新型电力系统视角下建筑侧蓄冷再认识*

张 涛 刘晓华 刘效辰 李 浩 陈 琪

(清华大学,北京)

0 引言

构建新型电力系统是实现“双碳”目标的重要支撑,需要电力系统各个环节发生根本性的转变[1-3]。新型电力系统构建不单单是电源侧结构的转变,更需要源侧与用户侧协同起来应对风电、光电(以下简称风光电)等高比例可再生电力的波动性。“源网荷储”多向协同、灵活互动是构建新型电力系统的坚强支撑[4],这一目标的实现需要建筑等用户侧的角色由单纯的电力用户转变为具有“产储用调”四位一体功能的复合体。建筑自身能源系统的革新,一方面是全面电气化、促进建筑用能结构的低碳化,另一方面也需要建筑能够成为未来新型电力系统中的柔性节点,承担起与电力系统的供给侧、电网侧友好互动的任务[5]。

建筑中的空调系统是用户侧用电的重要组成,也是电力系统在峰谷调节时重点关注的用电环节。电力高峰多为空调用电高峰导致,例如浙江、湖北等地电力部门统计结果显示,夏季空调降温用电负荷占比已近四成,成为电网峰谷差拉大、尖峰负荷凸显的重要原因[6-7];未来随着建筑部门电气化水平的进一步提升,这种温度敏感型负荷在电力负荷中的占比仍有进一步上升的空间。这样,当从整个电力系统视角认识空调系统的角色时,空调系统也不再单纯是电力系统的用户,而是可作为电力系统中的用电环节起到参与电力系统调节的作用。空调系统的构建目标也将发生变化(如图1所示),由满足用户侧的基本热湿环境营造需求、实现空调系统的高效运行(服务于建筑节能目标),进一步转变成电力系统中的柔性用电环节,使得用户侧用电能够更好地响应电力系统的调节需求,推进“荷随源变”。为了适应电力系统的调节需求,建筑侧已采取了蓄冷/蓄热等方式来响应。建筑侧蓄冷是响应电网峰谷电价、辅助电力系统峰谷调节的重要措施,冰蓄冷、水蓄冷等空调蓄冷相关技术已得到快速发展[8-10],在蓄冷系统设计、蓄冷技术装置、蓄冷系统的建设及运行调控等方面均已非常成熟,支撑了大量蓄冷工程的实际应用,例如冰蓄冷、水蓄冷在多座机场航站楼、商业综合体等建筑中得到较大规模应用[11-13],对降低建筑自身用电成本、降低空调冷源总装机容量等起到了很好的作用。

图1 新型电力系统视角下建筑用户及空调系统的角色转变

传统模式下空调系统中的蓄冷多是围绕电网峰谷电价、保障自身空调负荷需求等来设计、运行,在新型电力系统中,如何将蓄冷与电力系统发生的变化相结合,如何将新型电力系统对用户侧的新要求在空调系统蓄冷的设计、运行过程中充分考虑,蓄冷与其他用户侧蓄能方式有何差异,这些问题都亟需解答。为此,本文针对新型电力系统中建筑侧蓄冷的新要求、蓄冷如何更好地服务于用户侧变化等问题开展初步探讨,以期在新型电力系统中充分发挥建筑侧蓄冷的作用、更好地促进电力系统变革目标与建筑自身能源系统革新目标之间的协同。

1 新型电力系统对储能的要求

1.1 新型电力系统对储能的需求

新型电力系统面临风光电出力不稳定、电力供给与负荷需求两端难以完全匹配等瓶颈问题,外部风光电等可再生电力如何有效消纳、建筑侧分布式光伏等可再生电力如何有效消纳、如何应对风光电的波动性等是在新型电力系统中需要设置储能资源来应对的重要问题。

储能是实现新型电力系统实时运行调节的重要手段,是在一定程度上实现可再生供给与终端负荷需求之间解耦的重要抓手,能够为系统实时调节提供有效缓冲空间。从电力系统中储能应对的问题来看,时间尺度上包含长周期、短周期储能,对应有不同的技术解决方式。例如对于年内或季节尺度上的跨季节电力供需不平衡问题,需要一些跨季节储能的方式如储氢、跨季节运行的火电调峰机组等解决方案;对于日间的储能需求,抽水蓄能等可作为电网侧的应对手段,蓄电池等可应对日间或日内不平衡下的储能需求。这些储能方式对应不同的时间尺度,可用于解决不同体量/时间尺度下的能量调蓄问题。

单纯依靠储能电池等现有方式实现能源/零碳电力系统的调蓄,需要投入极大的成本,迫切需要探索经济性合理、可负担的调蓄方式。为此可探索的路径包括:一方面寻求降低储能成本、提高储能技术的方式,电池、各类储能技术一直是热门研究领域,未来随着技术进步,储能成本也存在一定下降空间;另一方面则可通过需求侧的灵活调节来降低系统对储能容量的要求,寻求替代的方式来获得等效储能的效果,这就使得建筑、电动汽车等用户侧有望成为重要的等效储能或调蓄资源[14-17]。

根据所处位置的不同,电力系统中可设置或可利用的储能资源主要包括电源侧储能、电网侧储能和用户侧储能(如图2所示),3种储能资源发挥的作用不同,需要对各类储能资源的合理配置、合理调度进行整体规划。

图2 新型电力系统中可利用的储能/等效储能资源

1) 在电源侧需要有效的储能手段或组合电源来应对风光电的波动性。

风光打捆、水光打捆等实际上是利用了各类电源间的互补性,有助于降低对电源侧储能的要求、更好地利用可再生能源[18-19]。为了更好地平衡风光电等电源侧出力,电源侧需采用集中储能方式,例如风光电电站均需要设置一定容量的储能,来尽可能实现风光电电源侧的储能调节,一定程度上缓解风光电出力的波动性。一些可再生能源发电方式例如光热发电,具有较好的出力特点,自身即可实现太阳能热量的储蓄和发电能力调节,也是一种在电源侧改善可再生电力波动的手段。

2) 在电网侧需要合理的储能方式来为电网调节提供可利用手段。

整体上协调电源与终端用户间电力的供需平衡,是电力系统调度调节中重要的可利用手段。电网侧常见的储能调节方式包括抽水蓄能电站、压缩空气储能电站、集中式蓄电池电站等,其中抽水蓄能电站可实现非常高的储能效率,但对地理条件有较高要求,需要蓄水上库、下库间具有较大高差[20],一些废弃矿坑等也有望改造为抽水蓄能电站;目前各地规划建设的抽水蓄能电站规模达到上亿kW,未来可达到4亿～5亿kW。利用盐穴开展的压缩空气储能,在储电、放电过程中由于空气压缩、高压空气释放等导致大量的冷热产生,需对冷热进行有效利用以提高系统综合性能。

3) 在用户侧充分挖掘其具有的等效储能资源来实现负荷柔性可调、辅助电力系统调节。

用户侧如建筑、交通领域全面电气化会带来终端用电需求的进一步增长,而终端用户具有的储能能力也需要得到进一步重视。终端用户的特点是单个体量较小,远小于大规模电站的能量调度能力,但其特点是具有海量用户、拥有海量的可调节等效储能资源。用户侧的电动汽车、电器设备、空调系统,甚至分布式蓄电池等,都有望成为用户侧可挖掘的储能资源。当前电网与用户互动的重点也包括车网互动、对建筑空调系统的调节等方向[21-23],未来需要进一步解决用户自身等效储能能力的充分挖掘、电网与海量用户之间有效互动等关键问题。

1.2 空调系统可发挥的储能作用

暖通空调系统是用户侧用电的重要组成,也是当前电力系统对用户侧调节的重点环节。电力部门已初步开展建筑空调系统的负荷侧管理工作,通过在夏季用电负荷高峰期对空调系统的冷源进行有效调节,例如在中午需求侧响应时间(1 h)内,通过提高制冷机供水温度等方式,即可在基本保障末端空调温度调节需求的情况下实现空调用电负荷的显著降低[24]。而从空调系统的多环节组成特点出发,可对其具有的等效储能能力进一步刻画(如图3所示),以便对空调系统可发挥的储能调节效果形成整体认识,更好地服务于电力系统的调节过程。

1) 室内末端侧。

主要通过室内环境控制参数的可调节、建筑围护结构自身蓄能特征及末端处理设备(如空气处理机组、新风处理机组)的柔性运行等来实现柔性用能。室内环境控制参数层面,实际上温湿度、CO2浓度均可在一定范围内变化(例如温度可在±1 ℃、±2 ℃范围内变化,相对湿度可在±5%、±10% 范围内变化,CO2浓度也可在较大范围内变化,当然部分环境参数控制要求严苛的场合其参数允许的变化范围相对较小),这种可变参数本身就为柔性用电提供了重要的可调空间,是空调系统能够发挥等效储能能力的重要基础;建筑本体/围护结构具有热惯性,与不同空调末端结合也可进一步发挥蓄能效果,例如混凝土辐射地板可通过提前供冷、预冷或预热等方式实现小时级的热量转移、蓄存释放。

2) 输配系统侧。

可通过管道中冷热水的蓄存能力和输配系统中水泵、风机的变频运行等来获得等效储能能力。例如一些空调系统运行时在冷源系统关闭一段时间后仍能维持末端环境参数,就是利用了管道中蓄存的冷水所发挥的蓄冷作用;输配系统的风机、水泵可利用末端参数的容许变化范围来改变自身运行特征,通过变频运行等柔性调节模式来响应柔性用电目标。

3) 冷热源侧。

主要通过蓄冷蓄热来获得蓄能能力,也可利用冷水水温调节等适应功率调节需求。冷水水温调节(如在需要降低用电功率时适当提高冷水供水温度)等方式仍是从空调系统整体出发、结合末端参数可调等实现的整体等效蓄能效果,而蓄冷蓄热则是冷热源侧的主动蓄能方式。建筑侧蓄冷是建筑自身空调用电主动适应电力供给特征的重要措施,多是根据峰谷电价、空调负荷特点进行系统设计、运行。建筑侧水蓄冷、冰蓄冷等相关技术已发展得十分成熟,在当前新型电力系统建设视角下,需要进一步认识对建筑侧蓄冷的新要求,充分发挥蓄冷的作用。

2 对蓄冷的新要求与新认识

2.1 对建筑侧蓄冷的新要求

冰蓄冷/水蓄冷系统是空调系统中常见的蓄冷手段,分别从空调系统视角和新型电力系统构建的视角出发时,会对这些建筑侧蓄冷方式的基本要求、拟实现的目标等产生不同认识(如图4所示)。建筑侧蓄冷的基本目的仍以满足建筑自身空调供冷需求为基础,目前的设计方法、运行模式等也多是从满足空调系统自身需求和适应电力削峰填谷等要求出发,在设计容量选取、实际运行中也以上述目标为边界条件。例如根据峰谷电价、空调系统自身负荷特点来确定蓄冷的容量,负荷容量选取多以空调尖峰负荷的消减作为指标,根据降低冷源设备总容量投入、负荷消减率、利用峰谷电价差获得经济收益等来确定所需的蓄冷系统容量。制冷机在电价低谷时蓄存冷量,冷负荷高峰或电价高峰时由蓄冷系统释冷、基载制冷机供冷甚至双工况制冷机(可同时运行在蓄冷工况和常规供冷工况)供冷来联合满足要求。

图4 从新型电力系统视角认识空调系统中蓄冷的作用[25]

在蓄冷系统实际运行中,也根据上述设计确定的系统形式、运行目标来确定合理的运行模式。根据实际峰谷电价特点,蓄冷系统可根据建筑实际冷负荷特点、蓄冷系统容量、冷源系统的运行性能等来实现运行模式的优化,通常情况下蓄冷系统的运行以充分利用峰谷电价差、充分将蓄存的冷量在电价高峰时段释放来实现运行经济性的提升。例如很多蓄冷系统的运行模式为夜间电价低谷时段蓄冷(此时通常为建筑侧空调冷负荷需求的低谷,冷负荷需求可利用基载制冷机等满足),而在日间负荷高峰时段(如下午,也通常为电价高峰时段)尽量依靠蓄冷系统释冷并结合其他制冷机供冷来应对冷负荷高峰,其余时段则可根据负荷需求和系统运行特点来确定合理的运行模式。

当以成为新型电力系统中的终端有效储能资源为目标时,建筑侧蓄冷的功能、任务目标也会发生变化。新型电力系统的特点之一为电源结构发生变化:集中电源中风光电大比例增加,需要电力系统各环节设置大量储能调蓄资源应对;建筑等分布式光伏可再生电力大幅增加,有效消纳建筑自身的分布式光伏也需要建筑自身具备一定的储能能力。从整个新型电力系统的构建过程来看,建筑等终端用户有望成为电力“产储用调”的复合体,将建筑变为电力系统中柔性用电节点的目标也迫切需要终端侧具备一定的储能能力。这样,建筑侧蓄冷的目标就不再仅局限于服务建筑自身空调需求或响应峰谷电价获取经济收益,而是应从整个新型电力系统的构建目标出发,从使得用户侧能够更好地满足“产储用调”四位一体的柔性用电终端出发,重新认识其系统设计、运行的基本要求。

当从成为电力系统中柔性节点的目标出发时,建筑侧蓄冷的任务需要考虑自身分布式光伏消纳、协助外部风光电可再生电力消纳、实现建筑自身电力的柔性调节等方面的需求。例如考虑自身分布式光伏消纳时,建筑光伏发电量的高峰时刻多与空调冷负荷的高峰时刻相近,此时蓄冷容量的设计也将转变为在日间消纳多余光伏电力,同时需要与系统中的冷源设备配合来满足空调冷负荷需求,蓄冷系统需要根据此目标来重新选取容量、确定系统运行模式。当以实现建筑自身用电的柔性调节能力为目标时,蓄冷系统也应考虑到空调用电的柔性调节能力,将响应外部电力供给特点等要求体现在蓄冷系统的设计、运行中。

2.2 应对新要求——从系统设计到运行使用模式

新型电力系统构建对建筑侧蓄冷提出了新要求,当以成为电力系统中的柔性用户、更好地满足终端用户柔性用电需求为目标时,建筑侧蓄冷系统的设计容量、系统配置、运行模式等均会产生变化,需要在以往仅考虑峰谷电价、系统冷负荷需求的基础上进一步考虑其作为电力系统中用户侧可调节储能资源这一新角色的新要求。

1) 容量设计方面。

在满足建筑空调冷负荷需求的基础上,蓄冷需要根据目标来确定适宜的容量,从单纯峰谷电价差驱动的容量优选转变为结合电力供给特点和柔性调节目标来综合考虑系统蓄冷容量的配置。例如以消纳建筑自身多余光电或消纳外部风光电基地供给的可再生电力为目标时,光伏电力高峰时刻通常与空调冷负荷高峰时刻相近,而无光伏电力时多为夜间,此时可考虑将建筑夜间的空调冷负荷作为蓄冷系统容量选取的目标,将夜间空调冷负荷转移至白天光伏电力高峰时来有效消纳多余的可再生电力,而在可再生电力低谷时利用蓄冷系统来应对此时全部或部分空调冷负荷需求(如图5所示)。这样,蓄冷系统的设计容量就与可再生电力的供给特点相一致,能够更好地发挥建筑侧蓄冷作为电力系统中调蓄资源的潜力。此外,蓄冷作为建筑侧等效储能资源的一部分,还应当考虑其与建筑中其他可利用储能资源的配合,例如电动汽车充电桩、电器设备、分布式蓄电池等资源,均可作为建筑中可利用的等效储能资源。如何使得蓄冷这一空调系统层面的重要蓄能资源与各类等效储能资源有效协同,共同发挥建筑终端的柔性用电能力,尚需进一步研究。

图5 空调系统与电力系统视角下对蓄冷的不同认识

2) 系统配置方面。

需要根据新的容量配置目标、系统冷负荷需求来确定制冷机配置。例如以消纳日间多余光伏电力为主要任务时,日间光伏电力高峰时通常对应的也是空调冷负荷的高峰,此时系统中制冷机的配置既需要有消纳多余光伏电力的蓄冷机组,也需要能够满足系统冷负荷需求的制冷机,此时系统的总制冷机容量配置是否会偏高?冷源的整体利用率是否会偏低?如何将消纳可再生电力的目标与系统冷源容量合理设置的目标有效结合?这些问题还需要进一步结合可再生电力消纳、自身冷负荷需求等特点来解决。

3) 系统运行模式方面。

任务目标的转变也会导致蓄冷系统的运行模式发生转变,如图6所示。为了将日间电价高峰时段的空调冷负荷“搬运”至夜间电价低谷时段,蓄冷系统原有运行模式多为夜间蓄冷、日间释冷;当前一些地区的峰谷电价已不单纯是夜间为低谷电价,在日间中午时段也可能出现低谷电价,这也反映出光电等可再生电力占比增加后电力供给特点发生了改变,需要建筑侧蓄冷系统在设计、运行中充分适应这种电力供给特点的变化。当以消纳日间光伏电力为目标时,蓄冷系统需要在日间空调负荷高峰时段运行,此时需要蓄冷冷源、供冷冷源等同时运行,一方面满足空调冷负荷需求,另一方面满足消纳多余光伏电力的目标;非光伏电力时段,可根据空调冷负荷需求与冷量蓄存容量来确定合理的运行模式,例如在夜间无光伏可再生电力时,可将日间蓄存的冷量释放出来,满足部分或全部夜间空调供冷需求。这样,蓄冷系统的运行才能更好地适应可再生电力的变化特点,使得用户侧的空调用电需求更好地与可再生发电特点相匹配。

图6 不同视角下蓄冷系统运行模式的差异

3 蓄冷与蓄电

3.1 建筑侧等效储能资源

从新型电力系统的构建要求和对各环节的储能需求来看,建筑等用户侧可利用的等效储能资源主要包括蓄电池类(分布式蓄电)、蓄冷/蓄热类(空调系统、建筑本体围护结构)、电动汽车+充电桩(与建筑配电系统互联互通)、电器设备类(如可调节的柔性电器),如图7所示。这些储能/等效储能资源既有本身蓄能能力、可调节能力的差别,又在很大程度上受到建筑服务功能、建筑自身特点的影响,需要在利用用户侧储能资源过程中加以区分。

图7 建筑中储能资源的分类及影响因素

1) 从可利用储能的确定性和可调度程度来看,建筑侧可利用的等效储能资源中,蓄冷/蓄热、单独设置的蓄电池是确定的可利用储能资源。蓄电池可完全服务于用户侧柔性用电调节,在满足用户空调需求的基础上蓄冷/蓄热也可作为建筑空调系统柔性调节的重要手段来响应柔性调节指令。在对建筑等用户侧的储能资源进行合理配置时,也应重点考虑蓄冷/蓄热、蓄电池等这类具有确定性、可被调用的储能资源,作为发挥建筑柔性调节能力的重要基础资源。而与建筑配电系统互联互通的电动汽车(含充电桩)、建筑中可发挥储能能力的电器设备,很大程度上是具有不确定性的可利用储能资源,均需要在满足用户使用需求的基础上再考虑发挥其可利用的储能潜力。这两类等效储能资源的使用模式、可调节潜力等受到建筑使用模式、人员使用规律等多种因素影响,例如电动汽车的出行使用特征、停留规律等很大程度影响了其与建筑配电系统有效交互的能力;各类电器设备的使用行为也会影响其可利用的调节潜力。在利用这些等效储能资源时,需要在考虑其使用特征的基础上再利用其可调能力。

2) 用户侧各类储能资源的等效储能成本,也是很重要的影响因素。尽管分布式蓄电池可有最直接的储能调节效果,但通常其成本最高,1 W·h的投入成本可达1～2元;尽管随着电池技术的不断突破,未来其成本有一定下降空间,但这种化学储能电池的投资尚难以支撑未来大规模储能的需求。蓄冷虽然仅可在空调系统层面发挥蓄能调节效果,但其投入成本(例如水蓄冷的初投资成本约在0.1～0.3元/(W·h),冰蓄冷的投资成本约在0.3～0.4元/(W·h)[26])要显著低于蓄电池,这也使得其有望成为用户侧等效储能资源的重要选项。对于充电桩+电动汽车的等效储能方式,尽管不需要为汽车电池额外投入,但需要适宜的充电桩作为接口、需要适宜的充放电运行调节策略。建筑中的设备电器作为等效储能资源,也几乎无额外投入,但需要在合理使用模式、建筑自身功能保障基础上,进一步考虑其可利用的调节能力。

3.2 建筑侧蓄冷与蓄电

从实现建筑柔性用电的目标来看,与蓄电相比,蓄冷可发挥的作用受到限制(如图8所示):蓄冷仅能解决空调系统的柔性调节问题,对应空调系统部分的功率、能量调节能力;蓄冷系统输入的是电力,输出的是冷水(冷量),仅能通过蓄存电力来解决空调需求(电力→热力)。而蓄电则可适用于对整个建筑用电功率、能量的调节,服务于建筑中所有用电环节的能量柔性目标,蓄电池是实现电力蓄存、释放的有效措施(电力→电力)。

图8 建筑中蓄冷与蓄电发挥作用的对比示例[27]

蓄冷可发挥多大的功率、能量调节作用,与建筑功能类型、使用特征、空调负荷需求等密切相关。以某办公建筑为例,根据其逐时用电负荷(空调用电负荷和其他用电负荷)、蓄冷(折合电量)和蓄电同等容量投入下的柔性用电效果,可对比蓄冷与蓄电的差异[27]。在供冷季蓄冷可用于解决空调冷负荷/空调用电的柔性调节问题,但由于蓄冷仅能应对空调负荷部分的柔性调节需求,且空调负荷逐日、逐时波动特征使得蓄冷可发挥的效果要低于蓄电。定义同等容量下蓄冷与蓄电发挥的柔性用电效果之比为二者的等效系数α,上述案例中的等效系数在0.6左右(供冷季)。这就说明在同等容量(等效电量)投入的情况下,1份蓄冷可发挥的柔性用电调节效果仅能相当于约0.6份的蓄电;当进一步考虑空调蓄冷仅能在供冷季发挥作用而蓄电可在全年发挥作用时,蓄冷、蓄电二者的差异更加显著,上述等效系数也会进一步降低。当然这一等效系数与建筑用电负荷构成情况、用电柔性需求目标等因素相关,但仍可说明蓄冷与蓄电在实现柔性用电调节方面的差异。

从使得用户具有等效储能能力、满足建筑侧柔性用电的目标来看,蓄冷、蓄电均是可选的方式,但在实际工程中还需要关注如何合理选取这两种储能方式,二者的主要区别见图9。

图9 建筑中蓄冷与蓄电的比较

1) 从使用场景和发挥效果来看,蓄冷仅用于空调系统的柔性调节,而蓄电可服务于建筑整体的柔性用电目标,因而考虑蓄冷容量发挥的效果时,需考虑其与蓄电之间的差异,可通过等效系数的方法来刻画这种差异,该系数受不同类型建筑、不同运行模式的影响。

2) 从能量蓄存、释放效果来看,二者均为输入电力,但蓄冷仅能蓄存电力、释放冷量,蓄存、释放效率(损失)主要受到保温效果的影响,会有一定的冷量损失(日冷量损失大约在2%水平[28]);蓄电池可实现电力的蓄存、释放,但其蓄存、释放效率也仅在0.9左右,存在10%左右的能量损失。蓄冷、蓄电均可实现能量的多次蓄存、释放,如冰蓄冷、水蓄冷的蓄存、释放次数可满足空调系统10年以上的使用需求;蓄电池虽有循环寿命限制,但锂电池的循环次数已可达上千次,也可较好地满足建筑侧蓄能的使用需求。

3) 从投入成本来看,蓄冷的初投资会显著优于蓄电(折合到单位W·h电量),即便进一步考虑到蓄冷可发挥的电力蓄放作用要小于蓄电,考虑蓄冷的等效折算系数后,当前蓄冷的经济性仍要优于蓄电;当然未来随着蓄电的成本进一步降低,二者的初投资比会有一定改观。

4) 从蓄存能量密度、占地等方面来看,蓄电具有极高的能量密度,所需的占地面积要显著小于蓄冷。蓄冷的能量密度与蓄冷介质密切相关,水蓄冷的单位体积能量密度约在0.04 MJ/L(以10 ℃水循环温差为例),冰蓄冷方式则可达约0.3 MJ/L(冰的相变潜热约为335 kJ/kg),一些新开发的蓄冷介质的能量密度也可达0.1～0.2 MJ/L[29]。而蓄电池的能量密度通常可达0.8～0.9 MJ/L,甚至更高。蓄电池的能量密度通常可比蓄冷方式高1个量级,在减少蓄能系统的占地面积上具有显著优势。

5) 从实际运行管理、安全性要求等方面来看,建筑侧水蓄冷、冰蓄冷一般与空调系统的制冷站统一设置,由专门的人员运维管理,安全性较高。建筑侧分布式蓄电池尚处于发展阶段,已有的建筑侧蓄电如不间断电源(UPS)多作为备用电源,电池类型(如铅酸电池)、充放特性与可在建筑电力系统中多次充放的分布式蓄电有明显区别,还需要在适宜的蓄电方式上进一步探索。在当前蓄电池发展方向仍以锂电池为主的趋势下,对建筑侧蓄电的安全性仍有非常高的要求,还需要进一步探索在满足蓄电需求下同时保证安全性的技术措施,以便进一步促进建筑侧分布式蓄电方式的发展。

从上述建筑侧蓄冷、蓄电方式的综合性能对比来看,现阶段建筑侧蓄冷仍是用户侧蓄能的重要手段,在适宜的场合可作为实现建筑柔性用电的有效途径。

4 结论

新型电力系统是实现能源革命和碳中和目标的关键环节,需要“源网荷储”协同运行,需要用户侧储能能力的支撑。建筑等用户侧未来将有望成为集“发储用调”于一体的电力系统柔性节点,需要在自身储能资源的利用上寻求适宜途径。为此,本文从新型电力系统构建视角出发,针对建筑侧蓄冷的新要求、应对方式等进行了探讨,以期为用户侧储能手段的合理设计、运行提供有益参考。

1) 新型电力系统的构建需要各环节投入储能资源来应对电源结构的变化、风光电波动特征的影响,用户侧具有的储能资源包含蓄冷/蓄热类、电动汽车、电器设备及单独设置的蓄电池等主要类型,建筑侧蓄冷将成为电力系统中重要的终端储能手段。

2) 作为重要的用户侧储能手段,建筑侧蓄冷从单纯响应峰谷电价转变为适应自身光伏电力消纳、外部可再生电力消纳、实现建筑柔性用电等目标,需要重新考虑蓄冷系统的容量选取、系统设计和运行模式,以便与新的目标要求相契合。

3) 从用户侧可利用的储能资源来看,建筑侧蓄冷与蓄电相比,尽管蓄冷仅能在供冷季、针对空调用电发挥柔性调节能力(同等等效蓄存电量下蓄冷可发挥的效果不如蓄电池),但当前其成本显著低于蓄电方式,具有一定优势,应在终端储能资源设计选取时优先考虑。