子课题2 城市建筑光储直柔系统构建模式与工程示范.pdf

IBR ENERGY FOUNDATION 能源基金会 FEN 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2：城市建筑光储直柔系统构建模式与工程示范 Task2:PEDFBuildingSystemConstruction ModeandEngineeringDemonstrationin UrbanArea 深圳市建筑科学研究院股份有限公司 2023年12月15日 ShenzhenInstitute ofBuilding Research Co. Ltd Dec15 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.

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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tC02，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 柔将者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9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9越高.

W共区 7E 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