構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是我國電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重要方向，也是實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵途徑。新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，新能源的大規(guī)模接入，將導(dǎo)致系統(tǒng)特性發(fā)生變化，電力系統(tǒng)必須具有強(qiáng)大靈活的調(diào)節(jié)能力，確保新能源并網(wǎng)后實現(xiàn)發(fā)用電平衡。而建筑負(fù)荷，則蘊(yùn)含著巨大的調(diào)節(jié)潛力。
新型電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)調(diào)節(jié)資源缺口大
電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的供需平衡思路是發(fā)電側(cè)調(diào)節(jié)，即“源隨荷動”模式。但是，通過發(fā)電側(cè)資源對沖新能源調(diào)節(jié)正面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。一方面，燃?xì)?、抽水蓄能等靈活電源在我國電源裝機(jī)中占比遠(yuǎn)低于國際先進(jìn)國家和地區(qū)。另一方面，電源調(diào)節(jié)受限較多。例如，我國冬季易遭遇“氣荒”，導(dǎo)致靈活的燃?xì)怆姀S在冬季失去調(diào)節(jié)能力。此外，碳減排和“能源雙控”對電源調(diào)節(jié)的約束也日益明顯。運行數(shù)據(jù)顯示，火電機(jī)組運行處于非額定低負(fù)荷率的備用狀態(tài)會導(dǎo)致能效下降、排放上升。
因此，傳統(tǒng)發(fā)電側(cè)調(diào)節(jié)資源缺口大，難以滿足未來新型電力系統(tǒng)不斷增長的調(diào)控需求。例如深圳電網(wǎng)，本地電源資源少，外來電占比高，調(diào)節(jié)資源的需求較大。
建筑負(fù)荷蘊(yùn)含巨大調(diào)節(jié)潛力
隨著信息與通信技術(shù)的快速發(fā)展，電力需求側(cè)的可觀、可控性顯著增強(qiáng)，挖掘需求側(cè)調(diào)節(jié)潛力，實現(xiàn)“荷隨源動”“源網(wǎng)荷互動”已成為未來高比例新能源高效消納和新型電力系統(tǒng)安全運行的重要途徑。
在電力需求側(cè)眾多可調(diào)節(jié)資源類型中，建筑負(fù)荷具有與電網(wǎng)負(fù)荷高峰時刻高度重合、柔性調(diào)節(jié)潛力大、相比新建電廠改造投資成本小的特點，是最優(yōu)質(zhì)的靈活資源之一。建筑用電中，空調(diào)、屋頂光伏、電動汽車充電設(shè)施、UPS(不間斷)儲能等均具有優(yōu)越的調(diào)節(jié)潛力。以空調(diào)為例，由于建筑具有一定保溫性，因此空調(diào)短時改變設(shè)定溫度或者關(guān)斷不會立刻引起室內(nèi)溫度的劇烈變化，存在靈活用電調(diào)節(jié)的時間窗口。對于充電樁，當(dāng)用戶電動汽車接入后，短時調(diào)節(jié)充電功率，甚至由汽車反向為電網(wǎng)供電對于用戶而言也完全可以接受，因此調(diào)節(jié)靈活性極強(qiáng)。作為多種靈活負(fù)荷的天然聚合體，公共建筑是新型電力系統(tǒng)可挖掘靈活資源的“聚寶盆”。
建筑類負(fù)荷資源可通過聚合后形成虛擬電廠，參與電網(wǎng)削峰、填谷、備用。“光儲直柔”(光伏發(fā)電、儲能、直流配電、柔性用電)等新型建筑還可探索參與一次調(diào)頻或者二次調(diào)頻。以深圳為例，作為我國負(fù)荷密度最高的超大型城市，深圳城市化水平極高，大量樓宇、公共建筑集聚，且溫度高、濕度大，空調(diào)用電占比可達(dá)到夏季尖峰負(fù)荷的40%左右。因此，在以深圳為代表的南方區(qū)域城市電網(wǎng)，對樓宇負(fù)荷資源靈活性加以發(fā)掘利用，具有獨特的稟賦優(yōu)勢。
負(fù)荷資源利用方式的創(chuàng)新探索
與發(fā)電側(cè)電源高度集中且確定可控的特性相比，建筑負(fù)荷調(diào)節(jié)具有單體容量小、特性差異大、難以持續(xù)穩(wěn)定等“碎片化”特點。如何實現(xiàn)此類“碎片資源”的有效利用是亟待突破的技術(shù)難點。
對此，深圳供電局電科院開展了零碳建筑負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)理和調(diào)控策略的創(chuàng)新研究，提出采用可調(diào)節(jié)容量、響應(yīng)速度、響應(yīng)可持續(xù)時間三個主要指標(biāo)對建筑負(fù)荷調(diào)節(jié)特性進(jìn)行描述，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性等建筑指標(biāo)轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)靈活性指標(biāo)，實現(xiàn)了建筑資源與電網(wǎng)調(diào)控體系連接。
在此基礎(chǔ)上，繪制城市、城區(qū)需求響應(yīng)潛力地圖，回答了“電網(wǎng)調(diào)節(jié)資源在哪”“有多大潛力”的重要問題。此外，開發(fā)了首款建筑負(fù)荷組態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可根據(jù)調(diào)節(jié)場景的不同，自適應(yīng)選擇參與調(diào)節(jié)的建筑用電設(shè)備類型，并匹配差異化控制策略，實現(xiàn)建筑用電與電網(wǎng)的友好互動。
建筑負(fù)荷調(diào)節(jié)有廣闊前景
在加快構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的進(jìn)程中，建筑作為三大用能部門(工業(yè)、交通和建筑)之一，加快推進(jìn)建筑柔性用電規(guī)模化發(fā)展，對促進(jìn)未來新能源大規(guī)模并網(wǎng)與消納、實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)具有重要意義。2021年10月，國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動方案》提出：提高建筑終端電氣化水平，建設(shè)“光儲直柔”建筑。在“光儲直柔”技術(shù)加持下，建筑負(fù)荷的靈活性將進(jìn)一步釋放，成為新型電力系統(tǒng)靈活性重要來源。
可以預(yù)見，對建筑負(fù)荷調(diào)控領(lǐng)域的前期工作和探索，在未來將具有廣闊的應(yīng)用前景。
(作者：王靜單位：深圳供電局電科院)
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