2020年，53%的歐洲獨立式住宅可以僅使用當地屋頂的光伏板滿足所有能源需求。近日，德國科學研究表明，到2050年，這一比例可能會增加到75%。相關研究近日發表于《焦耳》。

電網能源成本正在上升，而可再生能源技術正變得越來越便宜。為了追求能源自給自足，越來越多的家庭有興趣自己生產可再生能源。卡爾斯魯厄理工學院能源經濟學研究員Max Kleinebrahm團隊想知道在歐洲不同地區，獨立住宅建筑實現能源完全自給自足的可行性，以及這樣做能否帶來經濟效益。雖然科學家曾在歐洲大陸、國家和地區層面分析過將歐洲能源全部轉化為可再生能源的潛力，但這項研究是第一次在單個建筑層面進行分析。

為了確定合適的地區和建筑類型，研究人員編制了一個歐洲家庭數據庫，并確定了在建筑、家庭電力需求、氣候條件和當地經濟等方面代表不同地區的4000個家庭。然后，研究人員為每個有代表性的家庭設計了最佳的能源系統，在最大限度地降低成本的同時，完全滿足電力和熱能的需求。這些系統包括屋頂太陽能電池板、小型風力渦輪機、不同類型的儲能系統、熱泵等措施。

接下來，研究人員擴展了相關研究結果，以估計歐洲4100萬個獨立式住宅能源自給自足的技術和經濟可行性。總的來說，他們估計在2020年，53%的家庭就可以在技術上實現能源自給自足，到2050年，隨著可再生能源和儲能技術的發展，這一比例可能會增加到75%。然而，這期間實現完全自給自足比完全依賴電網要昂貴得多。

“我們的研究結果表明，即使在2050年，脫離電網也許不是最經濟的選擇，但如果你愿意為能源自給自足支付更多的錢，投資這類自給自足的建筑是有意義的。”論文第一作者Kleinebrahm說。

雖然完全自給自足可能在經濟上并不有利，但研究人員認為，部分自給自足——保持與電網相連，但也使用光伏系統、熱泵和隔熱等技術——可以降低家庭能源成本。不同建筑和地區的最佳自給自足程度各不相同，例如，對于德國的一座建筑，研究人員估計，在2020年自給自足率為73%，到2050年自給自足率為78%，這將是成本最優的策略。

研究人員指出，在陽光明媚的歐洲國家，如塞浦路斯、馬耳他和意大利，家庭能源自給自足的經濟潛力更大，而在北歐國家，如芬蘭、挪威和瑞典（冬季能源需求與太陽輻射之間存在很大的不匹配）的潛力最低。另外，屋頂面積較大的地區，如丹麥、斯洛文尼亞、荷蘭和法國，也有更大的自給自足潛力。在德國等并網成本高的國家，自給自足潛力同樣很大，因為保持并網的財政激勵較少。研究人員表示，政策制定者和公用事業公司應該鼓勵即便完全自給自足的家庭也保持與電網的連接。“從宏觀經濟的角度來看，讓大量家庭放棄電網，效率會更低。”Kleinebrahm說。

由于電網的運行成本是由用戶共同承擔的，因此隨著家庭選擇離開電網，電網成本也有可能進一步攀升。Kleinebrahm說：“從整個社會的角度來看，必須考慮到非常富有的家庭脫離電網的可能性，這樣一來，電網運營成本將不得不由經濟實力較弱的家庭負擔。”

下一步，研究人員計劃進一步回答能源自給自足家庭數量的增加將如何影響電力需求和電力市場的問題。

作者：馮維維 來源：中國科學報 責任編輯：jianping