中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：建筑和電網(wǎng)交互，將帶來(lái)更多可能性。電網(wǎng)交互式節(jié)能建筑（Grid-interactive Effecient Building，GEB）是一種采用智能技術(shù)的節(jié)能建筑，屬于分布式能源系統(tǒng)，可以優(yōu)化電網(wǎng)的能源使用、不改變用電舒適度，同時(shí)降低能源成本。類似于國(guó)內(nèi)的“光儲(chǔ)直柔”概念。
國(guó)際能源署近日發(fā)表文章探討電網(wǎng)交互式節(jié)能建筑的發(fā)展圖景，并指出為實(shí)現(xiàn)清潔能源轉(zhuǎn)型，發(fā)展節(jié)能高效、柔性用電的建筑是必經(jīng)之路。
如今，建筑用能占到全球終端能源消費(fèi)的30%和終端電力需求的超過(guò)50%。特別是對(duì)發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，建筑用能增長(zhǎng)迅速。隨著電力接入和收入的增長(zhǎng)，購(gòu)買空調(diào)等家電的人數(shù)不斷增加。而且伴隨溫度升高，使用空調(diào)頻率也更高。
目前全球建筑面積正爆發(fā)式增長(zhǎng)，若想滿足世界能源體系的安全性和可持續(xù)性，必須兼顧節(jié)能高效和柔性用電兩個(gè)方面。而隨著節(jié)能政策的優(yōu)化和偏重，未來(lái)建筑部門可能同時(shí)實(shí)現(xiàn)能源消耗減少和供能質(zhì)量提高兩個(gè)目標(biāo)。
電氣化和可再生能源增長(zhǎng)正改變建筑用能的方式。
圖1 2022和2050年部分國(guó)家和地區(qū)建筑用電峰值負(fù)荷及不同終端用電的分布
來(lái)源：國(guó)際能源署
數(shù)據(jù)顯示，隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)增加和電氣化程度擴(kuò)大，建筑耗能越來(lái)越大，家用熱泵和電動(dòng)汽車充電樁數(shù)量增長(zhǎng)。從2015到20233年，家用熱泵銷售量翻了三倍。2023年一整年，電動(dòng)汽車占到全球汽車銷售的五分之一，這些電動(dòng)汽車絕大多數(shù)都需要在住宅和工作場(chǎng)所充電。
電動(dòng)汽車的廣泛使用，有助于實(shí)現(xiàn)2050凈零排放和巴黎協(xié)定目標(biāo)，但也會(huì)增加用電需求。國(guó)際能源署預(yù)計(jì)，未來(lái)十年內(nèi)，在世界所有地區(qū)，建筑用電的峰值負(fù)荷都將增加。
而在空間制冷需求擴(kuò)大的國(guó)家，建筑用電增加更為明顯。例如，到2050年，印度的空調(diào)用戶預(yù)計(jì)翻十倍，帶來(lái)建筑用電峰值負(fù)荷翻六倍。而如果使用更為節(jié)能高效的建筑設(shè)計(jì)和更為嚴(yán)格的家電最低能效標(biāo)準(zhǔn)，空調(diào)系統(tǒng)帶來(lái)的峰值負(fù)荷壓力將緩解至少一半。
同時(shí)，伴隨風(fēng)電和光伏裝機(jī)的擴(kuò)張，電力供應(yīng)越來(lái)越依賴于天氣變化。系統(tǒng)性超量發(fā)電和長(zhǎng)時(shí)間低發(fā)電水平會(huì)變得更為普遍。要減緩這些波動(dòng)，加大柔性交互是關(guān)鍵。
國(guó)際能源署認(rèn)為，面對(duì)以上這些問(wèn)題，建筑可以成為解決之道，為能源系統(tǒng)提供更多柔性交互。
建筑可承載各種分布式能源，例如可再生能源就地發(fā)電和儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車的智慧充電，以及其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。并且，這些設(shè)備可以柔性用電，只要可以從電網(wǎng)接收信號(hào)并據(jù)此調(diào)整自身用能需求。
為實(shí)現(xiàn)這些構(gòu)想，建筑需要更為節(jié)能高效，同時(shí)加大與電網(wǎng)的交互。第一步是節(jié)能高效，建筑需要高效的節(jié)能外殼和節(jié)能設(shè)備。第二步，建筑上可以安裝光伏系統(tǒng)及儲(chǔ)能裝置。進(jìn)一步，家電可以安裝智能傳感器、控制器、分析設(shè)備及其他數(shù)字化解決方案，并嵌入建筑的能源管理系統(tǒng)，或直接嵌入電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)和電網(wǎng)的交互。
國(guó)際能源署分析數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)靈活運(yùn)用分時(shí)電價(jià)（如多在非高峰時(shí)間段用能，為汽車充電、使用熱水器等），到2050年，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體可以減少7%-12%的家庭電費(fèi)，發(fā)展中和新興經(jīng)濟(jì)體可以減少將近20%的家庭電費(fèi)。
圖2 2022和2050年印度和印度尼西亞的建筑用電峰值負(fù)荷及不同用電終端的分布
來(lái)源：國(guó)際能源署
為了真正降低電費(fèi)，使人們從中受益，建筑必須能與電網(wǎng)雙向通信。
電網(wǎng)和建筑之間需要雙向通信來(lái)實(shí)現(xiàn)有效交互。比如，家電可以安裝一些對(duì)電網(wǎng)信號(hào)自動(dòng)應(yīng)答的特殊設(shè)備。有預(yù)測(cè)認(rèn)為，到2030年，建筑中帶有自動(dòng)控制和自動(dòng)傳感器的智能電表和其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將擴(kuò)大約一倍。
目前，英國(guó)出臺(tái)了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用以規(guī)范可以從其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接收用能相關(guān)指令的家電智能通信接口。澳大利亞推出了一項(xiàng)滿足需求響應(yīng)的設(shè)備，是一種可以根據(jù)從電網(wǎng)接收的信號(hào)來(lái)調(diào)整家電用能的智能通信接口。
一些帶有如EcoPort等特殊標(biāo)簽的設(shè)備，則加裝了專門用于和電網(wǎng)通信的控制模塊。目前，美國(guó)華盛頓、俄勒岡和科羅拉多州要求新的電熱水器必須安裝智能通信接口，以便于電力公司實(shí)行需求響應(yīng)。澳大利亞和新西蘭則強(qiáng)制要求一些特定型號(hào)空調(diào)的能源標(biāo)簽標(biāo)明產(chǎn)品的需求響應(yīng)能力。
圖3 2030和2050年需求響應(yīng)可為家庭節(jié)省的電費(fèi)（%）
來(lái)源：國(guó)際能源署
建筑自身的能源管理系統(tǒng)也可以發(fā)揮作用，參與智能家電監(jiān)控、電動(dòng)汽車智慧充電、以及太陽(yáng)能就地發(fā)電和存儲(chǔ)。通過(guò)開放通信協(xié)議，建筑和電網(wǎng)可以建立雙向通信和自動(dòng)控制，用以調(diào)節(jié)分布式電源接入可能造成的電壓和質(zhì)量波動(dòng)問(wèn)題。
建筑和電網(wǎng)交互，將帶來(lái)更多可能性。
建筑和電網(wǎng)交互可能帶來(lái)能源需求、碳排放和電力系統(tǒng)成本同時(shí)降低。一項(xiàng)美國(guó)的官方研究表明，如果電網(wǎng)交互式節(jié)能建筑大范圍推廣，可以在高峰時(shí)段減少116吉瓦能耗，相當(dāng)于減少超過(guò)200座大型發(fā)電站的發(fā)電量；到2030年期間每年減少8000萬(wàn)噸碳排放；在未來(lái)20年內(nèi)為電力系統(tǒng)節(jié)省1000億-2000億美元。在美國(guó)阿拉巴馬州的一個(gè)智能社區(qū)，節(jié)能家庭的微電網(wǎng)與制熱和制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交互，并為家庭太陽(yáng)能發(fā)電、用電和儲(chǔ)能提供最佳方案。采用這種節(jié)能高效、柔性用電方案的家庭，其能耗比沒有采用這種方案的家庭低35%到45%。
圖4 2030年和2050年不同終端用電在需求響應(yīng)為家庭節(jié)省電費(fèi)中的占比
來(lái)源：國(guó)際能源署
另外，電網(wǎng)調(diào)度不僅可以納入個(gè)人設(shè)備，還可以納入包括虛擬電廠在內(nèi)的智能聚合，現(xiàn)在東南亞地區(qū)已經(jīng)有一些示范項(xiàng)目。
為實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效和柔性用電，相關(guān)政策需要跟上。
建筑相關(guān)的法律法規(guī)可以做一些硬性規(guī)定，使得空間和預(yù)布線的設(shè)計(jì)方便未來(lái)熱泵、電動(dòng)汽車充電站、太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和儲(chǔ)能電池等設(shè)施的安裝。
當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能高效和柔性用電并不容易實(shí)現(xiàn)。國(guó)際能源署認(rèn)為，正確的政策組合，輔以硬性節(jié)能要求、軟性操作實(shí)踐、及需求響應(yīng)方案，是促進(jìn)節(jié)電網(wǎng)交互式節(jié)能建筑發(fā)展的必要環(huán)節(jié)。同時(shí)，想要實(shí)現(xiàn)將智能傳感器和智能控制嵌入到建筑能源管理系統(tǒng)中，同樣離不開政策的支持和推動(dòng)。
