荷兰办公建筑群能源社区价值评估与设计优化：基于仿真模拟的多目标决策方法

为应对可再生能源并网挑战，本研究针对荷兰Bunnik办公建筑群开展LEC(局部能源社区)优化设计。通过MILP(混合整数线性规划)模型评估252种设计组合，发现采用热泵替代燃气锅炉、2800kWh社区电池及双倍屋顶面积光伏系统可实现运营成本降低66%、CO2减排60%，ROI达41%。研究为多利益相关方协同决策提供量化工具，推动社区级能源系统转型。

　　

在全球气候变暖与能源转型背景下，如何有效整合分布式可再生能源成为关键挑战。荷兰作为欧洲能源转型先锋，其办公建筑群面临可再生能源间歇性、供需不匹配及电网稳定性等问题。传统单体建筑优化难以实现规模效益，而局部能源社区(Local Energy Communities, LEC)通过共享能源资产可提升系统灵活性，但缺乏量化评估方法与多利益相关方协同决策框架。

针对这一科学问题，Farzaneh Mousavi Motlagh团队在《Sustainable Cities and Society》发表研究，以荷兰Bunnik地区7栋办公建筑为案例，开发了五步法仿真优化框架。研究整合建筑能耗模型、光伏发电预测和电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)调度策略，采用混合整数线性规划(Mixed-Integer Linear Programming, MILP)进行多目标优化，评估252种设计组合在技术-经济-环境维度的表现。

关键技术方法包括：1)基于Modelica建立4种复杂度不同的RC(热阻-热容)建筑模型，通过遗传算法校准；2)利用PVlib库模拟不同规模光伏系统；3)开发基于规则的BESS控制策略与考虑峰谷电价、CO₂排放因子的MILP优化策略；4)构建包含变压器容量(630kW)和电缆限制(90kW)的电网约束模型。

研究结果揭示：

1. 1.

   建筑模型校准：采用11个热阻和3个热容的RC模型，校准后月均CVRMSE为15%，满足ASHRAE标准。热泵结合RO1级改造可使年供暖能耗降低58-61%。

2. 2.

   设计优化比较：最优配置为热泵+2800kWh社区电池+双倍屋顶光伏，相比基准方案实现OpCost降低66%、OpCO₂减排60%，但需注意x3光伏方案因ROI<30%被淘汰。

3. 3.

   控制策略对比：固定SoC_last=40%的优化策略表现最佳，较规则控制可额外降低8% OpCost，但会因PV限幅使自给率(SS)下降5-10%。

4. 4.

   社区级vs单体优化：LEC配置可减少变压器峰值违规100%，但电缆峰值违规增加70%，凸显基础设施升级必要性。

讨论部分指出三个关键发现：首先，社区电池虽能协调变压器级功率交换，但受限于电缆容量，需配套电网升级；其次，建筑能耗相似性导致负荷重合度高，建议未来研究纳入多样化用能主体；最后，固定SoC策略虽保障系统鲁棒性，但可能牺牲部分经济性，动态SoC目标或是优化方向。

该研究创新性地将MILP优化与多利益相关方KPI(关键绩效指标)结合，为荷兰办公类LEC提供可复用的设计方法论。成果不仅验证了LEC在成本节约(8%)和碳减排(7%)方面的优势，更揭示了当前配电网约束对能源共享的限制，为政策制定者规划基础设施投资提供量化依据。未来工作可拓展至混合功能社区，并纳入电池退化模型提升全生命周期评估精度。