電力公司、電網(wǎng)運(yùn)營商、以及各類建筑業(yè)主和運(yùn)營商們都對電網(wǎng)動態(tài)交互型建筑展現(xiàn)出了極大的興趣。除了凈零能耗之外，此類建筑也為電網(wǎng)提供有價(jià)值的服務(wù)，同時也為建筑業(yè)主帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益。在落基山研究所電力創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室2018年度研討會上，筆者參與主持了一場討論會，主要議題是討論一項(xiàng)支持此類電網(wǎng)交互型建筑的新項(xiàng)目：電網(wǎng)優(yōu)化（GridOptimal）評分系統(tǒng)。這一新機(jī)遇有潛力為電網(wǎng)和建筑業(yè)主做出突出的財(cái)務(wù)貢獻(xiàn)。
電網(wǎng)優(yōu)化建筑具有電網(wǎng)友好型負(fù)荷形態(tài)，并具備足夠的能力及靈活性為電網(wǎng)提供服務(wù)。最終，因?yàn)樗鼈冎С蛛娋W(wǎng)，電網(wǎng)交互型建筑支持電網(wǎng)應(yīng)用最低成本的脫碳手段，同時為建筑業(yè)主帶來成本節(jié)約和其他價(jià)值。電網(wǎng)交互型建筑代表了一種建筑業(yè)主和電力公司都在長期追求的機(jī)遇，雙方能夠統(tǒng)一戰(zhàn)線，共享這一機(jī)遇所帶來的效益，實(shí)現(xiàn)共贏。電網(wǎng)交互型建筑也將凈零能耗建筑（此類建筑在過去5年中已增長700%）和凈零排放建筑（這是一個計(jì)算過程非常復(fù)雜的概念，因?yàn)橐?jì)算特定建筑和電網(wǎng)的碳強(qiáng)度是非常困難的。落基山研究所分支機(jī)構(gòu)WattTime 已通過技術(shù)手段將其大大簡化）發(fā)展趨勢結(jié)合在一起。雖然減少碳排放是抑制氣候變化的最關(guān)鍵手段，但有機(jī)會實(shí)現(xiàn)減排的人仍會明確地提出問題：（這樣做的）利潤在哪里？電網(wǎng)交互型建筑就是這樣一種能使建筑業(yè)主獲得可觀收益的同時為應(yīng)對氣候變化做出貢獻(xiàn)的方式。
凈零能耗和凈零排放建筑現(xiàn)狀
要建造凈零排放建筑，首先要以超高能效建筑主體為基礎(chǔ)（目標(biāo)用能強(qiáng)度（EUI）小于30），配合優(yōu)質(zhì)的建筑外圍結(jié)構(gòu)。第二，高效的暖通空調(diào)系統(tǒng)和控制有助于最小化能源用量，不僅在于減小耗電量（千瓦時），還在于降低峰值需求（千瓦），從而整體優(yōu)化建筑的負(fù)荷因子。第三，智能控制系統(tǒng)配合先進(jìn)的輔助計(jì)量和負(fù)荷彈性技術(shù)，使建筑能夠轉(zhuǎn)移用電需求，節(jié)約建筑運(yùn)行成本。最后，太陽能光伏系統(tǒng)（PV）和儲能技術(shù)結(jié)合，通過優(yōu)化場內(nèi)能源生產(chǎn)來滿足凈零能耗和碳排放的目標(biāo)。
即使這些工作均已到位，也并不能保證可以達(dá)到電網(wǎng)最優(yōu)模式或?yàn)闃I(yè)主帶來最大收益。很少有凈零能耗建筑能夠?qū)崿F(xiàn)凈零排放，并且它們可能給電網(wǎng)帶來比凈零排放建筑更多的需求激增情況（負(fù)荷因子）。因此，凈零能耗建筑對碳強(qiáng)度和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的需求實(shí)際上可能與普通建筑不相上下，迫使電網(wǎng)在需求峰值時段不得不調(diào)度污染嚴(yán)重的發(fā)電裝機(jī)資源。
此外，在加利福尼亞和科羅拉多等太陽能發(fā)電占比較高的電力市場中，棄光現(xiàn)象正在成為一個普遍性問題。棄光或棄風(fēng)現(xiàn)象是指，由于電力供應(yīng)在一天中的峰值時段超過了需求量，電力公司人為削減可再生能源發(fā)電（來自太陽能和風(fēng)能）的情況。這一現(xiàn)象可以通過“鴨形曲線”來形象說明：日均負(fù)荷形態(tài)顯示，太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)在每天太陽升起后會造成電網(wǎng)電量需求的大幅下降，又在每天太陽落山后的晚間時段造成電網(wǎng)電量需求的大幅上升。這已成為了目前電網(wǎng)的一大缺陷，阻礙了系統(tǒng)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。我們要教這些“鴨子”飛起來，從而實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的負(fù)荷形態(tài)（負(fù)荷曲線更平緩，減少大幅變化情況的發(fā)生）。
要解決這些問題，我們需要讓我們的建筑更智能、更靈活、更積極地參與電網(wǎng)的動態(tài)運(yùn)營。更重要的是，我們需要向建筑業(yè)主證明其中的經(jīng)濟(jì)可行性。
如何以及為什么建造電網(wǎng)交互型建筑
建筑業(yè)主可以通過多種方式打造電網(wǎng)交互型建筑。其中提升能效一定是成本最低、效果最明顯的碳減排方式。除能效外，以下還有其他一些不太普遍的減排方式：
1.電池儲能裝置可以使建筑在用電需求最高的時段自己供應(yīng)電能，避免支付高額的需量電費(fèi)。落基山研究所在近期的一篇博客中詳述了當(dāng)電力公司需量電費(fèi)超過每千瓦9美元時，電池儲能技術(shù)就能夠具備經(jīng)濟(jì)可行性。（國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室和清潔能源集團(tuán)的研究估計(jì)，需量電費(fèi)超過每千瓦15美元可使電池儲能技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)可行性，而GTM的研究認(rèn)為到2021年，每千瓦11美元的需量電費(fèi)即可讓電池儲能技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)可行性。）同時，國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室在近期的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)：“美國需量電費(fèi)最高州的普通電價(jià)通常并不是很高，比如科羅拉多、內(nèi)布拉斯加、亞利桑那和佐治亞州等?！比绻氵€沒查看你最近的用電賬單，趕緊查看一下吧！
2.熱能存儲，可用于供熱和制冷；
3.智能電動汽車充電；
4.智能控制器和電器，包括電網(wǎng)交互式電熱水器；智能、可編程的恒溫控制器；智能控制衣物烘干機(jī)；以及受智能控制的高熱質(zhì)量建筑。
這是我們在電網(wǎng)交互型建筑中見到的一些減排手段，但關(guān)鍵問題仍然存在，即：相較于其他一系列的建筑管理問題，建筑業(yè)主和運(yùn)營商為何要優(yōu)先做這些？
建筑業(yè)主應(yīng)該關(guān)心電網(wǎng)一體化服務(wù)，因?yàn)檫@些服務(wù)能夠?yàn)樗麄児?jié)省成本，并提供新的收益來源，包括：
1.減少需量電費(fèi)：直接、可靠地節(jié)約用電賬單支出（這是當(dāng)前最大的價(jià)值來源）
2.減少電費(fèi)支出：減少能源用量
3.容量/需求響應(yīng)：電力公司支付的服務(wù)費(fèi)用
4.頻率調(diào)節(jié)：能使電網(wǎng)受益的調(diào)節(jié)服務(wù)所獲得的回報(bào)
5.用能韌性：避免停電造成的損失。
要了解更多能源韌性的成本，請查看國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室近期發(fā)布的一份報(bào)告：《評估太陽能和電池儲能系統(tǒng)所提供的韌性服務(wù)價(jià)值》。該報(bào)告顯示，計(jì)算因電網(wǎng)故障造成的損失可以讓太陽能光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)成為一筆財(cái)務(wù)可行的投資。該報(bào)告援引另一份報(bào)告的數(shù)據(jù)所示：一所小學(xué)停電一小時的損失是2368美元，一家大型酒店停電一小時的損失是5317美元，而一棟大型辦公樓停電一小時的損失可達(dá)14365美元。在這些損失數(shù)值面前，電池儲能系統(tǒng)的投資是非常具有吸引力的。
使用電網(wǎng)優(yōu)化評分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和微調(diào)電網(wǎng)交互型建筑
這就引出了電網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)（GridOptimal）。電網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)是由新建筑研究所和美國綠色建筑協(xié)會創(chuàng)造的一套評分系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)、工具和指導(dǎo)來優(yōu)化建筑和電網(wǎng)間的交互。創(chuàng)造一套標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)有助于多種方面的優(yōu)化措施。具體而言，電力公司可以通過激勵電網(wǎng)友好式設(shè)計(jì)，進(jìn)一步推動商業(yè)案例的落實(shí)。一套標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)還將有助于設(shè)計(jì)者和建筑業(yè)主權(quán)衡價(jià)值、影響和設(shè)計(jì)解決方案。電網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)可通過更好地應(yīng)用建筑規(guī)模分布式能源資源來支持成本最低的電網(wǎng)脫碳化措施。由于經(jīng)電網(wǎng)優(yōu)化評分系統(tǒng)評估的建筑可直接證明其為電網(wǎng)提供的彈性服務(wù)，這還將有助于電力公司和監(jiān)管部門完成準(zhǔn)確的估算和最終建筑側(cè)的資源采購。
筆者對電網(wǎng)交互型建筑和電網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)的市場機(jī)遇感到非常興奮。這將是建筑行業(yè)發(fā)展的下一個熱點(diǎn)。落基山研究所將繼續(xù)向建筑業(yè)主和運(yùn)營商闡明這種措施所能帶來的價(jià)值，從而繼續(xù)幫助加速這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)和電網(wǎng)優(yōu)化手段的廣泛應(yīng)用。（作者：Cara Carmichael，落基山研究所董事）
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