摘要：探索“雙碳”目標下民用建筑用戶側儲能應用前景和應用策略，分析建筑用戶側儲能安全性等問題，探討建筑光儲直柔、儲能創新技術的推廣應用，并提出利用用戶側儲能構建多樣性自備電源的策略。

關鍵詞：“雙碳”目標；用戶側儲能；應用前景；應用策略；儲能安全；光儲直柔；自備電源；能源耦合

0引言

2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和，是中國為應對全球氣候變化而作出的莊嚴承諾，也是2035遠景目標綱要和“十四五”時期經濟社會發展的主要目標之一。我國碳排放主要來源于電力、建筑、工業生產等領域，其中電力占比大，約2/5左右，其次是建筑領域，占比超1/5。建筑領域大的碳排放源是建筑用電和用熱產生的間接碳排放，約占我國碳排放總量的17%。因此，探索和研究建筑領域的降碳理念及實施路徑，是非常重要的。

近些年，圍繞“雙碳”目標，地方相關政策頻出，相關行業從業人員也致力于不斷創新和研發，從理念、技術等各方面，積極推動綠色低碳生產生活方式的轉變和變革。其中，用戶側儲能作為一種新興的能源技術，其理念已被廣泛接受和認可，正在成為未來能源系統的重要組成部分，在平滑電網負荷和調峰填谷、節約能源成本、提高供電可靠性、可持續能源利用和碳減排等方面發揮重要作用，具有廣闊的應用前景和發展潛力。

1民用建筑用戶側儲能的應用前景展望

未來的供配電系統中，儲能是智能電網、可再生能源高占比能源系統、“互聯網+”智慧能源的重要組成部分和關鍵支撐技術。儲能技術主要有物理儲能（包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和飛輪儲能等）和電化學儲能（主要包括鋰電池儲能、鉛蓄電池儲能和液流電池儲能）。物理儲能建設需要一定的自然條件，受地理條件制約，建設周期較長。目前，大規模儲能技術中只有抽水蓄能技術相對成熟，用于電網側。電化學儲能技術相對成熟，應用空間廣泛，未來有可能成為具發展前景的儲能技術路線。其中電池儲能技術具有響應速度快、效率高及對安裝維護要求低等優點。從技術特點考慮，鋰電池具有存儲密度高、循環特性好、響應速度快等優點，是電化學儲能中的絕對主力和發展方向，適合于用戶側儲能。

目前，用戶側儲能進一步發展和推廣應用尚缺少標準體系的支撐，以及政策方面的支持等，在具體實踐應用中，還存在諸多問題和不確定性，主要體現在以下幾個方面：

a.標準問題。目前還未出臺針對用戶側儲能建設統一認定的相關規范，儲能系統建設規模沒有確定的經濟量化指標。一段時間以來，民用建筑用戶側儲能項目基本都是在試點過程，若要大規模推廣儲能，還須出臺新的政策和標準去指導用戶側儲能項目的落地實施。

b.政策問題。相關政策對鼓勵發展用戶側儲能提供了有利條件，如發展改革委、能源局印發的發改能源〔2022〕209號《“十四五”新型儲能發展實施方案》指出，要“聚焦新型儲能在電源側、電網側、用戶側各類應用場景；實現用戶側新型儲能靈活多樣發展”；在發改能源規〔2021〕1051號《加快推動新型儲能發展的指導意見》指出，要“積極支持用戶側儲能多元化發展”。然而，當前用戶側儲能的成本還比較高，激勵用戶側儲能發展政策性支持和補貼力度還不夠。世界范圍內，發展清潔能源的在經過了裝機容量爆炸式增長后，均制定了一系列激勵儲能發展的政策。如美國的自發電激勵計劃（自2011年9月起，以2美元/W對獨立的儲能系統進行補貼）、德國的小型戶用光伏儲能投資補貼計劃（自2013年政策發布起，為功率30kW以下、與戶用光伏配套的儲能系統提供30%的安裝補貼）等。

c.管理問題。用戶側儲能容量的增大，將會對電網的調度帶來新的變革和挑戰，其發展離不開電網的支持和參與，面對以低碳、新能源發展為特征的能源電力轉型，電力體制改革需創新突破，尤其是對電網作用和功能的認識。運用電力需求響應技術，充分整合和調配用戶側儲能，可以在保證電網穩定運行的同時，實現經濟效益優化。

d.安全問題。電化學儲能系統存在火災、爆炸、化學風險、電氣風險等安全隱患，安全性問題是制約其發展的一個重要因素，尤其是應用在建筑室內場所。現階段針對儲能系統已有部分消防措施，且業內專家認為鋰電池的安全性在技術上是可以解決的，技術發展的空間仍存在。目前規模較大的用戶側儲能以采用集裝箱式鋰電池儲能裝置設置于建筑室外場地的做法為主，鮮有設置在建筑內部的場景。據了解，上海招商銀行大廈于大樓地下一層庫房設置了1MW/2.56MWh磷酸鐵鋰電池儲能系統，該項目是上海市商業化應用樓宇用戶側儲能項目；北京朝陽區姚家園華潤商業項目于大樓地下一層庫房設置了500kW/2000kWh磷酸鐵鋰電池儲能系統，儲能電池倉靠外墻和汽車坡道側放置。

2建筑儲能的安全性

上述幾個方面中，建筑儲能的安全性是尤為需要關注的，它也是制約用戶側儲能在民用建筑中推廣應用的主要因素之一，尤其是在建筑物內部的應用。從鋰電池大規模產業化伊始，安全性便成了與之相伴的焦點話題。由于鋰電池的電極材料以及電解質均較為易燃，當內部反應積聚的熱量不能及時散失時，熱失控現象的出現便容易引發電池安全事故。北京豐臺區“4·16”較大火災事故直接原因就是電池間內的磷酸鐵鋰電池發生內短路故障引發電池熱失控起火。近些年韓國發生的30多起電池儲能電站著火事件，也給我國儲能行業安全發展敲響了警鐘。雖然我國儲能裝機容量在近些年得到了大幅增長，但目前仍缺乏相關的安全標準文件，因此，亟待相關規劃、設計、施工、檢測、產品、運維等標準盡快出臺。

縱觀世界范圍內儲能相關安全標準，由美國消防協會制定的NFPA855-2023《StandardfortheInstallationofStationaryEnergyStorageSystems》相對系統和全面，該標準早發布于2019年秋季，據稱是全面的儲能系統安裝防火標準。該標準明確了基于儲能系統所使用的儲能技術，儲能系統安裝、尺寸、隔離及滅火和控制系統的要求。對不同類型儲能的大儲能容量值也有明確要求（鋰電池大安裝容量不得超過600kWh，如表1所示）。同時該標準還規定：儲能系統每組儲能容量大為50kWh，每組之間間距以及與墻的距離均不得小于0.9m；包含儲能系統的房間應具有至少2h耐火等級的防火屏障并與建筑物的其他區域分隔開等措施。另外，還重點對儲能系統的排氣通風、火災探測、火災控制、爆炸控制以及噴淋系統、撲救措施等作了細致規定。國內已經發布的儲能安全標準還較少，該標準也許可提供一些參考借鑒。

根據鋰電池特點，結合建筑安全，以及參考相關標準要求，建筑設置儲能系統建議重點做好以下幾個方面：

a.慎選設置位置場所。如參考NFPA855-2023

表1儲能系統大儲存容量

Tab.1Maximumstoredenergyofenergystorage

systems（ESS）

要求：室內儲能裝置所在樓層高度不得高于22.8m、不得低于安全出口場地完成面以下9.14m；室外距離建筑、公共通道等不得少于1.524m，離安全出口不得小于3.048m等。這些都是基于美國消防車通道救援和安全疏散角度來要求的，具體可結合我國建筑防火要求來規定。

b.做好建筑空間防火。如參考NFPA855-2023要求：防火墻至少2h防火性能、與其他機房分隔等。

c.合理設置儲能裝置。如參考NFPA855-2023要求：單個防火區域內大安裝容量不超過600kWh、單個機柜容量不超過50kWh、機柜間距不小于0.9m等。

d.儲能單元智能監控。監測及分析電池工作狀態和工作環境，主動對電池系統進行保護，及時停止充放電動作，以保證系統安全。

e.配備完善消防措施。排氣通風、火災探測、火災控制、爆炸控制以及噴淋系統、撲救措施等。

f.嚴格把控產品選型。通過高規格檢測測試，如UL9540、UL9540A、TÜVSÜD南德認證等。

關于檢測標準，UL9540《能量儲存系統和組件的安全標準》和UL9540A《電池儲能系統熱失控擴散評估測試方法》行業影響力的電池能量儲存系統安全性標準。UL9540是全球儲能系統和設備安全標準，也是當下儲能系統的高安全標準。測試類目繁多，條件苛刻，被北美多個授權為級安全標準。適用于包括電化學、機械和熱能的各種類型能量儲存系統，評估集成到儲能系統中不同組件的兼容性和安全性，不針對構成儲能系統的單個部件/組件。UL9540A是儲能電池具的熱失控防護測試之一，側重于系統組件的安全性能評估和應對故障情況的要求，其測試報告主要從電芯（電芯是否熱失控）、模塊（熱失控在模塊內部擴散的傾向，并可能蔓延到其他相鄰機柜的情況）、機柜（熱失控是否在整個機柜內蔓延）、安裝（消防系統的有效性）4個層級測試對儲能系統熱失控蔓延的情況進行評估。

3 積極推動建筑光儲直柔應用落地

今天，光儲直柔（Photovoltaics，Energystorage，DirectcurrentandFlexibility，PEDF）已不是一個陌生的概念，它是指通過光伏等可再生能源發電、儲能、直流配電和柔性用能來構建適應碳中和目標需求的新型建筑配電系統（或稱建筑能源系統），如圖1所示。國發〔2021〕23號《國務院關于印發2030年前碳達峰行動

圖1建筑光儲直柔配電系統圖

方案的通知》明確提出：提高建筑終端電氣化水平，建設集光伏發電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的“光儲直柔”建筑。可以說，光儲直柔是“雙碳”目標、能源政策的必然產物，也是重要的技術支撐。光儲直柔系統的終目的是柔性用電，使建筑用電由剛性負載轉變為柔性負載，其中用戶側儲能系統用于終端用戶側（如商業樓宇、工業園區等）存儲和管理電力，是其重要組成部分，發揮著關鍵作用。

目前，已有一些建筑中開展了“光儲直柔”系統的應用探索，如金磚新開發銀行總部（系統配置容量為86kW的光伏發電，126kWh的鉛酸電池儲能系統，應用直流配電系統供重要樓層照明）、深圳建科院未來大廈（系統配置容量為150kW的光伏發電，300kWh電池儲能系統，應用直流配電系統，直流負載容量達到388kW）、清華大學建筑節能樓（系統配置容量為20kW的光伏發電，3組6.6kWh的鈦酸鋰電池儲能，應用直流配電系統）等。然而，目前的這些應用案例中，儲能規模還較小，應用場景相對單一，未來對于如何在大體量、多場景建筑中構建合理的光儲直柔系統還需進一步探索和研究。

4 應用用戶側儲能構建多樣性自備電源之策略

隨著對儲能的政策支持，以及制約其大規模應用的儲能安全性、經濟性等問題得到逐步解決后，應用用戶側儲能可以在建筑內打造更多應用場景，如作為建筑自備電源。當前，建筑中常見的自備電源有：獨立于正常電源的發電機組、蓄電池組（EPS、UPS）、干電池等，具體根據用電負荷的容量、允許中斷供電的時間以及要求的電源為交流或直流等條件來確定。在儲能技術發展的今天，構建建筑自備電源就有了多種選擇，可以是傳統的柴油發電機，也可以是“柴油發電機+儲能”多能混合的模式，還可以是純儲能的模式，具體結合工程實際情況進行經濟性、合理性分析而定。

4.1儲能裝置與柴油發電機組合模式

儲能與柴油發電機組合的方式在建筑領域應用中很常見（如UPS+柴油發電機的組合），但這種模式下，UPS儲能裝置主要承擔的任務是柴油發電機啟動階段的過渡，一般在柴油發電機啟動成功后退出供電。這里要探討的是利用鋰電池等裝機容量較大、持續供電時間較長的新型用戶側儲能裝置。

實際上，這種方式已經被廣泛應用于一些地區的離網和獨立微網系統（指與大電網隔離、獨立運行的小型電力系統）中，如供電條件較差的偏遠地區或者海島等。系統充分利用可再生能源發電，如風力發電、光伏發電等。為了有效提高獨立微網系統的供電可靠性，需要在系統中配置柴油發電機，可再生能源不能提供足夠的電能以及儲能容量過低無法滿足負荷的情況下，啟動柴油發電機為系統提供額外的電能支持。當然，當儲能系統容量在正常運行范圍內時，也可以與風力發電、光伏發電一起為負荷供電。當柴油發電機開啟時，可以選擇將儲能系統退出運行，也可以盡量將柴油發電機運行在額定功率下，多余功率給電池充電。為了實現一定的經濟效益，獨立微網系統中的柴油發電機可采用多臺相對小容量的機組，根據負荷實際需求，協調控制開啟一臺或者多臺柴油發電機組，使單臺柴油發電機處在佳經濟運行狀態。

對于多能混合一體的供電系統，需要結合實際情況選擇合適的儲能設備和發電機組，并進行科學合理的系統設計和運行管理。

4.2儲能裝置替代柴油發電機的可行性

在安全性、可靠性、經濟性等得到保障的前提下，民用建筑采用大規模儲能裝置用以替代柴油發電機將成為一種可能。在儲能替代柴油發電機的應用中，基于儲能技術的運用，通過將電能儲存起來并在需要時釋放出來以替代傳統的柴油發電機發電時間長等問題。據報道，2023年高考期間江蘇通州高級中學等高考保點就采用了儲能設備作為臨時后備電源保障的方式，以保障考場內照明、英語聽力等用電設備的不間斷供電。

5 Acrel-2000MG微電網能量管理系統

5.1概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電樁的接入，全天候進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電樁運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提高電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

5.2技術標準

本方案遵循的標準有：

本技術規范書提供的設備應滿足以下規定、法規和行業標準：

GB/T26802.1-2011工業控制計算機系統通用規范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業控制計算機系統工業控制計算機基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業控制計算機系統通用規范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業控制計算機系統通用規范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規范

GB/T20270-2006信息安全技術網絡基礎安全技術要求

GB50174-2018電子信息系統機房設計規范

DL/T634.5101遠動設備及系統5-101部分:傳輸規約基本遠動任務配套標準

DL/T634.5104遠動設備及系統5-104部分:傳輸規約采用標準傳輸協議子集的IEC60870-5-網絡訪問101

GB/T33589-2017微電網接入電力系統技術規定

GB/T36274-2018微電網能量管理系統技術規范

GB/T51341-2018微電網工程設計標準

GB/T36270-2018微電網監控系統技術規范

DL/T1864-2018獨立型微電網監控系統技術規范

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC150-2018低壓微電網并網一體化裝置技術規范

T/CEC151-2018并網型交直流混合微電網運行與控制技術規范

T/CEC152-2018并網型微電網需求響應技術要求

T/CEC153-2018并網型微電網負荷管理技術導則

T/CEC182-2018微電網并網調度運行規范

T/CEC5005-2018微電網工程設計規范

NB/T10148-2019微電網1部分：微電網規劃設計導則

NB/T10149-2019微電網2部分：微電網運行導則

5.3適用場合

系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

5.4型號說明

3.5.5系統配置

5.5.1系統架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

5.6系統功能

5.6.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態]及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖2系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。

5.6.1.1光伏界面

圖4儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。