数字储能网讯：据国际能源署统计，如今建筑物约占全球最终能源消耗的30%和最终使用的能源电力需求的一半以上。建筑行业作为全球资源消耗和能源排放的重要领域，正面临着转型与挑战。在全球环境问题日益突出的背景下，绿色低碳建筑已成为双碳目标下的必然选择。

实现建筑物内能源的灵活使用可以有效地节约成本并降低排放。随着全球建筑面积的激增，建筑物与电网互联互通对于世界能源系统的安全和可持续性变得越来越重要。

电气化和可再生能源的增长正在改变建筑物的能源消耗方式

随着经济活动的增加和电气化的扩大，建筑物正在消耗更多的能源，越来越多的热泵在家庭中运行，更多电动汽车在室内充电。

2015 年至 2022 年间，住宅热泵销量增长了两倍，2023年，电动汽车销量占全球汽车销量的五分之一。目前，大部分电动汽车充电是在住宅和工作场所进行的。

根据国际能源署基于当前政策设定的既定情景，未来几十年世界所有地区的建筑物峰值电力需求都将增加。在中国，到本世纪中叶，这一数字将翻一番，而在欧盟，这一数字将增加三分之二。

在空间冷却需求巨大且不断扩大的国家，这一增长更为明显。预计到2050年，印度的空调拥有量将增加10倍，从而导致该国建筑物的峰值电力需求增加6倍。

然而，正如国际能源署公布的承诺情景所设想的一般，随着更高效的建筑设计和更严格的电器最低能源性能标准的广泛采用，这一增长有望减半。例如，在印度，这些措施预计使制冷对峰值电力的需求减少一半以上。

与此同时，随着各国寻求加强能源安全和能源系统脱碳，风能和太阳能光伏发电的部署正在全球加速，这使得电力供应更加依赖于天气。由于可再生能源发电的周期性变化，系统级盈余和发电量较低的时期将变得更加频繁。因此，增强发电用电的灵活性对于管理这些波动至关重要。

总的来说，这些发展需要电力系统转变运行方式。为了使能源系统平稳有效运行，需要减少建筑物总能源需求，同时打造全天或季节电力调峰的机制，以更好地匹配可再生能源发电模式。

增强建筑物与电网的联动

建筑物本身也可以成为解决方案的重要一环。建筑物内承载着各种分布式能源，例如现场可再生能源发电和存储、电动汽车智能充电以及其他连接设备。如果能够接收来自电网的信号并相应地调整能源需求，就可以灵活地使用能源。

为了实现这一目标，需要增强建筑物与电网的联动。首先，应将能源效率放在首位，通过高性能的建筑围护结构和高效的设备来减少整体能源需求。其次，建筑物可以配备太阳能光伏系统，以生产可再生电力和储能，并随时保留剩余供应。为了促进与电网的互动，智能传感器、控制、智能分析和其他数字解决方案可以与建筑能源管理系统集成，也可以直接与设备集成。

消费者也可以从中受益。例如，通过利用使用时间电价，他们可以将能源使用转移到电力更便宜的非高峰时段，根据电网和价格信号灵活操作电动汽车充电器、热水器和其他电器的使用。

随着越来越多的太阳能光伏发电被纳入电网，这可能意味着在白天将使用更多的电力发电。根据国际能源署的分析，到2050年，发达经济体采取这种需求应对措施可以将家庭电费减少7%至12%，新兴市场和发展中经济体的家庭电费可以减少近20%。

互用性是确保建筑物和电网有效关联的关键

互用性是确保电网与建筑物能够有效关联的关键因素。为实现这种通信，建筑物内的电器需通过特殊配置，以便自动响应来自电网的信号。预计到2030年，建筑物中智能电表及其他具有自动控制和传感器的联网设备数量将较目前水平几乎翻倍。

目前，这些技术已在部分国家地区开始应用。例如，英国制定了智能通信接口标准，适用于能从其他连接设备接收能源使用相关指令的网络电器。澳大利亚推出了一种需求响应设备，是一种基于电网信号调整电器能源使用的接口。美国华盛顿州、俄勒冈州和科罗拉多州也已要求新的电热水器配备这种接口，以便参与公用事业公司发起的需求响应计划。同时，澳大利亚和新西兰现已要求部分类型的空调在能源标签中包括其需求响应能力的信息。

在建筑层面，能源管理和自动化系统还可以提供智能电器、电动汽车智能充电器、现场太阳能发电和存储的监控功能。开放通信协议，或管理不同设备和系统间交换信息的通用规则和标准，有助于建立互操作性和自动化控制，从而应对分布式能源整合可能引发的电压和质量波动。

建筑物和电网加强互联尚存更大潜力

加强建筑物和电网之间的互联可有效降低能源消耗、二氧化碳排放和电力系统运行成本。美国政府的一项分析发现，若在美国全国范围内广泛采用高效、电网互动的建筑，可在高峰时段减少116吉瓦的能源需求，相当于200多家大型发电厂的发电量。到2030年，还将每年减少8000万吨二氧化碳排放，并在未来 20 年内为电力系统节省1000亿至2000亿美元。

尽管世界各国都在探索加强建筑物和电网之间互动的机会，但迄今为止取得的进展大多限于规模相对较小的项目。

在美国亚拉巴马州的一个智能社区中，当地的微电网与高效住宅中的供暖和空调系统进行通信，以优化使用、生成和存储太阳能发电的方式。与不具备此功能的类似住宅相比，效率与灵活性的结合可节省35%至45%的能源。

电网运营商不仅可与单个设备通信，还可与虚拟发电厂等智能聚合器通信，通过动态平衡电力供需来增强电网稳定性。同时，还可以利用多种分布式能源资源来提高电网稳定性，实时缓解需求波动并优化电网运营。目前，许多虚拟发电厂已投入运营。

此外，新建筑的设计方式可以使其在未来与电网更紧密地联结。新出台的建筑法规可能新增包括对足够空间和足够预接线的强制性要求，以适应热泵、电动汽车充电站、太阳能光伏系统和电池存储的安装。

制定实施精准的一揽子政策极为重要

为实现双碳目标，增强建筑物的“绿色属性”并非易事。有效制定并实施精准的一揽子政策极为重要，而将能源效率要求、灵活性考虑和需求响应功能纳入建筑和设备法规，是打造高效电网交互式建筑的关键。

同样重要的，是制定支持将智能传感器和控制装置集成到建筑能源管理和自动化系统中的政策规定。例如，美国华盛顿州要求制造商使设备能够参与需求响应，加利福尼亚州强制要求安装在新建筑中的设备使用开放通信协议。

为支持这一进程，国际能源署开发了一个分析框架，用于评估一国的建筑行业并提供建议，以加速采用与高效电网互动建筑相关的政策和技术解决方案。国际能源署的数字需求驱动电力网络倡议（3DEN） 还就数字工具如何支持电力系统脱碳和现代化提供政策建议。

3DEN 发布报告《释放新兴市场和发展中经济体的智能电网机遇》，为能源政策制定者提供了支持推动对智能和弹性电网投资的指导。即将发布的报告《管理电力需求和供应的季节性变化》将提供管理需求侧和供应侧变化的工具和策略，同时考虑到天气对系统运行和灵活性需求的影响。