FLEXLAB®如何幫助實現電網、社區和建築的脫碳

主要要點：

• 脫碳建築和電網是美國實現零碳排放目標的關鍵。

• 建築和分散能源資源的需求靈活性可以支持低碳電網運營。

• FLEXLAB®提供現實世界的測試平台，推進建築和電網的脫碳策略。

美國計劃到2050年實現全國範圍內的溫室氣體淨零排放。實現這一目標依賴於在2030年前滿足清潔電力目標，並在建築部門實現深層能源效率和電氣化。這些雄心勃勃的目標還包括用風能和太陽能等可再生能源取代化石燃料。

目前，美國電網約20%的電力來自可再生能源。如果公共事業公司希望支持國家的清潔能源目標，實現零碳排放，則需要更多的可再生能源。但是，當陽光不再照耀或風不再吹時，電網運營商如何能夠提高並維持供應給客戶的清潔、無排放能源的供應？

電網運營商可以通過強調能源效率和擴大需求靈活性技術的採用（如智能恆溫器、電熱水器和電池）來克服可再生電網的障礙。這些需求靈活性的進展可以使建築自我調節能源消耗，從而支持公共事業客戶和清潔電網，同時在可再生能源可用時充分利用這些能源。

多年來，來自建築和公共事業領域的研究人員，以及政策制定者，一直與能源部的FLEXLAB®設施的研究人員密切合作。FLEXLAB®是一個零碳和需求靈活性的建築測試平台，位於洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab），旨在評估策略並開發新技術以實現零碳未來。

“FLEXLAB在幫助國家推進清潔能源目標方面具備獨特的資格，”FLEXLAB執行主任Cindy Regnier表示。“我們的設施在實際操作條件下研究建築技術的完整生態系統——從需求靈活性到零碳翻新和分散能源資源。”

FLEXLAB的研究也在為加州實現其2030年要求的7吉瓦“負載轉移”目標鋪平道路，這一目標是加州能源委員會在5月宣布的。這一目標可以實現一個更具靈活性的能源系統，更好地向客戶提供電力和清潔能源，管理電網狀況，並幫助客戶節省公用事業費用。

以下是FLEXLAB支持美國電網、社區和建築脫碳的三個方式：

促進建築電氣化的公平獲取

小型辦公空間的業主在尋找具有成本效益的改造解決方案時面臨更大的負擔，因為他們通常缺乏足夠的資本來支付能源顧問服務的費用。此外，對於大型商業建築（超過50,000平方英尺），能源顧問的費用可以通過其潛在的能源成本節省來抵消，但小型辦公空間則沒有這種好處。

“在各個領域促進能源節約改造信息的公平獲取對於實現州和國家的零碳目標至關重要，”Regnier表示。

在加州能源委員會資助的最近一個項目中，FLEXLAB的研究人員開發並展示了一種針對小型商業建築的具有成本效益的電氣化改造識別工具。

“FLEXLAB幫助提供業界可以依賴的方案，針對資源不足的建築進行改造，”該項目的負責人Regnier說。“我們的工作旨在促進小型商業辦公室能夠公平獲取能源分析及淨零能量改造策略的識別。”

在這個項目中，Regnier和團隊開發了CBES（商業建築能源節約者），這是一個免費的在線工具，為加利福尼亞州和美國其他地區的小型至中型辦公和零售建築提供改造建議，並計算改造的能源節省和成本。

“使用免費的CBES工具，小企業主不需要擔心聘請能源顧問的問題，”Regnier表示。

CBES可以估算通過改造，如更換窗戶、燈具升級以及用熱泵替換天然氣爐所帶來的能源成本節省。與空調或爐子不同，熱泵既可以作為釋放熱量到建築中的加熱設備，也可以作為吸收熱量的冷卻設備。CBES還允許用戶評估在一年中，太陽能電池板安裝所產生的能源如何進一步提供能源成本的節省。

在FLEXLAB驗證了CBES的改造建議對能源節省和建築居住者舒適度的有效性後，研究團隊隨後在一個心理健康服務建築的能源改造中實施了大部分建議。研究人員發現，選擇的改造方案還使建築達到了淨零碳的標準。

“這是熱泵改造的一個附加好處。熱泵不僅是出於能源效率的考量，同時也支持更深層的碳減排，”Regnier說。

數據顯示，太陽能電池板的安裝使建築能夠產生的能源超過其消耗的能源。

推進分散能源資源以支持清潔電網運營並降低能源費用

分散能源資源（DERs），如屋頂太陽能電池板和備用能源儲存系統，不僅能降低能源費用，還能在停電期間提供部分備用電源等其他好處。DERs還是提高電網可靠性和降低碳排放的關鍵策略。

由Jessica Granderson和Marco Pritoni領導的伯克利實驗室研究團隊開發了一種機器學習算法，可以使建築動態控制多個分散能源資源。這一方法能夠提高客戶的能源節省，同時支持電網的運行。

這種基於稱為深度強化學習（DRL）的機器學習方法的新算法，旨在自動調整建築負荷（建築的電力消耗），以實現最佳的能源效率和需求靈活性。

為了測試基於DRL的算法，研究人員在FLEXLAB設置了兩個相同的實驗室，以模擬一個有著大面南窗的小型辦公空間。實驗顯示，DRL基於的算法在維持建築類似的熱舒適度的同時，可以實現高達40%的成本節省，這相比傳統算法而言。

透過電動車充電賦能社區和電網

美國的目標是到2030年使所有新售汽車中，50%為零排放車輛，包括電池電動車、插電式混合電動車或燃料電池電動車（EVs）。在加州，從2035年開始，所有新車必須為零排放車輛。

為了推進這些目標，FLEXLAB正在研究如何將電動車作為清潔能源資源，同時為客戶和電網提供彈性和需求靈活性的好處。

“我們該如何讓客戶經濟地為電網提供電力？FLEXLAB具備獨特的能力來幫助研究人員回答這個問題，”Regnier表示。

利用FLEXLAB的雙向充電器，研究人員可以使用來自電網或太陽能的電力來為電動車充電。“雙向充電還使我們能夠利用汽車的電池向建築或電網供電，支持清潔的低碳電網運行，”她補充道。“在停電的情況下，使用電動車的電池為建築或家庭供電可以提供極大的彈性好處。”

自1970年代以來，伯克利實驗室一直在推動建築、家電、水和交通領域的能源效率突破方面處於世界領先地位。如今，伯克利實驗室繼續與能源部、加州能源委員會、行業相關者和社區組織合作，將脫碳解決方案帶到世界各地。

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📢 部分資料參考自美國能源部與美國NSO團隊—立即聯繫我們！

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