ICS 91.040
中国建筑节能协会团体标准
P 33 T/CABEE 055-2023
建筑光储直柔系统评价标准
Assessment standard for Photovoltaics, Energy storage, Direct
current and Flexibility(PEDF) system in buildings
2023-12-01 发布 2024-02-01 实施
中 国 建 筑 节 能 协 会 发 布
中国建筑节能协会团体标准
建筑光储直柔系统评价标准
Assessment standard for Photovoltaics, Energy Storage, Direct Current and Power Flexibility(PEDF) system in buildings
T/CABEE 055-2023
批准部门:中国建筑节能协会
施行日期:2024 年 2 月 1 日
20XX 北京
中国建筑节能协会文件
国建节协[2023] 31 号
关于发布《建筑光储直柔系统评价标准》
团体标准的公告
现批准《建筑光储直柔系统评价标准》为中国建筑节能协会 团体标准 ,标准编号为: T/CABEE 055-2023, 自2024 年 2 月 1 日起实施。现予公告。
中国建筑节能协会
2023 年 12 月 1 日
前 言
根据《中国建筑节能协会团体标准管理办法(试行)》(国建节协(2017) 40 号)及《关于印发<2021年度第二批团体标准制修订计划>的通知》(国建节协[2021]50 号)的要求, 由深圳市建筑科学研究院股份有限公司会同有关单位组建编制组,经广泛的调查研究,认真总结实践经验,考察有关国内外标准和先进经验,并在广泛征求意见的基础上,共同编制了本标准。
本标准的主要内容包括:1.总则;2.术语;3.基本规定;4.指标与要求;5.指标测试要求;6.等级评定。
本标准由中国建筑节能协会标准化管理办公室负责管理(联系电话:010- 57811483,邮箱:biaoban@cabee.org),由深圳市建筑科学研究院股份有限公司负责具体内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送至深圳市建筑科学研究院股份有限公司(地址:广东省深圳市福田区梅坳三路 29 号建科大楼,邮编:518049)。
本标准主编单位:深圳市建筑科学研究院股份有限公司
本标准参编单位:清华大学
北京贝康特环境科技有限公司
中国城市建设研究院有限公司
深圳供电局有限公司
南方电网科学研究院有限责任公司
中国建筑科学研究院有限公司
北京交通大学
中国电力科学研究院
国网浙江省电力有限公司
博锐尚格科技股份有限公司
中国建筑东北设计研究院有限公司
施耐德电气(中国)有限公司
太古地产有限公司
华电郑州机械设计研究院有限公司
华东建筑设计研究院
国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
南京国臣直流配电科技有限公司
中国质量认证中心
本标准主要起草人员:江 亿 李雨桐 郝 斌 刘晓华 林常青王 滔 张 涛 赵宇明 陆元元 张昕宇郝 军 童亦斌 李江南 陈宋宋 赵文猛康 靖 窦 强 李叶茂 张宸宇 刘贵平唐 颖 邵 頲 王朝亮 杨红军 肖 涛陈文波 胡美玲 胡 楠 杨 辉
本标准主要审查人员:郭晓岩 李德英 李炳华 徐 鸿 韩占强王盛卫 朱 彬
1 总 则
1.0.1 为贯彻落实国家“双碳”战略,推动光储直柔建筑有序建设,规范建筑光储直柔系统评价,制定本标准。
1.0.2 本标准适用于民用建筑中光储直柔系统的性能指标测试和等级评定,不适用于系统的安全性评价。
1.0.3 建筑光储直柔系统性能评价除应符合本标准外,尚应符合国家现行有关标准和现行中国建筑节能协会有关标准的规定。
2 术 语
2.0.1 光储直柔 photovoltaics, energy storage, direct current and flexibility(PEDF)
配置建筑光伏或其他可再生电力设备和建筑储能,采用直流配电系统,且具备功率主动响应功能的新型建筑供配电系统。
2.0.2 光伏发电自用率 self-consumption ratio
就地消纳的建筑光伏年发电量与光伏全年发电总量的比值。
2.0.3 光伏发电自给率 self-sufficiency ratio
就地消纳的建筑光伏年发电量与建筑全年用电总量的比值。
2.0.4 建筑取电功率 power from grid
建筑使用过程中由市政电网输入的电功率,不包括建筑光伏、储能等分布式电源供电功率。
2.0.5 建筑瞬态用电功率 power consumption of electrical appliances
建筑使用过程中用电电器消耗的电功率,包括维持建筑环境的用电功率和建筑内各类活动的用电功率,不包括建筑储能充电的电功率。
2.0.6 电压偏差 voltage deviation
配电系统实际电压与系统标称电压之间的偏差相对值。持续 10s 以上的称为稳态电压偏差,持续时间介于 10ms~10s 的称为暂态电压偏差。
2.0.7 纹波系数 ripple factor
电压或电流中交流分量与直流分量之比,通常以百分数表示。交流分量峰峰值与直流分量之比,称为纹波峰峰值系数;交流分量有效值与直流分量之比,称为纹波有效值系数。
2.0.8 柔性调节能力 flexibility capacity
建筑及其使用者利用用电设备、储能(包括储电、储热、储冷)、建筑围护结构热惰性或用电行为调整等手段,实现建筑取电功率和电量主动调节的能力。
2.0.9 基准负荷 baseline load profile
在可调节负荷不参加调节的条件下,通过计算得到的一定时间周期内的用电功率曲线。
2.0.10 单次调节能力 adjustment capability of load
在保障建筑自身正常运行的条件下,依据单次调节指令在电网规定条件内,调节自身取电功率的能力。
2.0.11 连续调节能力 continuous adjustment capability of load
在保障建筑自身正常运行的条件下,依据连续调节指令在全天 24h 内,调节建筑取电功率的能力。
2.0.12 响应时间 load response time
建筑配电系统自接收调节指令起,直到功率变化量首次达到目标控制功率的 90%时所需的时间。
2.0.13 调节速率 load response rate
建筑配电系统响应调节指令时,单位时间内的功率调节量,即功率调节的速度。
2.0.14 调节精度 load control accuracy
建筑配电系统调节后,运行功率与其调节目标功率之间的差值占调节目标功率的比例。
2.0.15 持续调节时间 load control duration
建筑配电系统运行功率达到目标控制功率,且功率偏差始终控制在容许范围以内的时间长度。
3 基本规定
3.1.1 建筑光储直柔系统评价应以服务于单栋建筑,或建筑部分区域,或建筑群的光储直柔系统为对象,并应包括与其连接的充电桩系统。
3.1.2 建筑光储直柔系统评价可划分为设计评价和运行评价,且工程项目可根据所处阶段选择相应的评价。设计评价应在光储直柔系统施工图设计完成后进行,运行评价应在工程竣工并投入使用一年后进行。
3.1.3 建筑光储直柔系统的性能评价应以定量评价为主,且设计评价应以计算或模拟数据为基础,运行评价应以实际运行数据及典型工况测试数据为基础。
3.1.4 运行评价时,申请评价方应按本标准第 5 章规定开展测试,并提交测试报告。设计评价时,应提交相关指标模拟或计算报告。
3.1.5 设计评价的依据至少应包括下列文件和资料:
1 项目施工图设计文件及审查报告;
2 负荷计算书、光伏和储能容量等模拟计算报告;
3 主要设备选型资料;
4 运行控制策略说明。
3.1.6 运行评价的依据至少应包括下列文件资料及测试数据:
1 项目设计评价所依据的文件和资料。
2 项目竣工图及竣工验收文件;
3 主要材料、设备质量证明文件及主要设备测试报告;
4 运行数据,包括年总能耗值、年光伏发电量以及春夏秋冬四季节典型工作日和非工作日的 24h 逐时负荷曲线。
4 指标与要求
4.1 主要设备与系统配置
4.1.1 建筑光储直柔系统的光伏或其他可再生电力设备、储能电池、变换器等设备和部件应具有质检合格证书,性能参数应符合国家现行有关标准和设计要求,并应提供检验或测试报告。
4.1.2 建筑光储直柔系统的拓扑、容量配置、保护配置、负载类型、控制系统和主要部件的类型和技术参数应符合设计要求。
4.2 光伏与储能评价指标
4.2.1 建筑光伏安装面积不应小于建筑屋顶可安装面积的 70%。
4.2.2 建筑光储直柔系统中光伏发电应优先本地消纳,并应满足下列规定:
1 当光伏全年发电量占建筑全年用电量比例不大于 30%时,光伏发电自用率应达到 95%以上;
2 当光伏全年发电量占建筑全年用电量比例为 30%~80%时,光伏发电自用率应达到 60%以上;
3 当光伏全年发电量占建筑全年用电量比例为 80%~120%时,光伏发电自用率应达到 40%以上;
4 当光伏全年发电量占建筑全年用电量比例大于 120%时,光伏发电自给率应达到 50%以上。
4.2.3 建筑光储直柔系统应配置储能设备,并可选择下列储能方式:
1 蓄电池;
2 充放电功率可调节的智能电动汽车充电桩;
3 电驱动的冰蓄冷、水或相变材料蓄冷/蓄热系统;
4 等效为储能的其他形式。
4.3 直流配用电评价指标
4.3.1 建筑光储直柔系统中交直流变换器的额定容量不应大于直流负荷计算功率的 1.2 倍。
4.3.2 建筑光储直柔系统的供电电能质量应符合下列规定:
1 系统稳态电压应在 85%~105%标称电压范围内;
2 在大功率负荷大幅快速波动情况下,系统暂态电压变动不应大于 5%标称电压;
3 在正常运行条件下,直流电气系统中电压纹波峰峰值系数和有效值系数应分别小于 1.5%和 1.0%。
4.3.3 建筑光储直柔系统的运行控制系统应具备下列功能:
1 调节建筑储能、建筑光伏和用电设备的运行状态和功率;
2 根据直流系统电压自动切换运行模式。
4.4 柔性效果评价指标
4.4.1 建筑光储直柔系统的柔性效果评价应包括单次调节能力评价和全天 24h 连续调节能力评价。
4.4.2 建筑光储直柔系统的单次调节能力评价应包含最大调节容量比例、向上调节和向下调节的调节电量比例,且计算应符合下列规定:
1 最大调节容量比例δmax 应按下列公式计算:
Δp(t) = p t _ p0 t (4.4.2-1)
Δpmax = maxΔpt) , Δpt + 1) , …, Δpt + T)I} (4.4.2-2)
δmax (4.4.2-3)
式中: Δpt——光储直柔系统在 t 时刻的调节容量(kW);
p t)——光储直柔系统在 t 时刻的实际功率(kW);
p0 (t)——同一时刻不调节时的基线功率(kW);
∆pmax——最大调节容量(kW);
T——调节时段,按最大调节容量Δp调节时,光储直柔系统可以保持的最大可持续的时长(min)。
2 调节电量比例(yup 和 ydown)应按下列公式计算:
Qup = ∆p(t)dt (4.4.2-4)
Qdown t+T ∆pdt (4.4.2-5)
Yup = Qup/ P0(t) dt (4.4.2-6)
Ydown = Qdown/ P0(t) dt (4.4.2-7)
式中:Qup和Qdown ——分别为向上调节和向下调节电量(kWh); Yup和 Ydown——分别为向上调节和向下调节电量比例(%)。
4.4.3 建筑光储直柔系统连续调节能力评价指标应包括相对于全天 24h 计划目标功率曲线的功率偏差指标和电量偏差指标,且计算应符合下列规定:
1 在调节期间,各时刻(15min 时间窗口)平均功率偏差指标αP (t)应按下式计算:
(4.4.3-1)
式中:P t——光储直柔系统在 t 时刻的平均功率(kW);
P∗ (t)——t 时刻的调节指令的目标功率(kW)。
2 在调节响应期间,整个调节过程调节电量偏差(αQ)应按下式计算:
(4.4.3-2)
式中:T——全天 24 小时为调节周期。
4.5 柔性过程评价指标
4.5.1 建筑光储直柔系统柔性过程评价指标应包括响应时间、响应速率和持续调节时间。
4.5.2 建筑光储直柔系统响应时间(T1)应按下式计算:
T1 = t1 _ t0 (4.5.2)
式中:t0——光储直柔系统接收到调节指令的时刻;
t1——光储直柔系统运行功率首次达到调节指令目标值 90%的时刻。
4.5.3 建筑光储直柔系统响应速率(V)应按下式计算:
V (4.5.3)
4.5.4 建筑光储直柔系统持续调节时间(T2)应按下式计算:
T2 = t3 _ t2 (4.5.4)
式中:t3 —光储直柔系统运行功率偏差首次超容许范围的时刻;
t2 —调节过程中容许的最大功率偏差值的时刻。
5 指标测试要求
5.1 一般规定
5.1.1 建筑光储直柔系统性能的测试工况应满足下列要求:
1 在测试前,系统连续正常运行时间不应少于 3d~5d;
2 在测试日,系统负荷率不应低于 50%, 电化学储能系统初始容量应在50%~80%之间;
3 当以蓄冷或蓄热作为主要调节资源时,应选择在供冷或供热季进行测试;
4 向下调节测试时段宜安排在用电峰值时段;向上调节测试时段宜安排在用电谷值时段。
5.1.2 建筑光储直柔系统性能测试时,基线负荷的计算应满足现行国家标准《需求响应效果监测与综合效益评价导则》GB/T 32127 或建筑所在地辅助服务基线计算规则的要求。
5.1.3 建筑光储直柔系统测试所使用的仪器设备应满足国家现行有关标准的规定,并应定期校准,仪器设备准确度应满足表 5.1.3 的规定。
表 5.1.3 测试仪器设备准确度要求
5.2 电能质量测试
5.2.1 建筑光储直柔系统的电能质量测试应包括稳态电压范围、暂态电压范围、
电压纹波峰峰值系数和有效值系数。
5.2.2 建筑光储直柔系统稳态电压范围、电压纹波峰峰值系数和有效值系数的测试应符合下列规定:
1 应测量直流母线和主要配电回路上的电压值,并应监测直流负载功率、分布式电源功率以及交直流变换器输出功率;
2 应分别在交直流变换器、储能和光伏作为电压支撑源的情况下,测量系统稳态电压、电压纹波峰峰值系数和有效值系数。
5.2.3 建筑光储直柔系统暂态电压范围的测试应符合下列规定:
1 应测量直流母线和主要配电回路上的电压波形,且应监测直流负载功率、分布式电源功率以及交直流变换器输出功率;
2 应分别记录并网和离网切换过程、储能和光伏供电切换过程以及冲击负荷投入情况下,直流母线和配电回路上电压暂态变化过程。
5.3 柔性效果指标测试
5.3.1 建筑光储直柔系统的柔性效果测试应包括单次调节能力和连续调节能力。
5.3.2 建筑光储直柔系统的柔性性能测试应符合下列规定:
1 应在市政电源进线交流侧或交直流变换器输出侧布置电压和电流测点,建筑光伏和电化学储能应布置电压和电流测点;
2 数据采集频率不应小于 60 次/min。
5.3.3 建筑光储直柔系统的柔性性能测试应按下列流程开展:
1 根据本标准第 5.3.2 条的要求搭建测试系统,并对相关传感器和仪表进行校核,且应满足本标准第 5.1.3 条的要求;
2 确定测试条件满足本标准第 5.1.1 条的要求;
3 根据本标准第 5.1.2 条计算基线负荷;
4 关闭光伏发电;
5 根据单次调节测试或连续调节测试类型,对光储直柔控制系统发送调节测试指令;
6 在测试期间,记录太阳辐射、气温等外部条件;
7 根据现场功率分析仪记录的数据,按本标准第 4 章规定计算最大调节容量比例和调节电量比例指标。
5.3.4 建筑光储直柔系统单次调节能力的测试指令应符合下列规定:
1 测试指令应包含向上调节和向下调节两种测试指令;
2 测试指令形式宜为相对基线负荷功率的比例;
3 初始阶段调节指令应为最大调节容量与基准负荷比值;
4 持续调节时间不应少于 15min,可逐步下调指令设定值,使持续调节时间达到 1h 或以上(图 5.3.4)。
图 5.3.4 单次调节测试曲线
5.3.5 建筑光储直柔系统的连续调节能力的测试指令应符合下列规定:
1 应采用基线负荷全天平均功率与各时刻基线功率的差值作为调节量;
2 测试指令形式宜为调节量相对各时刻基线负荷功率的比例,时间间隔不应大于 15min,测试时间周期宜为 24h(图 5.3.5)。
图 5.3.5 连续调节测试指令曲线
5.4 柔性过程指标测试
5.4.1 建筑光储直柔系统的柔性过程测试应包括响应时间、响应速度和持续调节时间。
5.4.2 建筑光储直柔系统的调节过程指标测试应以单次调节测试为基础,并应符合下列规定:
1 应采用具有连续录波功能的电量测试分析仪,进行连续数据采集;
2 应按本标准第 4.5 节规定,分别计算向上调节和向下调节的响应时间、响应速率。
6 等级评定
6.1 一般规定
6.1.1 建筑光储直柔系统的性能等级可划分为一星级、二星级、三星级三个等级。
6.1.2 建筑光储直柔系统在设计评价时,应依据柔性指标计算或模拟结果以及相关设计文件和资料确定等级;在运行评价时,应依据系统分析测试报告以及相关设计文件和资料确定等级。
6.2 设计评价
6.2.1 设计评价时,建筑光储直柔系统的单项评价指标应全部满足本标准第 4章第 4.1~4.3 节的规定。当存在单项评价指标不符合规定时,应判定为系统不合格。
6.2.2 当建筑光储直柔系统的全部单项评价指标均为合格时,可依据柔性指标计算或模拟结果,按表 6.2.2 的规定进行设计等级的判定。
表 6.2.2 建筑光储直柔系统的设计评价等级判定要求
6.3 运行评价
6.3.1 运行评价时,建筑光储直柔系统的单项评价指标应全部满足本标准第 4章第 4.1~4.3 节的规定。当存在单项评价指标不符合规定时,应判定为系统不合格。
6.3.2 当光储直柔系统的全部单项评价指标均为合格时,可按柔性调节能力测试结果,按表 6.3.2 的规定进行运行判定。
表 6.3.2 建筑光储直柔系统的运行评价等级判定要求
本标准用词说明
1 为便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的用词:
正面词采用“必须”,反面词采用 “严禁”;
2)表示严格,在正常情况均应这样做的用词:
正面词采用“应”,反面词采用 “不应”或“不得”;
3)表示允许有选择,在条件许可时首先应这样做的用词:
正面词采用“宜”,反面词采用 “不宜”;
4)表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指明应按其他有关标准执行的写法为:“应符合 的规定” 或“应按 执行”。
引用标准名录
1 《需求响应效果监测与综合效益评价导则》GB/T 32127
中国建筑节能协会团体标准
建筑光储直柔系统评价标准
Assessment Standard for Photovoltaics, Energy Storage, Direct
Current and Power Flexibility (PEDF) System in Buildings
T/CABEE XXX-2023
条文说明
编制说明
《建筑光储直柔系统评价标准》T/CABEE 00X-2023 经中国建筑节能协会 2023 年X 月XX 日以第 X 号公告批准发布。
本标准在编制过程中,得到了行业专家、学者、从业人员和企业的大力支持,在此表示衷心的感谢!
为了便于广大设计、施工、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定,《建筑光储直柔系统评价标准》编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明,对条文规定的目的、依据及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是,条文说明不具备与标准正文同等的法律效力,仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。
1 总 则
1.0.1 光储直柔系统能够使建筑能源系统具备用电负荷灵活调节能力,在电力市场、碳交易市场化机制下实现供需互动,优化用电负荷曲线,是实现城市能源系统整体效率最优的综合技术。该技术包含了建筑高比例分布式可再生能源与直流微网技术、用户建筑与电网友好互动技术以及建筑分布式储能应用技术等。
民用建筑逐步成为能源的消费主体。根据中国建筑节能协会发布的《中国建筑能耗研究报告(2022)》显示,2020 年全国建筑全过程能耗总量为 22.7 亿tce, 占全国能源消费总量比重为 45.5% 。2020 年全国建筑全过程碳排放总量为50.8 亿 tCO2, 占全国碳排放的比重为 50.9%。随着经济结构调整,上述比例未来还会进一步提高。国务院印发的《2030 年前碳达峰行动方案》中明确提出的“提高建筑终端电气化水平,建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的‘ 光储直柔’ 建筑”。建筑“ 光储直柔” 系统指的是采用了建筑光伏和储能、直流电气系统,并且末端用电设备具备负荷调节能力的建筑配电系统。当然,不同工程采用的具体技术存在差异,导致性能和能力可能相去甚远,因此需要按照统一规则进行检测和评价。这也是编制本标准的目的。
在民用建筑领域发展分布式能源、分布式储能、直流配电和柔性用电技术,以提高建筑用能的柔性,既符合未来建筑高效、低碳的要求,也符合城市能源系统清洁、可靠的发展趋势。开展建筑光储直柔评价标准研究,将对我国光储直柔规模化健康发展起到重要推动作用。
1.0.2 本条规定了本标准的适用范围。目前, 光储直柔系统已在国内多个建筑中进行了示范应用。据不完全统计, 目前已经建成和在建的具备光储直柔特性的示范建筑已经有九十余栋,包括了城镇新建和改造的办公建筑、居住建筑,也包含了农村居住建筑和工业建筑。但对于工业建筑项目还比较少,一些使用特点和规律还没有清晰的了解,因此本标准将适用范围限定在民用建筑,包括城镇建筑和农村建筑,并且不限定新建(包括改建、扩建)或既有民用建筑,只要是采用光储直柔系统的民用建筑,均可以按标准进行系统的性能评价。另外,光储直柔系统在建筑中应用还存在用电安全的问题,本标准暂未包含安全性评价指标,故不适用安全性评价。
本评价标准侧重于光储直柔系统的柔性评价,重点区分不同系统的柔性性能差异。光储直柔系统中光伏、储能是分布式电源,直流配电是连接光伏和储能的桥梁,柔性是系统运行的效果。光储直柔的四个维度并非并列的关系,而是措施和效果的关系,因此本标准中对光储直柔系统的评价以“柔”性效果为导向。
1.0.3 光储直柔系统是建筑、分布式能源、储能系统、建筑自控系统等多项技术的综合利用,还涉及到与市政电网之间的能量和信息互动。各行业和专业都有相应的设计、施工验收等规范,本标准仅针对光储直柔系统应用工程直流配电系统和柔性调节等性能的测试与评价进行规定和要求。所以,除满足本标准的要求外,也应同时遵守与工程应用相关的其他标准和规范。
3 基本规定
3.1.1 本条文规定了建筑光储直柔系统评价对象的空间范围。当以服务于单体建筑或建筑群的光储直柔系统为评价对象时,评价中涉及系统性、整体性的指标,需基于系统所属工程项目的总体进行评价。当建筑中部分区域应用光储直柔系统,也可采用本标准进行评价。评价区域应有清晰的边界范围,例如供电服务范围边界、产权边界或设备设施管理边界,评价中涉及系统性、整体性的指标,需基于光储直柔系统实施的范围。
3.1.2 本条划分了光储直柔系统评价的类别。“设计评价”是为了能够在光储直柔系统施工安装前来评估其性能,便于及时发现问题,并进行优化或调整,项目可根据自身情况选择是否开展设计评价。要求运行评价在工程竣工并投入使用一年后进行,是因为光储直柔系统涉及到建筑光伏和建筑储能、直流配电和建筑自控系统,还涉及到用电电器和建筑围护结构等方面,对其进行评价前应当依据国家现行有关工程验收标准对各部分完成竣工验收,确保工程质量和安全是满足要求的。
3.1.3 本条规定光储直柔系统性能的评价方式,并要求以定量为主。设计评价时项目通常尚未施工和运行,此时的数据主要依据设计文件、相关计算书和模拟报告。运行评价时,项目已投入运行至少一年,可以通过实际测试来获取数据,以测试的数据为基础,描述系统的实际性能和效果。另外, 由于光伏发电全年分布密度变化很大,负荷也随季节和使用规律变化,因此需要在规定的工况下测试,计算出建筑光储直柔系统的性能。
3.1.4 本条文规定了建筑光储直柔系统评价的整体流程。如图 1 所示,评价分为了设计评价和运行评价,分别对应工程的设计阶段和运行阶段。基础级要求是光储直柔系统稳定可靠运行的基础,是光储直柔系统需要达到的基本性能要求,因此适用于设计评价和运行评价两阶段。等级评价侧重柔性性能评价,是建筑光储直柔系统实现与电网交互的关键,鉴于目前尚未有可靠、公认的柔性性能仿真软件,因此仅对能够开展现场测试的正式评价阶段开展。光储直柔系统测试应由具备建筑能效测评资质的第三方检测机构开展。
图 1 建筑光储直柔系统评价流程
3.1.5 本条文规定了建筑光储直柔设计评价的依据材料。设计评价的主要指标和要求在本标准第 4 章做了规定。在设计文件、计算书和设备选型资料中需要体现相关指标和要求,并对运行控制策略进行说明,为后继柔性控制的实现奠定基础。
3.1.6 本条文规定了运行评价阶段应提供的材料。
第 3 款 主要材料、设备质量证明文件及主要设备测试报告是为了确保关键部件质量符合设计和国家有关标准的要求。需要提供质量证明文件和测试报告的关键设备包括交直/直直变换器、光伏变换器、储能变换器,线缆以及开关等保护装置;需要提供现场见证检验报告及验收记录的关键设备包括传感器、测量/计量表具、控制器和监控软件等。
第 4 款 需要提交的运行数据包括全年总电耗值、全年光伏发电量以及春夏秋冬四季节典型工作日和非工作日的 24h 逐时负荷曲线。典型工作日和非工作日逐时负荷曲线应采用对应季节各天平均数据。运行数据与第 5 章规定的现场测试结果相互印证,是判断系统稳定高效运行的重要依据。
4 指标与要求
4.1 主要设备与系统配置
4.1.1 本条规定了光储直柔系统所采用的关键设备和部件的要求。关键设备满足要求,是进行光储直柔系统基本性能测试和柔性性能评价测试的前提。
设计评价时审核相应的检验或测试报告,确保其性能指标符合设计和国家有关标准的要求;运行评价时,审核相应的检验或测试报告、工程验收资料。
4.1.2 本条规定了光储直柔系统配置的要求。同时, 也为后继基本性能测试和柔性性能测试奠定基础。设计评价时审核其施工图设计文件;运行评价时审核竣工图纸和竣工验收资料,并现场检查实施情况与设计的一致性。
4.2 光伏与储能评价指标
4.2.1 本条文规定了建筑光储直柔系统中屋顶光伏应达到的规模。直流配电系统是以建筑光伏规模化利用为基础,在高比例应用建筑光伏的前提下才能发挥直流配电系统节能效益,单纯地将城市电网交流电转化成直流并不能带来显著的节能效益。因此,本条文规定了建筑光储直柔系统中应充分利用屋顶资源,尽可能采用屋顶光伏可再生能源。对于部分太阳辐射资源欠缺的地区,由于无法经济合理的利用太阳能资源,实际上此类区域的建筑也就不适合采用光储直柔系统。
屋顶可安装面积指屋顶总面积扣除设备或构筑物占用面积和受到阴影遮挡面积后的屋顶面积。光伏组件安装面积指包括了屋顶光伏面积和立面光伏面积。对于采用立面光伏或光伏遮阳棚等其他光伏利用形式的项目,其安装面积可按照各朝向的年发电量折算到屋顶安装面积。对于光伏组件转换效率、衰减率、费效比和可再生能源替代率等性能指标,依据《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T50801 和现行相关标准评价,本标准中不再赘述。
本条文判定合格方法主要为结合现场勘查,扣除不可利用部分、遮挡部分等(如图 2 所示),并通过审查设计文件判定。
图 2 不同建筑屋顶形式可利用面积示意图
4.2.2 本条文规定了光储直柔系统本地光伏消纳的要求,适用于单栋建筑或建筑群。光伏发电的消纳既是对光伏系统的要求,也是对储能容量配置和系统控制能力的要求。因此,本条文采用光伏发电自用率和自给率对本地光伏消纳能力进行评价。同时, 由于不同类型和规模的建筑其光伏发电与负荷的比例不同,难以统一要求,因此本条文分类给出了光伏自用率指标。自用率=∑B/( ∑A+ ∑ B(如图 3 所示)。
本条鼓励光伏尽可能本地消纳,原因在于光伏波动性会对电网造成影响。对于部分容积率较小,光伏安装面积大的建筑,光伏发电量有可能大于建筑用电量,因此在建筑红线内依靠建筑自身储能进行全部消纳的经济性差。在此情况下,可选择与同一台区变压器下的相邻建筑协同消纳光伏发电,避免光伏发电返送到上一级变压器。
设计评价时审核负荷计算书、光伏等模拟计算文件,计算全年光伏自用率和自给率。运行评价时审核项目竣工图纸、计算光伏理论发电量,通过监测的光伏发电量、负荷用电量等运行基本数据计算全年光伏自用率和自给率(如图4 所示)。
图 3 光伏发电日自用率示意图
图 4 光伏发电年度自用率示意图
4.2.3 本条文规定了光储直柔系统中储能配置要求。上述三种储能形式都是光储直柔系统中调节能力的可靠来源。其中电动汽车充电桩是光储直柔系统中柔性调节能力的重要来源。充电桩的柔性调节功能包括了有序充电管理和双向充放电两种。具备上述功能之一的充电桩可以等效认为具有柔性调节能力。
光储直柔系统的柔性调节资源还包括建筑本体的蓄冷蓄热和运行功率可调节、可时移的用电电器,但上述柔性调节资源的实际调节能力还受制于设备本身的使用规律、用户的调节意愿和调节成本等多方面的限制。因此,调节的不确定性和难度相对较大,本条文没有包含在内,但在柔性调节能力的测试中可包含此部分调节能力。
设计评价时审核项目设计文件;运行评价时审核项目竣工图纸,并进行现场勘查。
4.3 直流配用电评价指标
4.3.1 本条文规定了交直流变换器的额定容量与直流负荷之间的关系。本条文所述直流负荷指以直流输入电源的电器。主要考虑两个方面,其一是建筑光储直
柔系统遵循“直流发电直流用电”的设计原则,尽可能减小直流到交流的变换损失;同时直流负荷也是实现建筑柔性重要调节资源;其二是合理配置交直流变换器容量有利于减小对市政电源容量的占用,提高交直流变换器运行负载率。
设计评价时审核,负荷计算书、光伏、储能容量等模拟计算报告和设备选型资料;运行评价时判定合格方法主要为结合现场勘查,并通过审查竣工设计文件判定。
4.3.2 电能质量是保障系统稳定运行的基本要求。本条规定了光储直柔系统中电能质量应该达到的指标,包括了系统稳态电压范围、暂态电压波动范围和纹波系数。其中稳态电压波动是向用电设备传递功率需求信息的途径,也是低成本实现柔性调节的基础;暂态电压波动系统稳定控制能力的体现,本条文中“负荷大幅快速波动”指功率在 100ms 内从 20%额定功率上升到80%额定功率,或从 80%额定功率降低到 20%额定功率。纹波系数是影响系统正常运行的重要因素,本条文中“正常运行条件”指在标称电压条件下,功率在 20%~100%额定功率的情况。本标准指标的取值依据中国建筑节能协会团体标准《民用建筑直流配电设计标准》T/CABEE 030-2022。
设计评价时审核设计文件和设备选型资料;运行评价时审核竣工设计文件,并依据现场测试结果判定。
4.3.3 本条规定了光储直柔系统的运行控制系统功能要求。本条文分为两个层面,其一控制系统应能调节系统中储能和光伏等分布式电源的运行状态和运行功率,同时也应能调控部分用电设备的运行功率,对分布式电源和用电负载均具备控制能力。这是实现光储直柔系统内部供需平衡,并与市政电网进行交互的基础。其二规定了系统运行模式的切换应根据直流系统电压变化,这是直流配电系统区别交流系统的主要特征之一,也是简化控制系统,实现低成本柔性调节的关键途径。
设计评价阶段,本条文的合格判定方法主要为审阅设计文件,运行评价阶段需按照本标准 5.3 节测试方法进行现场测试,以测试结果判定。
4.4 柔性效果评价指标
4.4.1 实现柔性用电是建筑光储直柔系统的最主要目标。柔性用电能力评价主要侧重于评价其自身用电功率曲线与外部需求曲线之间的匹配程度,既可包括根
据电网用电指令来进行实时功率调节,也包括需求响应时短时间调节自身用电功率,还包括根据实时电价、电力动态碳排放因子变化等主动进行柔性用电调节的能力等。
目前全国各地普遍开展的需求响应机制研究,主要是针对单次调节能力的要求,既在特定的时刻,按照与需求响应管理机构的约定,一次性的降低或提高运行功率并保持一定时间的能力。调节的时间长度一般为 15min 至 1h 范围内,期间调节指令保持不变,用户可采取多种响应方式,整体来说控制难度不大。而连续调节主要针对全天 24h 的持续调节,不仅调节时间长,调节指令也相应动态变化,控制难度更大。未来基于虚拟电厂参与电力现货交易,提供实时调频服务、跟踪实时碳排放责任因子等都依赖于全天连续调节能力。
4.4.2 建筑光储直柔系统可实现自身用电功率的调节,其调节能力体现在可向上调节或向下调节的功率。以基线功率 P0 为基础,在保障原有基本功能需求的情况下建筑光储直柔系统可以向上调节或向下调节自身用电功率(如图 5 所示),并可保证一定的调节时长(例如持续进行功率调节 1 小时、2 小时)。电力辅助服务市场或者辅助服务管理实施细则中明确向上或下调节能力应不低于门槛值,邀约型调节能力突出的核心能力在于建筑楼宇可以提前安排设备运行策略,通过手动或者自动方式满足邀约时段的功率控制目标。
图 5 单次调节能力示意图
4.4.3 建筑光储直柔系统可根据电网给出的功率调节指令进行自身用电功率调节。该过程中电网侧对建筑提出逐时功率调节需求(例如调节时长 24h,功率响应
颗粒度为每 15min),建筑通过调节自身用电功率曲线来尽量满足电网指令要求。如图 6 所示,该响应过程中,功率偏差率、电量偏差率反映了建筑光储直柔系统实际用电指标与指令用电目标之间的差异:偏差率越小,表明该建筑用电曲线越能随电网指令目标曲线进行柔性调节的能力越大;反之,表明其随电网指令用电曲线的调节能力越小。电力辅助服务市场或者辅助服务管理实施细则中明确调节偏差量需进行考核,该指标反映了调节过程中是否按照调节要求进行持续且方向一致的调节。
响应精度指建筑光储直柔系统实际运行功率与其控制要求之间的差值占调节目标功率的比例。建筑光储直柔系统根据调节指令进行功率响应, 目标指令功率与实际运行功率间的差异表征了响应精度。
图 6 连续调节能力示意图
4.5 柔性过程评价指标
4.5.1 本条文规定建筑光储直柔系统的柔性过程评价指标内容。评价指标选择参照了《南方区域电力辅助服务管理实施细则》中对可调节负荷相关性能要求(如图 7 所示)。这些指标一方面对应电网调度需求,另一方面也是建筑自身聚合不同柔性资源的特性指标。
图 7 柔性调节过程指标示意图(蓝色实线为基准负荷,黄色实线为运行负荷,红色虚线为
运行负荷波动范围)
4.5.2 响应时间指建筑光储直柔系统自接收调节指令起,直到功率变化量首次达到目标控制功率 90%的时间。接收调节指令后,建筑光储直柔系统将根据自身用电功率和目标用电功率之间的差异来进行功率调节,将自身用电功率趋向于目标功率。根据建筑光储直柔系统的用电设备、用电调节策略来确定合适的调节方式,将用电功率达到 90%目标功率时的时间,作为其响应时间。
4.5.3 响应速率指建筑光储直柔系统响应调节指令进行功率调节的速率。响应时间和响应速度反映了建筑进行功率调节的快慢。接收调节指令后,可根据建筑自身用电特征、建筑配电系统运行调节策略来进行指令响应,完成功率调节。功率响应变化时间应在指令变化周期内,例如当电网根据每 15min 发出功率响应指令时,功率响应在此周期内完成。
4.5.4 持续调节时间是系统运行功率达到目标控制功率,且功率偏差始终控制在容许范围以内的时间长度。根据不同削峰填谷需求,持续调节时间要求在 15 分钟以上,单次响应的持续时间一般在 1h~2h。
5 指标测试要求
5.1 一般规定
5.1.1 本条文首先规定建筑光储直柔系统性能测试的测试工况条件。测试工况首先规定了测试前系统应处于正常运行状态,避免系统异常或负荷变化较大不能准确反映系统的性能指标;在测试日中,进一步对负荷率、储能初始容量和光伏发电情况进行了规定。系统的负荷率指持续 15min 以上的负荷峰值功率同系统配电容量(交直流变换器额定容量)的比值。系统中如有储能系统其初始状态的容量应保持在一定水平,避免初始状态的影响过大或过小估计系统调节潜力。同时,测试期间太阳辐射强度也应在一定水平之上。 对于采用蓄冷/蓄热为主要调节资源的系统,也要求在其正常运行时段进行测试。测试建筑光储直柔系统的柔性调节能力,应保证建筑运行在正常使用阶段, 日常运行功率满足建筑的基本功能要求,并根据建筑已有的用电功率情况获得建筑自身用电的峰谷值及出现的时间段,作为测试建筑柔性调节能力的基础条件。建筑基准功率曲线可来自建筑能耗计量系统,也可根据实际建筑运行管理状况来自建筑运维记录。
5.1.2 基线功率是计算柔性指标的基础。《需求响应效果监测与综合效益评价导则》GB/T 32127 中给出了基线功率的计算和修正方法,可以作为测试基线功率的确定方法。在电力辅助服务实践中,不同省市有可能会依据自身情况,给出不同的基线确定方法,因此在本标准中也规定可采用本地的基线确定方法。当本地没有规定时,应以按照《需求响应效果监测与综合效益评价导则》GB/T 32127 规定的方法计算基准功率。测试日期应安排在建筑正常使用期间如工作日,并建议获取建筑逐时用电功率曲线(或建筑日用电功率的峰谷值及对应时刻)作为建筑基本用电特征信息,为柔性调节能力测试提供依据。
5.1.3 本条目的在于确保各建筑光储直柔系统性能测试结果的准确性和一致性。相同的参数可以采用多种测量设备和方法,采用的仪表精度不同,测试结果的误差也会相差较大,因此有必要统一仪器仪表的技术参数。本条文取值参照现行国家标准《可再生能源建筑应用工程评价标准》GB/T 50801 的要求。
5.2 电能质量测试
5.2.1 本条文规定了光储直柔系统基本性能测试的指标,对应本标准第 4 章4.3.2 条文要求。其中电压偏差指直流电气系统实际运行电压与标称电压之间的差值,包括了正常运行过程中稳态(持续时间 10s 以上) 电压波动,系统运行状态切换、大负荷冲击时暂态(持续时间 10ms~10s)电压波动范围。
5.2.2 本条文规定了建筑光储直柔系统稳态电压范围、电压纹波峰峰值系数和有效值系数的测试的要求。一方面规定了主要的测量参数,用于直接判断和计算相应的指标值是否满足对应限值要求,另一方面监测直流负载功率、分布式电源功率以及交直流变换器输出功率等参数,用于判断测试工况是否满足规定的测试工况要求,性能参数的测试结果是否有效。
由于光储直柔系统具有多种运行模式。在不同运行模式下,系统中不同变换器主导时,系统的稳态参数也会不同。因此,本条文要求分别在交直流变换器、储能和光伏作为电压支撑源的情况下进行测试。在各组测试数据都满足性能指标要求的情况才能判定符合规定指标要求。
5.2.3 光储直柔系统暂态电压的波动主要是由于系统运行状态切换和负荷快速波动引起。因此本条文中要求分别测量并网/离网切换过程、储能和光伏供电切换过程以及冲击负荷切入情况下暂态电压变化范围。在冲击负荷切入和切出测试过程中,冲击负荷可采用单一大功率用电设备或电阻负载,冲击负荷的功率通常不小于系统供电能力的 30%,变化速率不小于每秒 5%负载功率。在各组测试数据都满足性能指标要求的情况才能判定符合规定指标要求。
5.3 柔性效果指标测试
5.3.1 本条文规定柔性效果指标的测试内容,分别对应本标准第 4.4.2 条和第4.4.3 条的指标要求。
5.3.2 光储直柔评价测试装置部署于建筑光储直柔系统机房现场。利用光储直柔评价测试装置,模拟电网平台下发调度指令至建筑光储直柔系统管理平台,由建筑光储直柔系统管理平台向其聚合的负荷资源点发送调节指令(如图 8 所示)。
图 8 测试系统架构示意图
5.3.3 本条文规定了建筑光储直柔系统柔性性能测试流程,主要包括了测试条件搭建、测试工况校核、基线负荷计算、调节指令选择和下发、调节过程监测以及测试结果处理等。 为避免光伏发电波动对建筑光储直柔系统调节性能测试结果的影响,降低不确定性的干扰,建议在测试日关闭光伏发电,避免光伏发电波动对调节能力测评的影响。
5.3.4 本条文规定了单次调节指令形式。 测试中应按照本条文给出的测试曲线开展最大调节容量比例δmax 和调节电量比例 Yup 和 Ydown 的计算。每次调节以达到储能或可调资源的控制边界为结束条件,例如电化学储能达到其充放电电压上限或下限时结束调节。其中,15min 调节时长的测试结果可用于计算最大调节容量比例δmax。由于不同可调资源的调节特性差异,上调功率和下调功率有可能不一致,在计算最大调节容量比例时应以两者较大者为准。1h 或以上的调节时长的测试结果可用于计算调节电量比例 Yup 和 Ydown。
5.3.5 本条文规定了连续调节指令形式。全天 24h 的连续调节既是对光储直柔系统储能容量配置的要求,也是对控制系统调节速度和控制算法的能力的要求。在实际工程中, 由于不同系统规模、配置和所在地域性差异,较难给出统一的测试指令使不同的光储直柔系统具备可比性。因此,本标准采用基线负荷全天平均功率与各时刻基线功率的差值作为调节量,采用调节量相对各时刻基线负荷功率的比例作为调节指令。在此控制指令下,系统实际的运行功率将趋向于全天运行的平均功率,也即是恒功率运行。这种控制目标虽然在实际工程中并非最优,但简单易于理解,可适用于不同地域、不同类型的建筑,使不同系统
之间的调节性能可进行比较。
5.4 柔性过程指标测试
5.4.1 本条文规定柔性过程指标的测试内容,对应本标准第 4.5 节的指标要求。
5.4.2 由于不同调节资源的特性不同,向上调节和向下调节过程指标有可能会不一致,因此应分别计算上调和下调过程指标,评价以两者较优的为准。
6 等级评定
6.2 设计评价
6.2.1 本条文规定了建筑光储直柔系统性能设计评价阶段定的规则(如表 1 所示),即满足下表中所有单项性能和功能指标要求的项目判定其性能合格。
表 1 设计评价阶段建筑光储直柔系统单项评价指标判定要求
6.2.2 设计评价阶段,柔性指标属于光储直柔系统的设计目标,应在系统方案设计前明确,便于开展系统容量配置和运行策略的编制。申请方应按照《民用建筑直流配电设计标准》要求在设计阶段开展逐时用电负荷计算,并以此作为基线功率和基线电量的确定依据,并采用计算或模拟方法对光储直柔系统的单次
调节能力和连续调节能力进行合理估算,提交响应的计算和模拟分析报告。柔性调节的过程指标由于尚没有可靠的计算方法,因此在设计阶段等级评价中不做要求。申请方可将运行阶段的柔性调节过程指标作为系统设计目标写入相关设计文件。需要说明的是,柔性性能受到实际设备能力、运营管理、用户意愿等多方面的影响,设计阶段仅是对柔性实现可能性的规划和设计,并不保证能够在实际运行中完全实现。因此,设计阶段的等级评价与运行阶段的等级评级也没有对应关系。
6.3 运行评价
6.3.1 本条文规定了建筑光储直柔系统性能单项评价指标判定的规则(如表 2 所示),即满足第 4 章基本性能与要求中所有单项性能和功能指标要求的项目判定其性能合格。
表 2 运行评价阶段建筑光储直柔系统单项评价指标判定要求
6.3.2 本条文参照削峰填谷、自动功率响应和调频等辅助服务的技术要求对光储直柔系统柔性性能进行了等级划分。由于辅助服务相关技术要求还在探索中,各地区电网的要求也不尽相同。因此,本条文所列等级不同辅助服务要求完全对应,实际工程可参考本等级选择适合的辅助服务类型。
评价过程中,如各项指标均达到该等级要求,则可判定系统整体达到该等级要求;如有一项或几项低于该等级要求,则应按照低一星级进行判定。

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