建筑是能源電力消費(fèi)的重要主體。我國(guó)現(xiàn)有近500億平方米房屋，建筑面積70%為高能耗建筑。建筑用能正持續(xù)快速上升，所占社會(huì)能耗的比重不斷增大，目前的建筑能耗占比已上升至30%左右。

在低碳發(fā)展成為全球共識(shí)的背景下，建筑領(lǐng)域電氣化也成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)承諾二氧化碳力爭(zhēng)于2030年達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。有研究表明，建筑領(lǐng)域高度電氣化是能源系統(tǒng)低碳發(fā)展的前提。要實(shí)現(xiàn)巴黎協(xié)定的2度目標(biāo)乃至更嚴(yán)格的1.5度和碳中和目標(biāo)，建筑領(lǐng)域需要達(dá)到2個(gè)“90%”的目標(biāo)，即建筑用能量中電的比重90%和建筑用電量中非化石電的比重90%。

建筑節(jié)能是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須在能源利用的各個(gè)環(huán)節(jié)和系統(tǒng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)到運(yùn)行的全過(guò)程中貫徹統(tǒng)籌。建筑電氣化的技術(shù)路徑不僅僅包括推進(jìn)電能替代、提高建筑電氣化率，還要促進(jìn)建筑配用電系統(tǒng)的發(fā)展，提高其靈活性、安全性、可靠性和高效性，從而適應(yīng)未來(lái)高比例的可再生能源滲透和差異化的供電服務(wù)需求。而且未來(lái)的建筑配用電系統(tǒng)也不再是單純的消費(fèi)者，它將會(huì)與城市電網(wǎng)深度融合為電網(wǎng)提供支持和輔助服務(wù)，使能源系統(tǒng)直接受益；會(huì)與電動(dòng)汽車、分布式發(fā)電等互相協(xié)同，靈活整合多種能源；并且促進(jìn)城市建設(shè)和新能源技術(shù)發(fā)展。 

雙碳目標(biāo)及新型電力系統(tǒng)的背景下，新型建筑配用電應(yīng)具備4項(xiàng)新技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)——光、儲(chǔ)、直、柔。 

圖1 新型建筑配用電系統(tǒng)

其中“光”和“儲(chǔ)”分別指分布式光伏和分布式儲(chǔ)能會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用于建筑場(chǎng)景，作為建筑配用電系統(tǒng)重要組成部分；“直”指建筑配用電網(wǎng)的形式發(fā)生改變，從傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)改為采用低壓直流配電網(wǎng)；“柔”則是指建筑用電設(shè)備應(yīng)具備可中斷、可調(diào)節(jié)的能力，使建筑用電需求從剛性轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝浴?/span>

一、“光”，光伏發(fā)電與建筑的融合

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是未來(lái)主要的可再生電源之一，而體量巨大的建筑外表面是發(fā)展分布式光伏的空間資源。2018年建筑面積超過(guò)600億m²，屋頂面積超過(guò)100億m²，估計(jì)可安裝超過(guò)800GW的屋頂光伏，年發(fā)電量超8000億kWh。因此，把太陽(yáng)能的利用納入建筑的總體設(shè)計(jì)，把太陽(yáng)能設(shè)施作為建筑的一部分，把建筑、技術(shù)和美學(xué)融為一體，是未來(lái)建筑和能源系統(tǒng)的融合發(fā)展趨勢(shì)。

光伏組件成本的快速下降使得光伏建筑一體化變得更加可行，分布式光伏已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了平價(jià)上網(wǎng)的條件。而且與集中式的光伏電站相比，建筑光伏通過(guò)與建筑設(shè)計(jì)、施工同時(shí)進(jìn)行，又或安裝在已有建筑屋面上，可以節(jié)省土地租賃等一系列建設(shè)維護(hù)費(fèi)用，比集中式光伏電站更具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。未來(lái)光伏將會(huì)越來(lái)越多地應(yīng)用在建筑中，并且成為建筑的重要組成部分。光伏建筑兼具綠色、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、時(shí)尚等優(yōu)勢(shì)。

二、“儲(chǔ)”，電能時(shí)空的搬移

在未來(lái)的電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能是不可或缺的組成部分。電池儲(chǔ)能技術(shù)具有響應(yīng)速度快、效率高、安裝維護(hù)要求低等優(yōu)點(diǎn)，是電力系統(tǒng)的靈活性資源和備用電源。國(guó)網(wǎng)能源研究院預(yù)計(jì)，中國(guó)新型儲(chǔ)能（所謂新型儲(chǔ)能，即為抽水蓄能之外的各類儲(chǔ)能總稱）在2030年之后會(huì)迎來(lái)快速增長(zhǎng)，2060年裝機(jī)規(guī)模將達(dá)4.2億千瓦（420GW）左右。而截至2019年，我國(guó)中國(guó)的新型儲(chǔ)能累積裝機(jī)規(guī)模為2.1GW。這意味著，2060年中國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將飆升近200倍。

電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能需求不只來(lái)自于電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)，負(fù)荷側(cè)同樣需要儲(chǔ)能。隨著分布式光伏和電動(dòng)汽車與建筑配用電系統(tǒng)的融合發(fā)展，儲(chǔ)能有利于提高建筑配用電系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)允許建筑以虛擬電廠的角色參與電力系統(tǒng)的輔助服務(wù)。

隨著電動(dòng)車爆發(fā)帶來(lái)的推動(dòng)，儲(chǔ)能成本正持續(xù)下降，新能源電站+鋰電池儲(chǔ)能成本會(huì)不斷降低，根據(jù)GTM數(shù)據(jù)，2012年到2017年電化學(xué)儲(chǔ)能電站成本大幅下降78%。而且未來(lái)到2030年，儲(chǔ)能成本會(huì)下降到1000元/kWh，我國(guó)大部分地區(qū)風(fēng)儲(chǔ)光儲(chǔ)結(jié)合就能實(shí)現(xiàn)平價(jià)。儲(chǔ)能峰谷電價(jià)的效益增加，特別是隨著靈活性資源逐漸稀缺，電池儲(chǔ)能的收益會(huì)逐漸增加。經(jīng)濟(jì)性會(huì)成為建筑儲(chǔ)能市場(chǎng)化發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。

建筑儲(chǔ)能技術(shù)目前還處于初期發(fā)展階段，真正將儲(chǔ)能配置在建筑內(nèi)部的項(xiàng)目還比較少。從電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能借鑒來(lái)的電池設(shè)計(jì)和管理技術(shù)也需要與建筑場(chǎng)景的特殊需求相結(jié)合，例如更多考慮建筑電池的熱安全問(wèn)題。鋰離子電池對(duì)溫度非常敏感，其最佳工作溫度范圍為20～40℃，在該范圍內(nèi)電池的工作性能較好，安全性能良好，可使用循環(huán)次數(shù)也相對(duì)較高。北京市頒布的《用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行規(guī)范》中要求控制在0～45 ℃。因此，電池布置如何與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合保證電池散熱，電池控制如何與建筑負(fù)荷特性匹配防止過(guò)熱事故發(fā)生都是儲(chǔ)能電池應(yīng)用于建筑場(chǎng)景所必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

三、“直”，建筑采用直流配電

隨著建筑中電源和負(fù)載的直流化程度越來(lái)越高，直流配用電可能是一種更合理的形式。電源側(cè)的分布式光伏、儲(chǔ)能電池等普遍輸出直流電。用電設(shè)備中傳統(tǒng)照明燈具正逐漸被LED替代，空調(diào)、水泵等電機(jī)設(shè)備也更多考慮變頻的需求，此外還有各式各樣的數(shù)字設(shè)備，都是直流負(fù)載。建筑內(nèi)部改用直流配用電網(wǎng)，可以取消直流設(shè)備與配電網(wǎng)之間的交直變換環(huán)節(jié)，同時(shí)放開配用電系統(tǒng)對(duì)電壓和頻率的限制，從而展現(xiàn)出能效提升、可靠性提高、變換器成本降低、設(shè)備并離網(wǎng)和電力平衡控制更加簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)勢(shì)。

直流建筑的配用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。在建筑入口處設(shè)有AC/DC整流器，其將外電網(wǎng)的交流電整流為直流電為建筑供電，或者在建筑電力富余時(shí)將直流電逆變?yōu)榻涣麟妼?duì)外電網(wǎng)供電。而建筑內(nèi)部通過(guò)直流電配電網(wǎng)與所有電源和電器（設(shè)備）連接。當(dāng)電源或電器（設(shè)備）的電壓等級(jí)與配電網(wǎng)電壓等級(jí)不同時(shí)，需設(shè)置DC/DC變壓器。

直到今天，建筑低壓直流配用電技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了大量的研究。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)外實(shí)際建成運(yùn)行的直流建筑項(xiàng)目已有20余個(gè)，涵蓋了辦公、校園、住宅和廠房等多個(gè)建筑類型，配電容量在10~300 kW之間。 隨著直流建筑研究和示范項(xiàng)目的積累，相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織也已開展直流系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。旨在搭建直流電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的國(guó)際信息互通平臺(tái)，推動(dòng)直流電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的快速健康發(fā)展，促進(jìn)直流電力系統(tǒng)技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)的支撐配套。

未來(lái)隨著“光”和“儲(chǔ)”在建筑中的應(yīng)用，低壓直流配電技術(shù)將在建筑中得到持續(xù)關(guān)注和研究；同時(shí)隨著標(biāo)準(zhǔn)的建立和更多家電設(shè)備企業(yè)的參與，建筑低壓直流配電的生態(tài)環(huán)境也會(huì)逐漸成型。

四、“柔”，柔性可控的建筑負(fù)載 

建筑設(shè)備往往具有可中斷、可調(diào)節(jié)的特性。例如空調(diào)和供熱系統(tǒng)可以利用建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱特性和人對(duì)溫度波動(dòng)的適應(yīng)性來(lái)進(jìn)行短期負(fù)荷功率調(diào)節(jié)，為電力系統(tǒng)提供一定程度的靈活性；洗衣機(jī)、洗碗機(jī)等也都具有延時(shí)啟動(dòng)、錯(cuò)峰工作的功能。尋找建筑用戶體驗(yàn)和電網(wǎng)靈活性需求二者之間的平衡，建筑設(shè)備的可調(diào)節(jié)性也能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)所用，成為一種潛在的靈活性資源。

事實(shí)上，建筑設(shè)備的靈活性已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，例如IEA EBC的Annex 67項(xiàng)目就圍繞建筑柔性用能開展了一系列研究，包括用戶調(diào)節(jié)意愿調(diào)研、控制策略優(yōu)化、設(shè)備調(diào)節(jié)效益分析、可調(diào)節(jié)程度評(píng)價(jià)等。

然而，由于缺乏有效的激勵(lì)機(jī)制，目前的需求響應(yīng)技術(shù)還主要停留在理論研究和模擬仿真階段，實(shí)際工程應(yīng)用較少。未來(lái)電力市場(chǎng)化改革的深入推進(jìn)可能會(huì)調(diào)動(dòng)起建筑設(shè)備柔性調(diào)節(jié)的積極性，一方面用戶參與電力市場(chǎng)交易的門檻會(huì)越來(lái)越低，參與其中的建筑用戶會(huì)越來(lái)越多；另一方面電網(wǎng)輔助服務(wù)市場(chǎng)、電力容量市場(chǎng)逐步開放，建筑設(shè)備柔性調(diào)節(jié)的收益更加多樣。