2020年，53%的歐洲獨立式住宅可以僅使用當?shù)匚蓓數(shù)墓夥�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(fā)表于《焦耳》。

電網(wǎng)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(chǎn)可再生能源。卡爾斯魯厄理工學院能源經(jīng)濟學研究員Max Kleinebrahm團隊想知道在歐洲不同地區(qū)，獨立住宅建筑實現(xiàn)能源完全自給自足的可行性，以及這樣做能否帶來經(jīng)濟效益。雖然科學家曾在歐洲大陸、國家和地區(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(qū)和建筑類型，研究人員編制了一個歐洲家庭數(shù)據(jù)庫，并確定了在建筑、家庭電力需求、氣候條件和當?shù)亟?jīng)濟等方面代表不同地區(qū)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(tǒng)，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(tǒng)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(tǒng)、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(jīng)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(xiàn)能源自給自足，到2050年，隨著可再生能源和儲能技術的發(fā)展，這一比例可能會增加到75%。然而，這期間實現(xiàn)完全自給自足比完全依賴電網(wǎng)要昂貴得多。

“我們的研究結果表明，即使在2050年，脫離電網(wǎng)也許不是最經(jīng)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(jīng)濟上并不有利，但研究人員認為，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——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(yōu)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(jīng)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(qū)，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(wǎng)成本高的國家，自給自足潛力同樣很大，因為保持并網(wǎng)的財政激勵較少。研究人員表示，政策制定者和公用事業(yè)公司應該鼓勵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)濟的角度來看，讓大量家庭放棄電網(wǎng)，效率會更低。”Kleinebrahm說。

由于電網(wǎng)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(wǎng)，電網(wǎng)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(wǎng)的可能性，這樣一來，電網(wǎng)運營成本將不得不由經(jīng)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(shù)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