【上海大阈（侯院军）】2024年高层建筑光伏柔性直流用电关键技术研究及应用报告_27页_4mb

高层建筑光伏柔性直流用电关键技术研究及应用总结

一、项目背景

本项目为上海市科委2021年“科技创新行动计划”科技支撑碳达峰碳中和专项的一部分，旨在探索高层建筑光伏柔性直流用电系统的关键技术及应用。项目周期为2021年11月1日至2024年10月31日，由中国航天上海太阳能工程技术研究中心有限公司负责，上海电力大学及上海大阈信息技术有限公司参与合作。

项目目标与意义

• 提升能源利用效率：通过直流供电系统减少输电损耗，提高系统能效。
• 实现新能源就地消纳：推动可再生能源在高层建筑中的应用，减少能源浪费。
• 增强系统可靠性与安全性：采用绝缘检测与IT接地系统，提升用电安全。
• 推动绿色建筑发展：满足“双碳”目标，缓解上海中心城区能源紧张问题。

二、任务及目标

研究内容一：基于光伏建筑柔性直流供电模式研究

• 电压等级选择：研究影响电压等级序列选择的因素，如负荷需求、设备性能、供电能力等，提出合理的设计计算依据。
• 供电拓扑结构：分析单端放射状、两端手拉手、多端环形等结构的优缺点，结合高层建筑特点，提出适用的供电模式。
• 接地方案与保护系统：研究系统的接地方案（IT接地）和保护系统（绝缘检测），确保用电安全。
• 换流器与断路器选型：从经济性、损耗、可靠性、故障清除能力等方面，研究换流器拓扑和直流断路器选型方案。

研究内容二：高层建筑光伏柔性直流用电系统的投资—收益评价方法

• 投资—收益模型：建立多维度的投资—收益量化模型，涵盖设备投资、能效收益、安全性收益、可靠性收益等。
• 经济性评估指标：
  • 净现值（NPV）：评估项目在不同年份的净现金流量。
  • 投资回收期：计算系统投资回收所需时间。
• 对比分析：通过与等效交流系统的对比，分析低压直流系统的综合经济性。

研究内容三：多级能量管理装置研发

• 能量路由器装置：研发一套五端口能量路由器，支持并网与离网模式切换，谐波控制在5%以内，最大转换效率≥94%。
• 能量管理系统平台开发：
  • 实现系统拓扑图、设备参数、运行状态、故障报警等的可视化。
  • 支持分布式电源数据采集与运行状态监控。
  • 提供电量统计、电表计量、温度管理及趋势曲线分析功能。

三、技术途径

关键技术与系统设计

• 直流供电系统：采用375V直流母线和48V低压直流母线，满足不同负载需求。
• 系统配置：
  • 直流系统：包含直流电源、DCDC变换器、继电器、断路器、光伏组件、储能电池等。
  • 交流系统：包含交流电源器、AC/DC变换器、滤波器、电控模块等。
• 技术指标：
  • 直流系统线路损耗比交流系统低约4.11%。
  • 光伏系统在电源处可节省约7.2%的电能。
  • 每增加一次AC/DC转换，能量损失约2%。
• 经济性分析：
  • 虽然直流系统的初始投资高于交流系统，但其在安全性、能效和可靠性方面具有明显优势。
  • 十年净收益分析显示，直流系统的综合经济性优势不明显，但未来技术成熟化和产业化将带来更大潜力。

四、示范工程

示范项目概述

• 示范案例：建设《高层建筑光伏柔性直流配电系统》示范项目，实现光伏消纳率100%，相比交流系统能效提升5%。
• 系统功能：
  • 可视化控制：实现继电器控制、实时数据采集与交互。
  • 储能管理：支持UPS备电和削峰填谷功能，提升系统灵活性与稳定性。
  • 系统运行界面：展示能量路由器系统运行状态，便于运维管理。

数据支持

• 气象与光伏发电数据：用于评估系统在实际环境下的运行表现。
• 谐波测试数据：验证系统在并网时的电流谐波控制效果。
• 后续工作方向：收集直流系统能效、电压降、线损、接地及防护等数据，进一步优化系统经济性指标。

五、关键成果与展望

• 关键成果：
  • 完成《高层建筑光伏柔性直流配电系统整体规划》典型案例。
  • 研发能量路由器装置，满足高能效与低谐波要求。
  • 建立投资—收益量化模型，支持系统经济性评估。
• 未来展望：
  • 随着直流配电网技术的成熟，低压直流系统在高层建筑中的推广潜力巨大。
  • 推动绿色建筑与可再生能源的深度融合，助力实现“双碳”目标。

六、项目信息

• 项目名称：高层建筑光伏柔性直流用电关键技术研究及应用
• 项目负责人：侯院军（上海太阳能工程技术研究中心有限公司）
• 项目周期：2021年11月1日—2024年10月31日
• 专项经费：总经费约（具体金额未明确，需参考图片数据）
• 参与人数：20人
• 项目类型：可再生能源技术，属于科技支撑碳中和专项

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以上总结涵盖了项目的背景、任务目标、技术途径、示范工程及关键成果，全面反映了该项目的研究内容与应用价值。