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。而建筑負荷，則蘊含著巨大的調(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)正面臨嚴峻挑戰(zhàn)。一方面，燃氣、抽水蓄能等靈活電源在我國電源裝機中占比遠低于國際先進國家和地區(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)致靈活的燃氣電廠在冬季失去調(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，火電機組運行處于非額定低負荷率的備用狀態(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。
建筑負荷蘊含巨大調(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，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，建筑負荷具有與電網(wǎng)負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。作為多種靈活負荷的天然聚合體，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)用電占比可達到夏季尖峰負荷的40%左右。因此，在以深圳為代表的南方區(qū)域城市電網(wǎng)，對樓宇負荷資源靈活性加以發(fā)掘利用，具有獨特的稟賦優(yōu)勢。
負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荷調(diào)節(jié)機理和調(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)對建筑負荷調(diào)節(jié)特性進行描述，將圍護結(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，加快推進建筑柔性用電規(guī)?；l(fā)展，對促進未來新能源大規(guī)模并網(wǎng)與消納、實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(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，建筑負荷的靈活性將進一步釋放，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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