2020年，53%的歐洲獨(dú)立式住宅可以僅使用當(dāng)?shù)匚蓓數(shù)墓夥�板滿足所有能源需求。近日，德國(guó)科學(xué)研究表明，到2050年，這一比例可能會(huì)增加到75%。相關(guān)研究近日發(fā)表于《焦耳》。

電網(wǎng)能源成本正在上升，而可再生能源技術(shù)正變得越來(lái)越便宜。為了追求能源自給自足，越來(lái)越多的家庭有興趣自己生產(chǎn)可再生能源。卡爾斯魯厄理工學(xué)院能源經(jīng)濟(jì)學(xué)研究員Max Kleinebrahm團(tuán)隊(duì)想知道在歐洲不同地區(qū)，獨(dú)立住宅建筑實(shí)現(xiàn)能源完全自給自足的可行性，以及這樣做能否帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。雖然科學(xué)家曾在歐洲大陸、國(guó)家和地區(qū)層面分析過將歐洲能源全部轉(zhuǎn)化為可再生能源的潛力，但這項(xiàng)研究是第一次在單個(gè)建筑層面進(jìn)行分析。

為了確定合適的地區(qū)和建筑類型，研究人員編制了一個(gè)歐洲家庭數(shù)據(jù)庫(kù)，并確定了在建筑、家庭電力需求、氣候條件和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)等方面代表不同地區(qū)的4000個(gè)家庭。然后，研究人員為每個(gè)有代表性的家庭設(shè)計(jì)了最佳的能源系統(tǒng)，在最大限度地降低成本的同時(shí)，完全滿足電力和熱能的需求。這些系統(tǒng)包括屋頂太陽(yáng)能電池板、小型風(fēng)力渦輪機(jī)、不同類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)、熱泵等措施。

接下來(lái)，研究人員擴(kuò)展了相關(guān)研究結(jié)果，以估計(jì)歐洲4100萬(wàn)個(gè)獨(dú)立式住宅能源自給自足的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。總的來(lái)說(shuō)，他們估計(jì)在2020年，53%的家庭就可以在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)能源自給自足，到2050年，隨著可再生能源和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，這一比例可能會(huì)增加到75%。然而，這期間實(shí)現(xiàn)完全自給自足比完全依賴電網(wǎng)要昂貴得多。

“我們的研究結(jié)果表明，即使在2050年，脫離電網(wǎng)也許不是最經(jīng)濟(jì)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(shuō)。

雖然完全自給自足可能在經(jīng)濟(jì)上并不有利，但研究人員認(rèn)為，部分自給自足——保持與電網(wǎng)相連，但也使用光伏系統(tǒng)、熱泵和隔熱等技術(shù)——可以降低家庭能源成本。不同建筑和地區(qū)的最佳自給自足程度各不相同，例如，對(duì)于德國(guó)的一座建筑，研究人員估計(jì)，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(yōu)的策略。

研究人員指出，在陽(yáng)光明媚的歐洲國(guó)家，如塞浦路斯、馬耳他和意大利，家庭能源自給自足的經(jīng)濟(jì)潛力更大，而在北歐國(guó)家，如芬蘭、挪威和瑞典（冬季能源需求與太陽(yáng)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(qū)，如丹麥、斯洛文尼亞、荷蘭和法國(guó)，也有更大的自給自足潛力。在德國(guó)等并網(wǎng)成本高的國(guó)家，自給自足潛力同樣很大，因?yàn)楸３植⒕W(wǎng)的財(cái)政激勵(lì)較少。研究人員表示，政策制定者和公用事業(yè)公司應(yīng)該鼓勵(lì)即便完全自給自足的家庭也保持與電網(wǎng)的連接。“從宏觀經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，讓大量家庭放棄電網(wǎng)，效率會(huì)更低。”Kleinebrahm說(shuō)。

由于電網(wǎng)的運(yùn)行成本是由用戶共同承擔(dān)的，因此隨著家庭選擇離開電網(wǎng)，電網(wǎng)成本也有可能進(jìn)一步攀升。Kleinebrahm說(shuō)：“從整個(gè)社會(huì)的角度來(lái)看，必須考慮到非常富有的家庭脫離電網(wǎng)的可能性，這樣一來(lái)，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成本將不得不由經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱的家庭負(fù)擔(dān)。”

下一步，研究人員計(jì)劃進(jìn)一步回答能源自給自足家庭數(shù)量的增加將如何影響電力需求和電力市場(chǎng)的問題。

作者：馮維維 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 責(zé)任編輯：jianping