节能低碳技术（办公建筑类）示范子项目 “光储直柔”新型建筑配电系统应用

“中国公共建筑能效提升项目”是由住房和城乡建设部与联合国开发计划署(UNDP)联合实施的全球环境基金（GEF）赠款项目，以进一步完善中国公共建筑领域节能低碳政策与标准，促进高效节能低碳技术的应用，提高公共建筑整体能效水平。项目执行期为2018年10月至2022年10月。项目目标为累计减排5.57万吨二氧化碳，将温室气体排放年增长率由1.8%降至0.6%，并带动全国累计节约化石燃料6523万吨标煤，在中国公共建筑节能领域创造3600个工作岗位。项目从完善公共建筑能效政策制度框架、能效监测和评价机制建设、技术和融资机制示范与推广、能力建设和意识提升四个方面开展活动。项目实施了一系列技术示范子项目和市场化融资机制示范子项目，以推广节能低碳技术，促进创新型市场化融资机制的应用。本专题将分别介绍各示范子项目的情况和亮点。

2020年10月，深圳市建筑科学研究院股份有限公司（以下简称“深圳建科院”）未来大厦项目确定为“中国公共建筑能效提升项目”示范子项目，通过开展建筑低压直流配电技术和需求侧响应技术示范，预计可实现每年1675吨二氧化碳减排，并同时促进建筑分布式能源的规模化应用和“虚拟电厂”供需互动机制的推广。

一、示范子项目简介

深圳建科院未来大厦低压直流建筑示范项目位于广东省深圳市龙岗区的深圳国际低碳城核心启动区内。项目由深圳建科院投资建设，整体采用钢结构模块化的建造方式，总建筑面积6.29万平方米，包括办公、会展会议、实验室、专家公寓等多种业态。项目整体定位于绿色三星级建筑和夏热冬暖地区净零能耗建筑。通过采用 “强调自然光、自然通风与遮阳、可再生能源与分布式蓄能的“光储直柔”技术集成应用”的技术路线，本项目常规能源消耗水平测算为49.01 kWh/(m2.a)，比《民用建筑能耗标准》GB/T51161-2016约束值低51%，比2019年深圳市同类办公建筑平均全年能耗水平91.8 kWh/(m2.a)低46.6%，年度二氧化碳减排量达到1675吨。

图1 未来大厦效果图

二、示范技术亮点

（一）“光储直柔”新型建筑配电系统

未来大厦项目示范“直流+光伏+储能”在建筑中的综合集成技术，实现建筑用电负荷“柔性”调节，促进建筑领域可再生能源利用和消纳。

图2 未来大厦直流配电系统方案示意图

未来大厦配置了150kWp的光伏系统，通过具备MPPT功能的变换器接入建筑直流配电系统的直流母线。由于建筑按照净零能耗建筑标准设计，采用了多种被动式节能措施，因此通过充分利用屋顶光伏，该建筑有望实现净零能耗，但前提是解决光伏负荷曲线和建筑用电负荷不匹配的问题。

图3 未来大厦屋顶光伏

为此，建筑中配置了约300kWh电池储能系统。电池储能系统分三个层级：第一层级是楼宇集中式储能，通过双向可控的储能变换器分别接入母线，用于维持母线电压稳定和辅助全楼负荷调节；第二层级储能分散地布置在末端，服务于48V配电网、控制系统和小功率直流电器；第三层级空调专用储能分布在各楼层多联机室外机附近，协助空调负荷的调节并作为空调备用电源。

在用电负荷柔性控制方面，未来大厦基于直流供配电系统，采用基于直流母线电压的自适应控制策略，利用直流母线电压允许大范围波动特性，建立起直流母线电压与建筑设备功率之间的联动关系，例如空调设备可以在电压较低时降功率运行，建筑储能电池和电动车在电压较高时开始充电，就可以通过调节直流母线电压来调节建筑的总功率，而不需要对所有设备进行实时在线控制。

图4未来大厦典型周恒功率运行仿真

通过集成应用“光储直柔”技术，不仅促进光伏的有效利用，还能实现建筑配电容量显著降低。如果按照常规商业办公楼的配电设计标准，该楼至少配置630kVA的变压器容量。而目前该项目的对市政电源的接口容量仅配置了200kW，比传统系统降低了50%，有效降低了建筑对城市的电量需求和容量需求。

（二）强弱电结合的智能群控制系统

未来大厦项目采用了±375V和48V的两种电压等级的直流配电系统，兼顾高效性和安全性的需求。直流48V特低电压配电主要覆盖人员频繁活动的办公区域，在满足设备供电需求的基础上，从根本上保障人员的用电安全。并且通过可变换的转接头，可以满足各种桌面办公设备的接入需求。各类常见的移动设备都可以方便地连接电源，建筑用户几乎不用为各类移动设备携带各种电源适配器了。

图5 直流自适应插排

通过采用48V直流特低电压使强电和弱电系统紧密融合，一体化配电单元在实现375V转48V变压功能的同时，还内置了分布式控制系统的计算节点（CPN）实现建筑空间内设备分布式智能群控制。利用分布式控制系统的快速组网的优点，在直流配电系统的所到之处，楼宇自控平台的节点硬件也随之配置，从而能够适应多变的建筑空间和使用功能。与此同时，控制策略可通过编写App并下载执行，这为日后基于这套系统的功能拓展留下了无限遐想的空间。

图6直流建筑室内场景

三、预期实施效果

该示范项目将为建筑领域提供可再生能源利用、建筑负荷柔性调节的解决方案，促进可再生能源规模化应用，激发建筑用户的负荷调节潜力，提高城市能源系统的整体效率和效益。如在深圳市每年350~400万平方米新建建筑中应用，直接碳减排量将达到10万吨/年，相当于4万亩森林的碳汇量，降低深圳市每年碳排放增量的12~15%，节能减排效益显著。