低碳转型是我国社会经济发展的战略决策
1.年前实现碳达峰，年前实现碳中和
2.碳中和：温室气体排放总量小于碳汇吸收总量
3.途径：
（1）由可再生能源替代化石能源，不可替代部分采用CCUS回收二氧化碳；
（2）可再生能源主要是水电、风电、光电、核电以及生物质能。
4.零碳转型的挑战
（1）终端用能应尽可能用电力高效地替代燃料，尽可能减少对燃料的需求；
（2）风电光电占总电量50%，占发电总功率70%以后，如何协调电源侧与用电侧随时间变化的不同步性？如何使源与荷之间由刚性连接转为柔性连接？
减少建筑运行的直接碳排放
1.直接碳排放：由于燃烧或是能源导致的CO2的直接排放
2.建筑运行相关的直接碳排放：全面电气化，不再使用燃料
（1）炊事燃气：气改电，用各种电炊具做饭，取消燃气；
（2）生活热水燃气：气改电，热泵热水器，电热热水器；
（3）蒸汽锅炉（医院、宾馆、洗衣房等）：取消蒸汽管网，电热蒸汽发生器；
（4）小型热水锅炉：多种形式的热泵；
（5）采暖燃气壁挂炉：空气源热泵；
（6）北方集中供热热源：
①工业余热、核电余热；
②调峰火电热电联产，排烟通过CCUS回收二氧化碳；
③取消采暖用燃煤燃气锅炉。
减少建筑运行的间接二氧化碳排放
1.建筑实现全面电气化，电力要从目前的煤电为主转为绿电
2.绿电：核电、水电、风电、光电、生物质发电
3.我国目前绿电占总电量30%，年达到一半，年全部绿电
4.电量比例：核电15%，水电20%，风光电50%，生物质和火电15%
5.风电光电装机容量：将由目前的4亿kW增长到40~50亿kW
6.风电光电的布局：
（1）三分之一为在西北的集中光电风电基地，大功率远程输送；
（2）三分之二在中东部，利用屋顶、零星空地、分布式发电；优先自发自用；
（3）22亿kW屋顶光伏：城市35亿m2光伏，4亿kW；农村亿m2光伏18亿kW。
光电、风电的变化
发展风电光电的瓶颈是储能和调峰
1.风电光电根据天气状况随机变化，与用电需求变化不一致
2.发展风电光电的关键是建设足够的蓄电和调峰能力
3.可以平衡风电光电的灵活电源
（1）水电，与风电光电联动，平衡其变化；我国目前3.8亿kW，未来到4.5亿kW；
（2）抽水蓄能电站：需要合适的地理条件；我国的地理资源：~1.5亿kW；
（3）生物质能源电厂：需要足够的生物质能源支撑，3亿tce，~1万亿kWh；
（4）燃煤燃气调峰电厂：需要消耗化石能源，释放CO2；
（5）压缩空气蓄能：投资高，效率仅为~60%；
（6）电解水制氢，储氢；投资高，电—电的效率55%；
（7）化学储能：蓄电池；投资高，效率85%。
未来电力的功率、电量和调峰需求
1.用电负荷估算：
（1）年耗电12万亿kWh~40亿kW负载；
（2）基本恒定的负载4万亿kWh，5亿kW，核电承担；
（3）每年~小时：3万亿kWh，5亿kW，水电2万亿与风光电1万亿；
（4）每年~小时：1.5万亿kWh，4亿kW；
（5）每年~小时：1.5万亿kWh，5亿kW；
（6）每年~小时：2万亿kWh，10亿kW；
（7）每年~小时：1万亿kWh，10亿kW；
（8）需要的调节能力25亿kW，4.5万亿kWh电量，亿kWh/天。
生物质和燃煤燃气火电调峰6亿kW，发电2万亿kWh，风电光电4万亿kWh，25亿kW。
建筑和电动汽车可以成为“柔性负载”
1.建筑目前耗电1.7万亿kWh，未来可达3.5万亿kWh，20~30亿kW
2.如果其中1/4负载可按照需求侧响应模式运行，可成为5~7亿kW的可调功率，接近1万亿kWh的调节容量，30亿kWh/天
3.未来如果有2亿辆电动小汽车，慢充功率10kW/辆，容量50kWh/辆，则将具有20亿kW可调功率，亿kWh/天调节容量
4.未来亿平米建筑和2亿辆电动车将形成25亿kW可调功率，亿kWh/天调节容量，正好满足大力发展风电光电的需求
5.建筑及与其相连的电动车将成为未来消纳风电光电发展的支撑负载
建筑“光储直柔”配电系统
光储直柔系统的智能柔性负载
1.AC/DC根据要求的输入电功率控制直流母线电压
2.各个末端根据母线电压开环方式调节用电功率或充放电速率
3.光伏的DC/DC根据光伏侧电流变化，调节变压比，以最大程度接收光电
4.蓄电池的调控
（1）根据母线电压，高过U0+⊿U时充电，低于U0-⊿U时蓄电；
（2）智能控制：检测母线电压一天内的变化，识别其规律，得到一天内需要充电和放电的时间段，从而优化安排充放电轻度，保证在最需要充电时有足够的空余容量，在最需要放电时，由足够的电量。
5.充电桩的调控
（1）单向充电桩：只在母线电压高于U0+⊿U后充电，根据母线电压决定充电电流；
（2）双向充电桩：当母线电压低于U0-⊿U后，从汽车电池取电为建筑供电。
6.变频空调的控制
设0~1之间的柔性调节设定值。当柔性调节为0时，根据空调工况调控，不根据母线电压做任何改变；当柔性调节为1时，深度柔性调节，根据母线电压增大或减少输出冷量，室温也略有升高或降低。
7.变频风机、水泵的调节
设0~1之间的柔性调节设定值，根据性设定值和母线电压变化，修订风机水泵转速：n=n0*k*(V-)。
8.蓄热式电热热水器
自学习一天内母线电压变化规律和热水使用规律，在满足热水供应的前提下优化加热时间和功率。
9.冰箱的柔性调节
自学习一天内母线电压的变化规律，根据冰箱内温度变化，优化压缩机开启周期，使其尽可能在母线电压高峰时段运行。
10.整个系统只有入口处AC/DC由电网调度设置每个时刻的电功率（电功率/最大值/最小值），其它用电设备不需要集中控制，也不需要通讯连接，仅根据母线电压和自己的调节意愿，调节瞬时用电功率
11.只有这样才能适合建筑内多种用电设备，各自有不同需求的状况，既实现需求侧响应，又不会影响各个装置的正常使用
12.目前一些试图对建筑内各个设备进行统一优化调控，实现用电需求侧响应的尝试，很难解决多个使用者及设备提供商之间的需求、责任等矛盾，优化调控系统成为各类矛盾的聚集点
13.优化各种用电终端的智能调控算法，可极大程度提高建筑电力柔性程度，从而减少对蓄电池容量的需求，降低投资
14.各类建筑用电设备的需求侧响应的智能调控水平，将成为未来建筑设备智能化发展的新方向和竞争点
建筑“光储直柔”可产生的柔性调节效果
1.当没有蓄电池、没接入充电桩时
根据一天内时段和建筑性质不同，可实现当时电功率10%~25%的调节。
2.当配置蓄电池，6kWh/百平米，无充电桩时
可实现当时电功率50%以上范围的调节。
3.当每平米建筑配置一个智能充电桩，并接入电动汽车时
（1）可实现0~%范围的用电功率调节；
（2）一亿平米住宅楼或办公楼，可相当于万kW虚拟调峰电厂；
（3）我国未来需要25亿kW调峰电厂，如果有亿平米这样的“光储直柔”建筑就可满足电力调峰需要。发展目标：~亿平米。
4.目前建筑用电是导致大城市用电峰谷差的主要原因，应由形成峰谷差的“元凶”变为峰谷差的消除者
建筑配电直流化可提高用电安全和可靠性
1.改变接地方式，正负端都对地绝缘，由新的防过载、漏电、短路等诊断和保护方式，可提高系统的安全性和可靠性
2.由于有蓄电池，可以短期内孤网运行，提高用电保证率而不需要多路供电，外网供电保证率为99.9%时，内部可实现99.%
3.提高供电质量，无高次谐波，可有效消除高频噪音
4.可以减少外网的配电容量
5.减少交直流之间的多次转换，降低转换损失，提高效率
6.易于调控，有利于建筑智能化
建筑用电器具的直流化是未来发展趋势
1.目前大多数建筑电器都支持直流供电
（1）LED照明：免去分散的整流器，提高灯具寿命；
（2）电机：EC电机（永磁同步）已成为建筑用电机的发展趋势，可大幅度提高部分负荷时的效率，需要直流驱动；
（3）IT设备：其内部开关电源可直接接入直流，改为直流接口可降低成本；
（4）充电设备：本来就是直流供电；
（5）电热设备：交直流可互换；
2.如何实现标准化？
（1）电压标准化；
（2）接口标准化，插头标准化；
（3）接地方式和安全保护方式标准化。
3.目前发展状况
（1）直流建筑联盟（上百家研究部门、生产企业、电力部门）；
（2）十几座直流建筑：例深圳建科院未来大厦0平米直流示范建筑；
（3）IEEE直流电力系统技术委员会低压直流分委员会，筹备相关标准；
（4）直流建筑配电标准已完成初稿；
（5）直流电量计量表：正在抓紧攻关；
（6）直流照明系统已成为产品推广；
（7）直流空调等产品已陆续问世；
（8）“光储直柔”配电建筑在十四五将有大发展。
转自：《家电科技期刊》
