具有高成本效益的电网交互式节能建筑——美国某零碳建筑集群的脱碳潜力

具有高成本效益的电网交互式节能建筑 美国某零售建筑集群的脱碳潜力 关于落基山研究所（RMI） 落基山研究所（RMI）创立于1982年，是专业、独立的非盈利机构。我们致力于通过市场化解决方案推动全球能源系统转型，践行1.5℃温控气候目标，创造清洁、繁荣的零碳共享未来。我们在全球最重要的地区开展工作，与企业、政策制定者、社区和非政府组织一起制定并扩展能源体系的干预措施，以便在2030年前将温室气体排放量至少减少50%。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市、加州奥克兰、华盛顿特区以及印度尼西亚巴厘岛设有办事处。 作者与鸣谢 作者 分析师 Cara CarmichaelPhilip KeuhnSheldon MendoncaConnor Usry Joey CathcartMaggie HuangRaghuram Sunnam 作者姓名按姓氏首字母顺序排列。 其他贡献者 Cedar Blazek，美国能源部（DOE）Ellen Franconi，西北太平洋国家实验室（PNNL）Amy Jiron，美国能源部（DOE）Rois Langner，美国国家可再生能源实验室（NREL）Monica Neukomm，美国能源部（DOE） 联系人 Philip Keuhn，pkeuhn@rmi.orgSheldon Mendonca，smendonca@rmi.org 中文编译 王萌、王广煦，落基山研究所韩全胜，北京市建筑设计研究院有限公司刘秉祺，清大科越有限公司王者，香港科技大学 联系方式 王萌，mwang@rmi.org 版权与引用 Cara Carmichael、Philip Keuhn、Sheldon Mendonca和Connor Usry，具有高成本效益的电网交互式节能建筑：美国零售建筑改造项目的脱碳潜力，RMI，2022年，https://rmi.org/insight/decarbonization-potential-for-a-us-retail-portfolio。 落基山研究所（RMI）高度重视合作并希望通过分享知识和洞察加速能源转型。因此，我们允许相关方通过知识共享许可协议CC BY-SA 4.0参考、共享和引用我们的著作。https://creativecommons.org/ licenses/by-sa/4.0/。 除非另有说明，所有使用的图片均来自iStock.com。 目录 执行摘要................................................................................ 5 电网交互式节能建筑介绍........................................................... 7 什么是电网交互式节能建筑（GEB）？................................................................................................. 7脱碳建筑改造项目取得成功的基本要素........................................................................................... 8 零售建筑集群项目背景.............................................................. 9 建模方法........................................................................................................................................ 12 投资方案与结果..................................................................... 14 内部收益率为10%的方案............................................................................................................... 15内部收益率为6%的方案................................................................................................................. 18热泵方案........................................................................................................................................ 21 改造措施分析........................................................................ 23 在各气候区和电费类型中的可行性................................................................................................. 23需求管理策略................................................................................................................................. 24 电网交互式节能建筑对电力需求的影响...................................... 25 适用于整个零售行业的洞察...................................................... 29 总结............................................................................................................................................... 32 参考文献.............................................................................. 33 执行摘要 研究目的 本研究评估了电网交互式节能建筑（Grid-interactive Efficient Building, GEB）在美国某大型零售商的建筑节能改造项目中的潜在价值，并制定了一项能源项目投资计划，分析评估了如何最大程度地提高商店的能效、降低能源成本、减少碳排放并使其作为电网的资源。报告还提供了适用于零售门店的节能措施、可再生能源发电和电网协调策略，指出了整个零售业的机遇。 本研究通过深入评估该零售商旗下的零售门店，提出了包含一整套措施的优化投资方案并提供了推动脱碳的投资路径。我们在43个州、7个气候区、7种电价结构和各种现有条件下，选取了总共113家零售门店作为样本进行了分析，共评估了三种投资方案：内部收益率（IRR，可解释为一项投资的预期年增长率1）10%的方案，内部收益率6%的方案以及一个协同各类措施的热泵方案。这三种投资方案均以与零售商的讨论结果为基础，分别代表具有10%内部收益率的高收益投资门槛、实现GEB措施部署数量最大化且回报合理的6%内部收益率门槛以及建议安装热泵并与其他措施组合后能够达到10%内部收益率门槛的第三中间方案。 建筑碳排放占全球碳排放的39%。为了避免气候变化产生的最坏影响，我们必须在2030年之前将排放量减少一半，GEB对此将发挥至关重要的作用，主要通过减少建筑物的能耗与排放，帮助我们的电力系统变得更清洁、可靠和稳定。本研究旨在展示零售建筑如何以低成本高效益的方式发挥GEB的潜力，如何将可再生能源、负载柔性化措施和节能措施结合起来，减少峰值能耗并帮助实现一个清洁、有弹性的电网。 主要研究结果 该公司目前对其旗下零售门店的用电量和电力需求的管理良好。此次分析所选的商店是全国一些最高效的零售购物中心。根据Energy Star Portfolio Manager (ESPM)I的数据，所分析的门店平均比全国94%的零售购物中心更高效。 我们为这家零售商确定了几项具有高成本效益的策略来帮助它减少峰荷需求量、提高能效并减少其整体的碳排放。 1.在确保6%内部收益率的情况下，该零售商可以减少37%的能源成本和27%的碳排放。 •在内部收益率为10%的高收益方案中，该零售商可以减少26%的年度能源成本和19%的碳排放。•升级照明设备和安装屋顶太阳能是实现节能和提升成本效益的关键因素。•可在50%以上的门店以具有高成本效益的方式落实需求侧响应措施。这些措施有助于提高该建筑改造项目的成本效益并在现有电网的基础上进一步减少碳排放。 2.通过新的或改进后的需求管理、节能和屋顶太阳能措施，该零售商的113家门店可减少约5MW或17%的电力需求。 •峰荷需求降低的潜力因门店而异，并受到当前设备与控制方式的影响。采用电直热采暖的门店可以减少高达50%的峰值负荷。 3.在被分析的门店中，目前有17%（19家）可以通过安装热泵并结合其他节能、需求侧管理以及屋顶太阳能措施实现高成本效益。这些门店中的大多数将采用热泵替换电直热。它们可以作为积累热泵经验的试点项目。 4.为了在满足投资门槛的同时，最大限度地降低峰荷需求量、提高碳减排量，需要针对具体地点制定改造方案。目前能够通过热泵和电池储能获得可观回报的门店可以作为其他门店的试点，让后者在不久的将来获得更有吸引力的回报。 适用于整个零售行业的洞察 该零售业建筑改造项目本身是一个高效、灵活经营的典范，本报告中的碳减排结果可供其他大型零售商场借鉴。以下是向整个行业推荐的具有高成本效益的碳减排策略： •使用集中化的企业级能源管理信息系统 (Energy Management Information System, EMIS) 测量、监测和控制设备性能•采取需求侧灵活管理策略，例如分时段开启暖通空调设备以避免同时出现峰荷、在需求峰荷期之前预先调节空间温度（之后慢加速启动设备）。控制时序需要考虑到变化的成本和碳强度（至少每月调整一次）•更换为有集成式传感器套件的LED灯具•使用大小合适的屋顶太阳能模组减少用电量•在气候较暖的地区，在屋顶上安装反射阳光的白色屋顶膜•使用空气源热泵热水器•通过将电气化与可再生能源发电、节能与用电柔性措施相结合，可以使全国许多地方的高效屋顶热泵空调机组(Rooftop Units, RTUs) 发挥高成本效益。在评估能源升级方面的投资时，应考虑如何发挥出这些措施的协同作用 随着联邦和州碳政策和激励措施的变化以及技术的改进，电气化和电池储能将变得更加经济。热泵改造试点项目将为这家零售商提供用于评估电气化方案经济性的更多信息。这些零售商店的运营方应定期重新评估这些措施的成本效益。 在不同的电价和气候区落实GEB措施都能带来经济效益，并且无论建筑改造项目位于何处，都应该予以考虑。在公司持有的固定资产（这里特指公司旗下所属的零售商店）层面规划GEB升级将： •减轻行政管理负担。 •通过批量采购协议减少初始成本。 •确保资金投入到收益最大的项目。 电网交互式节能建筑介绍 什么是电网交互式节能建筑（GEB）？ 电网交互式节能建筑是一种能够连续、整合地优化能源使用以满足电网服务、用户需求以及降低成本的高效节能建筑。3