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直流建筑技术展望

摘要：直流建筑是以低压直流配电系统为标志性特征，配备高比例建筑光

伏、高比例直流设备、储能装置和智能充电桩，并具有电力柔性和电网交互能力

的新型建筑。在建筑低碳化、电气化、信息化的趋势下，直流建筑凭借着高效的

供配电系统、简单的能量平衡控制以及较高的可靠性和用电安全性而具有技术优

势。本文从系统架构、配电设备、控制系统、接地保护等方面综述了直流建筑的

技术研究现状。从研究现状看，既有研究初步检验了直流供配电技术在建筑中应

用的可行性;展望未来，在“新基建”推动下，围绕直流建筑的生态系统构建不

仅能促进建筑微电网、电化学储能、半导体材料、智慧物联网等新兴技术的发展，

同时还将拉动巨大内需，具有广阔前景和重要价值。

关键词：建筑电气化;建筑节能;直流建筑;配电系统;新基建

引言

在新型城镇化发展和城市能源转型的新时期，我国建筑用能系统正呈现出新

的发展趋势。为建筑供配电系统的新型技术，直流建筑正在受到越来越多的关注，

并且在国内外已经有了广泛的技术研究和工程示范。

1直流建筑的发展驱动力

新时期下我国建筑用能系统发展的主要特征是由可再生能源发展推动的低碳

化、由终端用能占比提升推动的电气化、以及数据驱动的信息流与能量流融合。

1.1低碳化:可再生能源高比例渗透及分布式发展我国城市能源结构正在从

碳基能源结构向低碳能源结构的转变。很多机构对我国未来的能源结构进行了预

测，为达成《巴黎协定》2℃温升的目标，到2050年我国能源结构至少需要实

现“2个50%”，分别是一次能源消费中非化石能源占比超过50%，以及终端能

源消费中电能占比超过50%。从我国资源禀赋和技术现状出发，风力发电和光伏

发电是近中期最具发展潜力的能源。在2010到2018年间，我国风力发电装机

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容量从不到30GW发展到184GW，同期光伏装机容量也从不到1GW发展到

174GW，发展迅速。可再生能源的高比例渗透和分布式发展有利于建筑用能的低

碳化发展。这是建筑节能纵深发展的机遇，但同时可再生能源高比例渗透带来的

不稳定性也将对建筑供配电系统构成严峻挑战。如何解决建筑供配电系统的调峰

问题和可靠性问题是未来建筑高效利用可再生能源的基本前提。

1.2电气化:终端电能占比的进一步提升

随着电能在建筑能耗中的比重日渐提高，建筑供配电系统的能效提升也将成

为建筑节能的关注焦点，包括用电设备自身的能效以及供配电系统的能效。同时，

用电量增加还将导致电力峰值负荷的增加，而且峰值负荷的增速往往高于用电量

的增速。这会导致建筑配电和市政配电投资的大幅增加，同时降低配电设施的利

用率和经济性。如何充分利用存量配电网、抑制配电容量的过快增长有待深入研

究。

1.3直流建筑的特征

虽然直流建筑以低压直流配电系统为标志，但是不可忽略的是直流建筑发展

离不开建筑光伏、建筑储能、直流电器和汽车充电桩的普及应用，也离不开智能

电网的发展需求。未来的直流建筑将具有以下核心特征:

1)采用低压直流配电系统;

2)高比例的建筑光伏;

3)高比例的直流设备;

4)具有分布式储能装置和智能充电桩;

5)具有电力柔性和电网交互能力

3直流建筑的技术优势

3.1高效的建筑供配电系统

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建筑采用直流配电可以减少光伏等直流电源的逆变环节、直流电器和变频电

器的整流环节，但是同时需要增加建筑从市网购电的整流环节、建筑