“光储直柔”建筑新型能源系统是面向碳中和目标实现建筑能源系统革新的重要技术路径。本文对其关键环节的构建提出了基本认识：在建筑光伏利用中应当充分利用建筑自身表面资源，并根据建筑类型区分；需要重新认识建筑中各类可视为储能的资源，挖掘建筑侧的储能潜力；根据需求设置直流配电系统并实现有效的系统柔性调节。对现有“光储直柔”建筑案例进行了简要介绍，并对未来需开展的研究进行了展望，以期为“光储直柔”的进一步深入研究、探索提供参考。

光储直柔；系统构建；建筑等效储能；建筑柔性；研究展望

刘晓华 张 涛 刘效辰 江 亿（清华大学）

      “光储直柔”（photovoltaics, energy storage, direct current and flexibility，PEDF）是指通过光伏等可再生能源发电、储能、直流配电和柔性用能来构建适应碳中和目标需求的新型建筑配电系统（或称建筑能源系统）。

      图1给出了“光储直柔”系统的基本构成形式。利用建筑表面敷设光伏板、充分利用建筑作为光伏等可再生能源的生产者是实现建筑低碳发展的重要途径；储能是实现建筑能量蓄存、调节的重要手段，需要建筑层面整体考虑储能方式，包括建筑周围停靠的电动车等都可以作为有效的储能资源；直流化是实现建筑内光伏高效利用、高效机电设备产品利用的重要途径，系统内设备通过DC/DC（直流）变换器连接到直流母线，在建筑内打造出直流配电系统；“光储直柔”建筑的最终目标是实现建筑整体柔性用能，使得建筑从传统能源系统中仅是负载转变为未来整个能源系统中具有可再生能源生产、自身用能、能量调蓄功能“三位一体”的复合体，也是建筑面向未来低碳能源系统构建要求应当发挥的重要功能。

      传统的建筑能源系统以满足建筑运行的能源需求（冷、热、电等）为基本任务，建筑仅承担能源消费者的角色。外部输入能源（如电力、天然气等化石能源）满足建筑内部的能源利用需求，在能源节约目标驱动下，建筑可通过对自身用能系统的优化来实现节能，满足对能源节约的要求。在“双碳”目标指引下，建筑能源系统面临更高的发展要求，需要在建筑节能的基础上进一步面向低碳目标作出革新（如图2所示）。低碳化要求促使建筑不能再依赖于化石能源消耗，实现建筑用能电气化是实现低碳的第一步；在建筑电气化发展需求基础上，需重新认识建筑在整个能源系统中的角色和定位，增强建筑能源系统的柔性成为了重要任务。

   未来的电力系统将转型成为以风电、光电（以下简称风光电）等可再生能源为主体的零碳电力系统，风光电的发展需要解决安装在哪儿、如何应对有效消纳和调蓄等问题。建筑作为重要的能源需求用户，同时又具有安装分布式光伏的面积资源，需要有效承担起自身可再生能源充分利用、协助低碳电力系统实现有效调蓄等任务。

因而，在能源系统低碳发展需求下，建筑在其中的定位发生了变化：在建筑仍作为能源用户的基础上，既需要建筑作为光伏等可再生能源的生产者，也需要建筑能够响应外部能源供给侧变化，有效承担起从用户侧调节出发、适应供给侧变化特点的任务，也就是建筑将从单一的用户/负载转变为集能源生产、消耗、调蓄于一体的复合体，“光储直柔”正是围绕这一目标提出的建筑新型能源系统方式。

      “光储直柔”是建筑领域面向碳中和重大需求、实现技术创新突破的重要途径，目前已受到广泛关注并得到国家、部委等层面的政策支持。《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》中“城乡建设碳达峰行动”部分明确指出：“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”。“光储直柔”建筑配电系统将成为建筑及相关部门实现“双碳”目标的重要支撑技术。

      住房城乡建设部《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》提出：“十四五”累计新增建筑光伏装机容量0.5亿kW；建设以“光储直柔”为特征的新型建筑电力系统，发展柔性用电建筑；在满足用户用电需求的前提下，打包可调、可控用电负荷，形成区域建筑虚拟电厂，整体参与电力需求响应及电力市场化交易，提高建筑用电效率，降低用电成本。

       此外，相关政策对发展建筑侧需求响应、建筑层面的储能利用、建筑光伏利用等均提供了有利条件，如国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》中指出，要“聚焦新型储能在电源侧、电网侧、用户侧各类应用场景；实现用户侧新型储能灵活多样发展”。《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》中指出，要“鼓励光伏建筑一体化应用；发挥需求侧资源削峰填谷、促进电力供需平衡和适应新能源电力运行的作用；支持用户侧储能、电动汽车充电设施、分布式发电等用户侧可调节资源，以及负荷聚合商、虚拟电厂运营商、综合能源服务商等参与电力市场交易和系统运行调节”。工信部、住房城乡建设部等联合发布的《智能光伏产业创新发展行动计划（2021—2025年）》指出，要“提高建筑智能光伏应用水平。积极开展光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的‘光储直柔’建筑建设示范”。

       这些政策支持为“光储直柔”建筑的推广应用提供了重要支撑，也对合理构建“光储直柔”系统、开发系统关键设备、开展工程应用等提出了迫切需求。

      如何构建“光储直柔”建筑是这一新技术需要解决的重要难题，这一系统并非简单应用光伏或某项单一技术，也并非将“光”“储”“直”“柔”简单组合即可实现目标。合理构建“光储直柔”系统需要多方面的协同，才能实现将建筑打造成为能源系统中集生产、消费、调蓄功能“三位一体”复合体的目标。

       发展风光电等可再生能源需要的是面积，光伏、风电机组等均需要一定的敷设面积，以便将风、光资源转换为电力，这就使得建筑表面成为重要的资源，也是建筑可从单纯的用电负载转变为能源生产者的重要基础。

       建筑可发挥多大的作用、有多大的光伏安装潜力是充分利用光伏等可再生能源、构建新型电力系统过程中需要回答的重要问题。自然资源部以2m分辨率国产高分卫星遥感影像为数据源，利用深度学习技术提取了全国范围的建筑区、典型区域建筑占比系数，以表征全国不同区域的建筑屋顶面积，对我国建筑屋顶可安装光伏资源进行了统计评估，指出我国可利用的屋顶资源潜力达到1.4万km²。住房城乡建设部等基于我国现有及未来城乡建筑面积发展情况对建筑光伏装机容量进行了预测，结果表明，到2025年建筑光伏装机容量可达100 GW，到2030年可达215GW。对农村光伏资源的调查研究也表明，我国广大农村具有广阔的屋顶资源和可利用安装光伏的潜力，农村单户具有的光伏发电潜力可达10 kW甚至更高，例如山西某村1 000户安装光伏可具有5 MW的光伏发电潜力。因而，建筑侧有望成为重要的分布式光伏资源，建筑光伏利用有望成为未来整个低碳电力系统中的重要组成。

       建筑自身光伏如何有效利用、如何实现更好的产消一体是发展建筑光伏利用的另一个重要问题。具体到单个建筑，则需要关注建筑光伏发电与建筑自身用能之间的匹配关系。不同类型建筑的用能特点不同，建筑自身用能具有很大的波动变化特点；光伏发电能力受到光伏板自身性能、安装方式、所安装区域的太阳辐照度等多重因素影响，建筑自身用能与自身光伏发电之间的关系需要深入探讨，不单是两者总量之间的简单对比，更应该注重的是逐时用电特征与光伏逐时出力之间的关系，以便更好地判断建筑自身光伏是否可实现自我消纳。

       从“光储直柔”建筑构建需求来看，建筑应当明确其作为可再生能源产消者的重要作用，区分出建筑到底是作为生产者还是自我消纳为主的定位。以典型建筑的用电特征为基础，对建筑可利用的光伏发电资源和自身用能之间的逐时变化规律作出定量刻画，如图3所示。初步的研究结果表明：对于办公建筑，大致6层以上的建筑应实现光伏自我消纳、不上网，在实现较高光伏自我消纳率、充分利用自身可利用光伏资源的基础上，减少与电网之间的双向交互，建筑用电不足部分由外部电网供给。对于商场类用能强度较高的建筑，大致3层以上的建筑可实现光伏自我消纳。对于2层以下的建筑，在充分安装光伏、利用建筑自身面积资源的基础上，则应当明确其作为重要能源生产者，除通过有效蓄存、缓解光伏发电与建筑用电时间上的不匹配来解决自身用能需求外，还可以向外网输电，绝大部分时间内可实现向外网输电而不从外网取电，例如大多数乡村建筑可利用自身的光伏资源，有效解决其自身能源需求，并且多余电力上网，使得乡村等具有显著光伏利用潜力的场合有望成为未来零碳电力系统中重要的分布式电力来源。

       这样，对于不同类型、不同功能、不同体量的建筑可大致区分出“自发自用、自我消纳不上网”“自发外输上网为主”两大类，当前大部分建筑应当处于这两大类，即便是处于两大类之间的少部分建筑，也应当是在多数时间段以发电上网或自我消纳为主。在“光储直柔”建筑中，可以进一步利用其“储”“柔”等方面的特点来进一步增强光伏的自我消纳和有效利用，这样就能有效破解当前发展建筑分布式光伏所面临的上网交互难题，在保证充分利用建筑光伏、光伏“应装尽装”的基础上，既能实现较高的光伏利用率、减少弃光，又能实现与电网之间尽可能地单向交互。这也是“光储直柔”建筑应当具有的基本功能，也是其可发挥的重要优势之一。

       未来以风光电为主的新型电力系统需要解决风光电力波动性难题，需要配置大量调蓄和储能资源。当前电力系统中考虑的主要储能方式包括化学电池、蓄冷/蓄热、抽水蓄能、压缩空气、飞轮、氢等，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。电池、储能等蓄能/调节方式都太贵（电池约1元/（W·h），压缩空气、飞轮、氢等储能方式成本通常更高），与可大面积推广应用的光伏（成本约2元/W，考虑系统综合建设后的成本也通常不超过5元/W）相比，这些储能手段目前成本很高，是构建未来以风光电为主的低碳电力系统面临的重要难题。

       依靠现有储能电池等方式实现能源/零碳电力系统的调蓄，需要投入极大的成本，这就需要经济性合理、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，对于电池等储能技术的研究一直是热门领域；另一方面则是降低对储能/蓄能容量的需求，寻求替代的方式、寻求减少投入的路径，这就使得建筑侧成为重要调蓄资源具有重要意义。储能/蓄能可不再局限于传统的化学电池、压缩空气、储氢等方式，而是从建筑整体、建筑内部可利用、可调度的资源来重新认识建筑领域的蓄能手段和相应的储蓄能力。从建筑侧来看，建筑内可利用的各类具有储能/蓄能能力的设备、设施都可以作为“光储直柔”系统中的储能资源，这就需要重新认识、刻画建筑中可利用的储能方式及其可发挥的作用。

       建筑中可利用的储能/蓄能手段或方式如图4所示。其中建筑本体围护结构可发挥一定的冷热量蓄存作用，与暖通空调系统特征相关联后可作为重要的建筑储能/蓄能资源；水蓄冷、冰蓄冷等是建筑空调系统中常见的可实现电力移峰填谷的技术手段，在很多建筑中已得到应用。针对围护结构及空调系统储能潜力的研究已有不少，Peng等人对商业建筑预冷策略的测试表明，2种预冷策略在正常用电高峰时段均可实现80%~100%的负荷转移，且无舒适方面的投诉；Aduda等人的研究结果表明，在不影响室内空气质量的情况下，送风机在需求高峰时段降低一半的风量最长可持续120 min；Ali等人的研究结果表明，建筑热惯性可与储能系统相结合，降低用电高峰时段的供热或供冷需求。林琳针对航站楼空调系统具有的储能潜力做了探索，指出在航站楼围护结构、多区域实际空调环境控制参数存在差异等因素作用下，通过空调系统的预冷提前开启、尖峰错峰运行等方式可以实现小时级的储能/蓄能效果，实现在保证合理热环境需求、不增加任何额外投入下的柔性用能。与建筑功能需求相适应，各类用能设备可作为储能系统的重要设备，例如空调系统中的热泵等是满足热量/冷量需求的重要措施，亦可成为发挥空调系统储能作用的重要手段，地源热泵等空调方式实质上是实现了季节性的能量转移。

       除了上述暖通空调领域常见的可利用蓄能资源外，建筑中可发挥蓄能作用的至少还包括电动车和各类设备电器。已经初步开展的建筑周边汽车使用行为研究表明，电动汽车与建筑之间具有密切联系和高度同步使用性。电动汽车可视为一种移动的建筑、移动的蓄电池，将其作为一种重要的蓄电池资源，可发挥对建筑能源系统进行有效调蓄的重要作用，电动汽车也将有望成为实现交通-建筑-电力协同互动（如V2G/V2B）的重要载体。目前交通、电力领域的研究者已认识到电动汽车作为重要储能资源的潜力，当从建筑角度认识电动车时，以典型建筑为功能场景，需要进一步刻画其周边可利用的电动车电池资源、这些电池可发挥多大的能量调蓄作用，需要开展进一步深入研究。建筑中的电器设备，有的自身带有蓄电池，集合整个建筑中电器设备自身的蓄电池资源，也是一种可观的储能资源，但如何有效利用这些分散的电池、到底能发挥多大的蓄存潜力，尚需进一步探索。

       这样，从某种程度上来看，建筑整体可视为一种具有能量蓄存、释放能力的电池，使其更好地成为整个能源系统中的可调蓄环节。在充分挖掘建筑自身储能潜力的基础上，需合理设计配置“光储直柔”建筑中所需的化学电池储能容量，既要保证发挥有效的调蓄能力、满足建筑需求，又要保证适量、避免过多的蓄电池容量增加系统成本。从可利用的储能资源重新认识建筑中的各类用电负载、电器设备，对其资源深入挖掘、充分认识其潜力后，有望大幅降低对“光储直柔”建筑所需单独配置的蓄能电池容量需求，更好地发挥建筑自身的能量调蓄功能，促进建筑由单纯负载向具有调蓄功能负载的转变。

       建筑低压直流配电系统，除了直流配电系统自身的优势，其发展契机得益于供给侧与需求侧的发展变化为其应用提供了有利条件。一方面光伏等可再生能源输出为直流电，直流配电系统可以更好地发挥建筑光伏利用的优势；另一方面建筑机电设备中越来越多的高效设备直流化或利用直流驱动（如直流电器LED照明、直流驱动的EC风机、直流调速离心冷水机组等高效产品）。传统交流配电网络中需将交流电转换为直流电来满足高效机电设备的需求，而直流配电系统有望省去交直变换环节，系统更简单、与用电设备的高效发展需求更匹配。

       直流配电系统的电压等级、安全保护、设计选型及相应的软硬件产品等是构建直流配电系统的重要基础，一直以来对直流系统中电压等级选取等问题尚未在建筑用电领域形成统一规定，仅对电压等级、确定原则等进行了探讨。目前，T/CABEE 030—2022《民用建筑直流配电设计标准》已正式颁布实施，为建筑低压直流系统的设计、运行等提供了重要基础。该标准建议电压等级不多于3级，并推荐采用DC 750 V、DC 375 V和DC 48 V，可根据设备接入功率需求选取适宜的电压等级。在明确电压等级、系统中各类负荷负载组成的基础上，“光储直柔”系统中的各类负载、光伏、储能等通过有效的DC/DC变换器接入建筑直流配电系统，并最终通过直流母线与外部交流电网之间的AC/DC变换器连接，根据各类负载电器、用能/供能/蓄能设备所需的电压等级来实现分层分类变换，满足各自需求，如图5所示。

      允许直流母线电压在一定范围内变化是“光储直柔”配电系统的重要特征，例如T/CABEE 030—2022《民用建筑直流配电设计标准》中指出：当直流母线电压处于90%~105%额定电压范围时，设备应能按其技术指标和功能正常工作；直流母线电压超出90%~105%额定电压范围，且仍处在80%~107%额定电压范围时，设备可降频运行，不应出现损坏。这一特征既可在实现系统柔性用能、有效响应调节功率变化时作为有效的控制手段，也对直流配电系统中部件及元器件需要有效应对、保证正常工作提出了基本要求。直流电器设备需能适应这种直流母线电压的变化，并在电压变化时保证正常工作，甚至能够响应电压波动变化特征并调节自身用电功率，为系统实现柔性调节作出贡献。

       各类直流电器设备、直流配电设备等均需适应上述母线电压变化特征，并在此基础上寻求实现高效运行、满足系统调节需求的应对措施和控制策略。目前比较成熟的直流电器除了LED照明、便携式电子设备外，冰箱、洗衣机、空调等需要旋转电动机的电器正逐步采用效率更高、调节性能更好的无刷直流电动机或永磁同步电动机，大型冷水机组的直流化也取得了一定突破。未来仍需要针对各类建筑内的机电设备开发适应“光储直柔”系统需求的直流化产品，例如内部本身使用直流电的计算机、电视、手机等电子设备，也需要在其适配器等环节作出相应调整来适应直流配电系统，从而构建出完整的建筑直流电器生态。

       同时，建筑内各类直流配电设备如DC/DC变换器、AC/DC变换器，以及各类保护设备如直流断路器、剩余电流检测设备、绝缘监测设备、保护装置等，也需要构建与“光储直柔”建筑相配套的产品体系。其中，各类电力电子变换器可实现不同电压的转换或交直流转换，是“光储直柔”系统中不同层级、不同类型设备电器间实现连接必不可少的设备。当前已有一些单独开发的变换器元器件，但多是针对特定系统、特定设备独立开发的，产品的标准化、通用化尚待提高。从所实现的功能来看，各类变换器均是实现直直变换或交直变换，功能特点区分度高，完全有可能实现底层硬件的有效分类（如传输的功率等级、隔离型/非隔离型、单向变换/双向变换等），再通过内部策略（如光伏调节策略、蓄电池策略、电器策略等）或软件层面的区别就能将不同类型的变换器功能进行有效区分，这就有可能实现“底层硬件标准化+上层软件多元化”的发展路径，构建出更加完善、适宜大规模推广应用的通用变换器体系。

       建筑柔性理念及如何实现柔性用能是当前国内外研究的热点，国际能源署IEA EBC Annex 67项目（2014—2020年）对建筑柔性进行了初步探索：建筑柔性是指在满足正常使用的条件下，通过各类技术使建筑对外界能源的需求量具有弹性，以应对大量可再生能源供给带来的不确定性。柔性用能是“光储直柔”系统的最终目标，期望将建筑从原来电力系统内的刚性用电负载变为灵活的柔性负载。要实现建筑柔性用能，一方面需要将建筑融入到整个电网或电力系统中，进一步理解电网侧需要建筑用能实现什么样的效果；另一方面则是在建筑内部能够对电网要求的柔性用能进行有效响应，通过调度建筑内部的系统、设备等满足电网侧的调节需求，如图6所示。

       从电力系统发展趋势来看，我国未来将建成以风光电为主体、其他能源为有效补充或调节手段的低碳电力系统，这一目标的实现需要“源、储、网、荷”多方位的协调配合。风光电的发电特点是波动大，电网供给侧的特征变化使得其需要可供调节、应对波动的有效手段。若负载侧能够适应未来电力供给变化的特点，则可有效降低对电网侧储能、调蓄能力等的要求，这也是建筑可主动作为、争取成为未来低碳电力系统中柔性负载的重要意义。

       对于电网来说，建筑柔性用能为其提供了一个可供调节、利用的灵活负载，但通常单个建筑的规模体量较小，难以与电网的大规模电力调度、系统调节直接联系。因而在实际中往往需要将多个建筑集合，作为一种负荷聚集体来参与电网调度，才有可能实现有效的调节，这就使得负荷聚集体及其与电网之间的互动模式变得十分重要。在未来建筑与电网互动时，电网可将调度响应指令下发给负荷聚集体，由负荷聚集体负责根据电网的调度指令进行负荷响应，并将负荷响应指标分解、下发给所聚集的建筑，各建筑再经由这种调度指标来各自响应；负荷聚集体可由多类不同功能、不同体量的建筑等组成，并可根据建筑的功能和柔性调节能力在电力调度中优化其响应指标，这样才有可能使得建筑成为电网中真正有用的灵活负载，由多座建筑聚合才能使建筑具有电网调度中虚拟电厂的功能。

        如果电网采用了分时电价，“光储直柔”系统可起到“削峰填谷”的作用，优化其电力需求曲线（即一天内的用电功率P *）来最小化电费成本。“光储直柔”系统也可作为虚拟电厂的重要组成部分，根据电力调度系统发送的指令（用电功率P *）来实现实时控制。例如未来当1座10 000m²的办公楼周围停留有100辆电动汽车时，即使不考虑建筑光伏和其他柔性负载，该建筑也可通过V2G/V2B技术为电网提供0~2 MW的电力调节能力。

       “光储直柔”系统的经济收益很大程度上需要依靠与电网的友好互动过程来获得，通过建筑自身用能的调节实现负荷侧的响应，能够为电网的调节作出一定贡献，并从对电网调节的贡献中获得经济收益。这一收益的达成尚需要在电网调度调节层面进一步认识到建筑可作为其柔性负载、建筑集合而成的负荷聚集体具有实现响应调度指令的能力，也还需要进一步的政策鼓励等支持。目前一些省市如江苏、浙江、上海、广东等已经出台了需求侧响应的补偿政策，如广东省指出：用户侧储能、电动汽车、充电桩等具备负荷调节能力的资源可参与电力需求响应，且响应能力不低于1 MW；需求响应时长不低于1 h；削峰响应补偿价格为0~4 500元/（MW·h），填谷响应价格为0~120元/（MW·h）。

       对于“光储直柔”建筑自身来说，要实现与电网友好互动、柔性用能，需要根据电网或负荷聚集体给出的指令（用电功率P *）进行自我调节。如何有效响应电网的调度指令仍需要合理的系统运行策略和控制方法，这一策略或方法是发挥建筑调度能力、实现柔性调节的关键。从前述建筑中可利用的储能调节手段可以看出，系统中包含不同类型的负载，不同负载可调度的能力范围有所差别，在柔性调度要求下，如何有效响应、系统内各类负载如何调度都是需要明确回答的问题。“光储直柔”系统以变化的直流母线电压作为重要的控制信号，通过母线电压的变化来发现整个系统处于多电或少电状态，而系统中的负载、储能等可基于此电压信号进行响应，响应的层级需根据调节目标、负载重要性、建筑能源系统结构等作出判断。这也与传统经由集中管理系统统一控制调节的模式有显著区别，有助于降低系统复杂度、实现更好地自主控制调节。

       “光储直柔”建筑是面向未来低碳能源系统发展需求的建筑新型能源系统探索，各方面研究尚待不断深入，一些问题也有待突破，需要在实际案例示范、应用中进一步完善该新型建筑能源系统方式。目前，已有一些建筑中开展了“光储直柔”系统的应用探索，包括深圳建科院未来大厦、山西芮城庄上村、清华大学建筑节能楼等，为从实际案例中摸索经验、完善该系统方式提供了重要参照。当然，现有案例还多处于探索阶段，仍需要更多案例来支撑未来“光储直柔”建筑相关关键技术的深入研究和工程的规模化应用。

       深圳建科院未来大厦是“光储直柔”系统应用的标志性案例，如图7所示。该系统配置了150 kW的光伏系统，通过具备MPPT（最大功率点跟踪）功能的直流变换器接入建筑直流配电系统的直流母线；储能配置总容量为300 kW·h，依据储能电池使用目的、负载运行特点，采用了建筑物集中储能、空调专用储能和末端分散储能形式；直流配电系统采用了DC ±375 V和DC 48 V 2种电压等级，充电桩、空调机组等大功率设备接入DC 750 V母线，DC ±375 V母线负责建筑内电力传输，楼层内采用DC +375 V或DC -375 V单极供电，DC 48 V特低电压配电主要覆盖人员频繁活动的办公区域。直流负载总用电容量达到388 kW，设备类型涵盖了办公建筑内除电梯、消防水泵等特种设备之外的全部用电电器。通过集成应用“光储直柔”技术，实现建筑配电容量显著降低。如果按照常规办公楼的配电设计标准，该建筑至少需配置630 kV·A的变压器容量，该项目对市政电源接口仅配置了200 kV·A直流变换器，比传统系统降低近70%，有效降低了建筑对城市的配电容量需求。

       在用电负荷柔性控制方面，该案例采用基于直流母线电压的自适应控制策略，利用直流母线电压允许大范围波动的特性，建立起直流母线电压与建筑设备功率之间的联动关系，例如空调设备可以在电压较低时降功率运行，建筑储能电池和电动车在电压较高时开始充电，通过调节直流母线电压来调节建筑总功率^[25-26]。目前其已经实现的柔性用电调节的负载包括集中式储能（75 kW/150 kW·h）、多联机空调（150 kW）和双向充电桩（60 kW）。在与电网联合测试中，接收到电网响应功率指令后，由AC/DC主动调节直流母线电压，控制储能电池放电功率，在半小时的响应时间内将平均60 kW左右的用电负荷降到了28.9 kW，响应削峰比例达到了51.6%；对空调参与需求侧响应的测试表明，空调负荷可从平均40 kW降低到20 kW，削峰比例达到50%。

       清华大学建筑节能楼目前已初步建成了具有实验研究平台功能的“光储直柔”系统，如图8所示。该系统配置了20 kW的光伏系统，储能配置了3组6.6 kW·h的钛酸锂储能电池，直流配电系统采用了375 V的母线电压，可适用充电桩、空调机组等大功率设备直接接入直流母线，楼内照明等采用48 V低压直流接入。系统设置了可实现功率调节响应的小功率充电桩（单个6.6 kW），旨在通过建筑与周围电动汽车充电桩有效互联互通，为未来将电动汽车蓄电池作为可供建筑能源系统调度响应的一部分储能资源、探索未来电动汽车合理的充放电模式和充电桩布局规划设计等提供测试基础。

       该实验系统主要用于验证“光储直柔”系统内的母线电压控制策略、电动汽车的用能行为规律、充电桩/电动车与建筑能量交互（V2B）、系统柔性调度响应策略等。系统可根据直流母线电压的变化来调节系统内的用电设备负载，在直流母线电压一定变化范围内实现系统正常运行。目前开展的初期实验中，利用电动车充电桩、室内空调、照明、直流用电器等实现了系统与电网间的响应互动。在典型日的实验工况下，通过接入2台电动汽车和其他用电负载，根据母线电压的波动，实现了从电网近乎恒功率取电的效果，为进一步开展系统内柔性用电效果测试、制定更合理的“光储直柔”系统运行调控策略等研究提供了有利基础。

      碳中和目标推动整个能源系统的低碳发展，在未来低碳能源系统发展要求下，建筑将不再仅是传统意义上的用电负载，而将兼具发电、储能、调节、用电等功能。“光储直柔”建筑是推动建筑承担起上述综合功能的重要技术路径，目前相关研究与实践不少尚处于探索阶段。面向系统设计、面向未来运行，“光储直柔”建筑仍需在多方面开展持续深入研究（如图9所示）。

      需要对建筑具有的柔度、柔性调节目标等作出进一步定义、刻画。目前尚缺少建筑柔度的基本定义和合理指标，对实现何种柔度调节目标也缺少有效指导。为此，需要对建筑可发挥的柔性调节能力进行深入研究，需要进一步揭示建筑自身用能特征与建筑自身光伏等可再生能源供给、外部电网的电力供给之间的关系，量化描述建筑用能的柔性。对于建筑中可利用的储能方式，除了各类储能技术自身的发展，在建筑层面需要更加关注建筑自身可利用的各类储能手段，需要建立进一步认识建筑内部各类储能资源的评价指标和方法，对建筑整体作为一种调蓄复合体形成统一认识，例如可从等效电池的角度出发，将建筑中可利用的各类资源等效为某种具有蓄放能力的电池，但各类设备具有的蓄放能力、可供调度的潜力等需要进一步深入刻画。

      既包含关键设备产品如直流电器、直流变换器等的研发，也包括适应“光储直柔”系统的设计分析方法、调控策略和响应方法研究。实现直流系统中主要部件产品（智能电器和配电设备）的标准化是当前亟需开展的重要研究，缺少合适的直流产品是很多实际工程开展“光储直柔”应用时的瓶颈。

直流机电设备电器、通用变换器接口等产品的开发，需要针对“光储直柔”系统中的应用场景确定开发需求，考虑产品适应直流母线电压变化的能力和系统柔性调节需求。“光储直柔”系统的设计应用需要一套完整的设计方法支撑，包含基本结构、优化配置、调节控制等多个环节的优化选取，需要综合考虑建筑本体可利用的光伏等可再生资源、合理的系统架构，例如建筑光伏利用中除了依靠光伏自身的技术进步、进一步实现更高的效率与更低的成本之外，建筑设计构造上也需针对更好利用光伏提出解决方案；“光储直柔”系统也需要配置合理的关键设备和储能容量，既保证系统中合理的储能调蓄能力，又不增加过多的化学电池等储能成本。在此基础上需要进一步考虑建筑与电网交互的策略方法，研究将建筑作为电网中灵活负载的调节措施，与电网供给侧的发展相适应，提出实现建筑与电网友好互动的有效机制/模式。随着人工智能、机器学习等计算机技术的飞速进步，电源侧、用户侧的负荷预测技术也获得快速发展，为提供精准的负荷预测提供了重要技术手段，并有望成为“光储直柔”系统中重要的支撑技术，帮助实现更好的用户侧柔性用能和系统响应。

       目前的应用案例还多处于单种功能或单一场景层面，对于如何在大体量、多场景建筑中提出合理的“光储直柔”系统构建方案、建立合理的设计方法都需要进一步探索。在建筑功能场景中，需要对各类建筑场景中基于“光储直柔”构建新型建筑能源系统开展探索，选取更适合开展“光储直柔”系统构建的场景。例如在乡村建筑中可进行整村级“光储直柔”系统构建，使之成为重要的可再生电力来源；在城市建筑中除了已有的办公建筑示范场景外，针对航站楼等具有光伏利用有利条件、具有丰富电动车资源潜力及较大建筑蓄能调动潜力的场景，也可进一步探索其合理的“光储直柔”系统实施方案，为在更大建筑规模中应用提供更好的案例和示范。在单体示范应用基础上，应进一步探索针对区域级建筑实现柔性用能的措施和方法，例如可将多座“光储直柔”建筑纳入负荷聚集商等更大范围、更大规模的用户侧负荷调度响应体系中，实现建筑成为电力系统中可调节的灵活负载的目标。

       “光储直柔”理念从无到有，进一步发展和推广应用需要标准支撑。目前除了已经颁布实施的T/CABEE 030—2022《民用建筑直流配电设计标准》，处于制定阶段的相关标准有《建筑“光储直柔”评价标准》《建筑“光储直柔”系统变换器通用技术要求》等。还需要进一步梳理“光储直柔”关键的技术标准需求，进一步建立“光储直柔”建筑的完整标准体系，需要能够涵盖相关的关键产品和技术、工程设计示范应用等多方面全方位的标准、规范、指南等，从而为指导实际系统的规划设计、建设运行、评估评价提供切实支持。