人們大部分時間都在建築物內度過，從住宅到辦公樓、商店和學校。雖然這些建築用途各異，但它們至少有一個共同點：爲了照明、運行供暖和制冷系統、使用電器和設備，它們需要大量的能源。如今，建築物約佔全球最終能源消費的30%，並且超過一半的最終電力需求來自建築物。

當前，全球建築行業正在快速增長，特別是在發展中經濟體。隨着電力接入的擴大和收入的增加，越來越多的人开始購买諸如空調等電器，並且隨着氣溫不斷升高，空調的使用頻率也在增加。然而，如果更加關注經過驗證的能源效率政策，建築行業的能源消耗可以顯著減少，同時保持甚至改善所提供的能源服務質量。這不僅可以降低建築行業的排放，還可以爲能源消費者節省开支。

利用使建築物能夠在一天中更靈活地使用能源的技術，可以釋放出更大的潛力。當建築物和電網可以相互通信時，可以減輕高峰時段的壓力，並消除能源需求高峰。隨着全球建築面積的激增，優先考慮效率和靈活性對於世界能源系統的安全性和可持續性至關重要。

電氣化和可再生能源的增長正在改變建築的能源消費方式

隨着經濟活動的增加和電氣化的擴展，建築物正在消耗更多的能源，越來越多的熱泵在家庭中運行，電動汽車也在車庫裏充電。據統計，從2015年到2022年，住宅熱泵的銷售量增加了三倍；而在2023年，全球每五輛售出的汽車中就有一輛是電動汽車。目前，大多數電動汽車充電都發生在住宅和工作場所。

這些技術的普及對於在2050年前實現能源行業淨零排放、限制全球變暖至《巴黎協定》設定的1.5°C目標至關重要，但這也推動了電力需求的增長。在國際能源署（IEA）的《既定政策情景》中，基於當前的政策設定，未來幾十年建築物的電力峰值需求將在全球所有地區增加。在中國，到本世紀中葉，電力峰值需求將翻倍，而在歐盟，電力峰值需求將增加三分之二。

2022-2050 年按最終用途劃分的選定地區和國家/地區建築物的峰值電力需求和貢獻

在空間制冷需求顯著且不斷擴大的國家，這一增長尤爲明顯。例如，到2050年，印度空調的擁有量預計將增加十倍，導致建築物電力峰值需求增長六倍。通過廣泛採用更高效的建築設計和更嚴格的電器最低能效標准，電力峰值需求的增長可能會減半。這一設想來自IEA的《已宣布承諾情景》，該情景假設各國按時全面實現其國家能源和氣候目標。例如，在印度，這些措施預計將使制冷對峰值需求的貢獻減少一半以上，緩解電力網絡的相關壓力。

2022-2050 年印度和印度尼西亞建築物的峰值電力需求和按最終用途劃分的貢獻

與此同時，全球範圍內風能和太陽能光伏（PV）的部署正在加速，各國希望提高能源安全並實現能源系統的脫碳，使電力供應更加依賴天氣。由於可再生能源發電的日常和季節性波動，系統層面的盈余和低發電時期將更加頻繁。爲了應對這些波動，必須提升能源系統的靈活性。

綜合來看，這些發展將要求電力系統的運行方式發生重大變化。爲了讓能源系統順暢且高效地運行，建築物的總能源需求需要減少，同時還需建立調整電力需求的機制，以更好地匹配可再生能源的發電模式。

建築可以爲能源系統提供更多靈活性

建築物本身也可以成爲解決方案的一部分。它們可以承載各種分布式能源資源，如現場可再生能源發電和存儲設施、電動汽車的智能充電設備以及其他連接設備。如果能夠接收電網的信號並相應調整能源需求，建築物就能夠靈活地使用能源。

要實現這一潛力，建築需要變得更加高效並與電網互動。首先，應提高能源效率，通過高性能的建築外殼和高效設備減少總體能源需求。接下來，可以爲建築物配備太陽能光伏系統，以生產可再生電力，並儲存多余的電能，以便在需要時使用。然後，爲了促進與電網的互動，可以將智能傳感器、控制裝置、智能分析等數字解決方案與建築能源管理系統或直接與設備集成。

2030 年和 2050 年 NZE 情景中家庭需求響應節省的電費

消費者可以從更大的靈活性中受益。例如，通過利用分時電價，他們可以將能源使用轉移到電力價格較低的非高峰時段——靈活地操作電動汽車充電器、熱水器和其他設備，以配合電網的需求和價格信號。隨着越來越多的太陽能光伏被納入電網，這可能意味着在白天更多地使用電力。根據IEA的分析，這類需求響應措施到2050年可將發達經濟體家庭的電費減少7%至12%，在新興市場和發展中經濟體則可減少近20%。

2030 年和 2050 年 NZE 情景中按最終用途劃分的家庭需求響應節省的電費

要實現這些效益，建築和電網必須能夠無縫對話

互操作性是確保電網與建築物有效溝通的關鍵。爲了支持這種對話，家電可以配備特殊裝置，能夠自動響應電網的信號。到2030年，建築中的智能電表和其他具有自動控制功能的連接設備數量預計將比當前水平增加近一倍。

有跡象表明，這些技術开始得到更廣泛的應用。英國已經爲家電的智能通信接口制定了標准，這些接口可以接收來自網絡中其他連接設備的能源使用指令。澳大利亞推出了一種需求響應設備，這是一種能夠根據電網信號調整設備能耗的接口。

特殊認證如EcoPort標志表明，經過認證的設備配備了能夠與電網通信的專用控制模塊。美國華盛頓、俄勒岡和科羅拉多州現在要求新電熱水器配備這種接口，以便它們能夠參與由公用事業公司發起的需求響應計劃。與此同時，澳大利亞和新西蘭現在要求某些類型的空調在能源標籤中包含有關其需求響應能力的信息。

在建築層面，能源管理和自動化系統還可以對智能家電、電動汽車智能充電器、現場太陽能發電和存儲進行監督控制。开放的通信協議——或普遍可訪問的規則和標准，規範了不同設備和系統之間的信息交換——有助於實現互操作性和自動化控制，從而幫助管理分布式能源資源整合引發的電壓和質量波動。

建築和電網之間的互動在增加，但潛力遠未充分發揮

建築與電網之間更緊密的互動可能會顯著減少能源需求、二氧化碳（CO2）排放，並降低電力系統成本。在美國，一項政府分析發現，廣泛採用全國範圍內的高效、互動型建築，能夠在高峰時段削減116吉瓦的能源需求——相當於200多座大型發電廠的產量。這還將每年減少8000萬噸二氧化碳排放，到2030年爲電力系統節省1000億至2000億美元。

盡管全球許多國家都在探索加強建築與電網互動的機會，但到目前爲止，進展總體上僅限於相對小規模的項目和計劃。

2020年和2021年，蘇格蘭的一座公寓樓進行了一項演示項目，通過中斷參與家庭的空間供暖來實現二氧化碳減排，時間間隔爲5至10分鐘。參與者報告稱，他們的舒適度沒有受到影響。在美國阿拉巴馬州的一個智能社區中，當地的微電網與高效住宅中的供暖和空調系統進行通信，以確定如何優化使用、生產和儲存太陽能發電。與沒有這種能力的類似住宅相比，更高效且靈活的系統組合實現了35%至45%的節能。

電網運營商還可以與虛擬電廠等智能聚合器進行通信，虛擬電廠能夠通過動態平衡電力供需來增強電網的穩定性，同時利用多樣化的分布式能源資源來減緩波動，並實時優化電網運行。東南亞已有多個虛擬電廠在運行，包括馬來西亞、菲律賓、新加坡、泰國和越南。

此外，新建築可以設計得更加適應未來與電網的緊密互動。建築法規可以包含強制要求，爲安裝熱泵、電動汽車充電站、太陽能光伏系統和電池存儲預留足夠的空間和布线，例如加利福尼亞州的2022年能源法案。

將能效和靈活性融入政策制定是必不可少的

支持未來能源系統的建築效率和靈活性提升並非易事。要有效开發和實施合適的政策組合至關重要，而將能效要求、靈活性考量以及需求響應功能納入建築和家電的相關法規，是促進高效、與電網互動的建築普及的關鍵。

同時，必須制定政策條款，支持智能傳感器和控制設備與建築能源管理和自動化系統的集成。比如，在美國華盛頓州，要求制造商確保設備能夠參與需求響應；在加利福尼亞州，要求新建建築所安裝的設備採用开放式通信協議等，都是具體的實例。

爲了支持這一進程，國際能源署（IEA）开發了一個分析框架，用於評估一個國家的建築領域，並提供加速政策和技術解決方案落地的建議，推動高效電網互動建築的發展。國際能源署的“數字需求驅動電力網絡”（3DEN）計劃還爲如何利用數字工具支持電力系統的脫碳和現代化提供政策建議。

3DEN發布的報告《釋放新興市場與發展中國家智能電網機遇》爲能源政策制定者提供了如何推動對智能且具有韌性電力網絡投資的指導。而即將發布的報告《管理電力需求與供應的季節性變化》將提供工具和策略，幫助應對需求側和供應側的波動，同時考慮天氣對系統運行及靈活性需求的影響。

資料來源：IEA

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標題：更高效且靈活的建築是清潔能源轉型的關鍵

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