农电逆变器

能源转型

能源转型在建筑领域及农村地区有着具体且关键的实施路径，以下从建筑用能模式转变、城镇与农村建筑能源系统发展等方面进行介绍：

全面实现建筑用能电气化

冬季建筑采暖：是建筑用能中燃料需求最主要的用途，也是全面实现去燃料化的最大挑战，后续将详细探讨应对策略。

制备生活热水、蒸汽需求：可通过电驱动热泵或直接电热替代分散和集中的燃气锅炉。实践显示，分散电热方式制取热水或蒸汽用于医院等特殊需求，因减少输送热损失，能耗低于集中燃气锅炉（按1立方米天然气折合5千瓦时电力计算）。

炊事：电炊事设备已广泛进入家庭，除中式炒菜外，其他电炊事方式可替代燃气。电炒锅也能满足炊事要求，未完全替换更多是文化因素。以绿色低碳能源为目标推广电炊事装置，可快速实现替换。此外，照明、空调、电梯、黑白家电等建筑用能设备基本已电气化。

发展光伏建筑的原因

成本下降：我国太阳能光伏电池成本大幅降低，投资从2004年的60元/Wp降至2元/Wp以下，大规模发展在经济上可行。

资源约束：光伏电池投资成本下降后，土地和空间资源成为重要约束条件。东部地区人口密集、土地资源紧缺，应充分利用建筑表面吸收太阳能资源，减少从西部长途输送可再生能源的需求。

技术成熟：建筑光伏一体化技术较为成熟，我国在单晶和多晶光伏器件、各类透明和不透明新型薄膜型光伏电池等方面产能巨大，可适应不同建筑外围护结构。在建筑设计阶段实现建筑与光伏一体化，能保证光伏利用高效和建筑美观。

发展光伏发电的关键问题及建筑光伏潜力

关键问题：已从器件成本转为安装空间，建筑屋顶和可获得较多太阳辐射的垂直外表面是安装光伏的最佳场所。

建筑光伏潜力：我国城市建筑外表面约有50亿平方米空间资源，全部安装可形成5亿千瓦装机容量，年发电量达5000亿千瓦时；农村及农用设施可安装面积约200亿平方米，全部安装可形成20亿千瓦装机容量，发电能力达2万亿千瓦时。建筑表面光伏发电可优先用于建筑自身用电，需解决蓄电问题并发展相适应的建筑配电系统。

不同建筑形态的光伏利用策略

城市建筑：多为高层且相互遮挡严重，光伏发电量与自身用电量比例与建筑形态等因素有关，无需追求“全光伏供电”或“零能耗建筑”，应利用建筑用电器具特点，发展更大容量柔性负载，提高电网接受可再生电力能力。

农村建筑：多为低层，依靠光伏解决全部用电需求成本不高。农村用电负荷低、地理分布稀疏，集中农电供应方式空载率高、供电实际成本高于城市。可利用资金建立分布式可再生电力系统，实现农村电力自给，多余部分反向出售到电网，改变农村能源状况，实现高可靠、高质量的低碳能源系统。

通过建筑直流配电和分布式蓄电技术实现建筑的柔性用电

直流供电优势：建筑外表面安装的光伏电池输出直流电，若通过逆变器转为同步交流电力再接入建筑内配电网，会增加成本和形成损耗。目前建筑内大部分用电设备本质使用直流电，但通过整流器转换环节多、损耗大，改为直接直流供电可简化并减少转换损耗。

直流柔性用电方式：建筑物实行直流母线供电，通过DC/DC转换产生所需电压，增加智能环节可根据母线电压调节用电功率，使建筑用电从“刚性用电”转为“柔性用电”。居住建筑改为直流柔性用电方式后，用电功率可根据直流母线电压变化自行在±20% - 30%范围内调节，办公建筑可在±10% - 20%范围内调节。若在建筑内不同空间布置蓄电池，电池接入通过智能DC/DC调控，建筑用电功率可根据母线电压状况自行在±50%范围内调节。直流母线电压由建筑入口的AC/DC控制，可采用恒功率模式、按照峰谷不同电价的最小电费模式、直接响应电力调度命令实现“需求侧响应”的模式进行功率调节，使建筑用电转为柔性负载，缓解电网用电侧负荷变化问题，减少建筑接入变压器空载电流和楼外电网损耗，提高建筑供电质量、安全性和可靠性。

城镇建筑柔性建筑用能系统：城镇建筑可发展“直流配电 + 分布式蓄电 + 光伏 + 智能充电桩”的柔性建筑用能系统。分布设置蓄电池吸纳光伏发电和接收电网低谷电，提高建筑用电可靠性；制冷和供暖利用建筑围护结构热惯性，其他用电设备利用自身灵活用电特性实现柔性用电和需求侧响应。该系统还可与充电桩相连，利用汽车电池智能充放电协调建筑用电变化。若未来城镇75%的居住建筑和40%的公共建筑实现“直流 + 分布式蓄电”用电模式，可有效接纳2.5亿千瓦光伏发电，形成12亿千瓦柔性负载。农村也可在充分开发建筑和农业设施表面光伏基础上，形成需求侧响应用电模式，建成柔性直流微网，实现电力自发自用为主，少部分向电网取电或供电。

发展直接接入建筑内配电网的智能充电桩

未来交通能源需求：未来交通以电力为主要能源方式，汽车全面“油改电”势在必行，需建立完善充电服务系统。

传统充电模式问题：若通过专门变压器把停车场充电桩接入电网，按“即插即充”模式，100个充电桩配电功率可达2兆瓦以上，远大于3000平方米办公建筑配电容量，给城市供电系统带来巨大负担。

智能充电桩发展策略：需发展慢充系统并实现充电系统与建筑内部配电一体化，使汽车电池成为建筑柔性用电系统一部分。在居住建筑、办公建筑等周边配备智能充电桩，吸收居住建筑夜间空余电力，在需要时为办公建筑等提供峰值用电，在商场、体育场、高速路等处设置极少数快充桩解决紧急充电需求。

农村非生产用能电力化及风电、光电发展条件：农村非生产用能其他部分应依靠电力。进入21世纪以来，风电、光伏发电装置成本大幅下降，若不包括土地或空间成本，发电成本已低于煤电。光伏曾作为扶贫方式，现在光伏元件成本不再是障碍，若有低成本安装方式且自用不上网，就有可能迅速发展，风电也早已是边缘地区获得电力的方式。

农村发展风电、光电需解决的问题：目前农村发展风电、光电需解决蓄电和微电网系统问题。若每户LED照明和晚上家电功率为300瓦，每晚使用4小时，每户有2千瓦时蓄电池就可保证基本需求，车辆充电、其他家电和农机具尽可能白天使用，搭建分户全直流系统，每个农户蓄电和配电微网投资可在1万元以内，加上光伏或小型风电，每户2万元内可解决基本问题。目前农村电网扩容标准每户5 - 8千瓦，户均农网改造费高于2万元，改造后为实现“煤改电”降低谷间电价依赖补贴。若取消补贴电价，将电网改造费用投向农村微网改造，在农村建成分布式电力系统，大电网承担辅助和补充作用，承担农村用电的20% - 50%，就是未来农村建筑电力系统模式。

农村在能源革命中的优势及能源模式探索

资源优势：能源革命核心是由化石能源为主转为可再生能源为主的低碳能源系统，化石能源依赖矿产资源，风电、光电和生物质能源依赖土地空间资源。农村拥有建筑屋顶、农业设施表面、不能耕作空地等资源可安装太阳能光伏电池，在不影响生产生活条件下可零星布局风力发电装置，一些山区有发展小水电条件，农林牧畜业副产品产出的生物质材料是唯一零碳燃料资源，农村可为可再生能源提供丰富资源。

能源模式探索：能源革命另一特征是从集中生产、运输和转换方式转变为分布式生产、产与用同地，农村可再生能源符合这一特点。可从农村电力系统开始，探讨实现基于可再生电力的分布式发电、分散式蓄电、就地用电新模式。农村用电负荷稀疏，集中电力输配方式投资高、效率低，长途输送天然气成本高、效率低、安全性差，继续使用燃煤高污染、低效率且炉灰成公害。采用新分布式模式，依赖自身资源建立以可再生能源为基础的农村新能源系统，与农村资源环境条件相符，是未来能源发展目标，可在农村先行先试。

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