大力发展建筑柔性用电迎接新电气化时代

　　供给侧与消费侧的能源革命主要包括三方面：一是保证能源安全，对外依存度不能高；二是改变能源结构，解决雾霾问题；三是大力减少化石能源，从而实现低碳发展，应对气候变化。

　　要实现这样的能源革命目标，就必须大力发展非碳、零碳能源，减少对化石能源的依赖。路径就是大比例发展水电、风电、光伏、核电等可再生能源，从依赖化石能源转为依赖非碳能源。这些非碳能源的特点是都带“电”字，所以能源利用路径从原来的化石能源发电、供热转为直接从可再生能源发电。因此要大幅度提高城市能源用电比例，迎接新电气化时代的到来。

　　以往发电厂对末端用户的连接是刚性的，即任何一个时候发出的电都得在这一瞬间消耗掉，供需之间是强耦合的。但现在可再生能源电力的不确定性、随机性非常强，电力消费侧结构也在逐渐调整，工业用户比例变少、民用建筑比例变大，也有随机性因素。这两个随机性互相叠加，导致供需关系矛盾日益突出，所以必须变刚性连接为柔性连接，改为大比例的可再生能源电力，这种柔性连接供需的电力关系，将成为新一代城市能源系统里最主要的课题。

　　随着现代化城市发展，建筑、交通用电比例越来越大，电动汽车有可能替代燃油车，成为主要的交通方式。随着电动汽车的使用比例增加，若用现在的模式解决充电桩问题，对电网冲击极大，并且极不稳定。同时，建筑中大量的变压器、设备有空载现象，再加上建设充电桩，使城市配电容量加大一倍甚至更多，这将给城市配电系统安全稳定运行带来较大挑战。

　　解决问题的核心是发展建筑的柔性用电模式。

　　如何最大化利用充电系统、建筑用电系统？调节电力系统负荷变化，匹配可再生能源的柔性负载，是当前面临的大问题。这几年国内不少企业、研究机构认为，未来要在建筑中安装蓄电池，和室外充电桩相连，实现全直流化。

　　直流最大的好处在于负载从刚性变成了柔性，允许直流侧电压在±30%范围内变化且不会影响任何供电。

　　还有一类可间歇运行的装置，根据电压的变化调节，在低压时关闭，高压的时候再打开。只要靠直流电压的母线变压变化为信号，传导至各个末端，各个末端根据自己的特征自行调节容量变化，实现柔性。

　　这个柔性有多大？初步估计，根据电压变化响应，办公建筑用电负荷变化幅度可达到15%-30%，酒店则能达到30%。

　　原来不考虑柔性的时候，要安装很大容量的电池才能实现建筑物的柔性用电。现在考虑了建筑本身负荷可以调节后，不需要安装超大容量的电池就可以实现建筑整体柔性，还可以进一步提高供电可靠性和供电质量。

　　居住建筑比办公建筑更容易实现分布式蓄电，以实现电的稳定性需求。充分结合电动汽车的动力电池与充电桩，可有效利用建筑用电低谷时的容量，不仅无需增加总供配电容量，还可减少约一半分布式蓄电池的配置容量，从而使成本大大降低。这时候大量电动汽车接入电网充电不仅不是“祸害”，还能“变废为宝”。

　　北京市现有约8亿平方米的民用建筑、约200万辆电动汽车，用电负荷约800万千瓦，如果有一半建筑可以变为直流系统，并按照上述方法设计充电桩，就无需再给河北电厂增加压力，还可以接收1000万千瓦的可再生电力，并大规模发展风电。同时因为没有了用电高峰，整个城市配电网容量会大幅度降低，这将从根本上改变城市电力系统。