中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：據(jù)國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)，如今建筑物約占全球最終能源消耗的30%和最終使用的能源電力需求的一半以上。建筑行業(yè)作為全球資源消耗和能源排放的重要領(lǐng)域，正面臨著轉(zhuǎn)型與挑戰(zhàn)。在全球環(huán)境問(wèn)題日益突出的背景下，綠色低碳建筑已成為雙碳目標(biāo)下的必然選擇。
實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)能源的靈活使用可以有效地節(jié)約成本并降低排放。隨著全球建筑面積的激增，建筑物與電網(wǎng)互聯(lián)互通對(duì)于世界能源系統(tǒng)的安全和可持續(xù)性變得越來(lái)越重要。
電氣化和可再生能源的增長(zhǎng)正在改變建筑物的能源消耗方式
隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增加和電氣化的擴(kuò)大，建筑物正在消耗更多的能源，越來(lái)越多的熱泵在家庭中運(yùn)行，更多電動(dòng)汽車(chē)在室內(nèi)充電。
2015 年至 2022 年間，住宅熱泵銷(xiāo)量增長(zhǎng)了兩倍，2023年，電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量占全球汽車(chē)銷(xiāo)量的五分之一。目前，大部分電動(dòng)汽車(chē)充電是在住宅和工作場(chǎng)所進(jìn)行的。
根據(jù)國(guó)際能源署基于當(dāng)前政策設(shè)定的既定情景，未來(lái)幾十年世界所有地區(qū)的建筑物峰值電力需求都將增加。在中國(guó)，到本世紀(jì)中葉，這一數(shù)字將翻一番，而在歐盟，這一數(shù)字將增加三分之二。
在空間冷卻需求巨大且不斷擴(kuò)大的國(guó)家，這一增長(zhǎng)更為明顯。預(yù)計(jì)到2050年，印度的空調(diào)擁有量將增加10倍，從而導(dǎo)致該國(guó)建筑物的峰值電力需求增加6倍。
然而，正如國(guó)際能源署公布的承諾情景所設(shè)想的一般，隨著更高效的建筑設(shè)計(jì)和更嚴(yán)格的電器最低能源性能標(biāo)準(zhǔn)的廣泛采用，這一增長(zhǎng)有望減半。例如，在印度，這些措施預(yù)計(jì)使制冷對(duì)峰值電力的需求減少一半以上。
與此同時(shí)，隨著各國(guó)尋求加強(qiáng)能源安全和能源系統(tǒng)脫碳，風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏發(fā)電的部署正在全球加速，這使得電力供應(yīng)更加依賴于天氣。由于可再生能源發(fā)電的周期性變化，系統(tǒng)級(jí)盈余和發(fā)電量較低的時(shí)期將變得更加頻繁。因此，增強(qiáng)發(fā)電用電的靈活性對(duì)于管理這些波動(dòng)至關(guān)重要。
總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)展需要電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變運(yùn)行方式。為了使能源系統(tǒng)平穩(wěn)有效運(yùn)行，需要減少建筑物總能源需求，同時(shí)打造全天或季節(jié)電力調(diào)峰的機(jī)制，以更好地匹配可再生能源發(fā)電模式。
增強(qiáng)建筑物與電網(wǎng)的聯(lián)動(dòng)
建筑物本身也可以成為解決方案的重要一環(huán)。建筑物內(nèi)承載著各種分布式能源，例如現(xiàn)場(chǎng)可再生能源發(fā)電和存儲(chǔ)、電動(dòng)汽車(chē)智能充電以及其他連接設(shè)備。如果能夠接收來(lái)自電網(wǎng)的信號(hào)并相應(yīng)地調(diào)整能源需求，就可以靈活地使用能源。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要增強(qiáng)建筑物與電網(wǎng)的聯(lián)動(dòng)。首先，應(yīng)將能源效率放在首位，通過(guò)高性能的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和高效的設(shè)備來(lái)減少整體能源需求。其次，建筑物可以配備太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，以生產(chǎn)可再生電力和儲(chǔ)能，并隨時(shí)保留剩余供應(yīng)。為了促進(jìn)與電網(wǎng)的互動(dòng)，智能傳感器、控制、智能分析和其他數(shù)字解決方案可以與建筑能源管理系統(tǒng)集成，也可以直接與設(shè)備集成。
消費(fèi)者也可以從中受益。例如，通過(guò)利用使用時(shí)間電價(jià)，他們可以將能源使用轉(zhuǎn)移到電力更便宜的非高峰時(shí)段，根據(jù)電網(wǎng)和價(jià)格信號(hào)靈活操作電動(dòng)汽車(chē)充電器、熱水器和其他電器的使用。
隨著越來(lái)越多的太陽(yáng)能光伏發(fā)電被納入電網(wǎng)，這可能意味著在白天將使用更多的電力發(fā)電。根據(jù)國(guó)際能源署的分析，到2050年，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體采取這種需求應(yīng)對(duì)措施可以將家庭電費(fèi)減少7%至12%，新興市場(chǎng)和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的家庭電費(fèi)可以減少近20%。
互用性是確保建筑物和電網(wǎng)有效關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵
互用性是確保電網(wǎng)與建筑物能夠有效關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵因素。為實(shí)現(xiàn)這種通信，建筑物內(nèi)的電器需通過(guò)特殊配置，以便自動(dòng)響應(yīng)來(lái)自電網(wǎng)的信號(hào)。預(yù)計(jì)到2030年，建筑物中智能電表及其他具有自動(dòng)控制和傳感器的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將較目前水平幾乎翻倍。
目前，這些技術(shù)已在部分國(guó)家地區(qū)開(kāi)始應(yīng)用。例如，英國(guó)制定了智能通信接口標(biāo)準(zhǔn)，適用于能從其他連接設(shè)備接收能源使用相關(guān)指令的網(wǎng)絡(luò)電器。澳大利亞推出了一種需求響應(yīng)設(shè)備，是一種基于電網(wǎng)信號(hào)調(diào)整電器能源使用的接口。美國(guó)華盛頓州、俄勒岡州和科羅拉多州也已要求新的電熱水器配備這種接口，以便參與公用事業(yè)公司發(fā)起的需求響應(yīng)計(jì)劃。同時(shí)，澳大利亞和新西蘭現(xiàn)已要求部分類(lèi)型的空調(diào)在能源標(biāo)簽中包括其需求響應(yīng)能力的信息。
在建筑層面，能源管理和自動(dòng)化系統(tǒng)還可以提供智能電器、電動(dòng)汽車(chē)智能充電器、現(xiàn)場(chǎng)太陽(yáng)能發(fā)電和存儲(chǔ)的監(jiān)控功能。開(kāi)放通信協(xié)議，或管理不同設(shè)備和系統(tǒng)間交換信息的通用規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，有助于建立互操作性和自動(dòng)化控制，從而應(yīng)對(duì)分布式能源整合可能引發(fā)的電壓和質(zhì)量波動(dòng)。
建筑物和電網(wǎng)加強(qiáng)互聯(lián)尚存更大潛力
加強(qiáng)建筑物和電網(wǎng)之間的互聯(lián)可有效降低能源消耗、二氧化碳排放和電力系統(tǒng)運(yùn)行成本。美國(guó)政府的一項(xiàng)分析發(fā)現(xiàn)，若在美國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)廣泛采用高效、電網(wǎng)互動(dòng)的建筑，可在高峰時(shí)段減少116吉瓦的能源需求，相當(dāng)于200多家大型發(fā)電廠的發(fā)電量。到2030年，還將每年減少8000萬(wàn)噸二氧化碳排放，并在未來(lái) 20 年內(nèi)為電力系統(tǒng)節(jié)省1000億至2000億美元。
盡管世界各國(guó)都在探索加強(qiáng)建筑物和電網(wǎng)之間互動(dòng)的機(jī)會(huì)，但迄今為止取得的進(jìn)展大多限于規(guī)模相對(duì)較小的項(xiàng)目。
在美國(guó)亞拉巴馬州的一個(gè)智能社區(qū)中，當(dāng)?shù)氐奈㈦娋W(wǎng)與高效住宅中的供暖和空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行通信，以優(yōu)化使用、生成和存儲(chǔ)太陽(yáng)能發(fā)電的方式。與不具備此功能的類(lèi)似住宅相比，效率與靈活性的結(jié)合可節(jié)省35%至45%的能源。
電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商不僅可與單個(gè)設(shè)備通信，還可與虛擬發(fā)電廠等智能聚合器通信，通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡電力供需來(lái)增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性。同時(shí)，還可以利用多種分布式能源資源來(lái)提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)緩解需求波動(dòng)并優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)。目前，許多虛擬發(fā)電廠已投入運(yùn)營(yíng)。
此外，新建筑的設(shè)計(jì)方式可以使其在未來(lái)與電網(wǎng)更緊密地聯(lián)結(jié)。新出臺(tái)的建筑法規(guī)可能新增包括對(duì)足夠空間和足夠預(yù)接線的強(qiáng)制性要求，以適應(yīng)熱泵、電動(dòng)汽車(chē)充電站、太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和電池存儲(chǔ)的安裝。
制定實(shí)施精準(zhǔn)的一攬子政策極為重要
為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，增強(qiáng)建筑物的“綠色屬性”并非易事。有效制定并實(shí)施精準(zhǔn)的一攬子政策極為重要，而將能源效率要求、靈活性考慮和需求響應(yīng)功能納入建筑和設(shè)備法規(guī)，是打造高效電網(wǎng)交互式建筑的關(guān)鍵。
同樣重要的，是制定支持將智能傳感器和控制裝置集成到建筑能源管理和自動(dòng)化系統(tǒng)中的政策規(guī)定。例如，美國(guó)華盛頓州要求制造商使設(shè)備能夠參與需求響應(yīng)，加利福尼亞州強(qiáng)制要求安裝在新建筑中的設(shè)備使用開(kāi)放通信協(xié)議。
為支持這一進(jìn)程，國(guó)際能源署開(kāi)發(fā)了一個(gè)分析框架，用于評(píng)估一國(guó)的建筑行業(yè)并提供建議，以加速采用與高效電網(wǎng)互動(dòng)建筑相關(guān)的政策和技術(shù)解決方案。國(guó)際能源署的數(shù)字需求驅(qū)動(dòng)電力網(wǎng)絡(luò)倡議（3DEN） 還就數(shù)字工具如何支持電力系統(tǒng)脫碳和現(xiàn)代化提供政策建議。
3DEN 發(fā)布報(bào)告《釋放新興市場(chǎng)和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的智能電網(wǎng)機(jī)遇》，為能源政策制定者提供了支持推動(dòng)對(duì)智能和彈性電網(wǎng)投資的指導(dǎo)。即將發(fā)布的報(bào)告《管理電力需求和供應(yīng)的季節(jié)性變化》將提供管理需求側(cè)和供應(yīng)側(cè)變化的工具和策略，同時(shí)考慮到天氣對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和靈活性需求的影響。
