中國儲能網(wǎng)訊：據(jù)國際能源署統(tǒng)計，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域，正面臨著轉型與挑戰(zhàn)。在全球環(huán)境問題日益突出的背景下，綠色低碳建筑已成為雙碳目標下的必然選擇。
實現(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)互通對于世界能源系統(tǒng)的安全和可持續(xù)性變得越來越重要。
電氣化和可再生能源的增長正在改變建筑物的能源消耗方式
隨著經(jīng)濟活動的增加和電氣化的擴大，建筑物正在消耗更多的能源，越來越多的熱泵在家庭中運行，更多電動汽車在室內(nèi)充電。
2015 年至 2022 年間，住宅熱泵銷量增長了兩倍，2023年，電動汽車銷量占全球汽車銷量的五分之一。目前，大部分電動汽車充電是在住宅和工作場所進行的。
根據(jù)國際能源署基于當前政策設定的既定情景，未來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，到本世紀中葉，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大的國家，這一增長更為明顯。預計到2050年，印度的空調擁有量將增加10倍，從而導致該國建筑物的峰值電力需求增加6倍。
然而，正如國際能源署公布的承諾情景所設想的一般，隨著更高效的建筑設計和更嚴格的電器最低能源性能標準的廣泛采用，這一增長有望減半。例如，在印度，這些措施預計使制冷對峰值電力的需求減少一半以上。
與此同時，隨著各國尋求加強能源安全和能源系統(tǒng)脫碳，風能和太陽能光伏發(fā)電的部署正在全球加速，這使得電力供應更加依賴于天氣。由于可再生能源發(fā)電的周期性變化，系統(tǒng)級盈余和發(fā)電量較低的時期將變得更加頻繁。因此，增強發(fā)電用電的靈活性對于管理這些波動至關重要。
總的來說，這些發(fā)展需要電力系統(tǒng)轉變運行方式。為了使能源系統(tǒng)平穩(wěn)有效運行，需要減少建筑物總能源需求，同時打造全天或季節(jié)電力調峰的機制，以更好地匹配可再生能源發(fā)電模式。
增強建筑物與電網(wǎng)的聯(lián)動
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)場可再生能源發(fā)電和存儲、電動汽車智能充電以及其他連接設備。如果能夠接收來自電網(wǎng)的信號并相應地調整能源需求，就可以靈活地使用能源。
為了實現(xiàn)這一目標，需要增強建筑物與電網(wǎng)的聯(lián)動。首先，應將能源效率放在首位，通過高性能的建筑圍護結構和高效的設備來減少整體能源需求。其次，建筑物可以配備太陽能光伏系統(tǒng)，以生產(chǎn)可再生電力和儲能，并隨時保留剩余供應。為了促進與電網(wǎng)的互動，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，也可以直接與設備集成。
消費者也可以從中受益。例如，通過利用使用時間電價，他們可以將能源使用轉移到電力更便宜的非高峰時段，根據(jù)電網(wǎng)和價格信號靈活操作電動汽車充電器、熱水器和其他電器的使用。
隨著越來越多的太陽能光伏發(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)國際能源署的分析，到2050年，發(fā)達經(jīng)濟體采取這種需求應對措施可以將家庭電費減少7%至12%，新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟體的家庭電費可以減少近20%。
互用性是確保建筑物和電網(wǎng)有效關聯(lián)的關鍵
互用性是確保電網(wǎng)與建筑物能夠有效關聯(lián)的關鍵因素。為實現(xiàn)這種通信，建筑物內(nèi)的電器需通過特殊配置，以便自動響應來自電網(wǎng)的信號。預計到2030年，建筑物中智能電表及其他具有自動控制和傳感器的聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)量將較目前水平幾乎翻倍。
目前，這些技術已在部分國家地區(qū)開始應用。例如，英國制定了智能通信接口標準，適用于能從其他連接設備接收能源使用相關指令的網(wǎng)絡電器。澳大利亞推出了一種需求響應設備，是一種基于電網(wǎng)信號調整電器能源使用的接口。美國華盛頓州、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)起的需求響應計劃。同時，澳大利亞和新西蘭現(xiàn)已要求部分類型的空調在能源標簽中包括其需求響應能力的信息。
在建筑層面，能源管理和自動化系統(tǒng)還可以提供智能電器、電動汽車智能充電器、現(xiàn)場太陽能發(fā)電和存儲的監(jiān)控功能。開放通信協(xié)議，或管理不同設備和系統(tǒng)間交換信息的通用規(guī)則和標準，有助于建立互操作性和自動化控制，從而應對分布式能源整合可能引發(fā)的電壓和質量波動。
建筑物和電網(wǎng)加強互聯(lián)尚存更大潛力
加強建筑物和電網(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)運行成本。美國政府的一項分析發(fā)現(xiàn)，若在美國全國范圍內(nèi)廣泛采用高效、電網(wǎng)互動的建筑，可在高峰時段減少116吉瓦的能源需求，相當于200多家大型發(fā)電廠的發(fā)電量。到2030年，還將每年減少8000萬噸二氧化碳排放，并在未來 20 年內(nèi)為電力系統(tǒng)節(jié)省1000億至2000億美元。
盡管世界各國都在探索加強建筑物和電網(wǎng)之間互動的機會，但迄今為止取得的進展大多限于規(guī)模相對較小的項目。
在美國亞拉巴馬州的一個智能社區(qū)中，當?shù)氐奈㈦娋W(wǎng)與高效住宅中的供暖和空調系統(tǒng)進行通信，以優(yōu)化使用、生成和存儲太陽能發(fā)電的方式。與不具備此功能的類似住宅相比，效率與靈活性的結合可節(jié)省35%至45%的能源。
電網(wǎng)運營商不僅可與單個設備通信，還可與虛擬發(fā)電廠等智能聚合器通信，通過動態(tài)平衡電力供需來增強電網(wǎng)穩(wěn)定性。同時，還可以利用多種分布式能源資源來提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，實時緩解需求波動并優(yōu)化電網(wǎng)運營。目前，許多虛擬發(fā)電廠已投入運營。
此外，新建筑的設計方式可以使其在未來與電網(wǎng)更緊密地聯(lián)結。新出臺的建筑法規(guī)可能新增包括對足夠空間和足夠預接線的強制性要求，以適應熱泵、電動汽車充電站、太陽能光伏系統(tǒng)和電池存儲的安裝。
制定實施精準的一攬子政策極為重要
為實現(xiàn)雙碳目標，增強建筑物的“綠色屬性”并非易事。有效制定并實施精準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功能納入建筑和設備法規(guī)，是打造高效電網(wǎng)交互式建筑的關鍵。
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化系統(tǒng)中的政策規(guī)定。例如，美國華盛頓州要求制造商使設備能夠參與需求響應，加利福尼亞州強制要求安裝在新建筑中的設備使用開放通信協(xié)議。
為支持這一進程，國際能源署開發(fā)了一個分析框架，用于評估一國的建筑行業(yè)并提供建議，以加速采用與高效電網(wǎng)互動建筑相關的政策和技術解決方案。國際能源署的數(shù)字需求驅動電力網(wǎng)絡倡議（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)布報告《釋放新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟體的智能電網(wǎng)機遇》，為能源政策制定者提供了支持推動對智能和彈性電網(wǎng)投資的指導。即將發(fā)布的報告《管理電力需求和供應的季節(jié)性變化》將提供管理需求側和供應側變化的工具和策略，同時考慮到天氣對系統(tǒng)運行和靈活性需求的影響。
