蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的研究小組模擬了瑞士住宅建筑中光伏和熱泵 (HP) 的共同采用動(dòng)態(tài)。該研究以瑞士提契諾州為例，該州包括盧加諾和貝林佐納等城市，模擬在不同監(jiān)管情景下持續(xù)到 2050 年。
“這項(xiàng)研究提出了一個(gè)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) (SD) 模型，用于評(píng)估瑞士住宅部門(mén)光伏和供熱解決方案 (HS) 的共同采用過(guò)程。該模型考慮了這些決策的相互依賴(lài)性，因?yàn)閷?duì)光伏安裝的評(píng)估包含了對(duì) HS 的考慮，反之亦然，”學(xué)者們說(shuō)。“之所以選擇 SD，是因?yàn)樗徽J(rèn)為是一種在復(fù)雜系統(tǒng)中制定戰(zhàn)略和做出更好決策的建模方法。”
SD 將系統(tǒng)分解為不同的變量，并通過(guò)因果循環(huán)圖 (CLD) 繪制出這些變量之間的關(guān)系。總體而言，研究人員在模型中使用了三個(gè)支柱——即電價(jià)、房屋采用和光伏采用——它們都相互影響。它包括放大變化的強(qiáng)化回路 (R) 和尋求系統(tǒng)穩(wěn)定性的平衡回路 (B)。
回路 R1 和 R2 顯示了由同伴效應(yīng)驅(qū)動(dòng)的強(qiáng)化機(jī)制。“平衡回路 B1 和 B2 占能夠采用光伏或熱能的建筑物總數(shù)的固定值。強(qiáng)化回路 R3 和 R4 構(gòu)成了同一現(xiàn)象的兩個(gè)方面，描述了電力技術(shù)的普及如何影響電價(jià)，”該團(tuán)隊(duì)解釋道。
R5 和 B3 描述了光伏和熱電聯(lián)產(chǎn)在電網(wǎng)中應(yīng)用的另一個(gè)后果，這些技術(shù)的整合增加了電力需求的波動(dòng)性，并導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需要加強(qiáng)電網(wǎng)。“電網(wǎng)升級(jí)的成本導(dǎo)致終端消費(fèi)者的電價(jià)上漲，從而擴(kuò)大了光伏應(yīng)用(R5)并抵消了熱電聯(lián)產(chǎn)的采用(B3)。最后，強(qiáng)化環(huán)路 R6 代表了光伏和熱電聯(lián)產(chǎn)之間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)協(xié)同作用。與采用非電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)供暖的建筑物相比，在建筑物中安裝熱電聯(lián)產(chǎn)增強(qiáng)了安裝光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)吸引力，”學(xué)者們補(bǔ)充道。
模擬使用了三個(gè)官方數(shù)據(jù)庫(kù)：一個(gè)是關(guān)于發(fā)電廠(chǎng)的，一個(gè)是關(guān)于屋頂是否適合太陽(yáng)能發(fā)電的，最后一個(gè)是建筑物和住宅的登記冊(cè)。提契諾州的歷史數(shù)據(jù)被用來(lái)進(jìn)一步校準(zhǔn)模型的 49 個(gè)參數(shù)。總共模擬了六種監(jiān)管情景。
“基本情景”涵蓋現(xiàn)行的激勵(lì)措施和監(jiān)管框架，并納入了今年生效的新出臺(tái)的 RUEn 法規(guī)。這些規(guī)定規(guī)范了新供暖系統(tǒng)的安裝，將碳排放技術(shù)提供的能源份額限制為新建建筑的 80%，在現(xiàn)有建筑中采用供暖替代時(shí)，限制為 90%。
另一個(gè)測(cè)試場(chǎng)景是“無(wú) RUEn”，即不采取上述任何行動(dòng)的假設(shè)情況。此外，該團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了光伏安裝激勵(lì)更高的場(chǎng)景、熱泵激勵(lì)高于 RUEn 的場(chǎng)景、法規(guī)強(qiáng)制安裝更多光伏的情況，以及最后強(qiáng)制安裝更多熱泵的場(chǎng)景。
“盡管在沒(méi)有 RUEn 監(jiān)管的情況下，建筑物中 HP 的采用也會(huì)有所增加，但基本情景預(yù)計(jì) HP 的部署將顯著增加：2050 年擁有 HP 的建筑物的比例將從無(wú) RUEn 情景下的 54% 轉(zhuǎn)變?yōu)榛厩榫跋碌?68%”，科學(xué)家表示。“在所有考慮的情景中，光伏總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)會(huì)大幅增長(zhǎng)。正如預(yù)期的那樣，結(jié)果更高的兩個(gè)情景是高光伏激勵(lì)和光伏監(jiān)管，其中光伏裝機(jī)容量達(dá)到 500 MWp。”
研究團(tuán)隊(duì)在論文結(jié)論中表示：“結(jié)果表明，對(duì)當(dāng)前政策和監(jiān)管框架進(jìn)行微調(diào)可以安全地實(shí)現(xiàn)光伏部署目標(biāo)，但要徹底實(shí)現(xiàn)住宅部門(mén)脫碳，則需要進(jìn)行重大修改。”
研究結(jié)果發(fā)表在《能源戰(zhàn)略評(píng)論》上，題為《瑞士住宅建筑中光伏和熱泵共同采用動(dòng)態(tài)建模：對(duì)政策和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的影響》 。這項(xiàng)研究由瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和瑞士南部應(yīng)用科學(xué)與藝術(shù)大學(xué)的科學(xué)家進(jìn)行。
