在全球能源转型的大背景下，构建新型电力系统是实现绿色低碳发展的重要途径。作为能源消费的核心区域，城市面临着前所未有的挑战与机遇。随着未来电网逐渐呈现“双高”（高比例可再生能源接入、高比例电力电子设备应用）与“双随机”（供给侧随机性、需求侧随机性）特征，构建建筑光储直柔系统能够使城市建筑根据电网状况灵活调整用电模式。这不仅有助于提升电力系统的整体稳定性，也为城市建筑向更环保、节能的方向转型提供了切实可行的路径。

在全球能源转型的大背景下，为实现更高比例的清洁能源利用，未来电力系统将经历革命性变

化，并呈现“双高”与“双随机”两大特征。

风能、太阳能等可再生能源的发电量高度依赖天气条件，具有明显的间歇性和波动性。这种不稳定性可能引起电网频率和电压波动，影响供电质量，并增加实时电力平衡的难度。为增强电网灵活性与稳定性，必须通过整合可再生能源发电（风能、太阳能）、储能技术、智能电网技术和需求侧管理等方式，构建一个更灵活、可靠且高效的新型电力供应体系。

图1 ：2022年建筑与建筑业建造碳排放汇总表

（二）优化方向

为了降低建筑运行能耗和碳排，打造零能、零碳建筑，通常从两大方向出发：

1.被动优化

指在建筑规划和设计阶段，充分考虑建筑的用能特点,利用周边自然资源（如光、热、风）,实现建筑本体节能最大化。

2.主动优化

侧重于提升建筑运行效率，通过提效减量等方法提高建筑本体节能率，包括对空调、照明、电梯、热水等系统进行节能设计或改造，提升整体能效；建设可再生能源系统与能源管理系统，提高建筑可再生能源利用率，实现能源的智能化管理和动态调控。

在主动优化方向下，通过整合分布式能源、储能设备与智能调控技术，能够构建建筑能源系统的“产-储-用”闭环，成为实现零能、零碳建筑的重要技术范式。我国《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》明确提出推广光储直柔技术（PEDF，Photovoltaic, Energy Storage, Direct Current and Flexibility），鼓励建设集成太阳能发电、能量储存、直流电分配以及灵活用电模式的新型建筑电力系统，即“光储直柔”建筑。这一举措旨在通过提高能源使用效率，增加可再生能源应用比例，为实现碳达峰目标贡献力量。

（一）系统构成

常见建筑配电系统通常由电源、交流配电、用电设备和监管系统四大部分组成（如下图），构成了传统的“交流集中供电、刚性用电”模式。

而光储直柔系统在此基础上进行了系统性升级，通过引入光伏发电、储能系统、直流配电和柔性负荷（灵活用电模式）四大核心环节，重构了建筑能源的供给、传输、使用与调控方式。

1.光伏发电

城市建筑受土地资源限制，需充分利用屋顶、立面、停车场等空间部署光伏组件，实现建筑本体能源自给。此类项目装机容量通常不超过6MW，并通过低压配电网（380V或10kV）并网，实现就近生产与消纳。对于配置储能系统的项目，通常采用“自用优先、余电储存、储满上网”的运行模式，以获取最大经济效益。

2.储能系统

广义的建筑储能包括电化学储能、空调系统蓄冷/蓄热以及生活热水蓄热等技术。其中，电化学储能凭借灵活性和快速响应能力脱颖而出，可根据需求精准调节能源输出，提供稳定可靠的电力支持。根据建筑用电情况及可用空间，一般会配置几百千瓦时的储能单元。此外，随着电动汽车普及和充放电技术发展，储能环节可进一步整合支持V2G（车网互动）功能，通过双向充电桩实现电动汽车与建筑的能源双向流动，即车辆向建筑电网反向放电，形成特殊的分布式储能系统。

3.直流配电

直流配电网是光储直柔系统的核心组成部分。通过构建不同电压等级的直流母线网络，可实现不同功率设备的高效接入和协同运行。根据《民用建筑直流配电设计标准》建议，设备接入电压等级选择如下：

不同电压等级的配电网之间通过直-直转换器实现隔离和连接。而直流配电系统通过交-直变换器与交流电网实现双向电能交互，是支持建筑与电网互动的关键设备。

4.柔性直流负荷（灵活用电模式）

指能够根据系统运行状态（如电网状况、能源供应、用户需求）主动或被动调整功率需求的可控负载，其显著特点是灵活性——通过动态调节用电模式优化整体能源使用效率和系统稳定性。例如：

（1）LED照明。集成传感器和智能控制系统，可根据环境光线强度或人员活动情况自动调节亮度，节省能源。

（2）空调系统。通过智能温控器在预设时间调整室内温度设定值，在不影响舒适度的前提下减少制冷/制热负荷，从而降低电力高峰时段的消耗。

（3）部分工商业设备。通过变频驱动器等技术实现功率精确调节，使设备功率输出与实时能源供给匹配。

（二）系统优势

1.时空互补性

光伏发电具有昼夜周期性和天气依赖性（晴天发电量可达阴天的3-5倍），而建筑负荷呈现“晨峰-午谷-晚峰”的波动特性，储能系统可有效弥补两者之间的时空错配问题。结合气象预报和电价信号，可实现多时间尺度的能量调度优化，提升光伏消纳率和储能系统寿命，降低建筑用电成本。

2.电网交互性

以城市电网指令为约束，系统与电网接口的交-直变换器，可在0-100%功率范围内双向调节，支持建筑与电网的深度协同，实现需求侧和供给侧的动态平衡，并提供电能质量治理、调峰调频等服务。

3.能效集约性

光伏、储能以及日益增多的直流终端负载（如LED照明、空调机组、电动汽车等）可直接接入直流配电系统，减少交直转换环节造成的电能损耗，提升系统整体能效。

在建筑光储直柔系统中，能源管理系统（EMS）与柔性调控技术是实现系统高效运行与电网协同的核心。EMS通过实时监测光伏发电、储能状态及负荷需求，整合气象预测、电价信号等多维度数据，动态优化能源生产与消耗策略。其核心目标包括：优先消纳本地光伏发电，协调储能充放电，确保直流母线电压稳定，最大程度平抑负荷波动，同时支持电网调峰要求与建筑用能可靠性需求。为实现上述目标，EMS通常应具备以下功能：

（一）实时监控与数据采集

通过传感器和智能电表等设备，对光伏电池板、储能装置、各类负载以及电网状态进行实时监控，采集发电量、耗电量、电池充放电状态等关键数据。

（二）能量流优化

基于实时数据和预测模型，动态优化光伏、储能及负荷之间的能量分配策略，最大化本地可再生能源利用，减少对外部电网的依赖。

（三）储能管理

依据电价、负载需求、天气预报等因素，制定最优的储能充放电策略，在延长电池使用寿命的同时，有效降低整体用电成本。

（四）需求响应

参与需求响应计划，根据电网运营商的信号，自动调整负荷水平，如在高峰时段自动削减非关键负载或增加储能装置的充电量，从而获得经济效益。

（五）故障检测与保护

实时监测系统各环节工作状态，一旦检测到异常（如过载、短路等），立即启动保护机制隔离故障区域，防止事故扩散，保障系统安全运行。

（六）用户交互界面

提供可视化、友好的用户界面，使用户直观了解系统运行状况，并可手动调整设置（如电源使用优先级或查看历史能耗数据等）。

（七）远程维护与升级

支持远程诊断和软件更新，便于技术人员及时解决问题，保持系统处于最佳工作状态。

对于涉及综合能源服务的企业而言，光储直柔技术在提升能源利用效率、增强电网互动能力、降低碳排放等方面具有显著优势，契合企业向绿色低碳、智慧能源服务商转型的战略方向。为推动技术落地与应用，提出以下发展建议：

（一）试点示范

企业以办公大楼、产业园区等自有物业为试点，率先开展光储直柔系统集成应用，打造示范项目。重点推进光伏发电、储能系统与直流配电及柔性用电负荷的协同优化，并探索基于该技术的能源托管、需求响应和虚拟电厂等新型商业模式。

（二）技术研发与标准建设

企业应结合自身实际，设立低碳能源专业实验室，联合高校与科研机构，深化关键技术攻关与标准建设，推动形成可复制、可推广的系统解决方案，全面提升企业在综合能源服务领域的核心竞争力。

光储直柔系统作为建筑能源转型的核心，通过整合分布式光伏、储能设备以及直流配电网络，推动建筑从单纯的“能源消费者”到“能源产消者”的转变。依托先进的能源管理系统（EMS），光储直柔系统不仅能最大化自身效益，为用户节省电费，还为高比例分布式新能源接入电网提供了至关重要的缓冲和灵活性支撑。这种转变带来了经济（降低用能成本、参与电力市场获益）、环境（提升绿电比例、减少碳排放）和社会（增强电网韧性、促进可持续发展）三方面的综合效益，标志着建筑能源利用模式向更高效、可持续方向发展，为单体建筑、区域乃至社会层面的绿色低碳转型提供有力支撑。

素材来源：广州城投研究院

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