摘要：美国的目标是达到到 2050 年，在整个经济范围内实现温室气体净零排放.实现这一目标取决于到 2030 年实现清洁电力目标，并在建筑领域实现深度能源效率和电气化。这些雄心勃勃的目标还包括用风能和太阳能等可再生能源取代化石燃料。

美国的目标是达到到 2050 年，在整个经济范围内实现温室气体净零排放.实现这一目标取决于到 2030 年实现清洁电力目标，并在建筑领域实现深度能源效率和电气化。这些雄心勃勃的目标还包括用风能和太阳能等可再生能源取代化石燃料。

美国电网约 20% 的电力来自可再生能源。如果公用事业公司要实现零碳排放以支持国家的清洁能源目标，就需要更多的可再生能源。但是，当阳光停止照耀或风停止吹拂时，电网运营商如何通过清洁、无排放的能源供应来增加和维持向客户供电呢？

电网运营商可以通过强调能源效率并扩大智能恒温器、电热水器和电池等需求灵活性技术的采用来克服这些障碍，实现可再生电网。需求灵活性的这些进步使建筑物能够自我调节能源消耗，以实现公用事业客户和清洁电网的相互支持，同时在可用时充分利用清洁可再生能源。

多年来，来自建筑和公用事业部门的研究人员以及政策制定者一直与能源部 FLEXLAB® 设施的研究人员并肩工作，该设施是劳伦斯伯克利国家实验室 （Berkeley Lab） 的零碳和需求灵活性建筑试验台，以评估零碳未来的战略和开发新技术。

“FLEXLAB 具有独特的资格来帮助该国推进其清洁能源目标，”FLEXLAB 执行董事 Cindy Regnier 说。“我们的设施在实际运行条件下研究完整的建筑技术生态系统——从需求灵活性到零碳改造和分布式能源资源。”

FLEXLAB 的研究也有望帮助加州在 2030 年之前实现其 7 吉瓦的“负载转移”目标。加州能源委员会于 5 月宣布.该目标可以实现灵活的能源系统，从而更好地向客户提供电力和清洁能源，管理电网状况，并帮助客户节省水电费。

以下是 FLEXLAB 支持美国电网、社区和建筑脱碳的三种方式：

小型办公空间的企业主在确定具有成本效益的改造解决方案方面面临更大的负担，因为他们通常缺乏支付能源咨询服务成本所需的资金。更重要的是，大型商业建筑（超过 50,000 平方英尺）的能源咨询费用可以被其更大的能源成本节省潜力所抵消，但小型办公空间没有同样的好处。

“让所有部门都能公平获得节能改造信息，这对于实现州和国家层面的零碳目标非常重要，”Regnier 说。

在最近的项目在加州能源委员会的资助下，FLEXLAB 研究人员开发并展示了一种识别工具，用于为小型商业建筑量身定制的具有成本效益的电气化改造。

“FLEXLAB 有助于为行业可以依赖的资源不足的建筑提供解决方案，”领导该项目的 Regnier 说。“我们的工作旨在实现公平获得能源分析的机会，并确定小型商业办公室的净零能耗改造策略。”

对于该项目，Regnier 和团队开发了CBES（Commercial Building Energy Saver），一个免费的在线工具，为加利福尼亚州和美国其他地区的中小型办公和零售建筑提供改造建议并计算改造节能和成本。

“使用免费的 CBES 工具，小企业主不必担心必须聘请能源顾问，”Regnier 说。

CBES 可以估算通过建筑改进（例如窗户升级、照明改造和用热泵更换天然气炉）节省的能源成本。与空调或熔炉不同，热泵既可以用作将热量释放到建筑物中的加热装置，也可以用作吸收热量的冷却装置。CBES 还允许用户评估太阳能电池板安装在一年内产生的能量如何进一步节省能源成本。

在 FLEXLAB 验证了 CBES 的节能改造建议和提高居住者的舒适度后，研究团队随后在心理健康服务建筑的能源改造中实施了大部分建议。研究人员发现，选定的改造包还实现了净零碳建筑。

“这是热泵改造的一个附带好处。热泵不仅出于能源效率原因是一个不错的选择，而且还支持更深层次的碳减排，“Regnier 说。

数据还显示，太阳能电池板的安装使建筑物产生的能量超过其消耗的能量。

屋顶太阳能电池板和备用储能等分布式能源 （DER） 可以降低能源费用，同时提供其他好处，例如在停电期间提供一些备用电源。DER 也是提高电网可靠性和减少碳排放的关键策略。

由 Jessica Granderson 和 Marco Pritoni 领导的伯克利实验室研究团队开发了一种机器学习算法，该算法可以使建筑物动态控制多个 DER。该方法可以在支持电网的同时为客户节省能源。

新算法基于一种称为深度强化学习 （DRL） 的机器学习方法，旨在自动调整建筑物的负载（建筑物的电力消耗），以实现最佳能源效率和需求灵活性。

为了测试基于 DRL 的算法，研究人员在 FLEXLAB 设置了两个相同的实验室，以代表一个带有朝南大窗户的小型办公空间。这实验表明，基于 DRL 的算法可以节省高达 40% 的成本与传统算法相比，同时在建筑物中保持相似的热舒适度。

这美国的目标是到 2030 年销售的所有新车中有一半是零排放汽车，包括电池电动、插电式混合动力或燃料电池电动汽车 （EV）。在加利福尼亚州，从 2035 年开始，所有新车都必须是零排放汽车。

为了推进这些目标，FLEXLAB 正在研究如何将电动汽车用作清洁能源，同时为客户和电网提供弹性和需求灵活性优势。

“我们如何让客户经济地向电网供电？FLEXLAB 具有独特的能力来帮助研究人员回答这个问题，“Regnier 说。

借助 FLEXLAB 的双向充电器，研究人员可以使用电网提供的电力或太阳能（如果有）为电动汽车充电。“双向充电还允许我们使用汽车的电池为建筑物甚至电网供电，从而支持清洁低碳电网运营，”她补充道。“使用 EV 电池为建筑物或家庭供电也可以在停电的情况下提供巨大的弹性优势。”

自 1970 年代以来，伯克利实验室一直是推动建筑、电器、水和交通领域能源效率突破的全球领导者。今天，伯克利实验室继续与能源部、加州能源委员会、行业利益相关者和社区组织合作，为世界带来脱碳解决方案。

这项工作得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的支持。

来源：陈讲运清洁能源