5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區1500余位政府機構、科研院所、行業組織、電力公司、新能源項目單位、系統集成商等代表出席本次大會。

清華大學建筑學院副教授王福林在“直流配電與儲能專場”，發表了題為“建筑用電移峰填谷控制策略研究”的精彩演講。

演講內容如下：

王福林：各位專家、各位來賓大家上午好!非常感謝組委會給我這樣一個機會讓我在這里介紹一下建筑用電移峰填谷方面的一些想法。我本人是建筑專業的，對電力行業是外行，所以還請各位電力專家對我講到的一些不足的地方多多指導。

首先介紹我今天要講的主要內容，分為這三個方面：第一方面是背景與目的，第二方面是控制策略，第三方面做一個簡單的總結。

首先是背景。市政電力負荷的背景，電腦先例峰谷差非常大，造成兩個非常嚴重的后果，第一個后果是發電設備以及電網的裝機容量非常大，電網運行在高負荷率的情況下時間比較少。左下角這張圖是我國的火力發電、水力發電的利用小時數，可以看到在2014年大概只有4000多小時的利用小時數，一年8760小時只有一半的時間是在利用的，也就是說裝機容量比實際的用電負荷大了接近2倍。(見PPT)右邊這張圖是我國目前棄風、棄光的情況，可以看到棄風、棄光最大的甘肅省和吉林省都達到了30%到40%以上，這是市政電力負荷的現狀。

另外一個就是建筑本身用電負荷的現狀。(見PPT)左下角這個圖是一個實測的住宅區的電力負荷，可以看到波峰的功率在200千瓦左右，波谷在50千瓦左右，峰谷差達到了4倍。前面有些專家介紹過，在市政電網的峰谷差大概是30%到50%，在建筑中峰谷差達到4倍，所以電網的峰谷差主要的成因是建筑造成的。右下角這張圖顯示了城市里面電力用戶負載的構成，其中橙色的部分是建筑用電所占的比例，大概占到了37%的比例，而且所占的比例在逐年上升，發達國家的建筑用電已經占到市政總電量的40%到50%，建筑用電比例增高，建筑用電的峰谷差又比較大，這種現象就會造成電力負荷峰谷差進一步的惡化。

為了解決這個問題，在建筑領域我們有非常多的嘗試，其中一個嘗試就是采用建筑用電需求響應，左下角這條曲線是建筑本身的一個用電負荷曲線，如果有了需求響應之后，用電負荷曲線就會變成右側這張波峰被削減，波谷被填平，峰谷差減小。假如我們利用最新的直流供電和儲能的技術，這個建筑用電的峰谷差會進一步被削減，甚至可以變成這樣一種很平的直線，建筑的用電在一天24小時之內沒有波動，從電網恒功率取電這樣的用電模式，這對電網來說就是一個非常好的用電的負荷，大大地消解電網峰谷差的波動，這種峰谷差沒了，就可以最大化利用可再生能源，避免棄風、棄光的現象。

在建筑中使用直流供電加儲能的方式可以帶來很多的好處，我簡單列舉了一下。第一是能夠減少尖峰負荷，降低發電裝置、配電裝置、輸電裝置的初投資，節省初投資的費用。第二是提高發電、輸配電效率，(見PPT)這張圖是一些發電機組的發電效率，隨著輸出功率的變化，可以看到輸出功率減小的時候，發電機組的發電效率全部是在降低的，所以如果消除了峰谷差，發電機組都工作在滿負荷的狀態下，發電機組總是可以維持在一個高效的工作狀態。第三是提高可再生能源的接納率，減少棄風、棄光。(見PPT)這張圖也是跟前面那個表一致的，顯示了我們國家目前各個省份棄風、棄光的規模，多大量的可再生能源被拋棄掉了。第四是可以利用分時電價，節約電費。在夜間電價非常便宜的時候，比如說三毛錢一度電的時候，我往蓄電池里面蓄電，在高峰(1.5元一度電)的時候，我從蓄電池放電，盡量節省業主用電的費用。

(見PPT)這是美國的勞倫斯伯克利國家實驗室，在一個小型的數據中心建立了直流電供電裝置，并且對直流供電和交流供電做了一個對比，從這個對比上可以看到，通過直流供電可以提高7%的電力輸送效率，節省33%的建筑的使用空間，節約6%的輸配電硬件成本。

從在建筑中使用直流供電加儲能的可行性來說，已經完全成為了可能，現在在建筑里面所有的用電器幾乎都可以使用直流電，從小的LCD的顯示器到LED照明，到大型的空調制冷機組，幾百千瓦的大型離心制冷機組都可以使用直流電驅動，所以在建筑里面使用直流電供電已經成為一種可能。

目前來說雖然電池的成本比較高，但是已經可以產生一定的經濟性，目前市場上一度電的電池容量成本，鉛炭電池700塊錢，鋰電池大概1000塊錢，如果這個電池我們讓它有1000次充放電的壽命，相當于每放一度電，電池的成本折合5毛錢，我們假設在3毛錢的夜間蓄電，在白天讓蓄電池放電，整個電力成本加上蓄電池的硬件成本就是8毛錢，跟現在很多城市波峰的電價1.5元一度電相比，已經有很大的經濟性。所以通過蓄電池都可以極大地提高用電的效率，降低用電的費用。

下面這張圖是美國的蓄電池，特斯拉公司，它除了做電動汽車之外，還推出了在建筑中使用的建筑蓄電池，這是它的官網上公布的一個蓄電池的成本和報價，14度電的容量的蓄電池10年的服務費是6700美元，如果按照每天充放電一次，起到削峰填谷的作用，可以折合每度電0.13美元的成本，和咱們國家是基本持平的。

這是美國的一個咨詢機構對在建筑里面使用直流電的市場規模的預測，到2020年可以達到97億美元。

既然在建筑里面直流供電+儲能有很好的效果，我們就來研究直流供電+儲能應該怎么設計。首先需要考慮它的系統設計，要注意它的關鍵參數，然后是考慮它的控制策略，最后是需要在這個樓里面的示范應用和驗證。

我想了三種策略實現移峰填谷的控制目標，第一是從電網的恒功率取電，徹底消除建筑用電的峰谷差。第二是根據電網的需求，電網讓你多用電你就多用電，讓建筑少用電我就少用電，采用這種需求響應的控制模式。第三是對建筑的業主提供最大化的經濟效益，讓總電費最小的控制模式，這三種模式需要不同的系統的設計參數和不同的實施的控制策略。

(見PPT)首先我們看這個蓄電池容量是如何優化選擇的，在這里我舉了一個例子，就是針對恒功率取電的控制模式，右上角這個圖的藍線顯著的是建筑逐時用電曲線的波動，橙色的線顯示的是我們要從電網取電功率目標。用電負荷和取電功率目標的偏差是通過蓄電池來補充的，比方說第一個尖峰，用電負荷大于從電網的取電功率，大的這部分量就要從蓄電池來放電，右下角這張圖顯示的是蓄電池荷電量的變化曲線，在蓄電池放電，它的荷電量在下降。當用電需求比較低的時候，可以往里面充電，就會得到蓄電池的荷電狀態得到一個逐時的變化曲線，這種狀態的波峰和波谷之間就是我需要的蓄電池的容量，左下角這張圖顯示的是一年365天中，我每天都可以計算出一個需要的蓄電池的容量，取365天中最大的蓄電池容量，就可以滿足全年的移峰填谷蓄電池容量的需求。

(見PPT)下面是在這種蓄電池容量的基礎上，對蓄電池的充電和放電進行控制，從這個圖可以看到，通過蓄電池的補充，最終實現從電網恒功率取電的目標。

為了驗證這個控制的策略能不能實現，我們搭建了一個小小的實驗臺，它中間的配電柜顯示的狀態，包括一個AC/DC的變換器，從電網取電，把交流電變成直流電，然后包括四塊光伏板，連到一個光伏最大功率控制器上，然后有9組蓄電池，把它串聯起來，形成一個連接到220V的母線上，由于蓄電池的額定電壓是110V左右，我們用了DC/DC的裝置，負載是LED照明燈、空調和其它的代表用電器的恒溫水箱裝置。

這是在實驗臺上取得的控制的結果，左上角這張圖是從電網取電的電壓和電流的曲線，可以看到電壓會有一個比較小的波動，但是波動不超過1V，電流控制得非常穩定，幾乎是一根直線，取電功率是左下角這張圖，雖然有一定的波動，但是它的波動的偏差不超過1.1瓦。

這是負載、發電方面的曲線，左上角是光伏板逐時發電功率的波動，左下角是蓄電池充放電曲線的暴動，右上角是水箱、電腦以及空調這些用電負載的波動，在這樣一個用電負載的波動，光伏發電的波動下，這種條件下也能實現前面的圖所顯示的大概正負1瓦左右的控制精度。

最后我們對這個實驗臺進行控制的恒功率取電的模式進行了簡單的節能率和節費率的粗略計算。節能率主要是考慮到AC/DC的變換效率比DC/DC低2%左右，所以直流+蓄電的系統比交流系統節省1.3%左右的電量，電費的結算主要是考慮到直流供電+蓄電之后，可以采取低谷電價的時候蓄電，高峰的時候放電，采取一個比較低的電價來計算直流供電的時候電費是多少，交流電費的時候就按照峰谷分時電價，什么時候用了多少電，乘上這個時候的電價，算上交流供電的電費，把直流供電和交流供電做了一個對比，發現在我們實驗這一段時間內，電費上可以節省21.6%。

簡單做一個總結，今天的匯報跟大家討論了，一是在建筑里面使用直流供電+蓄電有哪些效益，包括市政電力的移峰填谷、可再生能源的消納，以及建筑里面的提高配電效率，節省電費、節省空間等等的效果。直流供電和蓄電的成本也做了一個策略的計算，大概蓄電池的成本在生命周期攤下來，充放一度電是5毛錢。控制策略有恒功率取電和需求響應、最小電費的策略，今天介紹了恒功率取電的策略，后面兩種策略如果以后有了進展再跟大家進行分享。 最后一個是對建筑直流供電的市場規模預測，到2020年大概是97億美元的規模。

我的報告就到這里，謝謝大家!

(本文根據現場錄音整理，未經本人審核)