经济性在哪里？探索电网交互型建筑的商业机遇

电力公司、电网运营商、以及各类建筑业主和运营商们都对电网动态交互型建筑展现出了极大的兴趣。除了净零能耗之外，此类建筑也为电网提供有价值的服务，同时也为建筑业主带来可观的经济收益。在落基山研究所电力创新实验室2018年度研讨会上，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交互型建筑的新项目：电网优化（GridOptimal）评分系统。这一新机遇有潜力为电网和建筑业主做出突出的财务贡献。

电网优化建筑具有电网友好型负荷形态，并具备足够的能力及灵活性为电网提供服务。最终，因为它们支持电网，电网交互型建筑支持电网应用最低成本的脱碳手段，同时为建筑业主带来成本节约和其他价值。电网交互型建筑代表了一种建筑业主和电力公司都在长期追求的机遇，双方能够统一战线，共享这一机遇所带来的效益，实现共赢。电网交互型建筑也将净零能耗建筑（此类建筑在过去5年中已增长700%）和净零排放建筑（这是一个计算过程非常复杂的概念，因为要计算特定建筑和电网的碳强度是非常困难的。落基山研究所分支机构WattTime 已通过技术手段将其大大简化）发展趋势结合在一起。虽然减少碳排放是抑制气候变化的最关键手段，但有机会实现减排的人仍会明确地提出问题：（这样做的）利润在哪里？电网交互型建筑就是这样一种能使建筑业主获得可观收益的同时为应对气候变化做出贡献的方式。

净零能耗和净零排放建筑现状

要建造净零排放建筑，首先要以超高能效建筑主体为基础（目标用能强度（EUI）小于30），配合优质的建筑外围结构。第二，高效的暖通空调系统和控制有助于最小化能源用量，不仅在于减小耗电量（千瓦时），还在于降低峰值需求（千瓦），从而整体优化建筑的负荷因子。第三，智能控制系统配合先进的辅助计量和负荷弹性技术，使建筑能够转移用电需求，节约建筑运行成本。最后，太阳能光伏系统（PV）和储能技术结合，通过优化场内能源生产来满足净零能耗和碳排放的目标。

即使这些工作均已到位，也并不能保证可以达到电网最优模式或为业主带来最大收益。很少有净零能耗建筑能够实现净零排放，并且它们可能给电网带来比净零排放建筑更多的需求激增情况（负荷因子）。因此，净零能耗建筑对碳强度和电网基础设施的需求实际上可能与普通建筑不相上下，迫使电网在需求峰值时段不得不调度污染严重的发电装机资源。

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力市场中，弃光现象正在成为一个普遍性问题。弃光或弃风现象是指，由于电力供应在一天中的峰值时段超过了需求量，电力公司人为削减可再生能源发电（来自太阳能和风能）的情况。这一现象可以通过“鸭形曲线”来形象说明：日均负荷形态显示，太阳能光伏发电装机在每天太阳升起后会造成电网电量需求的大幅下降，又在每天太阳落山后的晚间时段造成电网电量需求的大幅上升。这已成为了目前电网的一大缺陷，阻碍了系统碳中和目标的实现。我们要教这些“鸭子”飞起来，从而实现更平稳的负荷形态（负荷曲线更平缓，减少大幅变化情况的发生）。

要解决这些问题，我们需要让我们的建筑更智能、更灵活、更积极地参与电网的动态运营。更重要的是，我们需要向建筑业主证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

建筑业主可以通过多种方式打造电网交互型建筑。其中提升能效一定是成本最低、效果最明显的碳减排方式。除能效外，以下还有其他一些不太普遍的减排方式：

1.电池储能装置可以使建筑在用电需求最高的时段自己供应电能，避免支付高额的需量电费。落基山研究所在近期的一篇博客中详述了当电力公司需量电费超过每千瓦9美元时，电池储能技术就能够具备经济可行性。（国家可再生能源实验室和清洁能源集团的研究估计，需量电费超过每千瓦15美元可使电池储能技术具备经济可行性，而GTM的研究认为到2021年，每千瓦11美元的需量电费即可让电池储能技术具备经济可行性。）同时，国家可再生能源实验室在近期的一项研究中发现：“美国需量电费最高州的普通电价通常并不是很高，比如科罗拉多、内布拉斯加、亚利桑那和佐治亚州等。”如果你还没查看你最近的用电账单，赶紧查看一下吧！

2.热能存储，可用于供热和制冷；

3.智能电动汽车充电；

4.智能控制器和电器，包括电网交互式电热水器；智能、可编程的恒温控制器；智能控制衣物烘干机；以及受智能控制的高热质量建筑。

这是我们在电网交互型建筑中见到的一些减排手段，但关键问题仍然存在，即：相较于其他一系列的建筑管理问题，建筑业主和运营商为何要优先做这些？

建筑业主应该关心电网一体化服务，因为这些服务能够为他们节省成本，并提供新的收益来源，包括：

1.减少需量电费：直接、可靠地节约用电账单支出（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.用能韧性：避免停电造成的损失。要了解更多能源韧性的成本，请查看国家可再生能源实验室近期发布的一份报告：《评估太阳能和电池储能系统所提供的韧性服务价值》。该报告显示，计算因电网故障造成的损失可以让太阳能光伏发电和储能系统成为一笔财务可行的投资。该报告援引另一份报告的数据所示：一所小学停电一小时的损失是2368美元，一家大型酒店停电一小时的损失是5317美元，而一栋大型办公楼停电一小时的损失可达14365美元。在这些损失数值面前，电池储能系统的投资是非常具有吸引力的。

使用电网优化评分系统实现和微调电网交互型建筑

这就引出了电网优化系统（GridOptimal）。电网优化系统是由新建筑研究所和美国绿色建筑协会创造的一套评分系统，通过标准化的指标、工具和指导来优化建筑和电网间的交互。创造一套标准化的指标有助于多种方面的优化措施。具体而言，电力公司可以通过激励电网友好式设计，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设计者和建筑业主权衡价值、影响和设计解决方案。电网优化系统可通过更好地应用建筑规模分布式能源资源来支持成本最低的电网脱碳化措施。由于经电网优化评分系统评估的建筑可直接证明其为电网提供的弹性服务，这还将有助于电力公司和监管部门完成准确的估算和最终建筑侧的资源采购。

笔者对电网交互型建筑和电网优化系统的市场机遇感到非常兴奋。这将是建筑行业发展的下一个热点。落基山研究所将继续向建筑业主和运营商阐明这种措施所能带来的价值，从而继续帮助加速这些创新设计和电网优化手段的广泛应用。