該圖概述了電器、由 PNNL 開發(fā)的互聯(lián)家庭 (CH) 控制系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的關(guān)系。測試表明，控制系統(tǒng)可以成功地將四種設(shè)備類型與電網(wǎng)連接并控制其電力需求。圖片來源: Pacific Northwest National Laboratory
美國太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室 (PNNL)的研究人員開發(fā)了一種控制系統(tǒng)，可以使大多數(shù)美國家庭成為更有能力管理國家電力資源的合作伙伴。
該控制系統(tǒng)有效地將現(xiàn)有的家用加熱和冷卻裝置以及熱水器轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茈娖?，可以通過幫助電網(wǎng)協(xié)調(diào)供需的方式管理其電力使用。該系統(tǒng)可以使大約 1.2 億戶家庭受益。
“從一開始，我們的目標(biāo)就是開發(fā)一種價(jià)格低廉、易于安裝和使用的解決方案，并讓居民負(fù)責(zé)其運(yùn)行，”負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)開發(fā)的 PNNL 的Michael Brambley說?！白鳛閹椭娋W(wǎng)的回報(bào)，家庭必須獲得獎(jiǎng)勵(lì)，例如更優(yōu)惠的電價(jià)。”
作為聯(lián)網(wǎng)家庭項(xiàng)目的一部分，控制系統(tǒng)工作由美國能源部建筑技術(shù)辦公室 (BTO)資助。
什么是互聯(lián)家居？互聯(lián)家居包含具有通信和控制功能的智能設(shè)備，這些設(shè)備使設(shè)備能夠自動(dòng)響應(yīng)來自電力公司的信息。示例包括連接加熱和冷卻系統(tǒng)的智能連接恒溫器，以及專門配備的熱水器。一些較新的家庭已經(jīng)擁有這些類型的電器，但大多數(shù)家庭沒有。
專家認(rèn)為，互聯(lián)家居將在美國向脫碳的未來能源系統(tǒng)過渡中發(fā)揮關(guān)鍵作用，該系統(tǒng)較少依賴傳統(tǒng)的不可再生能源，而更多地依賴清潔太陽能和風(fēng)能。
因?yàn)樘柲芎惋L(fēng)能是“可變的”——也就是說，它們的電力輸出隨著太陽和風(fēng)的上升和下降而起伏——電網(wǎng)有時(shí)必須迅速轉(zhuǎn)向其他類型的發(fā)電或以避開電網(wǎng)的方式管理需求不穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)地滿足電力需求。目前有助于縮小差距的發(fā)電來源通常是化石燃料發(fā)電廠，它們會(huì)增加二氧化碳排放并導(dǎo)致全球氣候變化。
互聯(lián)家居可以幫助解決太陽能和風(fēng)能的可變性質(zhì)以及電網(wǎng)上的其他條件。具有智能控制的家用電器會(huì)考慮居住者的舒適度偏好，與公用事業(yè)和電網(wǎng)協(xié)同工作，可以快速自動(dòng)地改變其電力需求，以幫助平衡變化并最終減少進(jìn)入大氣的溫室氣體量。
如果在數(shù)以千萬計(jì)的家庭中實(shí)現(xiàn)這種“靈活的需求”能力，那么在可能無法獲得清潔能源的情況下，電網(wǎng)將有更多的空間來協(xié)調(diào)供需。PNNL和其他人進(jìn)行的分析表明，這種靈活性還可以降低賬單支付者和公用事業(yè)公司的成本。
“無論是消費(fèi)者需求還是更新的建筑能源法規(guī)，互聯(lián)住宅正變得越來越普遍，”能源聯(lián)盟政策和規(guī)劃主管 Marc Costa 說。Costa 曾在 BTO 同行評(píng)審委員會(huì)任職，該委員會(huì)評(píng)估 PNNL 控制系統(tǒng)的進(jìn)展。
“由于客戶正試圖節(jié)省賬單、更換主要電器，或者只是對(duì)與家庭互動(dòng)的便捷方式感興趣，因此迫切需要在這一領(lǐng)域進(jìn)行客觀研究。PNNL 的工作對(duì)于了解對(duì)消費(fèi)者的潛在影響和解決方案以及我們能源系統(tǒng)的分散化至關(guān)重要，”Costa 補(bǔ)充道。
控制系統(tǒng)提供互聯(lián)家庭解決方案家庭使用了全美國三分之一以上的電力，代表了實(shí)現(xiàn)靈活需求的巨大機(jī)會(huì)。
“我們相信，安裝在現(xiàn)有房屋中的有效且廉價(jià)的控制系統(tǒng)不僅有利于電網(wǎng)運(yùn)營，而且可以為家庭提供低成本的能源。我們的解決方案專為數(shù)百萬可以從這種方法中受益但不喜歡或買不起智能電器的家庭而設(shè)計(jì)，”Brambley 說?！拔覀兊目筛脑煜到y(tǒng)應(yīng)該使他們能夠利用新興項(xiàng)目，為響應(yīng)電網(wǎng)需求的家庭提供有利的電價(jià)和其他激勵(lì)措施?！?/p>
PNNL 與 BTO 合作制定控制系統(tǒng)的開發(fā)戰(zhàn)略，并與兩家智能技術(shù)公司——ecobee 和 Shifted Energy——以及俄克拉荷馬大學(xué)合作開展該項(xiàng)目。
控制系統(tǒng)解決四種電器類型研究人員專注于現(xiàn)有家庭中的四種電器——電阻爐、電阻熱水器、熱泵和空調(diào)?？刂葡到y(tǒng)采用軟件平臺(tái)，旨在幫助將設(shè)備連接到電網(wǎng)并管理其需求。
在測試中，熱水器和空調(diào)的結(jié)果特別有希望。
對(duì)于熱水器，控制系統(tǒng)展示了在七個(gè)小時(shí)內(nèi)將電力需求從 34% 減少到 83% 的潛力，具體取決于熱水使用水平?？刂葡到y(tǒng)幫助空調(diào)保持涼爽的溫度并減少電力消耗。在一個(gè)示例中，在四小時(shí)的測試中，電力需求減少了高達(dá) 46%，在該測試中，冷卻持續(xù)在被認(rèn)為是居住者可以接受的三度范圍內(nèi)。這是基于室內(nèi)和室外溫度之間的 20 度差異。對(duì)于較大的溫差，減少將更大。電爐測試也使需求減少了 25%。通過在電網(wǎng)高峰期之前讓控制系統(tǒng)自動(dòng)將房屋預(yù)熱高于通常的恒溫器設(shè)置三度，可以在四個(gè)小時(shí)內(nèi)將減少量增加到近 46%。
2022 年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將準(zhǔn)備控制系統(tǒng)部署在被占用的家庭中。“理想情況下，我們的結(jié)果將吸引行業(yè)合作伙伴，并產(chǎn)生可在全國范圍內(nèi)使用的商業(yè)產(chǎn)品，”Brambley 說。
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