更智慧的電網

我們的能源網目的在向一個方向發展 —— 向外。它很大，很複雜，而且幾乎總是可靠的。優化其氣候性能，意味著管理其複雜性，並為創新騰出空間，允許社區採用本地化脫碳策略。電網需要更智慧。

自上而下與自下而上

對於美國大部分地區，國家電網已經重組，將發電（發電公司或 gencos）和輸電（輸電系統營運商或 TSO）分開。一般來說，我們的國家電網是自上而下、單向運行的。結合當地可再生能源策略的雙向電網 —— 即允許客戶將多餘電力回饋回電網，分配給需要的客戶的電網 —— 可以透過允許創新的發電和在地方一級共享。更智慧的社區規模解決方案，可以減少溫室氣體排放，並提高復原力。

當地社區解決方案和創新

電力沿著連接到社區規模變電站的區域高壓電力線傳輸。這些調節本地電力線的電壓，再次對你在附近看到的柱式變壓器進行電壓調整。然後電源透過你的儀表，從本地系統斷開。如果你可以在電錶後面管理你的電力使用和供應，而從電網中獲取很少或不獲取能源會怎樣？或者，如果你甚至可以將電力送回電網，或許可以提供屋頂太陽能電池板產生的系統剩餘電力？

如果社區規模的變電站服務的足夠多的客戶也能做到這一點，避免從區域電網汲取能源的需要呢？像這樣的本地系統稱為微電網。它有可靠的能源需求和供應。

彈性微電網

微電網和雙向系統可以連接到區域電網，作為備用甚至補充電源。這種發電和配電的多樣化方法，可以增加電網的冗餘和模組化，使其對天氣或其他干擾更具彈性。它也更加複雜，需要一種與當地社區和客戶合作管理電網的新方法。

區塊鏈分類賬和管理複雜性

區塊鏈是一種以數位方式追踪複雜交易集的方法。它可以為微電網內的合作夥伴，和客戶生成一個記錄能源使用和供應的分類賬。區塊鏈是安全的，因為每個人都擁有最新版本的賬本。這種管理區域規模能源開發的方法融合了微電網和區塊鏈技術，使社區能夠自由地尋求氣候友好型解決方案。

更智慧的汽車

到 2025 年，我們將推動什麼將反映能源、技術的融合，以及我們如何定義交通服務汽車製造商加大了研發力度，並將第一代智慧電動汽車 (EV) 推向市場；科技公司正在探索如何將他們的產品整合到汽車中；汽車共享平台正在探索對個人交通的重新定義。

運輸技術和燃料的轉變

城市正在與能源公司、大學和汽車製造商合作，以實現車隊及其配套能源基礎設施的現代化。從以石油為燃料的內燃機，到以可再生能源為動力的電動汽車的轉變，將是實現減少溫室氣體排放目標的關鍵。例如，休斯頓 89% 的道路排放來自家用車輛。該市的氣候行動計劃強調汽車和小型卡車的技術和燃料轉型，以實現到 2050 年將溫室氣體排放量，減少到比 2014 年水準低 70% 的總體目標。排放績效的差距，目的在透過額外的可再生能源來彌補能源供應（見圖）。

休斯頓氣候行動計劃道路交通目標

資料來源：B. Race，休斯頓大學可持續性與復原力中心
 B. 休斯頓大學種族

休斯頓市及其合作夥伴正在變得積極主動。他們已經形成了一種合作方式，來開發區域電動汽車 (EV) 基礎設施，以支持不斷成長的需求，並實現環境目標。EVolve Houston 是該市、CenterPoint Energy、休斯頓大學，和其他機構之間的合作夥伴關係，其目標是到 2030 年電動汽車佔車隊的 30%。

智慧城市將提供連接電網、建築物和汽車的交互設備系統。汽車將變得更加智慧、自動化，燃油效率將提高八倍。想像一下，乘坐你擁有或共享的汽車作為交通服務回家，到達等待你的建築物。

更節能的智慧建築

在全球，建築物產生了 40% 的溫室氣體排放。到 2040 年，建築存量將增加 60%，但需要減少 40% 的能源消耗，才能實現全球溫室氣體減排目標，這將需要建築設計的創新、對能源性能的高期望，以及向居住者學習的建築。

被動策略是最聰明的

筆者在休斯頓大學杰拉爾德·D·海因斯建築與設計學院的學生，正在學習設計能夠響應和改善自然和建築環境的建築。他們正在了解到，最智慧的建築是那些目的在應對陽光和盛行微風的建築。他們從強大的被動策略開始，並透過主動設計和技術解決方案來增強它們。

規範和建築性能

今天的學生將成為創新者，因為建築和能源法規將要求他們成為。在美國，各州正在使用各種版本的國際建築規範(IBC) 和國際節能規範（國際電工委員會）。該規範系統每六年將建築物的能源使用量減少 30%。到 2030 年，這些規範將要求新建築透過減少能源需求、利用現場可再生能源抵消剩餘能源需求，以及將可再生能源產生的電網能源納入淨零能耗。從 2018 年開始，IBC 和 IECC 允許兩條軌道：一條是說明建築組件性能的傳統規範軌道，另一條是基於性能的軌道，透過能源模型模擬衡量設計創新。使用新規範進行深度改造的現有建築，也可以大大提高其能源性能和舒適度。

向我們學習的建築

物聯網將連接我們的工作場所、家庭、電網和汽車，使它們能夠預測我們的能源使用，並獎勵良好行為，即減少能源使用的行為。早期採用者已經購買了物聯網產品和服務，以提高熱舒適性、能源效率、安全性和環境（火災、洪水和空氣品質）監測。如果你只需住在家裡，就可以對這些智慧服務進行編程怎麼辦？如果你的工作場所和家庭向你學習會怎樣？

在不久的將來，這些聯網服務將結合使用感測器、人工智慧和機器學習，來預測和改善你的使用者體驗。此外，他們將獎勵良好行為，從而減少峰值能源使用並節約資源，同時降低能源成本。

智慧低碳城市 —— 未來的巨大變化

努力減少氣候影響的城市將面臨重大變化。這些城市的領導者需要思考，城市應該如何，以及在哪裡發展、公平的生活品質，以及技術可以改善城市社會和環境績效的方式。物聯網正在成為資訊共享和優化的關鍵模式，它可以使城市更安全、更舒適，同時減少對環境的影響。我們還必須記住，一個空間緊湊、社會性、刺激性和步行性的城市是一個天然的低碳城市。添加智慧技術可以使城市變得更好。

Bruce Race ,  FAIA, FAICP, Ph.D 加入了 Gerald D. Hines 建築與設計學院，成立了永續發展與彈性中心 (CeSAR)。他教授 ARCH 5500–QUAD ZERO Studio（淨零能源、溫室氣體、廢物和水）和環境分析研討會。Race博士的研究重點是低碳城市的發展。他是 RACESTUDIO 的負責人和創始人，負責項目規劃、設計和交付的各個方面。自 1994 年在加州伯克利創立 RACESTUDIO 以來，他的客戶項目已獲得 33 項設計和規劃獎項，其中包括美國建築師協會、美國規劃協會、環境保護署和大學規劃協會頒發的國家獎項。長遠發展計劃 加州大學默塞德分校於 2013 年獲得加州建築基金會頒發的 2012 年 AIA COTE 十大綠色項目獎 和 Owings 環境卓越獎。最近，埃斯蒂斯市中心公園計劃獲得了 2018 年 APA Colorado 獎，以表彰其彈性規劃。

UH Energy 是休斯頓大學的能源教育、研究和技術孵化中心，致力於塑造能源未來並在能源行業打造新的商業方法。