暖通空调HV&AC2022年第52卷第9期1引用本文：龙惟定，潘般群，王暂.碳中和城市建筑能源系统(3)：负荷篇☐门.暖通空调，2022,52(9)：1-14.D0I:10.19991/j.hvac1971.2022.09.01碳中和城市建筑能源系统(3)：负荷篇龙惟定女潘毅群王皙(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三篇。碳中和城市能源系统要实现“两个替代”，即能源生产的可再生能源替代和能源消费的电力替代。因此有2个关键点对负荷分析提出了要求：一是建筑电气化，使得建筑供热供冷负荷与电力负荷更紧密地结合在一起。二是可再生能源利用的规模化，使得电力系统从原先只应对需求侧的变动负荷，变为要应对需求侧和供应侧2个方面的变动负荷：而建筑成为电网灵活性的最主要的提供者。本文总结了在这种形势下的电力负荷和冷热负荷分析的特点，阐述了电力负荷分析与建筑供热供冷负荷分析技术路径的异同。重点介绍了在建筑能耗限额背景下供热供冷负荷的反推方法，以及其重要参数“当量满负荷小时数”的概念和生成方法。最后介绍了为电网提供灵活性的供热供冷负荷预测的技术路径。关键词：碳中和：电力负荷：供热供冷负荷：灵活性（柔性）：负荷反推；能耗限额：当量满负荷小时数：需求侧响应Building energy system of carbon neutrality cities(3):LoadLong Weiding,Pan Yiqun,Wang Xi(Tongji University,ShanghaiAbstraet:This article is the third in a series of articles on the building energy system of carbon neutralitycities.The carbon neutralized urban energy system should realize the "two altematives",that is,the renewableenergy replacement in energy production and the electric substitution in energy consumption.Therefore,thereare two key points on load analysis requirements First,the electrification of the building makes the buildingheating and cooling load closely combined with the electrical load.Second,the large-scale application ofrenewable energy causes that the power system changes its focus from originally variable load is only in thedemand side to be both in the demand side and the supply side,and the buildings become the most importantproviders of grid flexibility.The article summarizes the characteristics of electricity load and heating/coolingload analysis under this situation,and explains the similarities and differences in the technical paths of powerload analysis and building heating/cooling load analysis.The article focuses on the heating/cooling loadbackcasting method under the background of the building energy consumption quota,as well as the concept andgenerating method of "equivalent full load hours".Finally,the technical pathway of heating/cooling loadforecasting for providing flexibility to the power grid is presented.Keywords:carbon neutrality:electrical load:heating/cooling load:flexibility:load backeasting:energyquota:equivalent full load hour (EFLH):demand side response0引言有用户消耗电力的总功率，以及用于补偿电网所有本文是碳中和城市建筑能源系统系列文章中部分（变压器、转换器和输电线路）损耗的电力。所的第三篇，即综合能源系统的源-网-荷-储-用五大谓冷（热）负荷是指维持室内一定热湿环境所需要环节中的第三环。对传统建筑能源系统而言，主要☆龙惟定，男，1946年生，硕土研究生，教授聚焦规划和设计中需要的电力、燃气和供热供冷负201112上海市闵行区联航路1505弄5号楼1607室荷。所谓电力负荷，是指连接到系统配电网络的所E-mail:weidinglong@tongji.edu.cn收稿日期：2022-07-07(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net暖通空调HV8AC2022年第52卷第9期本刊特稿的在单位时间内从室内除去（补充）的热量（包括热读者比较熟悉的是设计负荷，其次是规划负负荷和湿负荷)。可以看出，二者的负荷概念并不荷，对运行负荷接触较少，对灵活性负荷则比较陌完全一致。生。下面分别综述几种负荷的特点。按照负荷分析的用途，电力负荷和热负荷都可1.1规划和设计负荷以分为规划负荷、设计负荷、运行负荷，以及近年来电网规划的基本要求是确保供电的输送容量、为提供智能电网的灵活性（也译作“柔性”，电压质量和供电可靠性等，同时考虑今后城市的发flexibility))需要进行分析的负荷。按照负荷分展，即在保证可靠性和安全性的前提下满足发展的析的时间颗粒度，可以分为长期负荷（年负荷）、中需要。国家标准GB38755一2019《电力系统安全期负荷（月负荷）、短期负荷（小时负荷到日负荷）和稳定导则》是强制性标准。因此在电网规划中要用超短期负荷（未来数分钟到1内负荷）。这种时到相关的可靠性指标，如负荷削减概率段的分法在不同文献中有差异。在相关国家标(probability of load curtailments,PLC),即发电系准中规定：“中长期负荷预测包括年度、5年和10统的可用容量不能满足系统年最大负荷需求的时年等的负荷预测”“短期负荷预测包括从次日到第间概率，以及电量不足期望值(expected energy8天的电网负荷预测”，超短期负荷则更是短到“当not served,EENS),即电力系统由于机组受迫停前时刻的下一个5min或10min或15min的用电运而造成的对用户停电量的期望值等[。一般而负荷”。但在具体开展规划设计中，相关行业标言，电网每10年只允许有1~4天不满足系统最大准)中又建议：“负荷预测时间尺度的具体区分由负荷。预测人员与微电网规划设计人员共同决定”。在热因此，电网的规划和设计中主要关心最大负(冷)负荷分析中，没有规定的时间尺度，基本与电荷，而且由于电力传输的即时性，表现为负荷的功力相同。其中长期和中期负荷分析主要用于规划率需求（单位kW)瞬间就成为电力消耗量（单位和设计，短期负荷预测主要用于运行管理。超短期kW·)。电网必须瞬间满足负荷湍的电量需求。负荷预测在电力负荷中主要用于需求响应和可再因此，电力系统一定是冗余配置，其供应量必须大生能源发电量预测，在热（冷）负荷中则较少用到。于所有最大负荷之和，尽管这些最大负荷不一定同本文拟讨论在碳中和城市建筑能源系统语境时出现。规划和设计中的电力负荷形成过程十分下负荷分析的特点和发展趋势，主要针对电力负荷简单，可以用指标法（单位面积用电量、人均用电和供冷/供热负荷及二者的协同。尽管燃气系统在量、单位产品耗电量、单位产值用电量等)、弹性系碳中和城市能源中也发挥重要作用，本系列文章的数法或比例系数法等从顶到底的预测方法，以及回能源篇和网络篇也都分别介绍过相关技术要点，但归分析法、趋势外推法等基于现有数据的从底到顶因为应用面还不广，所以本文不作为重点。的预测方法。在负荷分析中，只需要选取不同季节构建碳中和城市能源系统，主要是实现“两个的典型负荷曲线。传统电网中可再生能源发电占替代”，即能源生产的可再生能源替代和能源消费比较低，来自于火电、水电、核电等发电系统的稳定的电力替代。因此有2个关键点对负荷分析提出供电能够满足电力电量平衡要求，可再生电力仅仅了要求：一是建筑电气化，特别是供暖的去燃烧化，作为电力系统的补充。使得建筑的主要能耗（即供热供冷负荷）与电力负而建筑供热供冷负荷则不同。冷热负荷的影荷更紧密地结合在一起。二是可再生能源利用的响因素很多，建筑内外都有负荷的扰量，由于建筑规模化，使得每一幢建筑都变成一个小发电厂。对物是大惰性系统，扰量先形成建筑得热（冬季是负电力系统而言，从原先只应对需求侧的变动负荷，值，即失热)，然后再形成负荷，要经过复杂的建筑变为要应对需求侧和供应侧2个方面的变动负荷：热过程，有较大的动态时间常数。墙体导热的高阶对建筑而言，成为电网灵活性的最主要的提供者，动态过程、辐射传热的非线性过程，以及人体与环建筑要优先消耗自发电，同时通过需求侧响应来保境的多因素换热过程等，使得负荷的形成既有规律障电力系统的安全和稳定，即为电网提供灵活性。性（周期变化），又有很多不确定性。在规划阶段，1电力负荷和冷热负荷特点完全不知道规划建筑未来的建筑形态和热特性，基(C)1994-2022 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net