Hvordan styring af bygningers energiefterspørgsel kan hjælpe med overgangen til ren energi

Da bygninger forbruger 75 % af elektriciteten i USA, tilbyder de et stort potentiale for at spare energi og reducere kravene til vores hurtigt skiftende elnet. Men hvor meget, hvor og gennem hvilke strategier kan bedre styring af bygningers energiforbrug faktisk påvirke elsystemet?

En omfattende ny undersøgelse ledet af forskere fra Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) besvarer disse spørgsmål og kvantificerer, hvad der kan gøres for at gøre bygninger mere energieffektive og fleksible i detaljerede detaljer med både tidspunkt (inklusive tidspunkt på dagen og året) ) og rum (hvis man ser på regioner i hele USA). Forskerholdet, som også omfattede forskere fra National Renewable Energy Laboratory (NREL), fandt ud af, at maksimering af udbredelsen af ​​bygningsefterspørgselsstyringsteknologier kunne undgå behovet for op til en tredjedel af kul- eller gasfyret elproduktion og ville betyde at mindst halvdelen af ​​alle sådanne kraftværker, der forventes at blive sat online mellem nu og 2050, ikke skal bygges.

Deres resultater blev offentliggjort for nylig i tidsskriftet Joule .

"En hovedårsag til, at vi ikke hører mere om vores bygningers rolle som en væsentlig ressource for den rene energiomstilling, er, fordi det har været udfordrende at kvantificere den ressource i stor skala - og uden hårde tal i skalaen er det svært for politiske beslutningstagere eller netoperatører til at planlægge omkring det," sagde Berkeley Lab-forsker Jared Langevin, hovedforfatter af undersøgelsen. "Vores overordnede overbevisning her var, at produktion af den slags estimater, der gør rollen for disse byggeteknologier på efterspørgselssiden mere konkret, vil hjælpe med at sikre, at vi gør mere for at tilskynde til udbredelsen af ​​disse teknologier sideløbende med implementeringen af ​​vedvarende energi og batterier."

"Vi er glade for at samarbejde med Berkeley Lab om disse forskningsresultater, som understreger virkningen af ​​vores nations bygninger for at opnå et dekarboniseret energisystem," sagde Achilles Karagiozis, direktør for NREL's Building Technologies and Science Center.

Den såkaldte efterspørgselsside af elektricitet er elektricitet, der bruges i boliger og arbejdspladser, såsom til aircondition, vandopvarmning og strøm til lys og apparater. Forskerne nærmede sig dette elforbrug fra bygninger som en netressource; ved at øge effektiviteten og fleksibiliteten af ​​bygningers elektricitetsforbrug, såsom ved at betjene mere ydende udstyr og flytte det tidspunkt, hvor dets forbrug finder sted, fandt de, at denne ressource var betydelig og undgik op til 742 terawatt-timer (TWh) årligt elforbrug og 181 gigawatt (GW) daglig nettospidsbelastning i 2030, stigende til 800 TWh og 208 GW i 2050. (Samlet amerikansk elforbrug i 2020 var omkring 3.800 TWh.)

Forskerne fandt ud af, at de mest virkningsfulde foranstaltninger for beboelsesbygninger var forkonditionering (hvor boliger er forkølede for at reducere brugen af ​​aircondition i spidsbelastningsperioder) og brug af varmepumpevandvarmere; for kommercielle bygninger var plug load management, hvor software bruges til at styre elektricitetsforbruget af computere og andre elektroniske enheder i en bygning, mest virkningsfuldt.

"Vores indledende estimater tyder på, at der er titusindvis af milliarder af dollars i årlige omkostningsbesparelser for netoperatører - for ikke at nævne de potentielle energibesparelser for familier og virksomheder," sagde Karagiozis. "Bygninger er også en væsentlig kilde til fleksibilitet for netoperatører, primært i forhold til at skrue ned for elefterspørgslen på tidspunkter, hvor det normalt ville være på sit højeste, såsom under virkelig varme sommerdage, hvor de fleste klimaanlæg kører."

Ved at reducere denne spidsbelastning sagde Langevin, at forsyningsselskaber kan have lavere behov for batteriteknologier, da de implementerer mere vedvarende energi. "Den fleksible ressource, vi fandt, er faktisk sammenlignelig med højere ende fremskrivninger af batteriudbredelsesbehov under højere udbredelse af vedvarende energi," sagde han.

De regioner, hvor bygninger viste sig at tilbyde den største netressource, var i Texas og den sydøstlige del af USA, samt de store søer og midtatlantiske regioner. "Dette er områder med høj befolkning, stærke pladskonditioneringsbehov og masser af elektrisk udstyr, der allerede er installeret," sagde Langevin. "Denne information på regional skala er virkelig vigtig for at udvikle håndgribelige politikker for at realisere den ressource, vi rapporterer."

Strategier til at fange den potentielle byggenetressource, som undersøgelsen identificerer, er allerede under udvikling. For nylig udgav DOE for eksempel en national køreplan for Grid-Interactive Efficient Buildings, som trækker fra undersøgelsens resultater og giver konkrete anbefalinger til, hvordan man kan tredoble effektiviteten og fleksibiliteten i bygningssektoren inden 2030.

"Fortsat indsats langs disse linjer vil være afgørende for at etablere en nøglerolle for bygningssektoren i den fremtidige udvikling af det amerikanske elsystem," sagde Langevin. "Vores resultater er opmuntrende, men nu skal vi finde måder, hvorpå vi hurtigt kan omsætte denne ressource i praksis."