在过去的三十多年，中国建筑节能取得了卓越的成就，新建建筑节能标准执行率达到 100%，累计建设节能建筑面积达到 238 亿平方米，节能建筑占比超过 63%，完成既有建筑节能改造近20 亿平方米，建筑用能的可再生能源替代率超6%，建筑电气化率接近50%。面向2060的碳中和未来，建筑需要从传统的单一的电力消费者，逐步融合光伏、储能、电动车转型为“产、消、调蓄”三位一体的新角色，通过全面建设“光储直柔”的建筑新型能源系统，解决发展零碳新型电力系统中面对的缺少风电光电安装空间、缺少有效的调蓄能力等关键问题；也使建筑领域在全社会低碳发展大战略下，不仅继续在建筑节能上持续努力，同时还助力于新型电力系统的建设，在开发可再生电力资源、实现可再生电力调蓄、有效消纳风电光电等方面辟出新径，破解零碳新型电力发展中的难题。

“光储直柔(PEDF)”是配置建筑光伏(Photovoltaic)和建筑储能(Energy Storage)，采用直流配电系统(Direct Current)，且用电设备具备功率主动响应功能(Flexibility)的建筑新型能源系统。“光储直柔”技术是在建筑能效提升基础上进一步实现电能替代与电网友好交互的新型建筑配电技术，是建筑领域支持碳中和目标的重要技术路径。

在前期的政策、标准、技术及试点示范工程等综合研究的支撑下，2021年10月国务院发布的《2030 年前碳达峰行动方案》明确提出“提高建筑终端电气化水平，建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。这是“光储直柔”首次写入国家级行动方案。在过去一年中，数十项国家和地方政策进一步明确了建设“光储直柔”建筑的建议和要求。这些政策为光储直柔的发展提供了重要的支撑，为光储直柔的应用提供了广阔的前景。

在近阶段，“光储直柔”正在如下三方面进行重点突破：

我国农村可安装屋顶光伏20亿kW，年发电量2.5万亿kWh，是未来农村实现全面电气化后用电量的3~4 倍，在全面推广农机电气化，有可能使每户拥有60kWh以上的储电能力(各类可移动农机和车辆的电池)，这就为调蓄每户屋顶光伏的电力提供了合适的储能资源，既可以协调发电与各种用电之间在时间上的不匹配，还可以协调剩余电力与电网输电能力及希望的输电时间段之间的矛盾，从而有可能实现一个配电台区或一个村庄电力的“只出不进”，也就是只通过农网向大电网输出电力，而在任何时刻都不需从电网获取电力，使得一个村庄成为一个发电厂， 实现“只发不收”，由单纯的电力消费者转身为电力生产者。

这将彻底改变农村电力系统状况: 对农民来说，屋顶光伏将成为其新的经济收入; 对电力系统来说，农网将从长期以来依靠财政补贴的包袱转身变为可对电网起一定支撑作用的新型电源。这是从未有过的电力系统架构，需要从每户、每个台区变压器以下的供电区、每个村庄的电力系统结构设计、安全分析、运行调度等多方面进行全面研究、创新和工程尝试与示范，也需要为这种全新架构进行商业模式、融资方式、运行管理方式等方面进行全面探索。

大比例发展风电光电电源的瓶颈是由于缺少足够储能资源导致的大幅度弃风弃光。而我国预期到2040年将有3亿辆私家电动车，日储能能力150亿 kWh以上，可满足未来中东部地区风电光电消纳任务的70%。私家车85%以上的时间停在住区或工作地点的停车场内，如果实行“一位一桩”、“既停既插”，就有可能使停靠车辆的车载电池服务于电网的峰谷差调节和风光电消纳。停车场附近大多是居住或办公的建筑，我国城镇的高层、多层建筑屋顶光伏仅能提供建筑用电的15%~30%，若加上附近停车场通过充电桩连接的车载电池，可以在电网电力富足时(由于风电光电富足或处于用电低谷期)通过建筑对停车场车载电池充电，而在电网电力不足时由车辆放电来满足建筑的用能。

这样就使光伏建筑成为“只进不出”模式，使城镇建筑加上其周边停靠的电动车仅在电网电力富足时从电网取电，满足其需求，而在电网电力不足时则停止或最少的从电网取电。既协助电网削峰填谷，又不会因为反向送电给电网带来麻烦。1万平方米的办公建筑加上100辆5座的电动车，全年用电约100万kWh (建筑80万kWh，车辆20万kWh)，自身光伏发电10万kWh (1000平方米)，日最大发电量1000kWh，不到车辆可使用储电量的30%；通过车辆的储能每天可以吸收低谷电力2000~3000kWh，转移到电力负荷高峰期为建筑供电，从而助力电网的削峰填谷或消纳外界风电光电 0.5~1MW，同时维持“只进不出”，不影响电网的潮流。在目前电力系统电源仍以火电为主时，停车场车辆仅是消纳建筑自身光伏;而未来电网电源大比例为风电光电、停车场车辆也主要是电动车之后，则白天通过电网储存外界多出的风电光电，夜间在驻地停车场通过充电桩放电，为居住建筑供电。

充分利用建筑外表面安装光伏，建筑内部设分布式蓄电，光伏、蓄电池、邻近停车场的充电桩和建筑的电器设备直接接入建筑内的直流配电网，通过直流配电网与外电网的AC/DC接口调节直流母线电压实现对从外电网取电功率的调节和控制。蓄电池、充电桩以及连接在直流母线上的各种用电设备都根据直流母线电压的变化自行调节自己的用电或充/放电功率，从而实现整个建筑从电网取电功率的调节。除了仓库、会展中心、体育场馆等特殊的可大比例安装屋顶光伏的建筑，一般城镇建 筑都可以是“只进不出”，但却可大比例消纳外电网的风电光电。

光储直柔建筑由此成为连接电网和有序充电桩之间的桥梁，并且在未来零碳的新型电力系统中起到“生产、调蓄、消费”三位一体的重要作用。如果未来中国城镇建筑中350亿平方米的居住建筑和100亿平方米的办公建筑都成为这种配电模式，与3亿辆私人电动车相配合，就足以实现40亿kW 风电光电的调蓄和消纳。这就解决了我国未来规划的70亿kW 风光电的60%的消纳问题。虽然光储直柔有这样的潜力，但实际上，需要破解投资收益的难题，解决与电网互动协调的问题，使光储直柔的柔性能够真正发挥作用。

以上应用和目标使得发展城乡建筑的光储直柔成为我国未来实现以风电光电为主要电源的零碳电力的主要任务，是消纳与调蓄风电光电的主要支撑。但目标的实现涉及城乡建筑、车辆、农机和电力系统的巨型工程，需要30到40 年的时间、15万亿的投资、以及全社会用电文化革命性变化才能实现。需要规划技术路线、探索可行性、厘清技术、政策、 机制、产业、金融、文化等各个方面的障碍，并通过不同类型的典型工程的策划与实施过程探索克服这些障碍的途径，从而规划出我国实现上述目标的路线图，为这个宏伟目标的实现初步探讨其可行路径。

“光储直柔”于2021年正式提出，在工程项目应用也在逐步展开，在农村、办公建筑、住宅建筑、既有商业建筑改造等不同类型、应用场景进行多种试点示范。探索光储直柔在工程实践中的技术方案、实施模式、识别障碍及破解这些问题的方法，摸索经验，为完善光储直柔系统、推动未来工程的规模化应用提供重要实践基础。

庄上村位于山西省芮城县黄河北岸的庄上村，是首个将光储直柔系统在农村落地的示范项目。项目屋顶光伏总装机容量2MW，储能600kWh，建设户级和村级二级光储直柔系统。项目目前已经覆盖了庄上村71户村民，利用村民房屋屋顶安装光伏发电系统，并在村内改造建设直流微电网，同步配套建设储能系统，形成“屋顶光伏+储能+直流配电+柔性用电”的柔性直流微电网系统，并结合“煤改电”等工程，为村民实现了光储直柔+清洁取暖、村民生活全面电气化、田间农具电气化、全电食堂，为零碳农村的实现进行了可行的探索。

庄上村的示范工程光伏所发电量优先用于供应村民使用，剩余电量送到村级光储直柔系统，系统设计支持村内各户之间互济以及与电网的能量交互。本示范项目实现了分布式光伏的高效消纳，提升发电用电的能效和台区间功率互济的能力；解决了分布式光伏给电网带来的部分扩容压力、三相不平衡、谐波、电压波动及闪变等问题；解决了光伏发电和百姓用电的随机波动性问题，实现了对电网的柔性友好接入，及可观、 可测、可控。本示范项目采用光储直柔技术对光伏发电进行传输消纳，与传统分布式能源技术相比，光储直柔技术在电能质量问题、电网的扩容压力问题、电网调度问题、台区重过载问题、线路损耗、供电可靠性等具有明显的优越性，能够避免分布式大规模并网带来的电能质量问题、缓解电网扩容压力、减少线路损耗、提高供电可靠性、提高能源利用效率。

庄上村示范项目可实现总发电量240万kWh/年，项目运行至今，已减少800多吨标煤使用，减排二氧化碳2000余吨。项目还带动农民增收及村集体经济收入(户均增收1200元以上)，增加GDP和财政收入，实现每年发电收益约100万元/年(税收约10万元)，提升地方经济水平。当纳入碳交易后，项目将新增额外的碳指标收入(目前国内价约12.6万、国际价约88.2 万元)。另外，农村光储直柔系统的实施还减少了农村电网升级改造投资以及“煤改电”、“煤改气”等取暖工程的投资支出。庄上村投建的“户-村”光储直柔示范项目实现了明显的经济效益和社会效益，为光储直柔在农村的广泛应用提供了实践基础。

未来大厦项目，是全国首个走出实验室，实现“光储直柔”技术的工程化、规模化应用的建筑，由深圳市建科院联合清华大学、南方电网深圳供电局、劳伦斯伯克利实验室等国内外二十余家单位共同研发建设。项目位于深圳国际低碳城核心启动区，整体定位为绿色三星级建筑和夏热冬暖地区净零能耗建筑，采取了强调自然光、通风与遮阳被动式节能技术、基于直流配电的“光储直柔”技术、与电网互动的需求侧响应技术。

在“光储直柔”技术支撑下，未来大厦配置了光伏发电系统、锂电池储能系统和直流电环境。白天阳光充裕时，光伏自发自用，余电自动储存；夜间通过储能系统对大楼进行供电，有利于促进建筑领域可再生资源的利用和消纳，降低用电成本。例如，大厦里的空调在电压较低时降低运行功率，具有储能功能的充电桩在用电低谷期充电，高峰期向大厦反向送电，促进削峰填谷。现在未来大厦已实现内部可再生能源消纳，相比于同样功能的面积的建筑，它从电网获取的电量减少三分之一以上。未来大厦光储直柔系统采用直流375伏和48伏两种电压等级，前者适用于充电桩、空调等大功率用电，后者用于照明、电脑等小功率电器。

未来大厦光储直柔系统已经稳定运行了近三年时间。在2020年10月1日～2021年9月30日完整一年的数据分析，未来大厦单位建筑面积电耗指标下降至 48.27kWh/(m2.a)，与深圳商业办公建筑能耗平均值相比，本项目的单位面积年碳排放减少29.50kg，总碳排放减少1854.26 吨碳排放，减碳效果明显。本项目也作为第一批民用建筑接入到深圳市虚拟电厂平台，在与南方电网联合测试中响应削峰比例达到了51.6%。光伏自给率（光伏发电供建筑使用的电量占净用电量的比例）为28%，光伏自用率（光伏发电供建筑使用的电量占光伏发电量的比例）为100%。作为典型城市办公建筑，未来大厦的建筑分布式光伏可实现完全消纳，成为“只进不出”的光储直柔系统。

如在深圳市每年350~400万平方米新建建筑中应用“光储直柔”技术，“十四五”期间直接碳减排量将达到10万吨/年，相当于4万亩森林的碳汇量，并且可形成120万千瓦的可调节能力，辅助电网更好的消纳可再生能源。

目前“光储直柔”作为面向碳中和的重要技术路线，已经得到行业领域的认可，相关部门也基本达成共识，支持大力发展。光储直柔的起步速度看起来相当快速，那么要怎样才能顺着这个势头健康良好的发展下去? 目前很多研究和实践还处于探索阶段，尚存不少障碍，包括，技术上尚未建立完备的技术体系，亦缺少相应的系列产品，没有相应的可落地的政策机制；光储直柔的最终目的是协助电网实现风电光电的消纳，但尚未建立可操作的与电网协调的调节机制。面向未来，“光储直柔”仍需在多方面进行深入研究。

 政策方面，光储直柔的柔性特征和调节能力的刻画、光储直柔减碳能力的定量评估、与电网协调机制的建立、分布式光伏接入规则制订、以屋顶光伏为基础的农村全面电气化和能源转型、有序充电桩+车载电池接入光储直柔系统、光储直柔的市场价值发掘和实现等，均需继续进行跨行业、跨部门的合作，逐步搭建起支持光储直柔发展的环境。

标准方面，目前已经颁布了T/CABEE 030-2022《民用建筑直流配电设计标准》，正在制定中的有《建筑“光储直柔”评价标准》、《建筑“光储直柔”系统变换器通用技术要求》等 （相关研究报告完成后，将在能源基金会网站陆续发布）；接下来要从初步完成的光储直柔标准化体系出发，并针对现实工作的轻重缓急，选择其急迫者继续加速编写，需要能够涵盖相关重要产品、相关设计、建设、运行和评价的标准，指导和规范实际工程落地实施。同时也需抓好标准内部的一致性， 并通过与国内相关领域的标准编制工作、国际标准化工作密切沟通，相互协调。

技术方面，光储直柔系统设计方法、调控策略、关键设备如变换器损耗降低、系统效率提升、终端直流产品的开发及产业化、直流建筑内的分布式储能的安全防护措施等需要进一步突破和提升。

 工程实践及产业方面，把示范项目从单体项目扩展到一个村落、一个城市、一个地区，进一步探索不同场景下的光储直柔系统方案、技术指引、建设模式等，为未来光储直柔大规模建设提供更好的案例和示范。