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挖掘建筑负荷调节潜力让电力系统更灵活

时间：2022-08-05 19:22:38 来源：南方电网报

构建新型电力系统是我国电力系统转型的重要方向，也是实现碳达峰、碳中和目标的关键途径。新型电力系统建设背景下，新能源的大规模接入，将导致系统特性发生变化，电力系统必须具有强大灵活的调节能力，确保新能源并网后实现发用电平衡。而建筑负荷，则蕴含着巨大的调节潜力。

挖掘建筑负荷调节潜力让电力系统更灵活

新型电力系统发电侧调节资源缺口大

电力系统传统的供需平衡思路是发电侧调节，即“源随荷动”模式。但是，通过发电侧资源对冲新能源调节正面临严峻挑战。一方面，燃气、抽水蓄能等灵活电源在我国电源装机中占比远低于国际先进国家和地区。另一方面，电源调节受限较多。例如，我国冬季易遭遇“气荒”，导致灵活的燃气电厂在冬季失去调节能力。此外，碳减排和“能源双控”对电源调节的约束也日益明显。运行数据显示，火电机组运行处于非额定低负荷率的备用状态会导致能效下降、排放上升。

因此，传统发电侧调节资源缺口大，难以满足未来新型电力系统不断增长的调控需求。例如深圳电网，本地电源资源少，外来电占比高，调节资源的需求较大。

建筑负荷蕴含巨大调节潜力

随着信息与通信技术的快速发展，电力需求侧的可观、可控性显著增强，挖掘需求侧调节潜力，实现“荷随源动”“源网荷互动”已成为未来高比例新能源高效消纳和新型电力系统安全运行的重要途径。

在电力需求侧众多可调节资源类型中，建筑负荷具有与电网负荷高峰时刻高度重合、柔性调节潜力大、相比新建电厂改造投资成本小的特点，是最优质的灵活资源之一。建筑用电中，空调、屋顶光伏、电动汽车充电设施、UPS(不间断)储能等均具有优越的调节潜力。以空调为例，由于建筑具有一定保温性，因此空调短时改变设定温度或者关断不会立刻引起室内温度的剧烈变化，存在灵活用电调节的时间窗口。对于充电桩，当用户电动汽车接入后，短时调节充电功率，甚至由汽车反向为电网供电对于用户而言也完全可以接受，因此调节灵活性极强。作为多种灵活负荷的天然聚合体，公共建筑是新型电力系统可挖掘灵活资源的“聚宝盆”。

建筑类负荷资源可通过聚合后形成虚拟电厂，参与电网削峰、填谷、备用。“光储直柔”(光伏发电、储能、直流配电、柔性用电)等新型建筑还可探索参与一次调频或者二次调频。以深圳为例，作为我国负荷密度最高的超大型城市，深圳城市化水平极高，大量楼宇、公共建筑集聚，且温度高、湿度大，空调用电占比可达到夏季尖峰负荷的40%左右。因此，在以深圳为代表的南方区域城市电网，对楼宇负荷资源灵活性加以发掘利用，具有独特的禀赋优势。

负荷资源利用方式的创新探索

与发电侧电源高度集中且确定可控的特性相比，建筑负荷调节具有单体容量小、特性差异大、难以持续稳定等“碎片化”特点。如何实现此类“碎片资源”的有效利用是亟待突破的技术难点。

对此，深圳供电局电科院开展了零碳建筑负荷调节机理和调控策略的创新研究，提出采用可调节容量、响应速度、响应可持续时间三个主要指标对建筑负荷调节特性进行描述，将围护结构保温性等建筑指标转化为电网灵活性指标，实现了建筑资源与电网调控体系连接。

在此基础上，绘制城市、城区需求响应潜力地图，回答了“电网调节资源在哪”“有多大潜力”的重要问题。此外，开发了首款建筑负荷组态调节系统，可根据调节场景的不同，自适应选择参与调节的建筑用电设备类型，并匹配差异化控制策略，实现建筑用电与电网的友好互动。

建筑负荷调节有广阔前景

在加快构建现代能源体系的进程中，建筑作为三大用能部门(工业、交通和建筑)之一，加快推进建筑柔性用电规模化发展，对促进未来新能源大规模并网与消纳、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。2021年10月，国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出：提高建筑终端电气化水平，建设“光储直柔”建筑。在“光储直柔”技术加持下，建筑负荷的灵活性将进一步释放，成为新型电力系统灵活性重要来源。

可以预见，对建筑负荷调控领域的前期工作和探索，在未来将具有广阔的应用前景。

(作者：王静单位：深圳供电局电科院)

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