清墓大学 Tsinghua University ENERGY FOUNDATION 能源基金会 中国光储直柔建筑发展战略路径研究 (二期) ResearchontheStrategicPathof PEDF BuildingsinChina（PhaseII) 子课题1：建筑光伏利用模式与柔性评价方法 Task1:Building-integratedPhotovoltaic UtilizationPatternsandFlexibility EvaluationMethods 清华大学 2023年12月15日 TsinghuaUniversity Dec 15 2023
致谢 本研究由清华大学统筹撰写，由能源基金会提供资金支持.
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执行摘要 1.建筑分布式光伏的迅速发展与消纳问题 -建筑分布式光伏蓬勃发展.
近几年我国光伏发电装机容量增长迅速， 其中分布式光伏的占比越来越大，而建筑业作为主要能源消费者和用地 占用者，其在分布式光伏利用方面具有巨大潜力.
但是由于光伏发电有 其固有的间歇性、周期性，其与建筑用电存在时间尺度上的不匹配，为 了减小电网调节压力、提高可再生能源利用率，建筑光伏的利用模式有 待深入研究.
-建筑光伏利用模式和柔性评价方法.
随着光伏技术发展、光伏电池价 格迅速下降，建筑开始大规模装配分布式光伏，随着分布式光伏发电占 建筑用电比例的提高，需要进一步探究不同建筑场景的自身可再生电力 利用模式，并分析储能、柔性调节等在其中发挥的作用.
另一方面，从 整个建筑角度出发，要发挥其与电力系统的协同作用，需要深刻认识建 筑中的柔性可调资源，将建筑中的柔性可调资源纳入到从容量和功率角 度出发的常规储能资源刻画体系中，有助于对不同柔性可调资源进行统 一的量化评价，可以帮助形成建筑区域广义储能资源的设计方法.
2.分布式光伏发电与建筑用电匹配关系分析 -建筑用电的季节变化受到气象变化影响，周内和日内变化受到人员作 息影响.
如图1所示从季节变化看，不同建筑类型夏季7月的用电均高 于过渡季4月和10月的用电，冬季1月的用电与建筑的采暖形式有关： 从周内变化看，办公建筑周末用电低于工作日用电.
如图2所示绝大多 数建筑的用电峰值出现时间较少，大于95%的峰值时间仅占全年的1% 以下.
将建筑内的最大用电功率作为基准，可以计算出建筑的峰值功率 等效利用小时数，这一数值通常集中在2000至3500小时之间，从建筑 实际用电特征来看建筑侧配电容量的充分利用仍存在一定的优化空间.
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(e） 商业 办公 办公 住宅 住宅 1.1-1.7 4.1-4.7 7.1-7.7 10.7-10.14 1.1 4.1 7.1 10.7 图1典型建筑逐小时用电曲线：（a）不同季节四个典型周曲线；（b）不同季节四个典型日曲 线 (a) 1 4000 3502h 2820h 200 1000 0 2000 8000 时间 (h) 黑龙江北京湖北云南广东 (b) 1 商业 4000 3502h 办公 餐厅 公寓 2514h 2285h 2000 1000 0 2000 400060008000 时间(h) 商业办公 餐厅公寓 图2典型建筑年用电功率延时曲线和峰值功率等效利用小时数：（a）不同气候区商业建 筑；(b）北京不同类型建筑 光伏发电与建筑用电曲线形状上的不匹配关系以日内不匹配为主导.
采 用不匹配系数刻画光伏发电与建筑用电曲线的形状差异，先将发电与用 电曲线除以各自的平均值进行标准化，标准化用电曲线减去发电曲线得 到的不保障用电部分进行滑动平均分解，可以得到日、周、季节三个不 同时间尺度的不匹配系数.
由于光伏发电与建筑用电均存在明显的以日 为周期的波动，不同典型建筑的不匹配系数均以日不匹配系数为主导.
如图3不同气候区商业建筑的年不匹配系数接近，但是不同时间尺度分 2
解成分的占比略有差异：办公、商业等日间用电为主的建筑不匹配系数 较小，而公寓以夜间用电为主不匹配系数最大.
(a) (b) 0.5 0.44 0.44 0.41 0.7 0.4 0.6 0.61 不匹配系数 0.3 不匹配系 数 0.5 0.4 0.44 0.44 0:44 0.2 0.3 0.1 0.2 0.1 严寒 寒冷夏热冬冷温和夏热冬暖 商业 办公 餐厅 公寓 ■日不匹配周不匹配季不匹配 ■日不医配周不匹配季不匹配 图3典型建筑不同时间尺度不匹配系数计算结果：（a）不同气候区商业建筑；（b）北京不同 类型建筑 用光伏自消纳率与自保障率组成的匹配性图同时刻画供需在时间和规 模上的匹配性.
自消纳率为光伏发电中被建筑消纳的比例，而自保障率 为光伏发电被建筑消纳部分占建筑总用电的比例.
构建自消纳率、自保 障率组成的二维图如图4.
关注逐时的光伏发电与建筑用电关系时，横 坐标为100%表明任何时刻光伏都能被建筑消纳，对应了“只进不出"型建 筑：纵坐标为100%表明任何时刻光伏都能保障建筑用电，对应了“只出 不进"型建筑：横纵坐标均为100%时表明光伏可以保障全部用电同时光 伏也能被全部消纳，对应了“不进不出”型建筑：此外的其他情况下建筑 与电网双向互动，为“有进有出”型建筑.
“有进有出”型建筑在增加储能 或采用柔性调节时，如果忽略造成的损耗，光伏发电建筑用电比值的变 化较小，因此状态点将沿着其与原点的连线向右上角移动.
P 100 90 只出不进 净输出 保障率(%) （产能建筑） 自 净消纳 自消纳率(%) 100 图4用自消纳率-自保障率二维图反映发电用电匹配关系 3.分布式光伏消纳模式分类研究 不同光伏发电占比下达到消纳极限所需的储能容量存在差异.
如图5（a)
