清華大学 Tsinghua University ENERGY FOUNDATION 能源基金会 中国光储直柔建筑发展战略路径研究 (二期) ResearchontheStrategicPathof PEDFBuildingsinChina(PhaseII) 子课题5：电动车与建筑协同参与电网调节 的潜力与模式研究 Task5:ResearchontheEnergyFlexibility PotentialofCoordinatingElectricVehicles andBuildingsforGridRegulation 清华大学，清华大学深圳研究生院 2023年12月15日 TsinghuaUniversity Dec 15 2023
致谢 本研究由清华大学统筹撰写，由能源基金会提供资金支持.
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执行摘要 1.建筑领域节能减碳面临新挑战 -低碳发展已是全球共识.
至今全球已有170多个国家签署《巴黎协定》，确 定了未来全球温升控制在低于2度且尽可能争取1.5度的奋斗目标.
中国作为 碳排放大国，积极推动低碳事业的发展，习近平总书记在第75届联合国大会 上提出中国力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标.
尤其 在当下全球经济增速放缓，经济绿色复苏备受关注.
-分布式风光电广泛应用.
可再生电力能源是实现低碳减排的重要支撑，预计 2030年我国并网风电光电的发电装机容量将达到12亿kW以上，至2060年我 国风电和光电的装机容量甚至将达到60亿kW以上.
风电光电提供的电量则 要从目前的不到10%增加到60%左右.
但风电和光电都需要巨大的安装面积.
因此，以分散的建筑外表面、零星空地等为基础的分布式风光电将成为未来 可再生电力供给的重要组成部分.
建筑交通用能紧密关联.
建筑和交通领域是能源消耗的两个重要场景，建筑 领域相关用能约占社会总能耗的1/3，而预计2030年，中国将保有约8000万 辆电动汽车，增加20%的区域电耗.
同时，两个领域都是用能的终端场景，具 有很大的柔性潜力.
两者有很紧密的联系，电动汽车约有80%以上的时间都是 停留在建筑周边，其中以办公和住宅两种场景为主.
在低碳发展的背景下， 建筑和交通领域将形成更加紧密的关联.
电网系统面临巨大挑战.
由于“双高“特性，即间歇性可再生能源的高渗透和 低惯性电力电子比例高，未来电力系统将面临能量不平衡差距扩大和惯性稳 定性下降的问题，对城市能源系统的安全可靠性构成严峻挑战.
提高建筑能 源的灵活性，挖掘电动汽车蓄能和可调节潜力是应对这一挑战、实现城市能 源系统可持续发展的关键，逐渐成为除能效提升外的节能新维度.
2.城市私家车行为特征研究 私家电动车转移及停留行为.
由于人行为的流动特点，私家车（占总车辆的80% 以上）在其生命周期的90%以上的时间都停在建筑停车场及周边.
北京市研究 案例表明，私家车辆60%以上时间停留在其长期停留的住宅或办公建筑内.
电 动汽车的充电负荷与建筑物的充电负荷是密不可分.
-私家电动车充电需求时空分布.
随若城市内电动汽车数量的不断增长，电动 汽车的额外能源需求对电网负载带来新的挑战.
电动汽车的能源需求在一天 中的分布非常不均，夜晚大多数人的居家充电行为容易导致充电高峰，对电 网负载造成冲击.
本项目基于MOCC系统的行为模拟结果，刻画了一天中深圳 市私家电动汽车充电行为形成的时空负载分布.
车辆充电负载有85%以上发生 在住宅及办公建筑内.
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私家电动车充电给电网同时带来机遇与挑战.
基于MOCC系统的行为模拟结 果表明，当车辆完全电动化时，电动汽车不受控充电峰值负载对电网将造成 8.5%~13.4%的负荷波动.
但对车辆充电进行调控，平均每辆电动汽车可以提 供其总电池容量的近70%为城市能源管理使用，可大大减少电网储能投资.
1.0 80 车辆占比(-) 0.6 工作 20 国 其他 0.0 00:0003:00 06:0009:0012:0015:0018:0021:0000:00 时刻 图1北京市私家车辆全天停留位置分布 200000 工作日 周末 175000- 00009- 负载曲线 载[kW] 150000 50000 125000 住宅充电 办公充电 40000 100000 其他充电 30000 75000- 5000 K 25000 10000 29 时间[h] f2 图2深圳市电动汽车充电负载逐时分布 图3深圳市电动汽车充电负载空间分布 2
3. 电动汽车与建筑智慧互动促进节能增效 建筑尺度：智能有序充电促进光伏自消纳.
目前主导的"即接即充”、“快充为 主"模式对城市电网造成冲击，并且无法有效利用建筑光伏.
采用智能有序充 电策略，为私人电动汽车提供间歇性但免费的太阳能充电服务，可满足其日 常城市内交通需求，同时无需储能电池即可协调光伏发电和车充电负荷，使 得系统的年光伏自消纳率从33.3%提高到67.9%，与传统太阳能充电站相比， 折现投资回收期可以从9.4年减少到4.5年.
充电相电步费 充电指令功率 t. A/DC 设线电5 智充放电 直油母线 (t) （生动、随立，自通应的 动主动调节） 电动汽车电务营 (886. P =) （基础棱式） 横式1 模式2.1 模式22：凡用光优充电 （） 式只用光优充电 （并网微网） 模式4：只用光伏充电 （为建筑相注的微网） PV 中风 用 光伏 实现仅用光伏充电 深用储能电池 采用智能充电策路 代普情能电池 减少升级配电网控资 提高光快自消纳率 图4建筑光伏智能充电系统与不同模式 区域场景：车网互动发挥降本节能潜力.
农村采暖清洁化转型背景下，农村 光伏快速发展，电动汽车快速普及.
基于车网互动的电采暖系统可成为解决 乡村地区光伏消纳，电采暖问题的有效途径.
采用V2H模式，光伏发电的电 采暖系统配网扩容容量降低45.9%，用户电费降低68.5%，并可完成光伏的内 部消纳.
城市尺度：车辆与建筑互动实现互补.
未来电力系统下车辆与建筑协同参与 电网调节，电动汽车拥有余电池容量，可将车辆作为其停留建筑的等效储 能资源，建筑拥有余的配电容量，在大幅缓解城市低压配电网增容压力的 同时能够增强需求侧的柔性调节能力.
结果表明，利用建筑瓦余配电可满足 车辆慢充需求：根据建筑负载对车辆充放电进行调控，可有效转移车辆充电 时段有效降低建筑和车辆负载峰谷差，有序单向充电可降低22.3%，双向充电 可降低57.4%.
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