论光储直柔的应用

孙剑科

摘要：碳排放消费及能源控制是实现社会碳达峰目标的关键点，基于我国的国情及遵循能源发展的规律，以能源生产清洁化、能源消费电气化为方向作为出路，致力提高能源效率、优化能源结构、严控传统非清洁能源总量，构建以清洁主导、电能为中心的现代化能源体系，充分发挥光储直柔技术。

关键词：光储直柔技术；智慧园区能源设计；光伏发电；储能系统；直流电网优化

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1 绿色低碳发展的重要性

随着全球气候变暖和资源短缺问题的加剧，绿色低碳发展成为国际共识，为响应民众健康及可持续发展的需求，推动经济社会发展方式的深刻转变刻不容缓。其中能源转型，尤其是电能的绿色低碳化利用是降低环境污染、减少温室气体排放的关键环节。这涉及到大规模推广新能源的利用，比如太阳能、风能、地热能等，同时需要高效的能源存储和管理系统，以支持可再生能源供电的稳定性。光储直柔技术作为集光伏发电、储能和直流输配电于一体的创新型能源方案，正符合这一转型需求。据报道，当前中国建筑能耗占社会总能耗的约50%以上，而且这一数字还在持续攀升[1]。这不仅加大了对传统能源的依赖，也导致了碳排放的快速增加，实现绿色低碳发展的压力随之上升。如同江亿院士提出的直流建筑概念，倡导采用直流电作为建筑配电系统，这样能更高效地与光伏等新能源技术相结合。在光储直柔体系下，不仅能提高能源利用效率，实现零碳建筑的目标，还能优化能源消费结构，切实降低碳排放。如此可见，光储直柔的设计理念和技术实践已经成为未来能源利用和建筑设计的重要趋势。对建筑领域而言，这种模式不仅提升了建筑物的能源独立性，而且减少了电网负荷，实现源网荷储的高效协同，为建筑运行和电力系统提供了良好的互动平台。因此，发展高效能源利用系统是实现绿色低碳发展战略的重要支撑，而光储直柔技术以其独特优势在新能源领域中充当了支柱性作用。事实上，构建以光储直柔为核心的新型能源系统已经成为国家战略，被视为完成节能减排和生态文明建设重大任务的有效途径[2]。

2 现代存量建筑的现状

随着可再生能源的兴起及对碳排放控制的迫切需求，建筑领域面临着传统能源建筑向低碳绿色建筑的转型。现代存量建筑普遍存在能源效率低下的问题，结构上对新能源并非完全兼容，而且在电力系统、供热供冷系统等方面与可再生能源集成的探索有待深入。光储直柔直流建筑以其独特的综合能源利用方案，通过集成光伏发电、能量存储和直流输配电力系统，展现了助力建筑节能降碳的巨大潜力。据研究显示，光储直柔技术的应用在降低建筑能耗上具有显著效果，其集成的光伏系统最高可满足建筑80%的电力需求，同时也有助于提高建筑电气系统的可靠性与供电的稳定性[2]。此外，储能系统的应用可在太阳能发电不充足的时段提供电力，实现能源使用的最优化与时间错峰，而直流系统则能最大限度的减少系统内能源转换过程中的能源损耗。针对实际情况，已有研究表明，与传统交流电系统相比，直流建筑能在电气转换、传输和终端使用上获得约5%至10%的能效提升[2]。此外，直流建筑在安全性方面也有所考量，过载保护、故障隔离等电气安全技术的集成有效减少了电气火灾等安全事故的可能性[2]。为促进光储直柔技术的健康有序发展，相关标准体系的研究与建立是不可或缺的一环[2]。标准体系不仅包括设计、施工、评估等多个层面，还应特别涵盖光伏、储能、直流输配电等关键技术的规范，以确保工程项目实施的系统性与完整性。

3 可再生能源解决方案 – 光储直柔

随着全球能源危机与环境问题的日益严峻，传统的以化石能源为主的能源结构正在面临转型升级的挑战，而可再生能源技术则因其清洁、低碳的特征而受到广泛关注。在这一背景下，“光储直柔”技术应运而生，其设计理念与应用模式在推动能源产业的绿色低碳转型方面成为了重要的创新途径。光储直柔技术通过集成分布式光伏发电、高效储能系统、直流供电和柔性用电负载管理，构筑起一座技术新峰，旨在有效提高能源利用率，促进可再生能源的整合与优化。研究表明，通过应用光储直柔技术，能够实现园区可再生能源的百分之百本地消纳，实现电量的优化调控和安全可靠供应[1]。分布式光伏系统能够根据天气情况调节发电量，高效储能系统则在电力供应过剩时储存电能，在需求高峰时释放电能，直流供电网络减少交流电输送过程中的损耗，而柔性用电系统则通过智能调控，实现负荷的高效管理和能源的全时段均衡使用[1]。根据我之前负责的绥德路小型办公改造装修项目，为满足超低能耗建筑认证的要求，解决方案之一就是光储直柔技术，利用屋顶区域安装光伏组件，总装机容量99KWp，光伏发电自用率达到80%以上，直流末端采用直流照明，直流插座，直流风盘、空调以及直流充电桩等，在实际使用过程中，直流末端对于实际发电能量的消纳率达到95%以上，占整个建筑用电负荷的20%左右，即达到了低能耗的建筑要求，也为业主节约了一大笔能源费用，

同时也有一定的项目示范作用，而且光储直柔技术在促进园区智能化、提升能源系统韧性方面也具有显著优势，以储能为纽带，实现电网的高度变通性与稳定性。通过智能控制系统，能够实现用电双向互动，模拟随着负荷需求的动态变化，确保供需平衡及经济高效运行[1]。该技术不仅在技术层面解决了传统能源模式中存在的问题，如低效率、大规模污染等，而且在促进社会经济的可持续发展，推动智慧城市建设方面也具有不可替代的作用[1]。

4 光储直柔的技术分析

在分析'光储直柔'技术的应用前，我们必须对其构成进行细致考察。该技术体系以分布式光伏发电技术为核心，实现将太阳能直接转化为电能的高效路径。在'光'的部分，屋顶分布式光伏及建筑光伏一体化技术的采用，使得能源的获取变得更加便利，环境影响较小，有力支撑了智慧园区绿色能源的实现目标。现阶段，根据光伏发电的效率及建筑整体设计的匹配性，光伏系统可设计为高度自适应和集成化程度，以满足不同建筑对能源的需求。'储'方面则体现为电能的存储与调度能力，通过蓄电池和其他存储设备，为能源系统提供均衡负荷和应急储备功能，增强了整个园区的电力供给稳定性。具体来说，智慧园区内的储能系统能够实现削峰填谷，优化电能管理，提高供电系统的容错能力。'直'即低压直流配电系统，将传统的交流电转换为直流电，从而提升能源效率，减少传输损耗。'柔'则强调负载端的可控性和灵活性，通过智能管理实现能源消费的最优化部署，以及与分布式光伏的高效互补。而当中新增的储能充电站的推广，则是推动光伏与新能源汽车融合发展的重要举措。按照相关预测，至2050年，我国电化学储能容量或达3.2亿千瓦时，显示出储能技术的强劲发展势头。综上所述，'光储直柔'技术涉及的技术节点，不仅提升了能源的可持续性和谐整体环境的适应性，还极大提高了能源利用效率及网络的操作灵活性，此一技术的落地应用，将在满足智慧园区能源需求的同时，实现经济与环保的双重收益，与国家清洁能源发展战略步调一致，具有广阔的应用前景。

5 光储直柔的应用场景和发展

随着全球对清洁能源需求的不断提升，光储直柔技术以其高效的能源转换和存储能力受到了广泛关注。光储直柔技术通过集成光伏发电、储能系统、直流输配电以及柔性控制等环节，显著提高了能源利用效率和系统运行的稳定性[1]。不仅在智慧园区设计中，该技术的应用优化了负荷曲线，提高了电能质量，增强了供电可靠性，尤其在峰值负荷时期有效削减了能源浪费[1]。针对分布式光伏与新能源汽车的融合发展，光储充一体站应用逐步推广，不仅满足了日渐增长的电动汽车充电需求，还促进了电化学储能技术的多维度发展，如预测显示，我国2050年电化学储能容量可达3.2亿吉瓦[1]。此外，光储联合系统在解决光伏出力的季节差异问题上发挥了重要作用。通过建立光伏电力系统调节能力需求模型，评估系统获得调节能力的同时，也能够评价光伏系统对整个电力系统的贡献和影响[3]。除此之外，针对光伏发电系统的固有问题，如出力不稳定性和不可预测性，储能系统的配置和优化控制策略变得尤其关键[3]。在改造类项目上的需求也有极大的用武之地，光储直柔技术的发展为智慧城市、智能微电网等多种应用带来了新的发展机遇，在未来的能源互联网构架中将扮演着举足轻重的角色。

参考文献

[1] 江宇萌;张玉婷.基于“光储直柔”技术的智慧园区设计应用[J].机电工程技术,2022:3.

[2] 王昊晴,刘宁,马钊.面向安全可靠用电需求的"光储直柔"直流建筑标准体系研究[J].供用电,2022:15-20;57.

[3] 含高比例光伏电力系统中光储联合系统的优化控制[D].东北电力大学,2021.

[4] 张晶,吴泽志,陆岫昶,等.考虑直流电力弹簧的"光储直柔"系统协调控制策略研究[J].供用电,2023

[5] 苏丹.基于A-D-A结构非富勒小分子受体材料的设计,合成及光伏性能研究[J].,2020

[6] 莫理莉,陈志忠,王静,等."光储直柔"建筑电气设计探究[J].智能建筑电气技术,2022

[7] 刘培涛.过渡金属基材料在锌-空气电池中的应用[J].,2020

[8] 张志聪,秦海峰.简析公共建筑光储直柔设计与管理[J].智能建筑电气技术,2023

[9] 李焕焕.以家庭为中心的遗传性结直肠癌基因检测决策辅助工具的构建与应用[J].,2022

[10] 新型.工程热物理所激光热效应组装柔性纤维器件研究取得进展[J].化工新型材料,2020

[11] 范艳华,胡光武,于帅芹,等.TiO2纳米阵列∕石墨烯复合材料在水处理和能量转换与储存中的研究进展[J].中国科学:材料科学(英文版),2019

[12] 孙爽淦.ZnFe_2O_4@MnO_2和af-MWNTs的水热合成及其在超级电容器和太阳能电池中的应用[J].,2019

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