随着净零减碳风潮吹到食衣住行各个领域,建筑也不例外。 为了提升住、商建筑的能源效率,并且协助电力调节,提升电网韧性,新一代采用智能技术的节能型建筑「电网交互式建筑」就此诞生。
当净零成为全球趋势,用能设备也逐渐朝向电气化发展,未来电网负荷调节将愈来愈复杂,让建筑里的能源管理也成为关注焦点,催生了电网交互式建筑的兴起。
工研院产业科技国际策略发展所经理李宏俊指出,所谓的电网互动式建筑,是指运用资通讯科技,如物联网、人工智能、资料探勘,对住、商部门建筑,主动进行电力调控、电力需量反应以及调配分布式能源,并搭配高能效的建筑与用能设备,将能源使用效率优化, 同时满足必要的电网服务和用户需求,减少能源费用。
「GEB 的独特之处在于,它能够连接本地电网系统并与之互动调控,电网和 GEB 之间的双向信息流,使建筑物内部的用能设备能够作为电网配置调度的灵活资源。」 例如当电网处于高峰使用时,建筑物可以利用离峰储存能量转移其负载; 或是通过调暗灯光及减少暖通空调能源消耗等方式减少负载。
净零趋势、用电增长 促使GEB诞生
GEB 的出现,李宏俊归纳出四大背景,首先经济持续成长,用电需求持续增加,也加重电力系统负荷。 第二,净零趋势促使再生能源占比提升,但再生能源的发电量与气候高度相关,不可控因素提高,当再生能源大量并网后,电力系统也会遭遇不同挑战。 第三,随着电动车、电气化设备日益普及,对现有电网系统也形成新的挑战。 第四,全球倡议净零排放运动,政府以及企业面临减排压力日益提升。
在这样的情况下,「让能源、用电结合新兴科技,如物联网、大数据,可提升能源使用效率,提高用电弹性化,减轻电网负荷、节约能源、促进零碳,并进一步创造更多节能科技商机。」
美国能源部自2018年就开始研讨GEB相关技术,预估导入GEB后,到2030年,在中度导入的情境下,尖峰负载减少量为原有的1.56倍(15.6 GW),节电量为原来的1.28倍(505TWh)。 若在积极导入的情境下,尖峰负载减少量则为原有的3.33倍(33.3 GW),节电量为原来的1.81倍(622 TWh)。
其他非量化效益还包括减缓对配电供应的负荷,更有弹性地调整电力供应配比,消费者可在不影响住商空间的舒适系和生产效率的情况下,享受更有弹性的费率,提升性价比。 在净零趋势下,也可以减缓来自节能减排的压力,减少再生能源采购数量,同时提升适应特殊气候变化的能力,未来随着电气化设备比例增加,以及电动车渗透率提升,GEB的效果也将更加提升。
技术持续进展仍有不少挑战
GEB 调节电力有几个运作模式,包含提升能效、降载、转载和调控。 实际应用技术如智能恒温系统、智慧照明、热储存系统、相变化储热(冷)材料、热晶体等,或是整体的预知控制系统,能与能源管理系统整合,透过大数据分析预测天气和行为模式,进行用电设备的储能与调节,转移尖峰时的用电。
也有将电脑、电子设备等产品的电源管理控制,自动转换为低功耗模式,并以最小功耗让设备保持连接以进行开机。 或是打造直流供电系统,直接供应直流电给用电设备,减少交╱直流电转换损耗,提高能效,并可直接与再生能源、储能柜整合,进行负载转移。
GEB 看似优点不少,但李宏俊也指出,导入GEB仍需克服几大障碍。 目前系统的通讯能力和互操作性尚未普及,缺乏互通性将大幅增加系统集成成本,并阻碍采用或优化GEB,复杂的自动化控制技术,也降低管理者采购与参加的意愿; 此外,在互通性的同时,资安问题也至关重要。
对电厂、运营商来说,只有在满足特定法规或标案条件才会规划能效以及直接驱动力指标(DF),目前尚无财务或监管激励措施,促使电网事业考虑这些选项。 此外,GEB也考验电厂、运营商的信任度,目前运营商对于要聚集达到具备电网规模的 GEB 数量仍有疑虑,对比传统的发电方式,GEB 对电网及时性的反应能力与速度也还未确定。
此外,也缺乏评估GEB效益的方法及工具,用户缺乏GEB所带来的量化财务价值,投资者拥有的电力公司,通常没有足够的财务激励来提升能源效率,并在投资报酬率不明的情况下导入GEB。
四大策略 助攻台湾发展GEB
虽然挑战不少,但在全球低碳、零碳的发展趋势下,GEB的重要性仍日益增加。 李宏俊建议,未来台湾可朝以下四大策略进行,首先加速研发GEB所需要的技术以及资料,并强化研发未来技术。 第二,推动创新性、有充足诱因的GEB计划,强化用户与电厂对GEB的价值观。
第三,建立提供管理者设计开发GEB以及规划运营策略工具,为有关人员建构GEB所需要的能力。 第四,推动示范计划,落实GEB技术及新兴商业模式。 透过多管齐下的方式,实现GEB的节能效率与灵活性。