直流变电站，在园区内搭建柔性直流供电配网及直流末端负荷应用，实现工业园区直流配网应用示范。主要建设内容包括：A.建设一座直流10kV转±DC375V的2MW变流站。B.搭建园区±DC375V/±DC200V/±DC24V直流配电工程，主要包含直流暖通系统、直流照明系统、直流办公系统。园区直流配电系统采用双极母线架构，光伏系统、储能系统、直流空调室外机、直流生产线等大功率用电设备接入±DC375V直流母线，通过DC/DC变换器转换成±DC200V，供户用储能、分体空调和DC400V插座等中等功率用电设备使用，再通过DC/DC变换器转换成±DC24V，供DC48V插座、展厅低压直流电器、空调内机和直流照明使用。C.建设直流“零碳健康家”生态体验展厅。D.与氢电直流系统互通互济。84图4-19柔性直流配电网拓扑结构图4.3.4典型农村住宅——R-CELLS小屋（1）项目概况“R-CELLS：一生的健康生态住居”为天津大学参加2022年第三届中国国际太阳能十项全能竞赛的作品，项目荣获综合排名第一名、能源能效第一名、互动体验第一名、能源自给第一名、室内环境第一名、清洁取暖/制冷第一名、宣传推广第一名、建筑设计第一名、工程建造第一名、市场潜力第二名、成功挑战48小时离网的好成绩。项目位于张家口市张北县德胜村，占地面积400平方米（含室外平台和景观），建筑面积为160平方米，地面上一层。建筑功能为住宅，并基于“定制+预制”的模块化设计，具有适应不同功能的潜力。“光储直柔”系统应用于整栋建筑，并在场地东南角设有双向直流充电桩。85图4-20项目外立面实景图（拍摄者：黄维旻）（2）建设目标本项目“光储直柔”系统建设积极响应国家“双碳”发展战略，采用“光储直柔”的新型建筑能源系统，以第三届中国国际太阳能十项全能竞赛评分标准为评价指标，实现零碳建筑可再生能源高效利用，源荷储灵活互动运行，建设集“产、学、研、用”于一体的“光储直柔”零碳建筑。（3）建设内容本项目“光储直柔”系统的建设内容包括：建筑光伏系统、储能系统、直流配电系统和能源管理系统。建筑光伏系统采用BIPV和PV-T光伏系统，采用单晶硅、碲化镉光伏组件，安装于建筑屋顶，光伏系统总装机容量35.4kWp。储能系统采用电化学储能，电池采用磷酸铁锂储能电池，储能容量为99.84kWh，充放电功率20kW，放电深度90%。直流配电系统采用单级母线架构，建筑分布式光伏通过DC/DC变换器接入DC240V直流母线，储能系统通过DC/DC双向变换器接入，外部电网通过AC/DC变换器接入直流母线。用户侧设置86DC220V/DC48V/AC220V三种电压等级，通过整流/逆变设备为交直流用电设备供电。能源管理系统主要监测“光储直柔”系统的电流、电压、功率等运行状态数据、电量及碳排放和室内温度、相对湿度、二氧化碳浓度及照度等环境参数，可以实现根据设定的能源调度策略自动进行设备状态远程控制。图4-21光储直柔系统应用范围（4）光储直柔系统架构“光储直柔”系统采用单级母线架构，光伏和储能系统经DC/DC变换后可直接接入DC240V母线，给空调、计算机及部分办公设备供电；DC48V为屋内照明和部分办公设备供电；部分交流负荷通过逆变电源220VAC供电。系统采用浮地设计，DC240V侧配置低压直流主动安全监控装置（LAP）进行直流绝缘及漏电流监测，并配置了直流集中式微机保护和漏电流保护装置。系统具备监测和计量功能，系统的运行情况可通过网口或者串口通讯方式传送到展厅和其它显示终端。光储直柔系统在双向变换器内配置相应保护设备，可实现直流过压保护，直流短路保护，交流过压保护，极性反接保护以及模块温度保护。同时配备直流漏电流保护器，保护时间（工频）<10ms。87图4-22交直流配电系统拓扑示意图五、执行情况总结本课题围绕城市建筑光储直柔系统的研究，从系统构建方法和示范工程应用推广两个方面开展研究工作，具体包括城市建筑光储直柔技术方案、光储直柔工程方案咨询和工程案例集编制等三项具体活动。项目执行周期为2022年8月至2023年9月，目前已完成城市建筑光储直柔技术方案、完成光储直柔工程方案咨询6项，并完成光储直柔案例集的编制和出版。本项目得到了能源基金会和多位行业专家的支持，执行进展顺利，完成任务书约定的工作计划。活动一城市建筑光储直柔技术方案。项目组以形成“只进不出”的城市光储直柔技术方案为目标，首先以城市片区（配电台区）为研究对象，分析了不同片区建筑规划条件下，区域分布式屋顶光伏的安装、利用潜力，明确了城市高密度的城市形态下，区域屋顶光伏的安装容量上限和本地消纳能力；其次分析了配电台区负荷形态对配电台区一次能源利用效率和配电线路损耗的影响，再次针对某城市规划片区进行了案例分析，确定区域光伏安装容量和本地自消纳能力，确定了需要配置储能进行光伏消纳的重点项目。通过上述配电台区层面的研究，明确了城市条件下“只进不出”光储直柔技术方案的光伏消纳目标，并结合实际工程项目规划和设计对区域“光储直柔”系统应用进行方案规划，形成经济合理的光储直柔配置方案。活动二光储直柔工程方案咨询。项目组依托中国建筑节能协会光储直柔专88业委员会，组建了跨行业的专家智库，通过征集行业内工程示范案例，邀请专家库内专家对技术方案进行论证，共组织三期“光储直柔工程技术方案专家论证会”，分别对6项光储直柔示范工程进行了专家论证。该6项光储直柔示范工程分别对应了商业建筑、教育建筑、居住建筑和既有办公建筑改造等建筑类型，从多方面反映了光储直柔技术在不同类型建筑中应用的难点。活动三光储直柔建筑案例集编制。为了总结梳理“光储直柔”建筑技术研究和成功案例实践经验，为规模化推动“光储直柔”建筑发展提供技术支撑和实践经验参考，项目组依托中国建筑节能协会光储直柔专业委员会开展了建筑“光储直柔”案例征集、调研及案例集编写工作。通过全国范围内的案例征集和重点项目的现场调研，本次共选择了16个案例示范工程，分别代表了不同气候区、不同建筑类型的光储直柔应用案例。案例集编制邀请了项目建设者和行业内专家总计80余人参与案例集编制，形成了广泛的影响力。整体来说，本项目得到了能源基金会和多位行业专家的支持，执行进展顺利，完成任务书约定的研究任务。后继，将进一步结合实际工程应用，凝练研究成果，扩大研究成果影响力。89附件1：工程方案咨询会专家意见909192939495附件2：工程案例项目调研清单序建筑类型建设阶段项目地点建筑面项目名称运行阶段广东深圳积运行阶段广东东莞号（m²）62591深圳未来大厦办公建筑办公建筑1950东莞南区局办公楼直流楼宇2改造办公建筑上海市科委直流微电网技术办公建筑办公建筑3的智慧建筑能源系统应用示办公建筑运行阶段上海市2000办公建筑范办公建筑居住建筑4中建湖滨设计总部居住建筑运行阶段四川成都78700运行阶段广东深圳2700005深交所广场（营运中心）居住建筑运行阶段1063运行阶段北京6国家能源集团BIPV中心运行阶段江苏南京200运行阶段江苏南京12007直流负荷舱河南郑州400运行阶段8联东U谷园区光储直柔楼宇河北雄安1509五方零碳楼雄安淀上翡翠直流零碳健康10家11深圳国际低碳城光伏未来屋运行阶段深圳龙岗1512江苏同里智慧直流别墅居住建筑运行阶段江苏苏州500杭州萧山直流智慧家居体验居住建筑运行阶段浙江杭州8013馆居住建筑14南京江北新区人才公寓居住建筑运行阶段江苏南京2400其他（工运行阶段山西芮城700015庄上村光储直柔示范厂、办公16泰州经济开发区总部经济园）运行阶段江苏泰州6000其他（工17芮城新能源装备产业园厂、办公运行阶段山西芮城8000上海长三角可持续发展研究）运行阶段上海100018院科教文卫运行阶段北京3000运行阶段北京300019清华大学建筑节能研究中心建筑20北京首都体育学院田径馆“光办公建筑运行阶段北京64000科教文卫运行阶段6000储直柔”示范项目运行阶段广东深圳6421北京昊天碳中和公园“光储直建筑江西景德其它〖公运行阶段29998柔”示范项目镇22深圳未来大厦R1“光储直柔”园〗办公建筑山西大同广州光使者科技应用有限公科教文卫23司智慧光伏驿站建筑24大同未来能源馆科教文卫建筑96序建筑类型建设阶段项目地点建筑面项目名称积运行阶段宁夏固原号（m²）运行阶段浙江杭州200宁夏自治区固原市原州区头25营镇陶庄社区项目其它施工阶段江苏江阴796638大江东格力光储直柔示范工其他（工施工阶段湖北咸宁10026厂厂、办公施工阶段福建厦门42420）施工阶段浙江湖州施工阶段湖北武汉20027菡恬书屋光储直柔项目科教文卫施工阶段江苏苏州4000建筑施工阶段5000施工阶段上海2755光合能源5.8MW智能微电网其它〖工施工阶段四川成都30000山东临沂12500028与柔性直流供电系统装备示业产业园施工阶段50396施工阶段广东深圳范〗施工阶段山西芮城126300山西芮城1600鼓浪屿大德记开关电站智慧办公建筑设计阶段120029直流北京设计阶段设计中30浙江湖州鲁能公馆“光储直酒店公寓设计阶段某高速柔”浙江杭州2000设计阶段252武汉特斯联智慧产业园光储科教文卫设计阶段贵州贵阳31直柔示范项目建筑设计阶段江苏苏州600设计阶段河北雄安3180032苏州阳澄湖科创园“光储直办公建筑设计阶段12000柔”示范项目建设珠海13962浙江杭州377033大上海时代广场办公楼办公建筑34中石油西南总部大楼办公建筑35临沂市河东区文体教育中心科教文卫建筑其它〖办华为数字能源技术有限公司36安托山园区公建筑+酒店公寓〗37人民银行光储直柔项目办公建筑38东夭村光储直柔项目办公建筑其它〖科研楼，中39国网延庆基地综合能源项目央厨房，实验室等〗40某高速公路服务区办公楼办公建筑41杭州格力光储直流屋项目其它〖办公、早餐贵阳光储直柔零碳示范空间42项目点〗商业建筑43苏州东吴黄金建筑光储直柔办公建筑44雄安未来城市科技发展中心办公建筑办公建筑横琴供电局线路工区大楼直办公建筑45流供用电系统建设工程46中节能富阳环保产业园97序建筑类型建设阶段项目地点建筑面项目名称设计阶段山东青岛积号（m²）青岛奥帆中心博物馆直流改科教文卫350047造建筑哈工大（深圳）校区原研究科教文卫设计阶段广东深圳500048生院B栋光储直柔零碳建筑建筑三里屯太古里北区直流微电商业建筑设计阶段北京2141.5149网工程15号楼科教文卫国网江苏电科院科研实验用建筑设计阶段江苏南京2919550房工程其它〖光负碳厂区综合能源耦合技术伏车棚〗设计阶段天津183651研究和示范验证意向阶段北京13000其它意向阶段北京300052潞电低碳智慧园区建设商业建筑53北京煤热院西单办公区“光储直柔”示范项目国网新能源云电碳协同示范科教文卫意向阶段浙江湖州100054工程建筑55香洲商业建筑意向阶段广东珠海500商业建筑意向阶段广东深圳100056深圳万科中心科教文卫意向阶段广东深圳150057深圳翠湖零碳文体公园建筑科教文卫58东莞国际商务区中心公园意向阶段广东东莞300建筑59广州太古汇办公建筑意向阶段广东广州180060昌平供电局数据中心其它意向阶段北京1800居住建筑61沈阳别墅居住建筑意向阶段辽宁沈阳203居住建筑62万科商业广场光储直柔意向阶段上海待定居住建筑63芮城县整县分布式光伏意向阶段山西芮城待定居住建筑64永济市园区分布式光伏居住建筑意向阶段山西永济待定商业建筑65蔚县整县分布式光伏商业建筑意向阶段河北蔚县待定商业建筑66南乐县整县分布式光伏意向阶段河南南乐待定67南中轴国际文化科技园意向阶段北京待定68颐堤港二期光储直柔意向阶段北京待定69深圳示范片区国际交流中心意向阶段广东深圳待定98附件3：光储直柔工程案例集封面和目录99100101102
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