摘要：为了探索零碳工厂实现源网荷储一体化的应用效果，以某新型储能示范产业园区智慧工厂项目的设计建设为实例，在智能化工厂的改造上融入“光储直柔”技术，结合储能系统集成等方面先进技术的优势，形成园区工厂的零碳未来试点。在光储直柔的设计方案中分析其主要拓扑和核心技术，着重对彩色建筑光伏、新型储能系统和移动智慧车充进行设计说明，并对项目整体方案的社会经济效益进行分析。对于工业制造型园区，低碳减排是企业智能制造新模式的探索，可减少园区高峰负荷用电，节省园区用电成本。项目的设计应用成果具有通用性和普适性，适用于工业园区的节能改造，可作为工业园区绿色升级改造的典型案例加以推广，助力新型电力系统的建设发展。

　　关键词：光储直柔；零碳工厂；彩色建筑光伏；新型储能系统；移动智慧车充

　　0引言

　　随着建筑光伏一体化、新型储能系统、V2G智慧车充等技术融入智慧园区，园区中的零碳工厂将不再是传统意义上的用电负载，而将兼具发电、储能、调节、用电等功能。园区级“源网荷储”低碳智慧园区已在全国范围广泛铺开建设，基于现有的园区数字化基础，贯彻碳中和理念、整合零碳应用已成为零碳智慧园区建设的主流方向。“光储直柔”作为源网荷储一体化的平衡单元，在平抑分布式新能源波动性方面有着明显的优势，助力区域电力系统由传统的“源随荷动”的运行模式向“源荷互动”，实现园区内部能源的碳排放与吸收自我平衡，率先实现工商业园区的低碳化（零碳化），构建生产、生态深度融合的新型产业园区[1]。“光储直柔”已列为国*院《2030年前碳达峰行动方案》、九部委《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030年）》中城乡建设领域实现“双碳”目标的重要支撑技术。对于区域落实“双碳”战略，实现高质量发展具有重要的意义[2]。

　　本文在智慧园区中零碳工厂的方案设计上应用最新的“光储直柔”技术，从园区规模、定位、要素资源出发，依托智能制造零碳工厂为载体，以零碳排放为目标，以保障园区能源供应安全稳定为基本原则，合理规划设计园区综合零碳能源系统，实现园区内部能源的碳排放与吸收自我平衡，构建生产、生态深度融合的新型产业园区。

　　1“光储直柔”技术分析

　　“光储直柔”是应用在建筑领域光伏发电、储能、直流配电和柔性用电4项技术的简称[3]。“光储直柔”的系统整体架构示意图如图1所示。

　　“光”指的是屋顶的分布式光伏与建筑光伏一体化相结合，作为源端提供可再生能源发电。其中，分布式光伏技术已发展成熟，光伏组件造价持续下降，度电成本相应降低。BIPV技术发展已有数年，新型材料在效率与成本上有较大突破，已实现快速的迭代与进步，将光伏材料融入到建筑幕墙、玻璃等材料中，实现建筑美学与新型技术的融合[4]。

　　“储”采用电池储能与双向充电桩结合，具备V2G技术，灵活运用电动汽车电池，配合实现柔性调节能力[5]。新型储能系统的发展日新月异，从广泛应用的磷酸铁锂电池到新型钠离子固态电池的示范推广，储能技术路线百花齐放，在储能电池的系统安全性、充放电效率和使用寿命上均有较大提升。

　　“直”指的建筑直流配电系统，搭建直流微电网，通过直流母线与外电网连接，空调、照明、充电桩、电器等负荷采用直流配电，在用电上更具安全性与高效性[6]。可进一步提高建筑的能源利用率、实现能源系统的智能控制、提高供电可靠性、增加与电力系统的交互、提升用户使用安全性和便捷性。

　　“柔”指的柔性用电，通过电力电子技术柔性调节削峰填谷，实现度电成本最低，平抑城市电网尖峰用电，使用建筑电网取电具备需求响应能力，消纳绿色电力对电网冲击，使建筑对外界能源的需求量具有弹性，以应对大量可再生能源供给带来的不确定性[7]。

　　2可行性分析及整体方案设计

　　目前地方已出台大量光储直柔支持政策，国家层面亦鼓励开展园区源网荷储一体化绿色供电园区建设，提高系统平衡能力，增强用能系统协同效率，助力园区低碳化发展进程[8]。本项目旨在利用光储直柔技术，依托智能工厂，探索园区节能减碳策略。项目建设光伏、电池储能系统、充电桩以及移动智慧车充，将园区可调负荷进行升级改造，并接入“源网荷储”综合智慧能源平台，通过园区“源网荷储”协调控制策略，实现电源侧的多能互补、负荷侧的灵活互动，探索分散式储能、电动汽车、光伏等的聚合应用商业价值。

　　本项目光储直柔系统容量配置设计考虑厂区光伏发电功率、厂区电网交互功率、储能充放电功率和厂区用电负荷功率四者的动态能量平衡关系[9]。容量配置设计如下：

　　Epv,ij+Eg,ij=El,ij+Eb,ij(1)

　　式中：Epv,ij,E g,ij,E l,ij,E b,ij分别为厂区光伏发电功率、厂区电网交互功率、储能充放电功率、厂区用电负荷。

　　方案设计考虑厂区原有电气接线情况及新增设备，包含光伏系统1467 kW与储能系统610 kW/1 220 kWh,厂区平均负荷在1.5 MW左右，共直流母线装置将源、储、荷通过AC/DC和DC/DC变流器并入统一直流母线，再通过DC/AC与电网进行交互，系统整体可实现园区智能工厂零碳化（低碳化）运行。

　　方案中屋顶分布式光伏装机容量为1150 kW,厂房南侧面安装总容量为279 kW的彩色立面光伏，厂房东侧面安装容量20 kW的彩色光伏，新建1个18 kW光伏车棚。储能系统涵盖多种类型技术产品，包括500 kW/1 000 kWh集装箱式储能系统，100 kW/200 kWh工商业储能系统，10 kW/20 kWh户用储能系统。同时，在园区布置多台额定电量193 kWh小型绿电可移动智慧充电车，新建交流充电桩与直流充电桩，安装直流空调，接入开放型储能大数据智算中心，构建“光储直柔”实证平台系统，平台系统通过DC/AC变换器接入市电380 V侧。“光储直柔”系统一次示意图如图2所示。

　　3关键技术

　　3.1彩色建筑光伏

　　项目在厂区立面安装彩色光伏系统，在满足厂区用电的情况下，以现代、简洁为主，使用的全彩光伏组件，实现厂区外形规整，风格色彩明快，与周围环境协调统一，从而使整个厂区极具现代感，既满足了综合智慧零碳电厂的规划要求，又达到了美化环境的要求，形成了现代化的工业样板厂房。

　　项目考虑厂区外墙可利用面积，在厂区南侧、东侧分别安装彩色光伏组件，其中南侧立面彩色光伏容量为279 kW,东侧立面彩色光伏容量为20 kW。项目采用全彩光伏微图层制作技术(CMT),该技术在光伏组件表面制作的全彩微图层层，达到高透光、高彩色附着度、不产生热斑效应的全彩效果，使光伏板在安全、绿能、可再生基础上增加循环利用价值，并达成与环境融为一体的视觉效果。本项目采用282 W轻质柔性彩色光伏组件，相关参数如表1所示。

　　光伏系统通过电力电子双向变换器接入DC 750V母线与AC 380V电网侧，并通过充电桩供园区电动车就地消纳光伏资源，实现新能源自发自用，提高本地可再生能源利用率。彩色光伏系统、光伏车棚、交直流充电桩的建设效果图与实际安装图如图3~4所示。

　　3.2新型储能系统

　　本项目新型储能系统选用多种技术路线的自研产品，采用市场成熟的磷酸铁锂电池，涵盖集装箱式储能一体舱、工商业户外储能一体柜、户用模块化储能等产品。

　　磷酸铁锂电池在安全性问题上有着极大优势，更适用于用户侧电力储能场合[10]。在常温下，电池充放电效率高达95%,交流侧循环效率(RTE)可维持在85%左右[11]。在放电深度(DOD)80%下，循环次数可达到6 000次，具备长寿命、高可靠性等特点，在新型储能系统建设中得到广泛的应用[12]。

　　集装箱式储能一体舱就近布置于厂区空地中，拟由3套标准储能单元构成，每套储能单元额定功率186 kW,额定容量为372.73 kWh,项目实际配置容量500 MW/1 118 kWh。每套储能单元支持积木式并联应用，单个户外柜单元为单支路交流输出，通过控制汇流柜连接至箱变系统。控制汇流柜还集成有储能集中控制器和配电系统，可以完成储能分系统下各户外柜单元的控制保护、计量，实现能量流的双向连接和管理。

　　工商业储能系统的额定充放电功率为100 kW,额定储能容量为200 kWh,储能变流器为DC/DC型，输出侧接入直流750 V母线。采用户外柜一体化设计，将储能电池、储能变流器、控制系统等设备安装在户外柜体内，拥有独立的自供电系统、温度控制系统、火灾报警系统、门控照明、应急系统、消防系统等。

　　3.3移动智慧车充

　　园区拟布置多台小型绿电智慧移动充电车，移动智慧充电车集“储能”和“充电”于一体的双重应用模型，具有使用便捷、快速部署高效运营、实现能源的自由调度与管理等特点。同时接入“源网荷储”一体化综合智慧零碳电厂平台，实现线上与线下服务的协同联动，可配合实现移动充电和削峰填谷、动态增容等功能。在移动充电车有冗余时间时可通过V2G提供辅助服务，提升园区能源利用率。移动智慧车充技术参数如表2所示。

　　4应用效果分析

       4.1商业模式

　　依托园区智能制造工厂，依靠“光储直柔”技术，充分利用本地可再生能源发电并就地消纳，同时建设储能系统进行峰谷价差套利，实现柔性用电，多种能源交互[13]。源网荷储一体化的运营模式，从低碳节能、电力市场交易等角度考虑，可进一步提高用户侧储能项目收益。通过“光储直柔”协调控制策略，实现电源侧的多能互补、负荷侧的灵活互动，探索分散式储能、电动汽车、光伏等的聚合应用商业价值[14]。通过峰谷价差低充高放减少购电费用并实现峰谷套利，随着地区需求响应及辅助服务市场对用户侧储能的开放，盈利模式将会更为多样化。

　　4.2社会经济效益

　　项目利用“光储直柔”技术的收益可分为3大部分：从“光”源端带来的新能源发电收益，同时减少电费的支出；从“储”中工商业储能削峰填谷峰谷价差套利的带来的储能收益；从“柔”移动智慧车充V2G技术电力商业化交易带来的运营收益。经测算，光伏系统首年发电量约为181万kWh,在15年运营期内约为2659万kWh,通过加权电价测算平均每年预计可达到196万元收益。储能系统在现行工商业电价机制下，按照年有效利用天数300 d计算，通过峰谷与峰平价差加权测算，运营期内平均每年可实现31万元收益。移动智慧车充在当前运营策略与市场需求情况下，按照一天服务两辆车，峰谷循环次数一天一次，单车日充电量165.015 kWh,平均每台车每年可实现6.6万元收益。但受到电价机制波动以及政策补贴的影响，经济成本依旧存在较大不确定性，初始投资较高，后期收益未十分明显，不过随着市场产品的成熟、新型材料技术的迭代、政策机制的完善，有望进一步拓展市场规模[15]。

　　目前国内大量工业制造型园区亟待绿色低碳升级改造，低碳减排是企业智能制造新模式的探索，可减少厂区高峰负荷用电，节支厂区用电成本。项目研究成果具有通用性和普适性，可应用于智能制造工厂，助力低碳化的发展，提供全方位的绿色智能管理，助力产业绿色转型升级。同时，厂区碳排放将大幅下降，社会整体的碳排放强度也将得到一定改善。

       5结束语

　　本文介绍了零碳工厂的“光储直柔”绿色低碳改造升级，并在设计方案中应用市场上多种新型光伏、储能产品，进一步探索新型商业模式，在实际应用中寻求良好的社会经济效益。国内“光储直柔”技术的应用现阶段仍处于多点示范阶段，正在多维度、多场景下积极进行探索。但受电价机制、政策补贴等不确定因素的影响，市场应用推广依旧存在一定阻碍。随着国家政策激励措施的完善，市场主观能动性的提高，行业标准的规范化，产品的技术难点逐步突破，必将实现“光储直柔”技术的商业价值，提升双碳背景下企业的市场竞争力，打造区域绿色低碳企业群，提高国家整体的绿色发展水平。

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