电网互动高效建筑变得容易 ： GSA 建筑经理的低成本和无成本 GEB 措施指南

网格互动高效建筑变得容易GSA 建筑经理低成本和无成本 GEB 措施指南报告/2021 年 6 月 /2网格互动高效建筑变得容易如何使用本指南 ：本文档概述了电网互动高效建筑 (GEB) 以及 GSA 建筑管理人员实施低成本和无成本措施的可操作步骤这导致公用事业成本节约和温室气体 (GHG) 排放减少。Introduction什么是电网互动高效建筑 (GEB) ？电网互动高效建筑 （ GEB ） 是节能建筑 ， 可根据电网电力的成本或碳强度将其能源负荷从一个时间扩展到另一个时间。 GEB 利用energy efficiency, energy storage, renewable energy, and smart technology to provide load flexibility without compromising occupant needs (Exhibit 1). This creates a more dynamic building that optimizations capital投资 ， 降低运营成本 ， 并提供获得新收入的途径。GEB 通过以更精细和更频繁的速率响应电网需求来建立需求响应。在需求响应事件可能每年仅发生一次或两次的情况下 ， GEB 不断响应电网价格和碳强度的微小变化 ，附件 1GEB 高效、互联、智能和灵活来源 ： https: / / www. energy. gov / eere / buildings / grid - interactive - efficient - buildings高效持续的低能耗可最大限度地减少对电网资源和基础设施的需求已连接使用灵活的技术、网格和占用者进行双向通信网格交互高效建筑智能由传感器和控件支持的分析可共同优化效率、灵活性和乘员偏好灵活灵活的负载和分布式发电 / 存储可用于减少、转移或调节能源使用 /3网格互动高效建筑变得容易导致建筑物和电网之间更有利的整合。由于建筑物带动了美国 80 ％ 的能源电网峰值需求，并且能源电网正在纳入更多可变的可再生能源发电容量，因此电网交互性变得比以往任何时候都更加重要和有价值。 1 使我们的建筑物能够转移负荷以与可再生能源发电保持一致将有助于创建更具弹性和可靠性的电网 ，这可以降低所有消费者的整体能源成本。图表 2 说明了电网互动高效建筑与参与传统需求响应的建筑之间的三个关键差异。附件 2GEB 与基本需求响应能力的三个区分因素网格交互高效建筑的关键微分器属性优化的 GEB 方案今天的需求响应双向通信between接收公用事业信号的能力 (价格or手动、基于小部件的需求响应建筑和电网碳) ， 并传达负载Flexprograms对电网的潜力单一的总体集成商监控有限的楼宇自动化系统控制; 楼宇系统和控制所有负载, 包括插头and隔离照明 ， 存储控制存储负载 ； 优化成本、碳、弹性等的能力。负载灵活性和以需求为中心的建筑级智能 ， 可跟踪和隔离热能建筑优化图需求的应用 ， 并转移或卸载迅速存储; 电池存储基于价格、天气、碳、峰值电网需求等投入。 /4网格互动高效建筑变得容易为什么电网互动高效建筑 （ GEB ） 对建筑经理很有价值 ？许多电网互动措施都在建筑管理人员的职权范围内，可以作为常规运营和维护例程的一部分采用，而无需对建筑设备进行重大更改或注入资本成本。支持 GEB 的许多策略是众所周知的，并且可以通过现有技术实现。创新是围绕跨多个系统的集成以及与网格的互操作性。RMI 2019 年的成本效益分析 ，电网互动高效建筑的价值潜力GSA 产品组合， 估计 GSA 投资组合中 GEB 措施的储蓄潜力和投资价值 ， 包括下文图表 3 中概述的收益。特定建筑物的价值会因区域公用事业定价结构而异 ， 但通常包括改善的建筑物运营 ， 节省大量公用事业成本以及未来对公用事业费率变化的抵御能力。附件 3GEB 对 GSA 、电网和社会的价值潜力GSA 的直接好处网格与社会价值GSA 的间接价值•每年花费 5000 万美元节省• 减少网格级 T & D 和代• 展示联邦和房地产•净现值为 2.06 亿美元成本高达$70MM / 年行业领导•四年内的项目级投资回报 • 这些节省最终受益the• 实现更深入的 ESPC 节省•面向未来 ： 适应未来的政府和纳税人和 UESC• 更好的建筑控制可以改善管理费用储蓄 (例如 ，NWA 's)舒适、健康和生产力•CO2节省资料来源 ： GSA 投资组合中电网互动高效建筑的价值潜力 ， RMIGEB 如何帮助满足联邦气候行动计划GSA 为联邦气候行动计划和指令提供持续的领导和支持。美国对《巴黎气候协定》的承诺和到 2030 年将温室气体排放量从 2005 年的基线减少 50 ％ 的目标意味着建筑物必须 ：•提高整体能源效率 ，•逐步淘汰化石燃料燃烧设备 ，•避免高峰用电需求 ， 以帮助降低电网的碳强度 ， 以及•支持将分布式可再生能源和存储集成到更智能、更高效的电网中。作为其致力于使建筑物更实惠 ， 更清洁和更具弹性的承诺的一部分 ， 联邦政府最近建立了支持 GEB 的计划和资源 ， 包括新的联邦建筑性能标准。国家电网互动高效建筑路线图 ， 以及 GSA 将 GEB 技术集成到节能合同中的蓝图。 /5网格互动高效建筑变得容易电网互动高效建筑的低成本和无成本措施本指南中提供的措施是负载灵活性措施的一个子集 ， 可以在很少或没有资本投资的情况下实施。在某些情况下 ， 这些措施也提高了建筑物的能源效率 ， 但并不打算成为效率措施的综合集合。以下是适用于本报告的低成本和无成本的定义 ：无成本负载灵活性措施从运营角度来看 ， 属于建筑经理职权范围的建筑运营调整 ， 不需要资本成本。低成本负载灵活性措施包括可能需要一些资本成本但在建筑人员采购限额内的措施。建筑人员的采购限额因地区而异。对于本指南 ， 我们假设限额为 50, 000 美元。实施电网互动高效建筑的负荷灵活性措施实施以下低成本和无成本措施相对简单 ， 并且可以在不影响日常运营的情况下进行部署。该过程从三个初步步骤开始 ， 以评估这些措施对建筑物的影响 ， 包括评估建筑物的公用事业费率结构 ， 控制和自动化能力以及日常能源使用。步骤 1 ： 评估效用率结构 ：确定公用事业计划或费率 ， 以评估消耗电力 （ 在某些情况下是天然气 ） 的时间。这些费率可以是使用时间、实时或提前一天定价 ， 并且将具有每日、每周、每月或季节性模式。即使在建筑物不处于使用时间费率结构的情况下，大多数公用事业也会按能源需求和消耗收费。可以通过转移或减少建筑物的能源负荷来节省公用事业账单成本，以最大程度地减少保费需求费用。有关美国不同地区可用的公用事业定价计划，请参阅联邦能源管理计划。需求响应和时间可变定价程序.利用重新启用流程实施本指南中列出的负载灵活性措施的理想时机是在recommissioning process. A energy audit is performed as part of GSA ’ s recommissioning requirements and provides data that可用于评估建筑物的负载灵活性潜力。这些数据可以改善负载灵活性措施的实施和有效性。效用率结构的未来理想的电网集成的基本要素是接收和响应电网信号的能力 ， 无论是成本还是碳。Real - time pricing is an example of this type of grid signal, which allows a building to engage with grid needs more so than other rate structures. Few real - time carbon signals exist today in the United States, but they随着电网脱碳努力的增加 ， 未来将变得更加普遍。建筑物可以根据设定的时间表 （ 由使用时间费率结构描绘 ） 响应这些信号 ， 修改顺序操作 ， 或者 - 理想情况下 - 基于集成到控制系统中的信号。 /6网格互动高效建筑变得容易步骤 2 ： 评估控制和自动化能力 ：在轻松调度最具成本效益的负载灵活性方面，能源管理信息系统 （ EMIS ） 是一种先进的控制系统，具有优化整个建筑能源使用的最高能力。大多数 GSA 建筑物都配备了建筑物自动化系统 （ BAS ），该系统主要控制 HVAC 设备。与全自动 EMIS 相比，这些系统仍然能够实现负载灵活性，但需要建筑人员进行更多的手动操作。为了衡量在建筑物中实施频繁负载灵活性的潜力 ， 重要的是要了解控制系统在整个建筑物中监控和管理能源的能力。图表 4 为了解控制系统实施负载灵活性的能力提供了参考。负载灵活性在图表 4 中频谱右侧的控制系统的建筑物中最为有效。此级别的控制使自动化能够处理整个建筑物的系统优化 ， 允许建筑物经理 “设置并忘记它 ” ， 并且负载灵活性将在本指南通过指出所提供的每项措施所需的 BAS 控制要求来识别 GSA 建筑物中控制系统的范围。附件 4用于评估建筑物高级控制水平的频谱基本控制系统先进的控制系统•••通过楼宇自动化系统 （ BAS ） 对楼宇系统进行零碎监控和管理气动或其他非数字控制与能量无关的监测点 （ 例如 ， 风扇状态而不是以 kWh 为单位的电力消耗 ）能耗优化能力小对租户的了解很少消耗能源••••••通过能源管理信息系统 (EMIS) 直接数字控制实现所有建筑能源终端使用的整体管理提供细粒度 （ 每小时至 15 分钟 ） 能耗数据的监控建筑物与电网之间的双向通信租户能源使用分计量•频谱左侧的建筑物应作为控制升级的目标并且将需要更多的建筑经理手动控制来调度负载灵活性。 /7网格互动高效建筑变得容易第三步 ： 回顾日常能源使用情况 ：评估建筑物的日常能源使用概况，以帮助识别可以转移到不同时间的特定负载。例如，建筑物的日常能源概况显示，冷却负荷在下午中后期达到峰值，并且可以通过在该时间内控制设定点或使用热存储来实现灵活性。捕获每日负荷曲线需要对建筑物的总电力负荷进行主计量。日负荷曲线的一个例子可以在图表 5 中看到。For buildings with less advanced control systems, some of this analysis can be done manually. BAS数据可用于功率 （ W，Bth 等。） 仪表，例如，根据风扇的容量，将恒定体积风扇的 BAS 中的风扇状态点 （ 关 / 开 ） 转换为 W 电消耗。通过根据天气和电网峰值确定特定的高需求天数，而不是试图分析一年中的每一天，可以最大限度地减少这种努力。由于大部分能源消耗是基于天气模式 （ 室外空气温度，云层覆盖，太阳辐射 ），天气是选择哪天评估建筑物峰值负荷的重要变量。Exhibit 5按最终用途细分的每日建筑物荷载分布示例资料来源:ComStock 国家数据集 - V1 通过 comstock. nrel. gov2 访问3GW2.8 GW2.6 GW2.4 GW2.2 GW2GW1.8 GW1.6 GW1.4 GW1.2 GW1GW800MW600MW400MW200MW0W01234567891011121314151617181920212223一天的时间 （ 以 15 分钟间隔绘制 ）电力 ： 冷却电力 ： 加热电力 ： 泵电力 ： 外部照明电力 ： 内部设备电力 ： 水系统电力 ： 风扇电力 ： 室内照明电力负荷 /8网格互动高效建筑变得容易The following are best in class practices to advance load flexibility and can be adjusted to the unique needs of each building. Managers can sustained oc