天津大学田喆：建筑能耗可有效提高用户侧灵活性

2022-03-07

【国际能源网讯】由中国电力企业联合会（售电与综合能源服务分会）、中国国际商会、中国海洋工程咨询协会海上风电分会联合主办的“2020中国新能源高峰论坛”在2020年9月，6日至8日在盐城举行。

天津大学环境工程学院教授、博士生导师田喆出席智慧能源论坛并发表题为“区域智慧能源关键技术实现”的主题演讲。

以下为演讲全文：

田喆：大家下午好，很荣幸能够和大家分享我们在盐城智慧能源方面的经验和体会。先来看一组数据，这是2019年国际可再生​​能源组织关于未来可再生能源驱动蓝图的报告。

数据显示，2017年全球总装机容量的34%为可再生能源，其中22%来自风电，17%来自光伏。2018年，国际可再生​​能源机构预测，响应巴黎气候大会决议，低碳电力市场，到2050年，85%的发电量将来自可再生能源，光伏和风力发电能力将增长到，可再生能源发电量将达到60%。

这个数据并不是特别重要，关键是看未来发展的趋势。

事实上，我国也制定了非常雄心勃勃的低碳能源战略。我国已经从现在的煤炭时代走向油气时代，进入未来的低碳时代。未来电力供应中，光伏和风电占比将超过20%。

2019年我国光伏、风力发电占全国发电量的比重约为8%至9%以下，未来将达到20%。如此大幅度的增长，必然会面临消费问题。

如何消费？要大幅度提高电力系统的灵活性，可以从生产、输电、配电、使用等方面提高灵活性。但是对比这两个数字可以看出，未来用户侧灵活性的提升还有更大的潜力和空间。

建筑实际上是一个非常重要的能源消耗终端。在我国，20-25%的能源消耗由建筑消耗，而在发达国家，建筑能源消耗的比例将占到40%。

以上20-25%是我国的平均水平。在我国一些发达地区建筑能耗管理系统，建筑能耗占比已接近甚至超过部分地区发达国家的平均水平。例如，在北京，北京地区建筑能耗达到45.6%，远超发达国家平均水平。建筑能耗的70-80%用于供暖、空调和照明。

当然，除了这些其他的东西，我们还有电梯的能耗和一些电器设备的能耗。可见：一是建筑是综合能源非常好的应用载体；二是建筑将成为能源消费终端不可忽视的力量。在我国的低碳能源革命中，用户侧从现在的煤炭时代走向油气时代，进入低碳时代非常重要。

在建筑中，目前建筑能耗的35-40%是电力消耗的比例，另外很大一部分是使用化石能源的消耗。建筑能耗将是未来非常重要的电力载体。

多年来，建筑能源系统也发生了变化。首先，建筑的能源系统从现在的使用能源的建筑逐渐变成了使用能源的建筑，也就是说，以前只是一个能源消费终端。例如，大量的光伏安装在建筑物中；第二，从简单的能源利用到综合能源利用，未来会有电动汽车，这种能源利用形式将从简单的能源利用向综合能源利用转变。

此外，储能也将由单一储能向多储能转变。刚才，很多专家谈到了电池储能。事实上，热能储存也是一个非常重要的环节。现在电池储能成本约为1.5-2元/Wh，而热能储能仅为0.1元/Wh。

对于建筑能源系统，可以概括为未来发展具有综合性和复杂性。这种全面性和复杂性虽然给我们带来了很多操作上的困难，但也给我们提供了一个机会，即有多种组合可能。，即为未来电网的灵活性提供更好的支持。

电力系统灵活响应的手段通常有四种：一是需求限制和减少；二是需求传递，三是现场发电，四是频率响应。建筑能源系统可以充分响应当前电力系统所需的灵活、响应迅速的技术手段。

这是对20000平方米以下的建筑物的空调系统的冷水机进行切断，在运行时将冷水机切断。在不影响用户舒适体验的前提下，看它的电量减少和持续响应时间。从这张图中可以看出，在冷气机断电的情况下，持续响应时间可以在10分钟到90分钟左右，不影响室内用户体验，还能降低冷气机的功率。这种连续响应的持续时间与负载的大小有关。同时，如果将室内温度上限从 28 度调整到 29 度，可以让我们的持续响应时间再增加 30 分钟。

通过项目的实际运行发现，传统的楼宇控制模式无法有效发挥灵活响应电力调控的潜力。因此，我们提出目前空调系统的控制方式采用LDC，即基于规则的控制方法，其次是最优解，最好的一种是基于MPC。显然，MPC 效果最好，但复杂度也很高。

建筑能源管理系统要想很好地响应未来电网的需求，吸收并实现灵活的能源消耗，就需要一个好的建筑能源管理系统。这个建筑能源管理系统必须有状态传感模块和非常准确的负荷预测模块和需求响应模块，对所有能源系统进行全面的能源调度管理，包括光伏、电池、冷水机、空调、生活热水、照明、等，并使用MPC控制空调系统。

综合能源调度不仅需要日前调度，还需要日间调度和未来评估。空调系统的智能运行和控制必须能够非常准确地预测热负荷，建立建筑物的热功率模型、管网输配电模型等，最终实现对热负荷的协调控制。总功率。

由于大楼还将安装光伏和储能系统，因此还需要对多个电源进行智能管理和控制，并进行无缝切换。

正是因为有了这样的技术，建筑能源系统才能变得更加灵活。当市电不足时，可无缝切换到光伏系统和光储系统，保证变压器高负载、高效率运行。这种节能效果非常明显，也包括用户的不灵敏体验。

（演讲按速记整理，未经嘉宾点评）