双碳行业建筑电气系统改造：以新能源为主、电气系统电子化智慧化_gebt电气展会行业动态

在“双碳”战略的引领下，我国能源结构正发生深刻变革，新能源在电力系统中的占比持续攀升，传统以煤电为主的电力格局逐步被打破，风电、光伏等新能源迎来前所未有的发展机遇，同时也给电力系统带来了前所未有的挑战。构建以新能源为主体的新型电力系统，已成为实现我国“双碳”目标的关键举措之一，而建筑电气系统作为能源消耗的重要领域，其改造升级势在必行，新能源的广泛应用、电气系统的电力电子化与智慧化转型，是这一改造过程中的核心要点。

一、新型电力系统与建筑电气系统改造的背景

习近平在 2020 年气候雄心峰会上提出，到 2030 年，中国风电、太阳能发电总装机容量将达 12 亿千瓦以上。这一宏伟目标意味着新能源将在电力供应中占据主导地位，但新能源发电的间歇性、随机性和波动性，使得电力系统的稳定运行面临巨大挑战。传统电力系统“源随荷动”的生产组织模式，在新能源为主体的电力系统中已难以适应，发电侧和用电侧的可控性都大幅降低，需要对电力系统架构进行重新分解重组，构建新型电力系统。

建筑电气系统作为电力系统的重要组成部分，其改造升级对于新型电力系统的构建至关重要。在我国经济发达城市，建筑的电力负荷峰谷差巨大，夏季空调用电负荷的快速增长成为用电高峰时段电网负荷特性恶化和电力短缺的主要原因。如 2020 年 7 月纽约曼哈顿突发大停电和 2021 年 3 月美国得州大停电，都是高比例新能源电力系统地区在极端天气和用电高峰重合造成的电网崩溃事故。这警示我们，必须引入更加稳定、灵活性的技术来支撑系统转型，虚拟电厂技术应运而生，并被纳入 2021 年国家重点研发计划。虚拟电厂通过先进的控制计量、通信等技术聚合分布式新能源、储能系统、可控负荷、电动汽车等海量异质灵活性资源，为新型电力系统提供了有效的解决方案。

二、新型电力系统的特点

新型电力系统是以新能源为主要供给源，在保障能源安全和满足经济社会发展需求的前提下，构建的以坚强智能电网为核心，源荷网储一体化和多能流互补为支撑的绿色低碳、安全高效、灵活可控、智能友好的电力系统。其特征主要体现在以下五个方面：

高比例可再生能源：新能源在电力供应中的占比大幅提升，成为电力系统的主要能源来源。

高比例电力电子装备：电力电子设备在电力系统中的应用更加广泛，提高了系统的灵活性和可控性，但同时也带来了新的技术挑战，如电能质量问题和系统稳定性问题。

多能互补综合能源：通过多种能源形式的互补和协同，提高能源利用效率，实现能源的优化配置。

数字化、智慧化：借助大数据、物联网、人工智能等先进技术，实现电力系统的智能化管理和运行，提高系统的运行效率和可靠性。

清洁高效，低碳零碳：新型电力系统致力于实现能源的清洁化和低碳化，减少温室气体排放，推动可持续发展。

三、建筑电气系统的创新与发展

(一)高比例新能源的接入和消纳

随着国家对新能源的重视和政策的推动，低碳建筑中新能源的接入比例越来越高。国务院印发的《2030 年前碳达峰行动方案》提出深化可再生能源建筑应用，推广光伏发电与建筑一体化应用。《建筑节能与可再生能源利用通用规范》(GB 55015-2021) 于 2022 年 4 月 1 日实施，要求新建建筑应设太阳能系统。这些建筑电气系统必须考虑高比例新能源的接入和就地消纳问题，以确保能源的有效利用和系统的稳定运行。

(二)主动性和交互性

未来新型电力系统的发展和电力市场化改革的深入推进，将调动建筑设备柔性调节的积极性。一方面，用户参与电力市场交易的门槛降低，参与其中的建筑用户增多;另一方面，电网辅助服务市场、电力容量市场逐步开放，低碳建筑中的新能源发电、储能、充电桩和柔性可控负荷将参与虚拟电厂，甚至以虚拟电厂的角色参与电力系统的辅助服务。建筑电气系统和用能系统需要从能源流和信息流角度，考虑与虚拟电厂的对接或扮演虚拟电厂角色，合理配置储能系统，确定可控负荷的范围和控制方式，设置智慧用能系统来对电能量市场价格波动进行预测、决策可控负荷的用电行为和新能源发电与储能充放电行为等。

(三)电气系统的电力电子化和直流化

配电系统电力电子化：风、光等新能源发电接入会把逆变器、整流器、变流器等变换设备接入电网，负荷柔性控制也需要通过变频器、适配器等变换设备，这些设备含有电力电子元器件，导致电网的电力电子化程度越来越高。这使得新型电力系统交流侧特性和传统电力系统特性差别很大，电能质量问题尤其是谐波问题突出，系统惯性小，抗冲击能力小。低碳建筑内部电气系统大多是交直流混合系统，其潮流和系统故障状态需要重新分析，系统接地形式、系统接线和保护整定需要重新梳理。

配电系统直流化：风、光等新能源发电系统本质是直流系统，柔性可控设备如风机、水泵、制冷主机等设备采用变频控制时是基于交 - 直 - 交控制，LED 灯具本质也是直流设备。无论从电源还是从用电设备看，电气系统采用直流系统，将会是更加合理的选择。“光储”柔”建筑中的“直”指的就是直流系统。顺应低压直流系统发展的急切性，不仅施耐德、ABB 和丹佛等主流合资配电产品供应商，北元电器、上海良信电器、上海大周能源科技等国内配电产品供应商都在积极跟进低压直流配电产品研发，并已有低压直流断路器、变换器、变频器、低压共直流母成套设备、电能路由器等系列产品上市，在用电设备方面，格力“推出了直流家电、直流照明、直流光伏空调等系列直流用电设备低压直流产品产业链已经基本走向成熟进入应用阶段。

配电系统元器件发展：今后电气设备发展的方向将会是软硬件解耦，智能设备由动部件、执行部件、软件部件和互联部件组成。设备的生产将从规经济到范围经济，设备的生产将采用开放自动化技术，传统生产架构将会解构，未来的生产将会是基于云平台的模块化封装系，而设备将是开箱即用，功能适用。未来的智能化系统将会从专用封闭到普适开放，从单机到云边结合。越来越多的新型电气设备出现在系统中，电气设备的材料和生产工艺的碳排放量都将列入考虑范围，开关和线缆都将进一步追求低功耗。电气系统设备还要适应新型电力系统的特点，在现代电力电子和晶闸管技术得到迅速发展后，以晶闸管器件作开断元件的切断时间更加快速，可控的固态断路器也开始上市，如 2019 年 ABB 发布了框架电流为 2500A 和 5000A 的固态断路器。

(四)电气系统的数字化和智慧化

配电系统数字化：配电系统元器件(如断路器、变换器、充电桩、储能、新能源发电等设备)越来越多地带有通信接口，如施耐德、ABB 等主流合资配电产品供应商均提供带通信接口的断路器和智能仪表产品，国内配电产品供应商也积极提高技术水平，如北元电器 B5Z-63 系列智能小型断路器额定电流低至 6A，具有计量、通信、远程控制等功能，依托物联网云平台，可通过人计算机、手机等终端设备与断路器互联，实现远程控制与远程维护。同时，配电系统还通过温湿度探测器、智能仪表和摄像头等对配电系统、配电设备和配电设备房的状态数据进行采集分析，通过有线或无线网络与智慧平台互动。用电设备也开始数字化，如照明设备、动力设备控制箱、小家电或插座等均带通信接口，可通过无线或者有线网络与智慧平台互动。如深圳云联智能光电科技公司推出物联网照明，可以每灯设有编码地址，使得照明系统更加灵活、高效、低碳化。

配电系统智慧化：我国开始步入老龄化社会，出生人口逐年锐减，大数据分析、物联网、数字孪生和人工智能技术已经发展成熟，有必要将这些技术引入配电系统，提高系统的管理运维的智慧化水平，提高系统效能，降低配电系统运维工作量，降低运维人数和人力成本。施耐德、ABB、贵州泰永长征、北元电器和上海良信电器等公司均推出了智慧配电系统，配电系统智慧化开始进入实施阶段。

智慧用能的意义：建筑是能耗大户，约占全国城镇总耗电量的 27%。新型电力系统除了能量对接还要求信息对接，智慧用能系统对接电网信息流，实现需求侧响应，是实现弹性可靠的电网系统的重要环节。智慧用能系统与传统能效管理系统的差异在于，传统能效管理系统注重的是内部能效提高，不考虑与外部电网的对接。智慧用能系统适应新型电力系统的要求，对接虚拟电厂，注重与电网互动和响应，注重内部不同资源的柔性调节和协调控制，用能系统将参与电力市场活动，争取在电力价格体制下的成本最优和收益最大。华为技术、广州白云电器、广东博智林机器人、上海大服数据技术、上海航天智慧能源技术、上海大周能源技术、丹佛斯和格力新能源等公司，在智慧园区系统、智慧用能系统、智慧储能和综合能源系统方面高度关注，积极研发，并已经将成熟系统平台推向市场，智慧能源产品可以说是百花齐放。

在“双碳”战略的推动下，建筑电气系统正经历着一场深刻的变革。新能源的广泛应用、电气系统的电力电子化与智慧化转型，不仅是应对能源危机和环境挑战的必然选择，也是实现建筑领域可持续发展的关键路径。通过高比例新能源的接入和消纳，建筑电气系统能够更好地适应新型电力系统的发展需求;主动性和交互性的增强，使得建筑用户能够更加积极地参与电力市场，实现能源的优化配置;电气系统的电力电子化和直流化，提高了系统的灵活性和效率;而数字化和智慧化的升级，则为系统的高效管理和运维提供了有力支持。未来，随着技术的不断进步和政策的持续引导，建筑电气系统将在“双碳”目标的引领下，不断创新发展，为构建绿色、低碳、智能的新型电力系统贡献力量。

文章来源：gebt电气展会

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