電力公司、電網運營商、以及各類建筑業主和運營商們都對電網動態交互型建筑展現出了極大的興趣。除了凈零能耗之外，此類建筑也為電網提供有價值的服務，同時也為建筑業主帶來可觀的經濟收益。在落基山研究所電力創新實驗室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支持此類電網交互型建筑的新項目：電網優化（GridOptimal）評分系統。這一新機遇有潛力為電網和建筑業主做出突出的財務貢獻。

電網優化建筑具有電網友好型負荷形態，并具備足夠的能力及靈活性為電網提供服務。最終，因為它們支持電網，電網交互型建筑支持電網應用最低成本的脫碳手段，同時為建筑業主帶來成本節約和其他價值。電網交互型建筑代表了一種建筑業主和電力公司都在長期追求的機遇，雙方能夠統一戰線，共享這一機遇所帶來的效益，實現共贏。電網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（這是一個計算過程非常復雜的概念，因為要計算特定建筑和電網的碳強度是非常困難的。落基山研究所分支機構WattTime 已通過技術手段將其大大簡化）發展趨勢結合在一起。雖然減少碳排放是抑制氣候變化的最關鍵手段，但有機會實現減排的人仍會明確地提出問題：（這樣做的）利潤在哪里？電網交互型建筑就是這樣一種能使建筑業主獲得可觀收益的同時為應對氣候變化做出貢獻的方式。

凈零能耗和凈零排放建筑現狀

要建造凈零排放建筑，首先要以超高能效建筑主體為基礎（目標用能強度（EUI）小于30），配合優質的建筑外圍結構。第二，高效的暖通空調系統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），從而整體優化建筑的負荷因子。第三，智能控制系統配合先進的輔助計量和負荷彈性技術，使建筑能夠轉移用電需求，節約建筑運行成本。最后，太陽能光伏系統（PV）和儲能技術結合，通過優化場內能源生產來滿足凈零能耗和碳排放的目標。

即使這些工作均已到位，也并不能保證可以達到電網最優模式或為業主帶來最大收益。很少有凈零能耗建筑能夠實現凈零排放，并且它們可能給電網帶來比凈零排放建筑更多的需求激增情況（負荷因子）。因此，凈零能耗建筑對碳強度和電網基礎設施的需求實際上可能與普通建筑不相上下，迫使電網在需求峰值時段不得不調度污染嚴重的發電裝機資源。

此外，在加利福尼亞和科羅拉多等太陽能發電占比較高的電力市場中，棄光現象正在成為一個普遍性問題。棄光或棄風現象是指，由于電力供應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電（來自太陽能和風能）的情況。這一現象可以通過“鴨形曲線”來形象說明：日均負荷形態顯示，太陽能光伏發電裝機在每天太陽升起后會造成電網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電量需求的大幅上升。這已成為了目前電網的一大缺陷，阻礙了系統碳中和目標的實現。我們要教這些“鴨子”飛起來，從而實現更平穩的負荷形態（負荷曲線更平緩，減少大幅變化情況的發生）。

要解決這些問題，我們需要讓我們的建筑更智能、更靈活、更積極地參與電網的動態運營。更重要的是，我們需要向建筑業主證明其中的經濟可行性。

如何以及為什么建造電網交互型建筑

建筑業主可以通過多種方式打造電網交互型建筑。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電能，避免支付高額的需量電費。落基山研究所在近期的一篇博客中詳述了當電力公司需量電費超過每千瓦9美元時，電池儲能技術就能夠具備經濟可行性。（國家可再生能源實驗室和清潔能源集團的研究估計，需量電費超過每千瓦15美元可使電池儲能技術具備經濟可行性，而GTM的研究認為到2021年，每千瓦11美元的需量電費即可讓電池儲能技術具備經濟可行性。）同時，國家可再生能源實驗室在近期的一項研究中發現：“美國需量電費最高州的普通電價通常并不是很高，比如科羅拉多、內布拉斯加、亞利桑那和佐治亞州等。”如果你還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；以及受智能控制的高熱質量建筑。

這是我們在電網交互型建筑中見到的一些減排手段，但關鍵問題仍然存在，即：相較于其他一系列的建筑管理問題，建筑業主和運營商為何要優先做這些？

建筑業主應該關心電網一體化服務，因為這些服務能夠為他們節省成本，并提供新的收益來源，包括：

1.減少需量電費：直接、可靠地節約用電賬單支出（這是當前最大的價值來源）

2.減少電費支出：減少能源用量

3.容量/需求響應：電力公司支付的服務費用

4.頻率調節：能使電網受益的調節服務所獲得的回報

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驗室近期發布的一份報告：《評估太陽能和電池儲能系統所提供的韌性服務價值》。該報告顯示，計算因電網故障造成的損失可以讓太陽能光伏發電和儲能系統成為一筆財務可行的投資。該報告援引另一份報告的數據所示：一所小學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14365美元。在這些損失數值面前，電池儲能系統的投資是非常具有吸引力的。

使用電網優化評分系統實現和微調電網交互型建筑

這就引出了電網優化系統（GridOptimal）。電網優化系統是由新建筑研究所和美國綠色建筑協會創造的一套評分系統，通過標準化的指標、工具和指導來優化建筑和電網間的交互。創造一套標準化的指標有助于多種方面的優化措施。具體而言，電力公司可以通過激勵電網友好式設計，進一步推動商業案例的落實。一套標準化的指標還將有助于設計者和建筑業主權衡價值、影響和設計解決方案。電網優化系統可通過更好地應用建筑規模分布式能源資源來支持成本最低的電網脫碳化措施。由于經電網優化評分系統評估的建筑可直接證明其為電網提供的彈性服務，這還將有助于電力公司和監管部門完成準確的估算和最終建筑側的資源采購。

筆者對電網交互型建筑和電網優化系統的市場機遇感到非常興奮。這將是建筑行業發展的下一個熱點。落基山研究所將繼續向建筑業主和運營商闡明這種措施所能帶來的價值，從而繼續幫助加速這些創新設計和電網優化手段的廣泛應用。