5月19日至21日，“第八屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)”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(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項(xiàng)目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會(huì)。

清華大學(xué)建筑學(xué)院副教授王福林在“直流配電與儲(chǔ)能專場(chǎng)”，發(fā)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(nèi)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(huì)給我這樣一個(gè)機(jī)會(huì)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(yè)的，對(duì)電力行業(yè)是外行，所以還請(qǐng)各位電力專家對(duì)我講到的一些不足的地方多多指導(dǎo)。

首先介紹我今天要講的主要內(nèi)容，分為這三個(gè)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(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)。

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

另外一個(gè)就是建筑本身用電負(fù)荷的現(xiàn)狀。(見PPT)左下角這個(gè)圖是一個(gè)實(shí)測(cè)的住宅區(qū)的電力負(fù)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(dá)到了4倍。前面有些專家介紹過，在市政電網(wǎng)的峰谷差大概是30%到50%，在建筑中峰谷差達(dá)到4倍，所以電網(wǎng)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(fù)載的構(gòu)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(fā)達(dá)國家的建筑用電已經(jīng)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(xiàn)象就會(huì)造成電力負(fù)荷峰谷差進(jìn)一步的惡化。

為了解決這個(gè)問題，在建筑領(lǐng)域我們有非常多的嘗試，其中一個(gè)嘗試就是采用建筑用電需求響應(yīng)，左下角這條曲線是建筑本身的一個(gè)用電負(fù)荷曲線，如果有了需求響應(yīng)之后，用電負(fù)荷曲線就會(huì)變成右側(cè)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(chǔ)能的技術(shù)，這個(gè)建筑用電的峰谷差會(huì)進(jìn)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(shí)之內(nèi)沒有波動(dòng)，從電網(wǎng)恒功率取電這樣的用電模式，這對(duì)電網(wǎng)來說就是一個(gè)非常好的用電的負(fù)荷，大大地消解電網(wǎng)峰谷差的波動(dòng)，這種峰谷差沒了，就可以最大化利用可再生能源，避免棄風(fēng)、棄光的現(xiàn)象。

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

(見PPT)這是美國的勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，在一個(gè)小型的數(shù)據(jù)中心建立了直流電供電裝置，并且對(duì)直流供電和交流供電做了一個(gè)對(duì)比，從這個(gè)對(duì)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(jié)省33%的建筑的使用空間，節(jié)約6%的輸配電硬件成本。

從在建筑中使用直流供電加儲(chǔ)能的可行性來說，已經(jīng)完全成為了可能，現(xiàn)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(diào)制冷機(jī)組，幾百千瓦的大型離心制冷機(jī)組都可以使用直流電驅(qū)動(dòng)，所以在建筑里面使用直流電供電已經(jīng)成為一種可能。

目前來說雖然電池的成本比較高，但是已經(jīng)可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)性，目前市場(chǎng)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(gè)電池我們讓它有1000次充放電的壽命，相當(dāng)于每放一度電，電池的成本折合5毛錢，我們假設(shè)在3毛錢的夜間蓄電，在白天讓蓄電池放電，整個(gè)電力成本加上蓄電池的硬件成本就是8毛錢，跟現(xiàn)在很多城市波峰的電價(jià)1.5元一度電相比，已經(jīng)有很大的經(jīng)濟(jì)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(fèi)用。

下面這張圖是美國的蓄電池，特斯拉公司，它除了做電動(dòng)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(wǎng)上公布的一個(gè)蓄電池的成本和報(bào)價(jià)，14度電的容量的蓄電池10年的服務(wù)費(fèi)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(gè)咨詢機(jī)構(gòu)對(duì)在建筑里面使用直流電的市場(chǎng)規(guī)模的預(yù)測(cè)，到2020年可以達(dá)到97億美元。

既然在建筑里面直流供電+儲(chǔ)能有很好的效果，我們就來研究直流供電+儲(chǔ)能應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)。首先需要考慮它的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要注意它的關(guān)鍵參數(shù)，然后是考慮它的控制策略，最后是需要在這個(gè)樓里面的示范應(yīng)用和驗(yàn)證。

我想了三種策略實(shí)現(xiàn)移峰填谷的控制目標(biāo)，第一是從電網(wǎng)的恒功率取電，徹底消除建筑用電的峰谷差。第二是根據(jù)電網(wǎng)的需求，電網(wǎng)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(yīng)的控制模式。第三是對(duì)建筑的業(yè)主提供最大化的經(jīng)濟(jì)效益，讓總電費(fèi)最小的控制模式，這三種模式需要不同的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)和不同的實(shí)施的控制策略。

(見PPT)首先我們看這個(gè)蓄電池容量是如何優(yōu)化選擇的，在這里我舉了一個(gè)例子，就是針對(duì)恒功率取電的控制模式，右上角這個(gè)圖的藍(lán)線顯著的是建筑逐時(shí)用電曲線的波動(dòng)，橙色的線顯示的是我們要從電網(wǎng)取電功率目標(biāo)。用電負(fù)荷和取電功率目標(biāo)的偏差是通過蓄電池來補(bǔ)充的，比方說第一個(gè)尖峰，用電負(fù)荷大于從電網(wǎng)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(dāng)用電需求比較低的時(shí)候，可以往里面充電，就會(huì)得到蓄電池的荷電狀態(tài)得到一個(gè)逐時(shí)的變化曲線，這種狀態(tài)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(jì)算出一個(gè)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(chǔ)上，對(duì)蓄電池的充電和放電進(jìn)行控制，從這個(gè)圖可以看到，通過蓄電池的補(bǔ)充，最終實(shí)現(xiàn)從電網(wǎng)恒功率取電的目標(biāo)。

為了驗(yàn)證這個(gè)控制的策略能不能實(shí)現(xiàn)，我們搭建了一個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它中間的配電柜顯示的狀態(tài)，包括一個(gè)AC/DC的變換器，從電網(wǎng)取電，把交流電變成直流電，然后包括四塊光伏板，連到一個(gè)光伏最大功率控制器上，然后有9組蓄電池，把它串聯(lián)起來，形成一個(gè)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(fù)載是LED照明燈、空調(diào)和其它的代表用電器的恒溫水箱裝置。

這是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上取得的控制的結(jié)果，左上角這張圖是從電網(wǎng)取電的電壓和電流的曲線，可以看到電壓會(huì)有一個(gè)比較小的波動(dòng)，但是波動(dòng)不超過1V，電流控制得非常穩(wěn)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(dòng)，但是它的波動(dòng)的偏差不超過1.1瓦。

這是負(fù)載、發(fā)電方面的曲線，左上角是光伏板逐時(shí)發(fā)電功率的波動(dòng)，左下角是蓄電池充放電曲線的暴動(dòng)，右上角是水箱、電腦以及空調(diào)這些用電負(fù)載的波動(dòng)，在這樣一個(gè)用電負(fù)載的波動(dòng)，光伏發(fā)電的波動(dòng)下，這種條件下也能實(shí)現(xiàn)前面的圖所顯示的大概正負(fù)1瓦左右的控制精度。

最后我們對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行控制的恒功率取電的模式進(jìn)行了簡(jiǎn)單的節(jié)能率和節(jié)費(fèi)率的粗略計(jì)算。節(jié)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(tǒng)比交流系統(tǒng)節(jié)省1.3%左右的電量，電費(fèi)的結(jié)算主要是考慮到直流供電+蓄電之后，可以采取低谷電價(jià)的時(shí)候蓄電，高峰的時(shí)候放電，采取一個(gè)比較低的電價(jià)來計(jì)算直流供電的時(shí)候電費(fèi)是多少，交流電費(fèi)的時(shí)候就按照峰谷分時(shí)電價(jià)，什么時(shí)候用了多少電，乘上這個(gè)時(shí)候的電價(jià)，算上交流供電的電費(fèi)，把直流供電和交流供電做了一個(gè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在我們實(shí)驗(yàn)這一段時(shí)間內(nèi)，電費(fèi)上可以節(jié)省21.6%。

簡(jiǎn)單做一個(gè)總結(jié)，今天的匯報(bào)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(jié)省電費(fèi)、節(jié)省空間等等的效果。直流供電和蓄電的成本也做了一個(gè)策略的計(jì)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(yīng)、最小電費(fèi)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(jìn)展再跟大家進(jìn)行分享。 最后一個(gè)是對(duì)建筑直流供電的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)，到2020年大概是97億美元的規(guī)模。

我的報(bào)告就到這里，謝謝大家!

(本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)錄音整理，未經(jīng)本人審核)