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开拓创新:净零能耗建筑为何能在加州蓬勃发展?

发布时间:2017/05/23    信息来源:

  去年11月的一个晴天,热切的参会者们涌入位于加利福尼亚州伯克利镇的一座现代化高能效建筑。在稍显昏暗的礼堂里,他们集聚一堂共同讨论加利福尼亚州的一条新法规,此法规规定,该州所有的新建建筑都必须生产与其消耗等量的能源。虽然这座位于伯克利的建筑获得了LEED白金认证(美国的一项建筑能效评级标准,只有最具能效的建筑才能获得认证),但它所消耗的电量仍然多于其现场可再生能源发电量,仍需要依赖电网供电(点击这里查看该建筑的详细能源用量)。这样的建筑符合当前的标准,但加利福尼亚州打算更进一步。
  在美国,建筑部门的能源消耗量占全美能耗总量的40%,因此蕴藏着巨大的节能减排潜力。净零能耗(ZNE)建筑(指年能源消耗量和年能源生产量基本持平的建筑)能够降低运营成本,并充当电网的分布式可再生能源发电来源。与传统建筑相比,对环境的影响更小。净零能耗建筑的种种优势吸引了来自决策者和产业界的极大兴趣。2015年,全美共有191个经认证的净零能耗建筑项目,而到2016年,该数字激增至了332个。
  从更广意义上衡量建筑行业:加利福尼亚州的气候领导力
  加利福尼亚州是公认的清洁能源发展的领导者,并出台了积极的碳减排目标: 到2030年,该州承诺50%的能源将来自于可再生来源,且碳排放将比1990年水平下降40%。为了实现这些目标,该州为建筑行业制定了颇具雄心的目标:到2020年,所有新建住宅建筑必须达到净零能耗建筑标准;而到2030年,所有新建商业建筑也必须达到净零能耗建筑标准。由于净零能耗建筑普遍使用屋顶光伏系统来满足能源需求,这就意味着加利福尼亚州的太阳能光伏发电量将进一步增长。
  事实上,加利福尼亚州的太阳能光伏发电装机容量已经远超其初始目标,2015年该州太阳能发电装机容量几乎占全美总量的一半。但可再生能源发电的迅速发展也给电网带来了新的挑战:如何满足傍晚峰值时段激增的用电需求?以2017年1月12日的实际情况为例(表1)。在那个周四,太阳能光伏发电时间主要集中在上午10点到下午3点之间。但电力需求峰值出现在了下午6点左右,此时太阳能光伏板正处于日落后的闲置状态。这一需求峰值和可再生能源发电时间的不匹配,导致了所谓的“鸭型曲线”问题(名称源于曲线的形状)。“鸭脖子”的坡度越陡,电网的负担就越大,因为它需要立即调度其它发电来源从而确保足够的电力供应。而在今后的五年里,加利福尼亚州预计将增加2万兆瓦太阳能发电装机,比当前的1.5万兆瓦装机又增加了133%。

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