电【diàn】力【lì】公司、电网运营商【shāng】、以及各类建【jiàn】筑业主和运营商们都对电【diàn】网动态交互型【xíng】建筑展【zhǎn】现【xiàn】出了【le】极大【dà】的兴趣。除了【le】净零【líng】能【néng】耗之外，此类建筑【zhù】也为电网提供有价值的服务，同时也为建筑业主【zhǔ】带来可观【guān】的经济收益。在落【luò】基山研【yán】究所电力创新实【shí】验室【shì】2018年度【dù】研讨会上，笔者参与主持了一场讨论会，主要议题是讨论一项支持此类电网【wǎng】交互【hù】型建筑的新项目【mù】：电网优化(GridOptimal)评【píng】分系【xì】统【tǒng】。这一新机遇有潜力为电【diàn】网和【hé】建筑业主做出突【tū】出的财【cái】务【wù】贡献。
电网优化建筑具有电【diàn】网【wǎng】友好型负荷形【xíng】态【tài】，并【bìng】具备【bèi】足够的能力及灵【líng】活性为电网提供服务。最终，因为它们支持电网【wǎng】，电网【wǎng】交互型建筑支持电【diàn】网应用最低成本的脱碳手段，同【tóng】时为建筑【zhù】业主带【dài】来成本节约和其他【tā】价值【zhí】。电网【wǎng】交互型建筑代【dài】表了【le】一种建筑业主和电力【lì】公司都在长期追求【qiú】的机遇，双方能够统一【yī】战线，共享这一【yī】机遇所带来的效益【yì】，实现共赢。电网交互型【xíng】建筑也将【jiāng】净零【líng】能耗建筑【zhù】(此【cǐ】类建筑在过【guò】去【qù】5年中已增长700%)和净零排【pái】放建【jiàn】筑(这是一【yī】个【gè】计算过【guò】程非常复杂的概念，因【yīn】为要【yào】计算特定建筑和电网的碳强度是非常困难的。落【luò】基山研究所分支机【jī】构WattTime已通过【guò】技【jì】术手段将其大大【dà】简化)发展趋势结合在一起【qǐ】。虽然减少碳排放是抑【yì】制气候变化的【de】最关键手段，但【dàn】有机【jī】会实现减排的【de】人【rén】仍会明确【què】地提出问题：(这样做的)利【lì】润在哪里?电【diàn】网交互型建筑就是这样一【yī】种能【néng】使建筑【zhù】业主【zhǔ】获得【dé】可观收【shōu】益的【de】同时为应对气【qì】候【hòu】变化做出贡献的方式。
净零能耗和净零排放建筑现状
要建【jiàn】造【zào】净零排放建筑，首先要以超高能效建筑【zhù】主体为基础(目标用能强度(EUI)小【xiǎo】于【yú】30)，配合优【yōu】质【zhì】的【de】建筑外围结构【gòu】。第二【èr】，高效的暖通空调系统【tǒng】和【hé】控制有助于最小化能源用量，不仅在于减【jiǎn】小耗电量(千瓦时)，还在于【yú】降低峰值需求(千瓦)，从而【ér】整【zhěng】体【tǐ】优化建筑的负荷因【yīn】子。第三，智能【néng】控制系统配合先进的辅助计量和负荷弹性【xìng】技术【shù】，使建【jiàn】筑能够转【zhuǎn】移用电【diàn】需求，节约建筑运行成本。最后，太阳能光伏系统【tǒng】(PV)和储能技【jì】术结合，通过优化【huà】场内能【néng】源生【shēng】产来满足净零能耗【hào】和碳排【pái】放的目【mù】标【biāo】。
即使这些工作均已到位，也【yě】并【bìng】不能保证【zhèng】可以达【dá】到电网最优模【mó】式或为业主带来最大收益。很少有净零能耗建筑能【néng】够【gòu】实现净零排放，并且它们可能给【gěi】电网带【dài】来【lái】比净零排放建【jiàn】筑【zhù】更【gèng】多的需求激增情况(负荷因子【zǐ】)。因此，净零能耗建筑对碳强度【dù】和电【diàn】网基础设【shè】施【shī】的需【xū】求实【shí】际上可能与普通建筑不相上下【xià】，迫使电网在需求峰值时段不【bú】得【dé】不调【diào】度污【wū】染严重的发【fā】电装机资【zī】源【yuán】。
此外，在加利福尼亚和科罗拉多等太阳能发电占比较高的电【diàn】力市场中，弃光现【xiàn】象正【zhèng】在成为一个普【pǔ】遍【biàn】性问题。弃光【guāng】或【huò】弃风【fēng】现象是指，由于【yú】电力供应【yīng】在一天中的峰【fēng】值时段【duàn】超过了需求量，电力公司人为【wéi】削减【jiǎn】可再【zài】生能源发电(来自太阳能和风能)的情况。这【zhè】一现象可以通过【guò】“鸭形曲线”来形象说明【míng】：日均负荷形态显示，太阳【yáng】能光伏发电装机在每【měi】天太阳升起后会造成电网电量【liàng】需求【qiú】的【de】大幅下降，又在每【měi】天太阳落【luò】山后的晚间时段造成电网电量需【xū】求的大幅上升。这已【yǐ】成【chéng】为了目前电网的一大【dà】缺陷【xiàn】，阻碍了【le】系统【tǒng】碳中【zhōng】和目【mù】标的实【shí】现。我们要教这【zhè】些“鸭【yā】子”飞起来，从而实【shí】现更【gèng】平稳【wěn】的负荷形态(负【fù】荷曲线更平缓，减少大幅变化情况的发【fā】生)。
要解决这些问题，我【wǒ】们需要让【ràng】我【wǒ】们的建筑【zhù】更智能、更灵活、更积极【jí】地参与【yǔ】电网的动态【tài】运营【yíng】。更重【chóng】要的是，我们需要向建筑业【yè】主证【zhèng】明其中的经济可行性。
如何以及为什么建造电网交互型建筑
建筑业主可【kě】以通【tōng】过【guò】多种方式打造电网【wǎng】交【jiāo】互型建筑。其【qí】中提【tí】升能效一定是成本【běn】最低、效果最明【míng】显【xiǎn】的碳减排方式【shì】。除能【néng】效外，以下还有其他一些不太普【pǔ】遍的减排方式：
1.电【diàn】池储【chǔ】能装置可以使【shǐ】建筑【zhù】在【zài】用电需求最高的【de】时段自【zì】己供【gòng】应电能【néng】，避免支付【fù】高额的需【xū】量电费【fèi】。落基山研究【jiū】所【suǒ】在近【jìn】期的【de】一篇【piān】博客中详【xiáng】述了当电力公【gōng】司需量电费超过每千瓦9美元时，电池【chí】储能技术就能够具备经济可行性。(国家可再【zài】生能源实验室【shì】和清【qīng】洁能源集团的研究估计，需量电费超过每千【qiān】瓦15美元可使电【diàn】池储能技术具备经济可行性，而GTM的研究认为到2021年，每【měi】千瓦11美元的【de】需【xū】量电费即【jí】可【kě】让【ràng】电池储能【néng】技术【shù】具备经【jīng】济可行性。)同时，国家可再【zài】生【shēng】能源实验室在近期的【de】一项研究中发现：“美国需【xū】量电费最高州的普通电价通常并不【bú】是很高，比如科罗拉多、内布拉斯加【jiā】、亚利桑那和佐治亚州【zhōu】等。”如果你还【hái】没查看你最【zuì】近的【de】用【yòng】电账单，赶紧查看一下吧【ba】!
2.热能存储，可用于供热和制冷;
3.智能电动汽车充电;
4.智能控制器和电【diàn】器，包括电【diàn】网交互式电热水器;智能【néng】、可编【biān】程的恒温控制器;智能控制【zhì】衣物烘【hōng】干机;以及受【shòu】智能控【kòng】制的高【gāo】热质量建【jiàn】筑。
这是我【wǒ】们在电网交互型【xíng】建【jiàn】筑中见到【dào】的一些减排手段，但关键问题仍然【rán】存在，即【jí】：相【xiàng】较于其【qí】他【tā】一系列的建筑管【guǎn】理问题，建筑业主和运营商为何【hé】要优先做这【zhè】些?
建【jiàn】筑业主应该【gāi】关【guān】心电网一体化服务【wù】，因【yīn】为这些服务能够为【wéi】他们节省成本【běn】，并【bìng】提供新的收【shōu】益来源，包括：
1.减【jiǎn】少【shǎo】需量电费：直接、可【kě】靠地【dì】节【jiē】约【yuē】用电账单支出(这是当前最大的价值来源)
2.减少电费支出：减少能源用量
3.容量/需求响应：电力公司支付的服务费用
4.频率调节：能使电网受益的调节服务所获得的回报
5.用能韧【rèn】性：避免【miǎn】停电造成的【de】损【sǔn】失。要了解更多能源韧【rèn】性的成本，请查看国【guó】家可再【zài】生能【néng】源实验【yàn】室近【jìn】期发布【bù】的一份报告：《评估【gū】太【tài】阳能和电池储能系统所提供的韧性【xìng】服务价值》。该报告显示，计【jì】算因电网故障造成的【de】损失可以让太阳能光伏发电和储能系【xì】统成【chéng】为【wéi】一笔财务【wù】可【kě】行的投资。该报告【gào】援【yuán】引另一份报【bào】告的数【shù】据所示：一所【suǒ】小学【xué】停电一小时的损失是2368美元，一家大【dà】型酒店【diàn】停【tíng】电一小时的损失是5317美元，而一【yī】栋大型办公楼停【tíng】电一小时的【de】损失可达14365美元。在这些【xiē】损失【shī】数值【zhí】面前，电池储能【néng】系统的投资是非常具【jù】有吸引力的。
使用电网优化评分系统实现和微调电网交互型建筑
这就引出了电网优【yōu】化系统(GridOptimal)。电网【wǎng】优化系统是由新建筑研究【jiū】所和美国【guó】绿色【sè】建【jiàn】筑协【xié】会创造的【de】一【yī】套评【píng】分系统，通过标【biāo】准化的指标、工具和指导来优化建筑和电网间的交互。创造一【yī】套标【biāo】准化的指标【biāo】有助于多种【zhǒng】方面的优化措施。具【jù】体而【ér】言，电力公司可以【yǐ】通过【guò】激励电网友【yǒu】好式【shì】设【shè】计，进一步推动商业案例的落实。一套标准化的指标还将有助于【yú】设计者和建筑业【yè】主权衡【héng】价值【zhí】、影响和设计解决【jué】方案。电网优化【huà】系统可通过更好地应用【yòng】建筑规模【mó】分布【bù】式能源【yuán】资源来【lái】支持成本最低的电网脱碳化措施。由【yóu】于经电【diàn】网优化评分【fèn】系【xì】统评估的建【jiàn】筑【zhù】可直接证明其为电【diàn】网【wǎng】提供的弹【dàn】性【xìng】服务【wù】，这还将有助于电【diàn】力【lì】公司和监管部门完成准确的估算和最终建筑侧的【de】资源采购【gòu】。
笔【bǐ】者【zhě】对电网交互型建筑和电网【wǎng】优【yōu】化系统的市场机遇【yù】感【gǎn】到非常兴奋。这将【jiāng】是建【jiàn】筑行业【yè】发展的下一个【gè】热点。落基山研究所将【jiāng】继续向建【jiàn】筑业【yè】主和运【yùn】营商阐明这种措施所【suǒ】能带来的价值，从而【ér】继续帮助加速【sù】这些创【chuàng】新设计和电网优化手段的广泛应用。
