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智慧建筑跟被動式建筑、零能耗建筑以及太陽能建筑有所不同，在霧霾越來越嚴重的情況下，在工廠、寫字樓等一些大型的建筑中間建設智能微網，是未來發展的主流。本文就如何在智慧建筑中建設能源微網進行簡單的交流。

智慧建筑的概念

智慧建筑是指將建筑物的結構、系統、服務和管理根據用戶的需求進行最優化組合，從而為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環境。智能建筑是集現代科學技術之大成的產物，其技術基礎主要由現代建筑技術、現代電腦技術、現代通訊技術和現代控制技術所組成。

建筑智慧化作為現代建筑的一個有機組成部分，不斷吸收并采用新的可靠性技術，使傳統的建筑概念賦予新的內容，穩定且持續不斷改進是今后的發展方向。新興的生物工程技術、節能環保技術、多學課新材料技術等，正在滲透到智慧建筑領域中，形成更高層次的可持續發展的智慧建筑。

現階段建筑中間的能耗越來越大，像北方地區的供暖、用電負荷越來越大，南方地區夏天使用空調的時候能耗也比較大，未來在充電樁方面的能源需求也會越來越大，如何將光伏/光熱、強電/弱電、儲能/儲熱、充電樁和數據中心聯系起來，形成能源微網應用在智慧建筑中，這在未來的發展中是非常重要的。

智慧建筑能源微網的背景趨勢

“十二五”、“十三五”規劃政策的陸續提出，我國已積極推動“互聯網+”智慧能源的發展。加快推進能源全領域、全環節智慧化發展，實施能源生產和利用設施智能化改造，推進能源監測、能量 計量、調度運行和管理智能化體系建設，提高能源發展可持續自適應能力。

陸續出臺重要文件：

《節約能源法》

《新興能源產業發展規劃》

《節能減排“十二五”規劃》

《可再生能源“十三五”發展規劃》

《大氣污染防治行動計劃》

《能源發展戰略行動計劃（2014-2020年）》

以前的建筑考慮比較多的是用能方面，現在的建筑主要考慮的是產能。以前建筑的外墻玻璃、屋頂以及光熱的使用相對來說少一些，2018年碳交易過后，在使用能源比例越來越大的情況下，建筑產能也越來越多。

以前北方的供暖都采用燃煤的形式，后來變成煤改氣，現在主導的是煤改電，煤改電的工作已經全面開始，新建的建筑中將使用電鍋爐來實行分布式供暖，所以電鍋爐的發展將會越來越快。

“十三五”規劃的出臺使光伏能源成為中國未來新能源發展的一個重要方向，截止2016年光伏占能源的比重僅為1%，2017年突破了53GW的發展，到2035-2040年光伏的能源消費占比要達到10%，光伏發電總量達到1.2萬億度，替代煤炭5億噸。2020年非化石能源占能源總量比例達到15%，2030年達到20%，其中，太陽能發電1.6億千瓦（光伏1.5億千瓦）。

現在太陽能的成本越來越低，薄膜電池的技術也在飛速發展。最近的一些消息稱薄膜電池的發電量可以占到21%左右，未來在建筑的屋頂上單晶硅、多晶硅、光熱以及一些新型的技術的應用將會越來越廣泛。

住建部聯同工信部聯合印發的《促進綠色建材生產和應用行動方案》規劃中提到，到2018年，綠色建材生產比重要明顯提升，發展質量將明顯改善。新建建筑中綠色建材應用比例要達到30%，綠色建筑應用比例要達到50%，試點示范工程應用比例要達到70%，既有的建筑改造應用比例要提高到80%。

智慧建筑能源微網的系統組成

目前南方的分布式能源發展的比較快，工廠、商業樓宇的大面積屋頂都比較適合建設能源微網。在建設光伏建筑一體化時，把微電網、微熱網和信息網三網很好的融合起來，重新搭配，把產能、用能、節能、儲能、供能很好的結合起來，形成一個全新的組合。

系統組成：

智能微網系統采用多種新型能源供電，是新型電力電子技術、分布式發電、可再生能源發電技術和儲能技術的綜合，集成多個分布式發電單元和負荷作為一個單獨的電網系統，可獨立向負載供電或與市電配合向負載供電。

1、光伏屋頂

這是一個建筑一體化的寫字樓項目。寫字樓的屋頂全部用光伏覆蓋，朝南的墻壁做成薄膜電池，使用的是太陽能的光伏薄膜，晚上的時候可以呈現

LED或者廣告牌的效果，西面的墻壁也采用同樣的方式，雖然發電量會有所降低，但是總的來說，外墻薄膜加上屋頂光伏產生的能源量還是非常大的。

設計這種一體化寫字樓的客戶大多數考慮的是成本問題，因為這種技術比普通的玻璃幕墻成本要高，但個人認為最主要的還是安全問題，因為建筑帶電，未來在運維、擦洗等方面都是需要重點考慮的。當然現在太陽能技術發展迅猛，完全能保證安全問題，現在看這種技術的成本要稍微高一些，但是未來的5-7年就能完全收回成本，因為相比而言，商業電價會比較高。

2、太陽能光電幕墻

太陽能光電幕是一種高科技產品，集發電、隔音、隔熱、安全、裝飾功能于一身的新型建材，特別是太陽能電池發電不會排放二氧化碳或產生對溫室效應有害的氣體，也無噪音，是一種凈能源，與環境有很好的相容性，是未來的一種發展趨勢。未來薄膜電池發展會越來越快，將大面積投入到玻璃幕墻的使用中。

3、光熱供暖，空調系統

“十三五”規劃已經啟動，規劃首次將太陽能熱利用行業納入其中，并提出8億平方米保有量的目標任務。推廣光伏等清潔供暖技術替代燃煤鍋爐供熱，不僅可有效利用風能資源，減少煤炭等化石能源消耗，而且對解決城鎮供熱等民生問題和改善大氣環境質量具有非常重要的作用。

目前，北方地區由于冬季供暖造成的霧霾非常嚴重，取暖費用也非常高，特別是今年，供氣的成本不斷加高，甚至還出現缺氣的情況。個人認為在一些偏遠的地方采取光熱供暖是一種比較好的選擇，成本也會整體下降，這些光熱的設備也可以在夏天的時候供空調使用。

南疆或者南方地區比較適用空氣源熱泵，因為空氣源熱泵即使在-26℃的情況下也可以正常使用，它的節能性和效果都是比較好的，所以可以在別墅上大面積使用。

4、太陽能供暖與電鍋爐互補系統

太陽能供暖與電鍋爐互補系統是集加熱、儲能、熱交換及電控技術于一體的高科技產品，采用了先進的水電分離技術、高壓控制技術和儲能保溫技術，將夜晚電網閑置的低谷電以及棄風電、棄光伏電等能源轉換成熱能儲存起來，通過交換裝置全天24小時連續釋放，實現了大規模和超大規模供熱能力，可以完全替代目前廣泛使用的燃煤、燃氣、燃油鍋爐，使用過程中沒有任何廢氣、廢水、廢渣的產生，實現了二氧化碳零排放，是供熱領域環保升級換代的可選產品。

現在的工廠在生產時需要蒸汽，就可以用太陽能聚熱的方式產生蒸汽，然后用熔鹽儲熱的方式儲存一部分熱量，保證持續穩定的生產；冬天可以采取光熱的方式跟電進行互補，白天聚光產生熱量，晚上采用電鍋爐進行供暖。

從太陽能供暖和電鍋爐互補性方面來講，在工廠面積比較大的情況下，可以采用太陽能來供暖，鍋爐作為儲熱備用，相互備份，這種一次性的投資成本可能會比較高，但是從長期來看，白天用太陽能供暖成本比較低，晚上用電鍋爐作為互補系統相對比較安全，如果太陽能出現了質量問題或者供暖不足的情況下，用電鍋爐進行補充是個非常好的選擇。

5、空氣源熱泵

現在電鍋爐使用的安全性或者清潔性總體來說都比較好，而且是全自動化，但是相比而言，空氣源熱泵的效果會更好一些，特別是在南方地區，目前南方地區的取暖方式主要還是空調，但是用空氣源熱泵會比用空調要省電50%甚至更多。

6、儲能系統

為了微電網的平衡，一定要有一個儲能系統來儲電。儲能電池有多種，有鉛酸電池、液流電池、鋰電池等，但是總體來說，儲電的成本還是比較高的。

以前每個建筑都有EPS、UPS，PCS目前使用的比較少。UPS也叫不間斷電源，這種不間斷電源從安裝到結束使用的越少壽命就越短，EPS、直流屏電池也一樣，如何把EPS、UPS以及直流電池整個用PCS來代替呢？

在微電網中應用比較多的另外一塊是充電樁，充電樁電流非常大，多輛車同時充電會對電壓造成巨大的影響，所以增加一些儲能系統，在白天充電高峰的時候用電池的電給電動車充電就不會影響到電壓和電的穩定性，晚上還可以吸納低谷電，整體優勢比較明顯。

儲能在PCS綜合利用上比較少，但是整體來講這是個趨勢。在建筑一體化上，儲電的運用會越來越多，但是鉛酸電池的占地面積比較大，所以采用鋰電池會比較好，但是鋰電池成本比較高，所以總的來說，在電池儲能方面還沒有特別好的方案，如果能將電池的體積變小或者成本降低，那PCS在能源中的應用將會越來越廣泛。

大規模的儲電難度比較大，成本比較高，儲熱的方式相對會比較好一點。儲熱可以采用一、水儲熱，但是體積比較大，二、用鍋爐儲熱，三、用熔鹽儲熱，它們各自的優勢會不一樣，如果有空間，那水儲熱的成本最低；如果用鍋爐儲熱，相對來講固體儲熱的比熱相對較好，但是壽命會比較短。

現在有一種新的鍋爐叫熔鹽鍋爐，可以在晚上的時候燒成熔鹽，把溫度升高到400-500度，白天再慢慢釋放，這種方式在大規模工廠以及寫字樓會比較適用。如果工廠或者寫字樓規模比較小，建議使用碳纖維這種方式供暖，因為這種方式的負荷不算大。

一些老的房屋改造需要增容，可以采用異聚態，不管是白天還是晚上都會產生能量，冬天的熱比可以做到1:3，夏天可以做到1:5，這種效率比空氣源熱泵的效率要更好一點，這樣的話整個用電負荷比直接產生電的供熱方式成本要低很多，效率也高出很多。

儲電、儲熱這兩種方式對整個大樓能源微網的安全和穩定性非常有好處，所以在新建的建筑中間，把儲能、儲熱系統設計進去節能效果會比較明顯。

現在電動車發展的很快，老的建筑或者地下室直接加上充電樁的話，電流相對會比較大，變壓器可能會承受不了，所以建議在設計的過程中增加儲能系統，在低谷的時候儲電，在高峰的時候通過電池的方式給電動車充電，這樣對微電網建設的安全性效果會比較好。

智慧建筑能源微網運行管理

數據中心在大樓的用電負荷中也是巨大的。數據中心必須24小時不斷電，在大樓數據中心的建設過程中，建議建成模塊化數據中心，模塊化數據中心有個優點就是邊成長邊建設，可擴展性比較強，但是電源供應必須要一次性到位，所以建議在整個微電網的建設過程中，把數據中心的數量定一個相對比較大的容量，這樣整個規劃設計會比較好

數據中心建成以后，可以對整個大樓的光伏、光熱、玻璃幕墻、強電、弱電、儲能進行很好的能源管理或運維，能源管理的方式要智能化，信息化程度要非常高。

1、智慧能源數據架構

在智慧數據架構設計上，平臺主站主要分為設備臺賬數據、運行數據、規劃數據、仿真評估數據、能量管理數據、有序用電數據、售電管理數據、運維數據以及平臺門戶數據，為整個系統的業務流轉提供支撐。

在整個設計過程中首先要確保能源管理的安全問題。據統計，現在建筑起火的原因67%來自于電路，因為增加了光伏、光熱、儲電、儲熱、充電樁、數據中心，整個系統變得更加復雜，所以要確保安全性，要求會更高。

我們可以利用現在物聯網的傳感技術，把每一個數據精確的傳輸到機房，準確把握能源數據，找到不安全的點，知道負荷如何變化，高峰低谷情況怎么樣，對整個電源質量或者能源效果進行分析。

2、智慧能源管理平臺

通過智慧能源管理平臺可以把控電源的安全，目前我們希望做到至少在3個月前就能知道大樓的風險在哪里，便于及時排除故障，未來可能會要求半年甚至一年的提前預知期。

建筑節能是一個趨勢，那該如何實現節能？

通過產能來實現節能

通過峰谷電價來節能

通過能源管理實現節能

很多建筑在鋪設電線的過程中，一開始電線供應不足，對能量的估計也不足，所以后面增容的時候比較麻煩，尤其是機房，增加的速度往往比想象的快很多，所以通過能源大數據來計算未來增長的比例，在確保安全的情況下再做能源微網的拓展就比較有意義。

智慧建筑能源微網的市場應用

1、北京首都機場

數據顯示，首都機場GTC停車樓光伏整體項目的樓頂采光帶面積達2400平方米，共計10條采光帶，光伏電站預計每年發電量約48.36萬千瓦時，年節能收益約53余萬元，可節約150多萬噸煤炭。

有業內人士指出，《太陽能發展“十三五”規劃》已明確指出將大力推進光伏發電的多元化應用，機場建設光伏電站不僅能夠為機場提供綠色能源，節能減排，降低成本，同時，還能成為普通民眾了解光伏的窗口，為普及可再生綠色能源提供非常好的宣傳渠道。

2、京滬高鐵南京南站及智慧物流中心

目前能源管理的應用非常廣泛，可以在機場、火車站、高鐵站等大面積屋頂使用光伏、玻璃幕墻等能源一體化的建設，這種大型的場所能耗也非常高，從這些建筑入手，節能效果會更明顯。

問答

1、 目前小區、機關單位、商業等停車場的智能充電樁資金方有哪些主體？

第一種，如果甲方自己投資當然是最好；第二種，如果能計算出收益，會有很多的資金方愿意來投資，尤其充電樁這塊，未來整體的收益會比較好，但是因為目前收益率比較低，充電樁負荷也比較少，但是現在愿意投資的還是比較多的。

2、 目前推廣智慧建筑能源微電網主要遇到的問題是什么，你預測建筑能源微電網大面積推廣是什么時間？作為投資者現在投資智慧建筑能源微電網收益怎么樣？

最大的問題是一次性的投資會比較大，很多客戶沒有這么多的資金，未來可能采用合同能源管理的方式會比較好。能源微網的收益在商業屋頂的效果比較好，特別是南方地區。作為投資者投資智慧建筑能源微電網的收益比投資光伏電站的收益要高，因為它有光伏、儲能、充電樁售電、供暖、以及數據中心信息化管理的收益，綜合收益率比較高。

總的來說投資智慧建筑能源微網的穩定性比較好，因為一、用電負荷比較穩定，二、管理起來比較方便，三、風險比較低，目前最大的問題應該就是合同能源管理還沒有一個完善的商業模式，現在還在探討階段。

3、 現在有沒有投資建筑能源微電網的案例？

光伏+光熱、儲能+儲熱、充電樁+數據中心這種完整的案例還不算多，但是這些應用各個建筑里面都有，通過智慧能源云平臺連在一起形成能源微網就可以了。

來源：能源e直播