中国储能网讯：建筑和电网交互，将带来更多可能性。电网交互式节能建筑（Grid-interactive Effecient Building，GEB）是一种采用智能技术的节能建筑，属于分布式能源系统，可以优化电网的能源使用、不改变用电舒适度，同时降低能源成本。类似于国内的“光储直柔”概念。

  国际能源署近日发表文章探讨电网交互式节能建筑的发展图景，并指出为实现清洁能源转型，发展节能高效、柔性用电的建筑是必经之路。

  如今，建筑用能占到全球终端能源消费的30%和终端电力需求的超过50%。特别是对发展中国家来说，建筑用能增长迅速。随着电力接入和收入的增长，购买空调等家电的人数不断增加。而且伴随温度升高，使用空调频率也更高。

  目前全球建筑面积正爆发式增长，若想满足世界能源体系的安全性和可持续性，必须兼顾节能高效和柔性用电两个方面。而随着节能政策的优化和偏重，未来建筑部门可能同时实现能源消耗减少和供能质量提高两个目标。

  电气化和可再生能源增长正改变建筑用能的方式。

图1 2022和2050年部分国家和地区建筑用电峰值负荷及不同终端用电的分布

来源：国际能源署

  数据显示，随着经济活动增加和电气化程度扩大，建筑耗能越来越大，家用热泵和电动汽车充电桩数量增长。从2015到20233年，家用热泵销售量翻了三倍。2023年一整年，电动汽车占到全球汽车销售的五分之一，这些电动汽车绝大多数都需要在住宅和工作场所充电。

  电动汽车的广泛使用，有助于实现2050净零排放和巴黎协定目标，但也会增加用电需求。国际能源署预计，未来十年内，在世界所有地区，建筑用电的峰值负荷都将增加。

  而在空间制冷需求扩大的国家，建筑用电增加更为明显。例如，到2050年，印度的空调用户预计翻十倍，带来建筑用电峰值负荷翻六倍。而如果使用更为节能高效的建筑设计和更为严格的家电最低能效标准，空调系统带来的峰值负荷压力将缓解至少一半。

  同时，伴随风电和光伏装机的扩张，电力供应越来越依赖于天气变化。系统性超量发电和长时间低发电水平会变得更为普遍。要减缓这些波动，加大柔性交互是关键。

  国际能源署认为，面对以上这些问题，建筑可以成为解决之道，为能源系统提供更多柔性交互。

  建筑可承载各种分布式能源，例如可再生能源就地发电和储能、电动汽车的智慧充电，以及其他联网设备。并且，这些设备可以柔性用电，只要可以从电网接收信号并据此调整自身用能需求。

  为实现这些构想，建筑需要更为节能高效，同时加大与电网的交互。第一步是节能高效，建筑需要高效的节能外壳和节能设备。第二步，建筑上可以安装光伏系统及储能装置。进一步，家电可以安装智能传感器、控制器、分析设备及其他数字化解决方案，并嵌入建筑的能源管理系统，或直接嵌入电网，以实现和电网的交互。

  国际能源署分析数据显示，通过灵活运用分时电价（如多在非高峰时间段用能，为汽车充电、使用热水器等），到2050年，发达经济体可以减少7%-12%的家庭电费，发展中和新兴经济体可以减少将近20%的家庭电费。

图2 2022和2050年印度和印度尼西亚的建筑用电峰值负荷及不同用电终端的分布

来源：国际能源署

  为了真正降低电费，使人们从中受益，建筑必须能与电网双向通信。

  电网和建筑之间需要双向通信来实现有效交互。比如，家电可以安装一些对电网信号自动应答的特殊设备。有预测认为，到2030年，建筑中带有自动控制和自动传感器的智能电表和其他联网设备将扩大约一倍。

  目前，英国出台了相关标准，用以规范可以从其他联网设备接收用能相关指令的家电智能通信接口。澳大利亚推出了一项满足需求响应的设备，是一种可以根据从电网接收的信号来调整家电用能的智能通信接口。

  一些带有如EcoPort等特殊标签的设备，则加装了专门用于和电网通信的控制模块。目前，美国华盛顿、俄勒冈和科罗拉多州要求新的电热水器必须安装智能通信接口，以便于电力公司实行需求响应。澳大利亚和新西兰则强制要求一些特定型号空调的能源标签标明产品的需求响应能力。

图3 2030和2050年需求响应可为家庭节省的电费（%）

来源：国际能源署

  建筑自身的能源管理系统也可以发挥作用，参与智能家电监控、电动汽车智慧充电、以及太阳能就地发电和存储。通过开放通信协议，建筑和电网可以建立双向通信和自动控制，用以调节分布式电源接入可能造成的电压和质量波动问题。

  建筑和电网交互，将带来更多可能性。

  建筑和电网交互可能带来能源需求、碳排放和电力系统成本同时降低。一项美国的官方研究表明，如果电网交互式节能建筑大范围推广，可以在高峰时段减少116吉瓦能耗，相当于减少超过200座大型发电站的发电量；到2030年期间每年减少8000万吨碳排放；在未来20年内为电力系统节省1000亿-2000亿美元。在美国阿拉巴马州的一个智能社区，节能家庭的微电网与制热和制冷系统实现交互，并为家庭太阳能发电、用电和储能提供最佳方案。采用这种节能高效、柔性用电方案的家庭，其能耗比没有采用这种方案的家庭低35%到45%。

图4 2030年和2050年不同终端用电在需求响应为家庭节省电费中的占比

来源：国际能源署

  另外，电网调度不仅可以纳入个人设备，还可以纳入包括虚拟电厂在内的智能聚合，现在东南亚地区已经有一些示范项目。

  为实现节能高效和柔性用电，相关政策需要跟上。

  建筑相关的法律法规可以做一些硬性规定，使得空间和预布线的设计方便未来热泵、电动汽车充电站、太阳能光伏系统和储能电池等设施的安装。

  当然，实现建筑的节能高效和柔性用电并不容易实现。国际能源署认为，正确的政策组合，辅以硬性节能要求、软性操作实践、及需求响应方案，是促进节电网交互式节能建筑发展的必要环节。同时，想要实现将智能传感器和智能控制嵌入到建筑能源管理系统中，同样离不开政策的支持和推动。