暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ　２０２２ 年第 ５２ 卷第 １１ 期 １ 　 引用本文：龙惟定 ．碳中和城市建筑能源系统（ ４）：储能篇［ Ｊ］．暖通空调， ２０２２， ５２（ １１）： １　１２． ＤＯＩ：１０． １９９９１／ ｈｖａ ｃ １９７１． ２０２２． １１． ０１ ｊ． 碳中和城市建筑能源系统 （ ４）：　　　 储能篇 　　　 龙惟定 ☆ （同济大学，上海） 摘要：本文是碳中和城市建筑能 源 系 统 系 列 文 章 的 第 四 篇。 在 碳 中 和 语 境 下，无 论 是 增 加 可再生能源应用的渗透率，还是平抑负荷、提高电网 的 灵 活 性，都 离 不 开 储 能。 本 文 介 绍 了 当 今 储能技术的主要类型，即电力、电化学、机械、化学和热储能。重点介绍了与建筑和区域能源系统 有关的储能技术。提出了用于第 ５ 代区域供热供冷系统（能源总线系统）的季节性热储能的概念 性方案，并对在能源总线系统规划中如何考量储能应用 提 出 了 建 议。 指 出 在 全 球 气 候 变 化 背 景 下结合热泵的应用，季节性热储能技术应是今后关注的重点。 关键词：碳中和；储能；第 ５ 代区域供热供冷；能源总线；季节性热储能 Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅｍ　 ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂｏ ｎ ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ（ ４）：Ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａｇ ｅ 　 　 ｇ ｇｙ ｙ ｙ ｇｙ 　 　 　 　 Ｌｏｎｇ　 Ｗｅ ｉ ｄ ｉ ｎｇ （ Ｔｏｎｇ ｉ　 Ｕｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ） ｊ y，Ｓｈａｎｇｈａ Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｔｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｉ ｓ ｔ ｈｅ ｆ ｏｕ ｒ ｔ ｈ ｉ ｎ　 ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｏｎ ｔ ｈｅ　 ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇ　 ｅｎｅ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅｍ　 ｏ ｆ ｃａ ｒｂｏｎ　 ｎｅｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｇy y y 　 ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｘ ｔ ｏ ｆ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｓ ｅ ｎ ｓ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ．Ｉｎ 　 　 　 　 　 　 ｇy 　 　 y ｇ　 ｇy ｐ ｇ 　 　　 　 ｅ ｏ ｆ ｒ ｅｎｅｗａｂ ｌ ｅ　 ｅｎｅ ｒ ａｐｐ ｌ ｉ ｃａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ，ｌ ｅｖｅ ｌ ｉ ｎｇ ｌ ｏａｄ ｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｆ ｌ ｅｘ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈｅ　 ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ　 ｒ ｉ ｄ．Ｔｈ ｉ ｓ 　 　 　 　 　 ｇy　 y　 ｐｅｎｅ ｇ 　 　 ， ， ， ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｔ ｏ ｄ ａ ｎ ａ ｍ ｅ ｌ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ 　 　 　 　yｐ 　 　 ｇy ｇ　 ｇy y y　 y 　 　 ｍｅ ｃｈａｎ ｉ ｃａ ｌ，ｃｈｅｍｉ ｃａ ｌ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｅ ｍ ｈ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ 　 　 　 　 ｐ 　 　 　 ｇy ｇ ｇy ｇ　 ｇy 　 　 　 ｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇ ｓ ａｎｄ　 ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｅｎｅ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅｍｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒｏｄｕｃ ｅｄ．Ａ　 ｃｏｎｃ ｅｐ ｔ ｕａ ｌ ｓ ｃｈｅｍｅ　 ｏ ｆ ｓ ｅａ ｓ ｏｎａ ｌ ｔ ｈｅ ｒｍａ ｌ ｅｎｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａｇｅ ｆ ｏ ｒ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｇy y ｇy 　 　 （ ， ） ｔ ｈｅ　 ５ ｔ ｈ　 ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｅ ｎ ｅ ｒ ｂ ｕ ｓ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｅ ｂ ｕ ｓ ｉ ｓ ａ ｒ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ． Ｓ ｕ ｅ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ 　 　 　 　 ｇ　 　 ｇ ｇy　 　y ｇ ｐ ｇｇ 　y ｍａｄｅ　 ｏｎ　 ｈｏｗ　 ｔ ｏ　 ｃｏｎ ｓ ｉ ｄｅ ｒ ｅｎｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａｇｅ　 ａｐｐ ｌ ｉ ｃａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ　 Ｅｂｕ ｓ ｉ ｓ ｏｕ ｔ ｔ ｈａ ｔ ｉ ｎ ｔ ｈｅ　 ｃｏｎ ｔ ｅｘ ｔ ｌ ａｎｎ ｉ ｎｇ．Ｉ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅｄ　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｇy ｐ ｐｏ 　 ， ， ｏ ｆ ｌ ｏ ｂ ａ ｌ ｃ ｌ ｉ ｍ ａ ｔ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｅ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｕ ｍ ｓ ｓ ｅ ａ ｓ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｅ 　 　 　 　 　 　 ｐｐ 　 　 　ｐ ｐ 　 　 ｇ ｇ ｇy ｇ 　 ｔ ｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇy ｓ ｈｏｕ ｌ ｄ　 ｂｅ ｔ ｈｅ ｆ ｏｃｕ ｓ ｏ ｆ ａ ｔ ｔ ｅｎ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ． 　 　 　 　 　 　 　 　 ｒｂｏｎ　ｎｅｕ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ｔ ｒ ｔ ｏ ｒ ａｇｅ； ５ ｔ ｈ　ｇｅｎｅ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｔ ｉ ｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｏ ｌ ｉ ｎｇ ｓ ｔ ｅｍ Ｋｅyｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｃａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ　ｄ 　ｈｅａ y； ｅｎｅ ｇy y 　ｓ 　ｓ （ ） ； （ ） ； ５ＧＤＨＣ ｅｎｅ ｒ ｂｕ ｓ Ｅｂｕ ｓ ｓ ｅａ ｓ ｏｎａ ｌ ｔ ｈｅ ｒｍａ ｌ ｅｎｅ ｒ ｓ ｔ ｏ ｒ ａｇｅ 　 　 ｇy　 ｇy 　 ０　 引言 本文是碳中和城市建筑能源系统系列文章中 的热量不可能天然再生，除非经过相当长时间的缓 的第四篇，即综合能源系统的源 网 荷 储 用五大 慢恢复。 量），必须维持充 放 平 衡，如 果 没 有 充 放 过 程，土 壤 环节中的第四环。对建筑领域而言，最熟悉的储能 在建筑节能语境下，建筑蓄冷蓄热的作用有点 技术莫过 于 水 蓄 热 （冷 ）和 冰 蓄 冷，前 者 是 显 热 储 尴尬。它主要用来转移供热供冷系统用电，即削减 能，后者是潜热 ＋ 显热储能。近二三十年发展迅速 高峰时段用电，填平低谷时段用电。而在两部制电 的浅层埋地土壤 源 热 泵 技 术，如 果 科 学 地 归 类，也 价和分时电价 体 系 中 可 以 节 约 电 费。 它 对 以 化 石 是一种季节性显 热 蓄 热 （冷）技 术。 它 与 利 用 中 深 燃料火力发电为主 的 电 力 系 统 有 节 能 减 排 的 实 实 层地热和 利 用 地 表 水 的 水 源 热 泵 还 是 有 区 别 的。 在在的好处 ［１］，因此作为需求侧管理中的一个 重要 后者可以认为 是 利 用 低 品 位 的 可 再 生 热 源。 土 壤 源热泵本质上是“热电池”，即将热量冬储夏用或夏 储冬用。就像蓄电池一样，一定规模的土壤埋管群 在一定的土壤物性条件下有一定的蓄热能力（热容 １９４６ 年生，硕士研究生，教授 ☆ 龙惟定，男， ２０１１０７ 上海市闵行区华漕镇金光路 １９９ 弄快乐家 园 １１ 号 楼 ７１１ 室 Ｅ－ｍａ ｉ ｌ： ｗｅ ｉ ｄ ｉ ｎｇ ｌ ｏｎｇ＠ｔ ｏｎｇ ｉ． ｅｄｕ． ｃｎ ｊ 收稿日期： ２０２２　０９　０１ 暖通空调 ＨＶ＆ＡＣ　２０２２ 年第 ５２ 卷第 １１ 期 ２ 　 本刊特稿 措施被加以 推 广。 但 对 用 户 而 言 主 要 是 省 钱。 尤 接在电表后端。为了尽量消纳这些可再生能源，提 其是冰蓄冷系统，制 冰 过 程 制 冷 机 蒸 发 温 度 降 低， 高可再生能源利 用 率，避 免 对 电 网 的 干 扰，就 需 要 能效也降低。近年 来 东 部 地 区 大 城 市 由 于 服 务 业 分布式储能来提供灵活性。其中，电力驱动热泵 ＋ 发展，夜 间 电 力 需 求 增 加。 同 时 出 于 环 保 原 因，这 蓄热（冷）是重要的技术手段。 些城市大量引进西 部 的 水 电，一 般 均 采 用 “照 付 不 ４）由 于 可 再 生 电 力 的 接 入，电 网 中 很 可 能 出 议”的打包购电模 式，夜 间 蓄 冷 储 能 反 而 给 当 地 电 现双向潮流。储能系统可以提供平衡潮流、保持电 力部门增加支 出。 这 种 情 景 是 电 力 转 型 过 程 中 的 压和频率稳定的功能。 新问题，需要加以解决。 ５）可再生能源的分布式特性可以减少大型集 在“双碳”语境下，储能系统成为能源系统最重 中式发电厂的电力传输，但也给整个电网的安全稳 要的组成之一，储 能 技 术 也 成 为 学 术 界、工 程 界 和 定供电 带 来 挑 战。 因 此 在 输 电 网 中，需 要 由 储 能 企业研发的重点 之 一。 我 国 教 育 部 的 “新 工 科”专 （特别是抽水蓄能）来提供平衡传输能力的灵活性。 业中就有“储能科学与工程”专业，国内多所大学已 建立这个专业并开始招生。 本文拟介绍最主要的储能技术及国内外发展 现在有很多城区能源规划还没有意识到储能 的重要性，能源系 统 中 也 没 有 储 能 的 位 置，似 乎 储 能是可 有 可 无 的。 其 实，如 果 没 有 储 能 措 施 的 保 动向，重点在适用 于 建 筑、建 筑 群 和 城 区 的 储 能 技 障，能源规划的目标（比如增加可再生能源渗透率） 术，以及在城区尺度上储能系统的规划要点。 是很难实现的。 １　 储能系统概述 １． ２　 储能类型 １． １　 储能的作用 大约 １０ 多 年 前，储 能 还 被 分 为 储 电 和 蓄 热， 储能指的是把 能 量 储 存 起 来