Eftersom byggnader förbrukar 75 % av elen i USA erbjuder de stor potential för att spara energi och minska kraven på vårt snabbt föränderliga elnät. Men hur mycket, var och genom vilka strategier skulle bättre hantering av byggnaders energianvändning faktiskt kunna påverka elsystemet?

En omfattande ny studie ledd av forskare från Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) svarar på dessa frågor, och kvantifierar vad som kan göras för att göra byggnader mer energieffektiva och flexibla i detaljer med både tid (inklusive tid på dagen och året) ) och rymd (om man tittar på regioner över hela USA). Forskargruppen, som också inkluderade forskare från National Renewable Energy Laboratory (NREL), fann att maximering av användningen av byggnadsefterfrågehanteringsteknik kunde undvika behovet av upp till en tredjedel av kol- eller gaseldad kraftproduktion och skulle innebära att minst hälften av alla sådana kraftverk som förväntas tas online mellan nu och 2050 inte skulle behöva byggas.

Deras resultat publicerades nyligen i tidskriften Joule .

"En viktig anledning till att vi inte hör mer om våra byggnaders roll som en betydande resurs för omställningen av ren energi är för att det har varit utmanande att kvantifiera den resursen i stor skala - och utan hårda siffror i skala är det svårt för beslutsfattare eller nätoperatörer att planera runt det, säger Berkeley Lab-forskaren Jared Langevin, huvudförfattare till studien. "Vår övergripande övertygelse här var att att ta fram den här typen av uppskattningar som gör rollen för dessa byggnadstekniker på efterfrågesidan mer konkret kommer att bidra till att säkerställa att vi gör mer för att uppmuntra utbyggnaden av dessa tekniker vid sidan av utbyggnaden av förnybar produktion och batterier."

"Vi är glada över att samarbeta med Berkeley Lab om dessa forskningsrön, som betonar effekten av vår nations byggnader för att uppnå ett koldioxidfritt energisystem", säger Achilles Karagiozis, chef för NRELs Building Technologies and Science Center.

Den så kallade efterfrågesidan av el är el som används i bostäder och arbetsplatser, till exempel för luftkonditionering, vattenuppvärmning och för att driva lampor och apparater. Forskarna närmade sig denna elanvändning från byggnader som en nätresurs; genom att öka effektiviteten och flexibiliteten i byggnaders elanvändning, till exempel genom att använda utrustning med högre prestanda och ändra tiden när dess användning äger rum, fann de att denna resurs var betydande och undviker upp till 742 terawattimmar (TWh) årligen elanvändning och 181 gigawatt (GW) daglig nettotopplast 2030, stigande till 800 TWh och 208 GW 2050. (Total amerikansk elförbrukning 2020 var cirka 3 800 TWh.)

Forskarna fann att de mest effektiva åtgärderna för bostadshus var förkonditionering (där bostäder är förkylda för att minska användningen av luftkonditionering vid rusningstid) och användning av värmepumpsvattenberedare; För kommersiella byggnader var plug load management, där programvara används för att hantera elanvändningen av datorer och andra elektroniska enheter i en byggnad, mest påverkande.

"Våra första uppskattningar tyder på tiotals miljarder dollar i årliga kostnadsbesparingspotential för nätoperatörer - för att inte tala om de potentiella energikostnadsbesparingarna för familjer och företag", säger Karagiozis. "Byggnader är också en betydande källa till flexibilitet för nätoperatörer, främst när det gäller att sänka efterfrågan på el under tider då den normalt skulle vara på topp, till exempel under riktigt varma sommardagar när de flesta luftkonditioneringsapparater är igång."

Genom att minska denna toppefterfrågan, sa Langevin att verktyg kan ha lägre behov av batteriteknik eftersom de använder mer förnybar energi. "Den flexibla resursen vi hittade är faktiskt jämförbar med avancerade prognoser av batteriutbyggnadsbehov under högre utbyggnad av förnybar energi," sade han.

De regioner där byggnader visade sig erbjuda den största nätresursen var i Texas och sydöstra USA, samt de stora sjöarna och regionerna i mitten av Atlanten. "Det här är områden med hög befolkning, starka behov av utrymmeskonditionering och massor av elektrisk utrustning redan installerad," sa Langevin. "Denna information i regional skala är verkligen viktig för att utveckla konkreta policyer för att förverkliga resursen som vi rapporterar."

Strategier för att fånga den potentiella byggnadsnätresurs som studien identifierar är redan under utveckling. Nyligen släppte DOE till exempel en nationell färdplan för Grid-Interactive Efficient Buildings, som bygger på studiens resultat och ger konkreta rekommendationer för hur man kan tredubbla effektiviteten och flexibiliteten i byggnadssektorn till 2030.

"Fortsatta ansträngningar längs dessa linjer kommer att vara avgörande för att etablera en nyckelroll för byggnadssektorn i den framtida utvecklingen av det amerikanska elsystemet", säger Langevin. "Våra resultat är uppmuntrande, men nu måste vi hitta sätt att snabbt omsätta denna resurs i praktiken."