天津大学田喆：建筑能耗，未来将是电力非常重要的载体

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”于2020年9月6日-8日在盐城召开。能见App全程图文直播。

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》的主旨演讲。以下为发言全文：

田喆：大家下午好，非常荣幸能够在盐城和大家分享们在智慧能源方面的心得和体会。先看一组数据，这是2019年国际可再生能源组织对未来可再生能源驱动的一个蓝图的报告。

数据表明，2017年世界发电总装机容量34%为可再生能源，总共是2000GW，其中有22%来自于风电，17%来自于光伏。国际可再生能源署2018年预测，为了响应巴黎气候大会的决议，低碳化的电力市场，到2050年电的发电量将会有85%是来自于可再生能源，而光伏和风力发电容量将会增长到1300GW，可再生能源发电量将达到60%。

这个数据并不是特别重要，关键是要看到未来发展的趋势。

其实，我国也制定了非常雄伟的一个低碳能源战略，我国从当前的煤炭时代跨越油气时代，进入未来的低碳时代，在未来电力供应中，光伏和风电电力占比要超过20%。

2019年，我国光伏和风电发电量占全国发电量大概8%不到9%，未来要达到20%，如此大幅提升就会不可避免的面临消纳问题。

如何消纳？需要大幅度提高电力系统的灵活性，灵活性从产、输、配、用这几个环节都可以提升。但是对比这两张图可以看出来，未来在用户侧灵活性的提升方面，具有更大潜力和空间。

建筑实际上是一个非常重要的能源消费终端，在我国有20—25%的能耗是被建筑给消耗掉了而在发达国家，建筑的能耗的占比会占到40%。

上述20—25%是我国的平均水平，在我国一些发达地区，建筑能耗的占比已经接近甚至部分地区已经超过发达国家的平均水平。比如北京，北京地区的建筑能耗已经达到了45.6%，远超发达国家的平均水平。在建筑能耗中有70—80%的能耗用于供热、空调和照明。

当然，除了其他的这些以外，我们还有电梯的用能和一些电器、设备的用能。可以看出来：第一，建筑是一个非常好的综合能源的应用载体；第二，建筑会成为能源消费终端一个不容忽视的力量。在我国低碳能源革命中，要从现在的煤炭时代跨越油气时代，进入低碳时代，对于用户侧至关重要。

在建筑中，当前的建筑能耗里面有35—40%是电力消耗的占比，还有其他很大一部分是使用了化石能耗。建筑的能耗，未来将会是电力非常重要的一个载体。

建筑能源系统这些年也在发生变化。第一，建筑的能源系统从现在用能的建筑，也就是说以前只是一个消耗的能源终端，现在逐渐变成了一个产用能的建筑。比如在建筑中大量安装光伏；第二，从简单的用能变成综合用能，未来还会有电动汽车，这种用能的形式将会从简单的用能变成综合的用能。

此外，储能也会从单一的储能变成多元储能。刚才也有多位专家谈到电池储能，其实热力储能也是一个非常重要的环节。电池储能的造价现在大概是1.5—2元/瓦时，而热力储能只有0.1元/瓦时。

对于建筑能源系统，可以概括成未来的发展有综合性和复杂性，虽然这个综合性和复杂性给我们带来很多运行困难，但同时又给我们提供了一个机会，就是有多种组合的可能，也就是为未来电网的灵活性提供更好的支撑。

电力系统灵活响应的手段通常有四个：第一个是需求限制和降低；第二个是需求转移，第三个是现场发电，第四个是频率响应。建筑能源系统完全可以对应现在电力系统所需要的灵活响应的技术手段。

这是对一个不到2万平米建筑的空调系统进行冷机切断，在运行过程中把冷机断掉，在不影响用户舒适体验的前提下，看它的电功率降低和持续响应的时间。从这个图上可以看出来，当把冷机切断之后，持续响应时间大概可以在10分钟到90分钟，不影响室内用户体验，冷机的功率可以降下来。这个持续响应的时间，和负荷大小有关系。同时，如果把室内温度上限，从28度调到29度，又可以让我们持续响应时间再增加30分钟。

通过项目实际运行，发现传统的建筑控制的模式并不能有效发挥灵活响应电功率调控的潜力。因此我们提出对于现在空调系统的控制模式用LDC，也就是基于规则的控制方式，其次是最优化的解决方式，最好的是基于MPC，显然MPC的效果最好，但是复杂程度也高。

如果让建筑能源管理系统，未来很好地去响应电网的需求，去消纳和做到柔性用能，需要有很好的建筑能源管理系统，这个建筑能源管理系统要有状态感模块，要有很准确的负荷预测模块和需求响应模块，在对所有的能源系统，包括光伏、电池、冷机、空调、生活热水、照明等等，做一个综合能源调度管理，同时用MPC控制空调冷机系统。

综合的能源调度，不仅要有日前调度，还有日间调度，和日后评价。空调系统的智能运控要能够对热力负荷做非常准确的预测，建立建筑的热功模型、管网输配模型等等，最终实现总功率的协同调控。

因为建筑还会安装光伏和储能系统，还需要对多电源进行智能的管控和进行无缝切换。

正因为有这样的技术，能够让建筑能源系统更加灵活。当市电不足的时候，可以无缝切换到光伏系统、光储系统，保证变压器是高负荷高效率运行，这样的节能效果是非常明显的，同时还包括用户的无感体验。

（发言根据速记整理，未经嘉宾审核）