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)之間的關系。測試表明，控制系統(tǒng)可以成功地將四種設備類型與電網(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驗室 (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變?yōu)橹悄茈娖鳎梢酝ㄟ^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，我們的目標就是開發(fā)一種價格低廉、易于安裝和使用的解決方案，并讓居民負責其運行，”負責控制系統(tǒng)開發(fā)的 PNNL 的Michael Brambley說?！白鳛閹椭娋W(wǎng)的回報，家庭必須獲得獎勵，例如更優(yōu)惠的電價?！?/p>

作為聯(lián)網(wǎng)家庭項目的一部分，控制系統(tǒng)工作由美國能源部建筑技術辦公室 (BTO)資助。

互聯(lián)家居包含具有通信和控制功能的智能設備，這些設備使設備能夠自動響應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能。

因為太陽能和風能是“可變的”——也就是說，它們的電力輸出隨著太陽和風的上升和下降而起伏——電網(wǎng)有時必須迅速轉向其他類型的發(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，它們會增加二氧化碳排放并導致全球氣候變化。

互聯(lián)家居可以幫助解決太陽能和風能的可變性質以及電網(wǎng)上的其他條件。具有智能控制的家用電器會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，可以快速自動地改變其電力需求，以幫助平衡變化并最終減少進入大氣的溫室氣體量。

如果在數(shù)以千萬計的家庭中實現(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 同行評審委員會任職，該委員會評估 PNNL 控制系統(tǒng)的進展。

“由于客戶正試圖節(jié)省賬單、更換主要電器，或者只是對與家庭互動的便捷方式感興趣，因此迫切需要在這一領域進行客觀研究。PNNL 的工作對于了解對消費者的潛在影響和解決方案以及我們能源系統(tǒng)的分散化至關重要，”Costa 補充道。

家庭使用了全美國三分之一以上的電力，代表了實現(xiàn)靈活需求的巨大機會。

“我們相信，安裝在現(xiàn)有房屋中的有效且廉價的控制系統(tǒng)不僅有利于電網(wǎng)運營，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計，”Brambley 說。“我們的可改造系統(tǒng)應該使他們能夠利用新興項目，為響應電網(wǎng)需求的家庭提供有利的電價和其他激勵措施?！?/p>

PNNL 與 BTO 合作制定控制系統(tǒng)的開發(fā)戰(zhàn)略，并與兩家智能技術公司——ecobee 和 Shifted Energy——以及俄克拉荷馬大學合作開展該項目。

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，旨在幫助將設備連接到電網(wǎng)并管理其需求。

在測試中，熱水器和空調(diào)的結果特別有希望。

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)自動將房屋預熱高于通常的恒溫器設置三度，可以在四個小時內(nèi)將減少量增加到近 46%。

2022 年，項目團隊將準備控制系統(tǒng)部署在被占用的家庭中?！袄硐肭闆r下，我們的結果將吸引行業(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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