更高效且靈活的建筑是清潔能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵

人們大部分時(shí)間都在建筑物內(nèi)度過，從住宅到辦公樓、商店和學(xué)校。雖然這些建筑用途各異，但它們至少有一個(gè)共同點(diǎn)：為了照明、運(yùn)行供暖和制冷系統(tǒng)、使用電器和設(shè)備，它們需要大量的能源。如今，建筑物約占全球最終能源消費(fèi)的30%，并且超過一半的最終電力需求來自建筑物。

當(dāng)前，全球建筑行業(yè)正在快速增長(zhǎng)，特別是在發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體。隨著電力接入的擴(kuò)大和收入的增加，越來越多的人開始購(gòu)買諸如空調(diào)等電器，并且隨著氣溫不斷升高，空調(diào)的使用頻率也在增加。然而，如果更加關(guān)注經(jīng)過驗(yàn)證的能源效率政策，建筑行業(yè)的能源消耗可以顯著減少，同時(shí)保持甚至改善所提供的能源服務(wù)質(zhì)量。這不僅可以降低建筑行業(yè)的排放，還可以為能源消費(fèi)者節(jié)省開支。

利用使建筑物能夠在一天中更靈活地使用能源的技術(shù)，可以釋放出更大的潛力。當(dāng)建筑物和電網(wǎng)可以相互通信時(shí)，可以減輕高峰時(shí)段的壓力，并消除能源需求高峰。隨著全球建筑面積的激增，優(yōu)先考慮效率和靈活性對(duì)于世界能源系統(tǒng)的安全性和可持續(xù)性至關(guān)重要。

電氣化和可再生能源的增長(zhǎng)正在改變建筑的能源消費(fèi)方式

隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增加和電氣化的擴(kuò)展，建筑物正在消耗更多的能源，越來越多的熱泵在家庭中運(yùn)行，電動(dòng)汽車也在車庫(kù)里充電。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2015年到2022年，住宅熱泵的銷售量增加了三倍；而在2023年，全球每五輛售出的汽車中就有一輛是電動(dòng)汽車。目前，大多數(shù)電動(dòng)汽車充電都發(fā)生在住宅和工作場(chǎng)所。

這些技術(shù)的普及對(duì)于在2050年前實(shí)現(xiàn)能源行業(yè)凈零排放、限制全球變暖至《巴黎協(xié)定》設(shè)定的1.5°C目標(biāo)至關(guān)重要，但這也推動(dòng)了電力需求的增長(zhǎng)。在國(guó)際能源署（IEA）的《既定政策情景》中，基于當(dāng)前的政策設(shè)定，未來幾十年建筑物的電力峰值需求將在全球所有地區(qū)增加。在中國(guó)，到本世紀(jì)中葉，電力峰值需求將翻倍，而在歐盟，電力峰值需求將增加三分之二。

2022-2050 年按最終用途劃分的選定地區(qū)和國(guó)家/地區(qū)建筑物的峰值電力需求和貢獻(xiàn)

在空間制冷需求顯著且不斷擴(kuò)大的國(guó)家，這一增長(zhǎng)尤為明顯。例如，到2050年，印度空調(diào)的擁有量預(yù)計(jì)將增加十倍，導(dǎo)致建筑物電力峰值需求增長(zhǎng)六倍。通過廣泛采用更高效的建筑設(shè)計(jì)和更嚴(yán)格的電器最低能效標(biāo)準(zhǔn)，電力峰值需求的增長(zhǎng)可能會(huì)減半。這一設(shè)想來自IEA的《已宣布承諾情景》，該情景假設(shè)各國(guó)按時(shí)全面實(shí)現(xiàn)其國(guó)家能源和氣候目標(biāo)。例如，在印度，這些措施預(yù)計(jì)將使制冷對(duì)峰值需求的貢獻(xiàn)減少一半以上，緩解電力網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)壓力。

2022-2050 年印度和印度尼西亞建筑物的峰值電力需求和按最終用途劃分的貢獻(xiàn)

與此同時(shí)，全球范圍內(nèi)風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏（PV）的部署正在加速，各國(guó)希望提高能源安全并實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的脫碳，使電力供應(yīng)更加依賴天氣。由于可再生能源發(fā)電的日常和季節(jié)性波動(dòng)，系統(tǒng)層面的盈余和低發(fā)電時(shí)期將更加頻繁。為了應(yīng)對(duì)這些波動(dòng)，必須提升能源系統(tǒng)的靈活性。

綜合來看，這些發(fā)展將要求電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式發(fā)生重大變化。為了讓能源系統(tǒng)順暢且高效地運(yùn)行，建筑物的總能源需求需要減少，同時(shí)還需建立調(diào)整電力需求的機(jī)制，以更好地匹配可再生能源的發(fā)電模式。

建筑可以為能源系統(tǒng)提供更多靈活性

建筑物本身也可以成為解決方案的一部分。它們可以承載各種分布式能源資源，如現(xiàn)場(chǎng)可再生能源發(fā)電和存儲(chǔ)設(shè)施、電動(dòng)汽車的智能充電設(shè)備以及其他連接設(shè)備。如果能夠接收電網(wǎng)的信號(hào)并相應(yīng)調(diào)整能源需求，建筑物就能夠靈活地使用能源。

要實(shí)現(xiàn)這一潛力，建筑需要變得更加高效并與電網(wǎng)互動(dòng)。首先，應(yīng)提高能源效率，通過高性能的建筑外殼和高效設(shè)備減少總體能源需求。接下來，可以為建筑物配備太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，以生產(chǎn)可再生電力，并儲(chǔ)存多余的電能，以便在需要時(shí)使用。然后，為了促進(jìn)與電網(wǎng)的互動(dòng)，可以將智能傳感器、控制裝置、智能分析等數(shù)字解決方案與建筑能源管理系統(tǒng)或直接與設(shè)備集成。

2030 年和 2050 年 NZE 情景中家庭需求響應(yīng)節(jié)省的電費(fèi)

消費(fèi)者可以從更大的靈活性中受益。例如，通過利用分時(shí)電價(jià)，他們可以將能源使用轉(zhuǎn)移到電力價(jià)格較低的非高峰時(shí)段——靈活地操作電動(dòng)汽車充電器、熱水器和其他設(shè)備，以配合電網(wǎng)的需求和價(jià)格信號(hào)。隨著越來越多的太陽(yáng)能光伏被納入電網(wǎng)，這可能意味著在白天更多地使用電力。根據(jù)IEA的分析，這類需求響應(yīng)措施到2050年可將發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體家庭的電費(fèi)減少7%至12%，在新興市場(chǎng)和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體則可減少近20%。

2030 年和 2050 年 NZE 情景中按最終用途劃分的家庭需求響應(yīng)節(jié)省的電費(fèi)

要實(shí)現(xiàn)這些效益，建筑和電網(wǎng)必須能夠無(wú)縫對(duì)話

互操作性是確保電網(wǎng)與建筑物有效溝通的關(guān)鍵。為了支持這種對(duì)話，家電可以配備特殊裝置，能夠自動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)的信號(hào)。到2030年，建筑中的智能電表和其他具有自動(dòng)控制功能的連接設(shè)備數(shù)量預(yù)計(jì)將比當(dāng)前水平增加近一倍。

有跡象表明，這些技術(shù)開始得到更廣泛的應(yīng)用。英國(guó)已經(jīng)為家電的智能通信接口制定了標(biāo)準(zhǔn)，這些接口可以接收來自網(wǎng)絡(luò)中其他連接設(shè)備的能源使用指令。澳大利亞推出了一種需求響應(yīng)設(shè)備，這是一種能夠根據(jù)電網(wǎng)信號(hào)調(diào)整設(shè)備能耗的接口。

特殊認(rèn)證如EcoPort標(biāo)志表明，經(jīng)過認(rèn)證的設(shè)備配備了能夠與電網(wǎng)通信的專用控制模塊。美國(guó)華盛頓、俄勒岡和科羅拉多州現(xiàn)在要求新電熱水器配備這種接口，以便它們能夠參與由公用事業(yè)公司發(fā)起的需求響應(yīng)計(jì)劃。與此同時(shí)，澳大利亞和新西蘭現(xiàn)在要求某些類型的空調(diào)在能源標(biāo)簽中包含有關(guān)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)還可以對(duì)智能家電、電動(dòng)汽車智能充電器、現(xiàn)場(chǎng)太陽(yáng)能發(fā)電和存儲(chǔ)進(jìn)行監(jiān)督控制。開放的通信協(xié)議——或普遍可訪問的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了不同設(shè)備和系統(tǒng)之間的信息交換——有助于實(shí)現(xiàn)互操作性和自動(dòng)化控制，從而幫助管理分布式能源資源整合引發(fā)的電壓和質(zhì)量波動(dòng)。

建筑和電網(wǎng)之間的互動(dòng)在增加，但潛力遠(yuǎn)未充分發(fā)揮

建筑與電網(wǎng)之間更緊密的互動(dòng)可能會(huì)顯著減少能源需求、二氧化碳（CO2）排放，并降低電力系統(tǒng)成本。在美國(guó)，一項(xiàng)政府分析發(fā)現(xiàn)，廣泛采用全國(guó)范圍內(nèi)的高效、互動(dòng)型建筑，能夠在高峰時(shí)段削減116吉瓦的能源需求——相當(dāng)于200多座大型發(fā)電廠的產(chǎn)量。這還將每年減少8000萬(wàn)噸二氧化碳排放，到2030年為電力系統(tǒng)節(jié)省1000億至2000億美元。

盡管全球許多國(guó)家都在探索加強(qiáng)建筑與電網(wǎng)互動(dòng)的機(jī)會(huì)，但到目前為止，進(jìn)展總體上僅限于相對(duì)小規(guī)模的項(xiàng)目和計(jì)劃。

2020年和2021年，蘇格蘭的一座公寓樓進(jìn)行了一項(xiàng)演示項(xiàng)目，通過中斷參與家庭的空間供暖來實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，時(shí)間間隔為5至10分鐘。參與者報(bào)告稱，他們的舒適度沒有受到影響。在美國(guó)阿拉巴馬州的一個(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，以確定如何優(yōu)化使用、生產(chǎn)和儲(chǔ)存太陽(yáng)能發(fā)電。與沒有這種能力的類似住宅相比，更高效且靈活的系統(tǒng)組合實(shí)現(xiàn)了35%至45%的節(jié)能。

電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商還可以與虛擬電廠等智能聚合器進(jìn)行通信，虛擬電廠能夠通過動(dòng)態(tài)平衡電力供需來增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)利用多樣化的分布式能源資源來減緩波動(dòng)，并實(shí)時(shí)優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行。東南亞已有多個(gè)虛擬電廠在運(yùn)行，包括馬來西亞、菲律賓、新加坡、泰國(guó)和越南。

此外，新建筑可以設(shè)計(jì)得更加適應(yīng)未來與電網(wǎng)的緊密互動(dòng)。建筑法規(guī)可以包含強(qiáng)制要求，為安裝熱泵、電動(dòng)汽車充電站、太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和電池存儲(chǔ)預(yù)留足夠的空間和布線，例如加利福尼亞州的2022年能源法案。

將能效和靈活性融入政策制定是必不可少的

支持未來能源系統(tǒng)的建筑效率和靈活性提升并非易事。要有效開發(fā)和實(shí)施合適的政策組合至關(guān)重要，而將能效要求、靈活性考量以及需求響應(yīng)功能納入建筑和家電的相關(guān)法規(guī)，是促進(jìn)高效、與電網(wǎng)互動(dòng)的建筑普及的關(guān)鍵。

同時(shí)，必須制定政策條款，支持智能傳感器和控制設(shè)備與建筑能源管理和自動(dòng)化系統(tǒng)的集成。比如，在美國(guó)華盛頓州，要求制造商確保設(shè)備能夠參與需求響應(yīng)；在加利福尼亞州，要求新建建筑所安裝的設(shè)備采用開放式通信協(xié)議等，都是具體的實(shí)例。

為了支持這一進(jìn)程，國(guó)際能源署（IEA）開發(fā)了一個(gè)分析框架，用于評(píng)估一個(gè)國(guó)家的建筑領(lǐng)域，并提供加速政策和技術(shù)解決方案落地的建議，推動(dòng)高效電網(wǎng)互動(dòng)建筑的發(fā)展。國(guó)際能源署的“數(shù)字需求驅(qū)動(dòng)電力網(wǎng)絡(luò)”（3DEN）計(jì)劃還為如何利用數(shù)字工具支持電力系統(tǒng)的脫碳和現(xiàn)代化提供政策建議。

3DEN發(fā)布的報(bào)告《釋放新興市場(chǎng)與發(fā)展中國(guó)家智能電網(wǎng)機(jī)遇》為能源政策制定者提供了如何推動(dòng)對(duì)智能且具有韌性電力網(wǎng)絡(luò)投資的指導(dǎo)。而即將發(fā)布的報(bào)告《管理電力需求與供應(yīng)的季節(jié)性變化》將提供工具和策略，幫助應(yīng)對(duì)需求側(cè)和供應(yīng)側(cè)的波動(dòng)，同時(shí)考慮天氣對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行及靈活性需求的影響。

資料來源：IEA

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