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程愚：“雙碳”目標、碳中和本質上是全社會的能源轉型，用大規模可再生能源替代化石能源，以應對氣候變化、實現人類可持續發展的目標。

數據顯示，2023年中國可再生能源裝機容量占全國總裝機容量約50%，然而，同年非水可再生能源（主要是風能和太陽能）發電量目前僅占中國總電力消耗的約16%。（圖1，注：來源國家能源局等，不同統計口徑數據略有差異）煤炭為主的化石能源發電比例為61%。2023年，全球非水可再生能源占比約13%，煤炭為主的化石能源發電比例為61%，仍然占主導地位，這就是新能源存在的“消納難題”。目前化石能源發電仍然是主導地位，無論是電網還是建筑部門，都應該在提高可再生能源消納比例方面加大力度。

圖1

程愚：在現代電力系統中，供給側和需求側是兩個重要的概念，它們在技術、政策和管理上各有側重點，甚至有時相互矛盾。電力作為一種特殊的大宗商品，通過電網以接近光速傳輸至用戶。現代電網是保障電力傳輸的高技術裝備和復雜系統。在這一系統中，電網通常只負責紅線外的區域（供給側），而用戶則負責紅線內的區域（需求側）。電網需要保證高度安全，而用戶則要求便捷的用電體驗。與此同時，可再生能源的波動性往往對電網的穩定性構成挑戰，這正是供需矛盾的一個重要方面。

以現代城市能耗特點看：《World Cities Report 2024》全球城市面積僅占土地面積的3%，卻容納了56%的人口，貢獻了80%以上的GDP，并產生了超過70%的碳排放。目前中國城鎮化率超過66%，在我國東南沿海，如環渤海、長三角、粵港澳灣區等，高密度的人口和產業集聚，造成了城市這些呈“高密度能耗”的特點，同時因本地電力生產不足，需要從內陸電力調入而呈“能源輸入型城市”的特點。

新能源消納的難點主要體現在兩個方面：一是高密度城市中的光伏發電對建筑自身能耗的貢獻較低，因此大量電力仍需依賴外部電網供應；二是電網出于安全考慮，難以集中和大規模接納可再生能源。建筑部門以為用了“光”加“儲”就可解決建筑零碳能源問題，但預期和實際差異很大：

建筑光伏（含BIPV和BAPV）“裝機容量”不等于“發電量”。除了氣象因素，城市建筑朝向和遮擋也是對發電量影響較大的因素，在高密度發展（特別是高層高密度）城市中，單位土地面積上的建筑總面積較高，屋頂利用系數相較小，外墻利用可能性上升但遮擋也加強，利用率下降。曾有估算，假設光伏安裝充分情況下，容積率3.0密度城市“近零能耗”建筑場景，建筑紅線范圍內發生的能耗約55%需市電接入。

化學儲能的物質基礎受限，網絡上有視頻提到全球五年的電池產量“僅夠東京使用3天”，這一說法在理論上成立。然而，建筑儲能仍具有廣闊前景，包括熱水儲能、空調冷凍水儲能、數字化負荷儲能及建筑光伏發電資源等應用。根據國際能源署等機構的數據，建筑能耗中，照明約占10%-20%，空調占40%-60%，熱水占10%-15%，其他動力占10%-20%（見圖2）。

圖2

建筑的“荷”與“源”具有同構性，意味著建筑的能耗需求和能源供給系統在時間、空間等維度上存在一定的匹配關系，兩者相輔相成、相互協調。通過優化建筑的能源管理，可以實現建筑能效的提升，同時促進可再生能源的有效利用。

理想的方式是“以荷為儲”。通過電力需求響應（Demand Response, DR）和靈活負荷管理的方式，實現大量分布式結構、靈活調度、儲能結合的微電網。微電網能確保綠電在本地（紅線范圍內）高比例消納，同時不損害電網的安全可靠。虛擬電廠（Virtual Power Plant, VPP）技術是一種能夠在不增加額外裝機容量的情況下，通過靈活調度和協調多個微電網單元的發電和負荷，參與電力市場的價格互動，從而優化能源供需平衡的綜合應用。

針對“雙碳”愿景電力能源部門提出新型電力系統目標“安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合”框架體系。在此系統中，城市居民和產業存在大量可調控負荷，如建筑光伏、空調、電動車、熱水和儲能電池等。這些資源不再是單純的“消費者”，而是既消耗電能又可生產電能的“產消者”。因此，建筑部門需要站在新型電力系統積極參與者角度，發展“電網交互式高能效建筑”。

程愚：“電網交互式高能效建筑”（Grid-Interactive Efficient Buildings, GEB）也有翻譯為“互動型高效建筑”，作為一種新興的建筑能源管理理念，已在美國、歐洲（德國、荷蘭、英國）、加拿大、澳大利亞、日本等地得到了廣泛關注和實踐，其技術路線主要包括：

第一，建筑電氣化，取消天然氣等一次能源（這好像電動汽車）本地運營期碳排放為零，電力外購自電網，同時做到最大程度減少電耗，提升用電效率。

第二，建筑產能化，有條件盡可能安裝太陽能光伏發電，實現一定程度的可再生能源供給，并優先本地消納或儲能，抵消外購電網用電量。

第三，能管數智化（數字化、智能化）。新能源加入電力市場后，需要滿足“可測量、可報告、可審計”（MRV）等計量指標，以確保其可追溯性和透明度。同時，由于新能源的波動性和間歇性，解決“源”與“荷”之間的復雜交互問題需要依賴智能化手段。數字化技術不僅是優化能源管理、提升能源效率的基礎，也是推動碳補償與碳交易的關鍵支撐。聯合國及其相關機構在多個報告中強調，數字化、人工智能（AI）和大數據技術具有提升能源效率、減少碳排放和促進可持續發展的巨大潛力。

第四，建筑與電網柔性交互。通過智能電網與智能建筑的協同工作，優先消納可再生能源，削峰填谷，減少電網碳排放因子。“柔性”體現為電網的靈活性，新型電力系統追求的不是穩定，而是動態平衡；“交互”體現在建筑為電網賦能，在提高能源利用效率的同時，推動綠色低碳能源發展，并推動電力脫碳（Decarbonization）。

綜合起來具有高效、互聯、智能、柔性的特點。（見圖3，注：參考美國能源部資料）

圖3

程愚：這些年與國內在該領域先進的機構展開合作，對技術前景充滿期待。

比如我們和武漢大學教授合作，他們采用自主研發的“電力型智慧控制器”，給所有用電設備賦予IP地址，實現了電力物聯網、強電智能化、工業AI人工智能主動尋優，顯示出高比例節能減碳實際效果。典型案例是武漢大學智慧能管系統技術改造，通過控制器改造構建物聯網能源管控系統，提高用電安全，同比節能超50%（武漢大學后勤集團確認），在用電高峰智能柔性切換，產生相當于12兆瓦裝機容量的數字化虛擬電廠。另一個城市更新項目，通過物聯網和人工智能控制，將既有酒店能源管控系統效率提高一倍，并由于能管數字化滿足MRV標準的便利，僅運行一年就通過碳交易獲得了《組織碳中和》證書。

我們合作在安徽蚌埠某智慧制造園區，通過高效換熱技術結合AI智慧管控，對超過700間宿舍和管理用房做到了全谷電蓄熱，提供生活熱水。實現了和電網的柔性交互，客觀降低了碳排放因子，也為客戶節約了大量運行費用。（圖4）另外在上海、深圳、青海等地有些尚在前期或進行中的項目，采用先進的控制器和人工智能管理系統，按照“電網交互式高能效建筑”打造，相信在未來會有很好的效果。

圖4