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。

“這項研究提出了一個系統(tǒng)動力學(xué) (SD) 模型，用于評估瑞士住宅部門光伏和供熱解決方案 (HS) 的共同采用過程。該模型考慮了這些決策的相互依賴性，因為對光伏安裝的評估包含了對 HS 的考慮，反之亦然，”學(xué)者們說。“之所以選擇 SD，是因為它被認為是一種在復(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，并通過因果循環(huán)圖 (CLD) 繪制出這些變量之間的關(guān)系?？傮w而言，研究人員在模型中使用了三個支柱——即電價、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)動的強化機制。“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。強化回路 R3 和 R4 構(gòu)成了同一現(xiàn)象的兩個方面，描述了電力技術(shù)的普及如何影響電價，”該團隊解釋道。

R5 和 B3 描述了光伏和熱電聯(lián)產(chǎn)在電網(wǎng)中應(yīng)用的另一個后果，這些技術(shù)的整合增加了電力需求的波動性，并導(dǎo)致電網(wǎng)運營商需要加強電網(wǎng)。“電網(wǎng)升級的成本導(dǎo)致終端消費者的電價上漲，從而擴大了光伏應(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)濟協(xié)同作用。與采用非電力驅(qū)動技術(shù)供暖的建筑物相比，在建筑物中安裝熱電聯(lián)產(chǎn)增強了安裝光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟吸引力，”學(xué)者們補充道。

模擬使用了三個官方數(shù)據(jù)庫：一個是關(guān)于發(fā)電廠的，一個是關(guān)于屋頂是否適合太陽能發(fā)電的，最后一個是建筑物和住宅的登記冊。提契諾州的歷史數(shù)據(jù)被用來進一步校準(zhǔn)模型的 49 個參數(shù)。總共模擬了六種監(jiān)管情景。

“基本情景”涵蓋現(xiàn)行的激勵措施和監(jiān)管框架，并納入了今年生效的新出臺的 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，限制為 90%。

另一個測試場景是“無 RUEn”，即不采取上述任何行動的假設(shè)情況。此外，該團隊還測試了光伏安裝激勵更高的場景、熱泵激勵高于 RUEn 的場景、法規(guī)強制安裝更多光伏的情況，以及最后強制安裝更多熱泵的場景。

“盡管在沒有 RUEn 監(jiān)管的情況下，建筑物中 HP 的采用也會有所增加，但基本情景預(yù)計 HP 的部署將顯著增加：2050 年擁有 HP 的建筑物的比例將從無 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，光伏總裝機容量預(yù)計會大幅增長。正如預(yù)期的那樣，結(jié)果更高的兩個情景是高光伏激勵和光伏監(jiān)管，其中光伏裝機容量達到 500 MWp。”

研究團隊在論文結(jié)論中表示：“結(jié)果表明，對當(dāng)前政策和監(jiān)管框架進行微調(diào)可以安全地實現(xiàn)光伏部署目標(biāo)，但要徹底實現(xiàn)住宅部門脫碳，則需要進行重大修改。”

研究結(jié)果發(fā)表在《能源戰(zhàn)略評論》上，題為《瑞士住宅建筑中光伏和熱泵共同采用動態(tài)建模：對政策和可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的影響》 。這項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)家進行。