城市住宅等類型建筑,由于室內用能人員的在室特點,白天用電負荷較低、夜間用電負荷高,與光伏發(fā)電時間相差較大,如圖所示。
但是,住宅建筑的屋頂具有較好的光伏利用條件,根據(jù)對既有住宅建筑的調研發(fā)現(xiàn),不同體形的住宅建筑屋頂光伏可利用率可達到20%以上,而對于新建建筑,若進一步優(yōu)化屋面形態(tài)設計(如采用不等坡)、減少屋面其他設備的占用面積等,可進一步將屋頂光伏的可利用率提升至40%以上。同時,住宅中用戶用電強度不高,這使得住宅建筑中光伏發(fā)電量在總用電量中占有較大比例。
綜合以上兩方面,住宅建筑僅靠自身用電特性,其光伏白天的發(fā)電量較難被自身完全消納,可以采用自身柔性調節(jié)、隔墻售電或余電上網(wǎng)三種技術途徑解決該問題。其中,余電上網(wǎng)是當前最簡單的方法,但隨著未來分布式光伏發(fā)電量在電網(wǎng)中的比例增加,這種方式會給電力系統(tǒng)帶來巨大的調節(jié)壓力,因此不作為主要的解決方式。以下分別對另外兩種方法的適用性進行探討。
1.采用自身柔性調節(jié)
采用自身柔性調節(jié)主要依靠用電設備的可調節(jié)能力,以及在電力系統(tǒng)中設置儲電設備。目前,住宅建筑中主要使用的家用電器可調節(jié)能力有限,平移延時型設備主要可考慮蓄熱水箱、洗衣機等,變功率型設備主要可考慮分體空調,而其他大部分用電設備根據(jù)住戶使用習慣,暫時很難參與深度調節(jié)。此外,各種蓄電池的成本較高,也存在一定的安全隱患,其經(jīng)濟性和安全性仍是現(xiàn)在阻礙儲電裝置大范圍使用的主要原因。
然而,可以預見的是,隨著未來家用電器的發(fā)展,自身帶有蓄電池的可充電電子設備將大量普及,如筆記本電腦、充電臺燈、移動電扇等,這將大大提高用電設備的平移延時調節(jié)能力。同時,隨著蓄電池成本的下降以及安全性的進一步保障,儲電設備的應用也將大幅提升。此外,由于住宅建筑相應配套的電動車數(shù)量龐大,停放時間比較長,在未來還可以通過車網(wǎng)互動雙向充放電技術,利用富余的電池容量作為可移動的儲電池設備在電網(wǎng)中發(fā)揮調節(jié)作用。
2.隔墻售電
隔墻售電可以在有條件的情況下,把白天光伏多余的發(fā)電量售賣給相鄰的公共建筑,就近解決電力平衡問題,并且可以獲得一定的經(jīng)濟效益。但由于光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性,以及我國現(xiàn)行電價機制的限制,這種方式在我國尚未普及。隨著電力領域政策的不斷改革,分布式發(fā)電市場化交易的積極推進,隔墻售電這種模式有望在不久的將來穩(wěn)步開展。
綜合以上分析,住宅等用能時間與光伏發(fā)電時間相差較大的建筑,在現(xiàn)階段受用電設備調節(jié)能力、儲能設備經(jīng)濟性以及分布式發(fā)電市場政策等因素影響,采用光儲直柔技術的難度較大,但未來隨著家用電器的發(fā)展、儲能設備成本的降低,以及我國逐漸利好的政策推進,這類建筑同樣對光儲直柔技術有較好的適用性。
特約撰稿人 劉燁 李婷
(作者單位:清華大學建筑節(jié)能研究中心)
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