内容简介
本书围绕PEDF系统的优化运行开展相关研究。首先，探究以综合效益*大为目标的PEDF系统电能优化与容量配置方法。进一步研究PEDF由独立的单体建筑转换为集成共享用能、产能、蓄能多功能体的协同运行方法。一方面，从多主体共享的角度，以兼顾供给侧与共享侧的效益*大化为目标，构建PEDF建筑群(multiple Photovoltaic, Energy storage, Direct current, Flexible building power system, mPEDF)的共享成本分摊模型和收益分配策略。另一方面，从多种类共享的角度，建立基于多选址因素PEDF决策模型，结合选址结果提出兼顾共享电动汽车充电服务的PEDF(shared Photovoltaic, Energy storage, Direct current, Flexible building power system, sPEDF)优化运行方法。本书为PEDF在单体建筑及其在多元共享下的协同优化提供科学依据，为工程实践中PEDF系统规划与设计提供重要理论参考。
目录
目 录
第一章 光储直柔系统概述 1
1.1 光储直柔系统的研究背景及意义 1
1.2 光储直柔系统的研究现状 5
1.3 当前光储直柔系统的局限性 11
1.4 光储直柔系统发展方向 12
第二章 光储直柔系统解析 17
2.1 微电网 17
2.2 光伏发电 26
2.3 储能蓄电 33
2.4 直流配电 51
2.5 柔性控制 53
第三章 被动式建筑 55
3.1 定义 55
3.2 关键技术 58
3.3 发展现状 68
3.4 被动式建筑与光储直柔的关系 70
第四章 主动式建筑 72
4.1 概念与定义 72
4.2 主动式建筑的设计策略 74
4.3 主动式建筑评价标准 75
4.4 主动式建筑的应用案例 81
4.5 主动式建筑与光储直柔的关系 85
第五章 光储直柔系统资源优化配置及协同运行研究 1
5.1 研究意义 1
5.2 国内外研究现状 4
5.3 研究内容与路线 12
5.4 研究思路 17
第六章 光储直柔系统运行调控与建模研究 21
6.1 引言 21
6.2 研究方法 21
6.3 PEDF模型研究 27
6.4 基础模型仿真 49
6.5 本章小结 57
第七章 考虑碳交易的光储直柔系统优化运行方案 58
7.1 引言 58
7.2 考虑碳交易的PEDF单体建筑 59
7.3 优化运行策略 65
7.4 仿真分析 65
7.5 本章小结 71
第八章 基于DEA成本分摊的建筑群能源交易方法 72
8.1 P2P能源交易原则 72
8.2 微网优化运行（第一层优化） 74
8.3 基于DEA的建筑群投资成本分摊模型（第二层优化） 76
8.4 建筑群能源交易方法（第三层优化） 80
8.5 仿真分析 82
8.6 结论 91
第九章 基于共享充电服务的光储直柔建筑优化选址及运行策略 92
9.1 引言 92
9.2 适用于sPEDF系统选址的改进层次分析法 93
9.3 计及共享充电服务的sPEDF系统优化运行策略 99
9.4 仿真分析 101
9.5 本章小结 112
第十章 工程应用及技术分析 114
10.1 引言 114
10.2 光储直柔智慧展馆概念方案 114
10.3 某市中心城区电动汽车充电基础设施规划选址方案 125
10.4 城市滨水区域光储直柔系统技术分析 136
10.5 本章小结 143
第十一章 总结与展望 144
11.1 总结 144
11.2 展望 147
参考文献 149
试读
光储直柔系统的研究背景及意义
力争2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”，是以习近平同志为核心的党中央作出的重大战略决策，是我国实现可持续、高质量发展的内在要求，更是构建人类命运共同体的必然路径。建筑行业作为城市能耗三大重点领域之一，应当围绕“双碳”战略肩负起节能降碳重任，也是如期完成绿色能源革命的重中之重。
建筑运行过程中产生的碳排放约占全国总碳排放量的20%左右，而减碳的关键在于以生产生活全面电气化替代非可再生化石燃料的大量使用。中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿认为，在“双碳”目标之下，建筑也应由单纯的能源消费者，转为支持大规模清洁能源接入的贡献者，集用能、产能、蓄能为一体，从而提出了一种“光储直柔”建筑的概念。自江院士提出光储直柔概念以来，2021年10月，《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》（国发〔2021〕23号）中明确指出，在城乡建设碳达峰领域应加快优化建筑用能结构，提高建筑终端电气化水平，应大力发展集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。2022年3月，住建部发布《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》，明确表明需加强智能光伏建筑一体化利用、开展“光储直柔”新型建筑电力系统建设。
“光”指建筑区域内应用分布式光伏，如建设光伏建筑一体化（Building Integrated Photovoltaic, BIPV）或在现有建筑上安装光伏发电系统（Building Attached Photovoltaic, BAPV），为建筑提供自身电能来源；“储”指建筑中装配有分布式储能系统，将发电高峰期未能及时应用的余电存储在储能系统中，并在发电低谷期为建筑供能；“直”指建筑配电网的形式发生改变，从传统的交流配电网改为采用形式简单、易于控制、传续效率更高的直流供电系统；“柔”则是指建筑用电设备应具备可中断、可调节的能力，使建筑用电需求从刚性转变为柔性，并且与电网进行电力交互（需求侧响应），根据当前的电力价格进行交易。因此可以认为，“光”“储”“直”是为了实现建筑“柔”性用能的应用形式与方法。
前言/序言
前 言
光储直柔建筑电力系统（Photovoltaic, Energy storage, Direct current, Flexible building power system, PEDF）是建筑领域实现“双碳”目标的重要措施之一，建立微电网则是消纳新能源、解决光伏发电的间歇性问题的有效工具。
本书主要分为两个部分：
第一部分（第一章至第四章）是对光储直柔系统及其在节能减排、绿色低碳发展方面的新技术与新理念进行了综合探讨和科普。首先，对光储直柔系统进行了综合概述，包括光储直柔系统的构建，通过集成光伏发电、储能、直流配电和柔性用电技术，提升建筑能源自给能力和电网互动性，助力实现"双碳"目标。同时，探讨了微电网技术作为智能配电网的重要组成部分，对促进节能减排和能源的可持续发展起着关键作用。进一步，讨论了被动式与主动式建筑的概念，其中被动式建筑侧重于通过优化设计和材料使用减少对传统能源的依赖，而主动式建筑则通过集成先进科技和智能系统，主动响应环境变化，优化能源使用并提升居住舒适度。展示了被动式、主动式建筑理念和光储直柔技术在实际应用中的成效，为建筑行业向绿色低碳转型提供了有效的信息和指导。
然而，目前将建筑特性与微网优化运行相结合的优化研究还不充分，建筑的能源利用效率低、建设成本高等问题导致PEDF难以进一步推广与发展，因此有必要引入新的模型与算法、从新的视角对PEDF的优化问题进行研究和探讨。
第二部分（第五章至第十章）围绕光储直柔系统的优化运行开展了深入研究。首先，探究以综合效益*大为目标的PEDF系统电能优化与容量配置方法。进一步研究PEDF由独立的单体建筑转换为集成共享用能、产能、蓄能多功能体的协同运行方法。一方面，从多主体共享的角度，以兼顾供给侧与共享侧的效益*大化为目标，构建PEDF建筑群(multiple Photovoltaic, Energy storage, Direct current, Flexible building power system, mPEDF)的共享成本分摊模型和收益分配策略。另一方面，从多种类共享的角度，建立基于多选址因素PEDF决策模型，结合选址结果提出兼顾共享电动汽车充电服务的PEDF(shared Photovoltaic, Energy storage, Direct current, Flexible building power system, sPEDF)优化运行方法。本书为PEDF在单体建筑及其在多元共享下的协同优化提供科学依据，并且以几项相关工程进行了技术分析与总结，为工程实践中PEDF系统规划与设计提供重要理论参考。
本书第二部分完成了以下研究工作：
（1）搭建了PEDF系统数学模型，为优化运行策略提供分析研究基础。通过解析PEDF系统的柔性调控机制，建立单体PEDF系统优化运行模型、低压直流运行模型，提出多元共享的mPEDF、sPEDF的联合优化模型与方法，通过对比分析验证了优化模型的性能提升效果。
（2）提出了单个PEDF系统的资源优化调度与配置方法，提高其新能源利用效率与系统增量效益，减少增量成本。探讨在多日照、季节属性场景下的PEDF系统智慧用能策略，从而实现降低整体建筑能耗，达到节能减排效果，提升建筑室内舒适度。
（3）提出了基于数据包络分析方法的建筑微电网点对点能源交易方法，减少每个用户的所产生的费用。在mPEDF建筑群中实现能源共享与互补，进一步吸引更多的用户参与点对点能源交易，形成绿色减碳的良性循环。
（4）构建了兼顾供给侧与共享侧效益*优的sPEDF系统规划选址方法与建筑微网协同优化运行方案，提高sPEDF系统的能源利用效率，促进可再生能源的就地消纳。利用建筑富余的电能为其他电动汽车用户提供共享充电服务，实现供给侧与共享侧的“共赢”。
（5）已实施的工程应用及展望。基于本书研究内容，目前已进行了某展馆的概念设计方案以及某市充电基础设施规划选址方案，并对未来可重点发展的滨水PEDF建筑进行了展望。
