人们大部分时间都在建筑物中度过，从房屋到办公室、商店和学校。虽然这些建筑物有不同的用途，但它们有一个共同点：为了保持照明、运行供暖和制冷系统以及使用电器和设备，它们需要大量的能源。如今，建筑约占全球最终能源消耗的 30%，占最终电力需求的一半以上。

该行业仍在迅速增长，尤其是在发展中经济体。电力供应的扩大和收入的增加意味着越来越多的人购买空调等电器，而且随着气温的升高，他们更频繁地使用空调。不过，随着各国不断推出提高能源效率的政策，建筑领域的能源消耗可以大大减少，同时保持甚至提高所提供的能源服务质量。这不仅可以降低建筑行业的排放，还可以为能源消费者节省资金。

利用技术使建筑物在一天中更灵活地使用能源可以带来更大的好处。当建筑物和电网可以相互通信时，可以减轻高峰时段的压力，并可以消除能源需求的高峰。随着全球建筑面积的蓬勃发展，优先考虑效率和灵活性对于世界能源系统的安全性和可持续性至关重要。

电气化和可再生能源的增长正在改变建筑的能源消耗方式

随着经济活动的增加和电气化的扩大，越来越多的热泵在家庭中运行，电动汽车在车库充电，建筑物正在消耗更多的能源。2015 年至 2022 年间，家用热泵销量增长了两倍，到 2023 年，电动汽车占全球汽车销量的五分之一。目前，大多数电动汽车充电发生在住宅和工作场所。

采用这些技术对于到 2050 年实现能源部门的净零排放并将全球变暖限制在 1.5 °C 的《巴黎协定》目标至关重要，但它也推高了电力需求。根据国际能源署（IEA）基于当今政策设置的既定政策情景，未来几十年，全球所有地区的建筑物峰值电力需求都会增加。在中国，到本世纪中叶，这一数字翻了一番，而在欧盟，这一数字增加了三分之二。

在空间冷却需求显著且不断扩大的国家，这种增长更为明显。到 2050 年，印度空调的拥有量预计将增加 10 倍，导致建筑物的峰值电力需求增加 6 倍。而按照国际能源署（IEA）宣布的承诺情景，通过广泛采用更高效的建筑设计和更严格的电器最低能源性能标准，这一增长可以减少一半，该情景使各国能够按时全面实现国家能源和气候目标。例如，在印度，这些措施预计将使冷却和相关电网压力对峰值需求的贡献减少一半以上。

建筑物可以为能源系统提供更大的灵活性

与此同时，随着各国寻求提高能源安全和能源系统脱碳，全球风能和太阳能光伏的部署正在加速，这使得电力供应更加依赖天气。由于可再生能源发电的日常和季节性变化，系统级盈余和发电量较低的时期将变得更加频繁。更大的灵活性对于管理这些波动至关重要。

总而言之，这些发展将需要电力系统的运行方式发生重大转变。为了使能源系统平稳有效地运行，需要减少建筑物的总能源需求，同时需要调整一天或整个季节的电力需求机制，以更好地匹配可再生能源发电模式。

建筑物本身也可以成为解决方案的一部分。它们可以托管各种分布式能源，例如现场可再生能源发电和存储、电动汽车智能充电和其他连接设备。如果建筑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。

为了实现这一潜力，建筑需要变得更高效，并与电网互动更紧密。能源效率应该是第一位的，通过高性能的建筑围护结构和高效的设备来降低整体能源需求。接下来，建筑物可以配备太阳能光伏系统来生产可再生电力和储能。然后，为了促进与电网的交互，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或直接与设备集成。

消费者将受益于更大的灵活性。例如，通过利用分时电价，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的需求灵活操作电动汽车充电器、热水器和其他电器。随着越来越多的太阳能光伏发电并入电网，这可能意味着在白天使用更多的电力。根据国际能源署（IEA）的分析，到2050年，这种需求响应措施可以使发达经济体的家庭电费减少7%至12%，在新兴市场和发展中经济体减少近20%。

为实现效益，建筑物和电网必须使用相同标准

互操作性是确保电网和建筑物之间能够进行有效通信的关键。为了支持这一对话，设备可以配备能够自动响应电网信号的特殊装置。到2030年，建筑中配备自动控制和传感器的智能电表和其他连接设备的数量预计将比当前水平几乎翻一番。

有迹象表明，这些技术开始变得更加普及。英国已经为可以跨网络从其他连接设备接收与能源使用相关指令的设备开发了智能通信接口标准。澳大利亚推出了一种需求响应启动设备，这是一种基于电网信号调整设备能耗的接口。

像EcoPort标志这样的特殊认证，表明认证设备配备了能够与电网通信的专用控制模块。现在，美国华盛顿州、俄勒冈州和科罗拉多州要求新的电热水器配备这样的接口，以便它们能够参与公用事业机构发起的需求响应计划。与此同时，澳大利亚和新西兰现在要求某些类型的空调器的能效标签上包含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对智能设备、电动汽车智能充电器、现场太阳能发电和储能设备的监督控制。开放通信协议（即管理不同设备和系统如何交换信息的普遍可访问的规则和标准）有助于建立互操作性和自动控制，从而有助于管理分布式能源资源整合可能引发的电压和质量波动。

建筑与电网正在互动，但还有更大的可能性

建筑与电网之间更紧密的互动可以大幅减少能源需求、二氧化碳（CO2）排放和电力系统成本。美国政府的一项分析发现，在全国范围内广泛采用高效、与电网互动的建筑，可以在用电高峰时段减少116吉瓦（GW）的能源需求，这相当于200多个大型发电厂的发电量。到2030年，它还将每年减少8000万吨二氧化碳排放，并在未来二十年内为电力系统节省1000亿至2000亿美元。

虽然世界各国都在探索加强建筑与电网互动的机会，但到目前为止，整体的进展仍主要限于相对较小规模的项目和计划。

2020年和2021年，苏格兰一个公寓楼的示范项目通过利用灵活性，在5至10分钟的时间间隔内中断参与家庭的空间供暖，从而减少了二氧化碳排放。参与者报告称，他们的热舒适度并未受到影响。在美国阿拉巴马州的一个智能社区，当地的微电网与高效住宅中的供暖和空调系统进行通信，以确定使用、生成和存储太阳能发电的最佳方式。与没有这种能力的类似住宅相比，更高的效率和这种灵活性相结合，可以节省35%至45%的能源。

电网运营商也有机会不仅与单个设备进行通信，还可以与智能聚合器（如虚拟电厂）进行通信。虚拟电厂可以通过动态平衡电力供需来提高电网稳定性，同时还可以利用多种分布式能源资源来实时缓解波动并优化电网运行。一些虚拟电厂已经在运营中，其中几个位于东南亚（包括马来西亚、菲律宾、新加坡、泰国和越南）。

此外，新建筑的设计方式可以使其为将来与电网进行更紧密的互动做好准备。建筑法规可以包括对安装热泵、电动汽车充电站、太阳能光伏系统和电池存储的足够空间和适当预布线的强制性要求，例如加利福尼亚州2022年的能源规范中所规定的那样。

提高决策的效率和灵活性至关重要

释放建筑的效率和灵活性以支持未来的能源系统并非易事。有效地制定和实施正确的一揽子政策至关重要，将能效要求、灵活性考虑因素和需求响应功能纳入建筑和电器法规是促进采用电网交互式节能建筑(Grid-interactive Efficient Building, GEB)的关键。

制定政策规定，支持将智能传感器和控制集成到建筑能源管理和自动化系统中也很重要。例如在华盛顿州要求制造商使电器能够参与需求响应；在加利福尼亚州或强制要求安装在新建筑物中的设备使用开放式通信协议。

为了支持这一进程，国际能源署制定了分析框架，以评估一个国家的建筑部门，并提供建议，以加速采用与政策和技术相关的解决方案，以推动电网交互式节能建筑发展。

素材来源：国际能源署（IEA）