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城市之下的能源-加拿大建築電氣化之後我們缺什麼? 作者:湯友志


[2026-09-30]
    加拿大正在經歷一場不太引人注意,卻可能影響未來幾十年能源系統的變化-建築供暖逐漸從天然氣等化石燃料轉向電力。這背後的邏輯並不複雜。加拿大建築是溫室氣體排放的重要來源,而建築直接運行排放中超過 96% 來自空間和熱水供暖。加拿大《綠色建築戰略》因此明確提出,在大部分地區,電氣化是建築脫碳最有效和經濟的路徑,其中熱泵將發揮重要作用。 
   但是,天然氣少燒了,並不意味著原來的熱能需求消失了。過去冬天給建築供暖,相當一部分能源通過天然氣管道進入城市;如果越來越多建築改用熱泵,這部分需求便逐漸轉移到電力系統。這就產生了一個新的問題:當越來越多建築用電取暖,電網準備好了嗎? 
   熱泵非常高效,因為它並不是簡單地把電變成熱,而是利用電力把環境中的熱量「搬」進建築。但是在加拿大漫長而寒冷的冬季,如果住宅、寫字樓、醫院、學校同時增加電力供暖,冬季高峰時段的電力需求仍可能大幅增加。而且建築並不是唯一新增負荷。電動車、工業電氣化以及迅速發展的AI和數據中心都在增加用電需求。 
   加拿大政府2026年的國家電力戰略預計,到2050年全國電力需求可能增加一倍;加拿大能源監管機構的不同情景分析也顯示,未來幾十年電力需求將顯著增長。這意味著加拿大當然需要建設更多發電、輸電和配電設施。這需要大量投資,更關鍵的是需要時間。 
   另外還有一個問題:我們是否一定要按照一年中用電最高的那幾個小時,建設整個龐大的電力系統?如果能夠削減峰值需求,就可能減少或者推遲一部分昂貴的發電、電網、變電站和建築電力設施擴容。於是,「儲能」的價值就出現了。而除了儲電,我們還可以「儲熱」。 
   人們談儲能,首先想到的通常是電池。但建築冬季真正需要的並不是電本身,而是熱。既然如此,為什麼一定要先把大量能源變成電,等到最寒冷、用電最緊張的時候,再用電來滿足全部供暖需求?能不能把熱本身提前儲存起來?這就是為什麼地下熱能儲存(Geostorage)越來越得到關注。 
   地下幾十米乃至數百米的岩土層溫度相對穩定。通過地下換熱井,建築可以與地下交換熱量;如果進一步採用BTES(Borehole Thermal EnergyStorage,鑽孔式地下熱能儲存),在適當的地質條件和工程設計下,還可以把地下變成一個巨大的「熱能電池」。 
   夏季建築需要製冷時產生的熱,可以部分儲存在地下;冬季需要供暖時,再把熱量取回來,通過熱泵提升溫度後供建築使用。因此可以把它簡單理解為:電網讓能源跨越空間,地下熱能儲存讓熱能跨越時間。這就不只是一個環保概念,而開始成為一個能源管理和經濟(省錢)問題。 
    加拿大自然資源部目前就在研究熱儲能與建築暖通空調(HVAC)結合,其目標之一正是把能源使用從高峰時段轉移出去,降低峰值電力需求,從而減少昂貴的電網擴容,同時提高熱泵效率和電網韌性。 
   減排、省錢和電網削峰,其實可以是同一個問題。如果一套地下熱能儲存系統設計得合理,它可能同時產生幾方面價值:1)減少天然氣使用,可以降低建築直接碳排放;2)提高熱泵運行效率,可以減少建築能源消耗;3)利用地下儲熱,可以降低冬季高峰時段的電力需求;4)減少峰值負荷,又可能降低建築電力擴容和整個電網增加容量的壓力。 
   換句話說,我們過去常常把減排、節能、電費和電網建設當成幾個不同的問題。 
   地下熱能儲存提供了一種新的思考方式:能不能通過管理「熱」,同時解決其中幾個問題?這對加拿大尤其值得研究,因為大量商業和機構建築已經存在幾十年。加拿大政府數據顯示,大約 40% 的商業和機構建築樓齡已經超過50年。真正的低碳、節能轉型,不可能只依靠建設新的綠色建築,而必須改造今天已經存在的城市。 
   當然,這也帶來了一個非常現實的挑戰:成熟城市土地昂貴、建築密集、地下停車場和各種基礎設施已經存在,如何經濟地在既有建築下面建設足夠規模的地下換熱和儲熱系統,本身就是一個重要的工程課題。因此,城市需要一種新的能源基礎設施。 
   再往前看一步,這個概念甚至不限於建築本身。AI時代的數據中心消耗大量電力,同時產生大量餘熱。今天我們主要考慮怎樣把這些熱排掉;未來也許應該多問一句:這些熱能不能成為城市的資源?如果數據中心餘熱能夠與地下儲能和區域能源系統結合,一部分熱就有可能被儲存,並在適當的時候供附近建築使用。於是,一幅新的城市能源圖景逐漸出現:建築需要熱,數據中心產生熱;區域能源讓熱跨越空間,地下儲能讓熱跨越時間。 
   加拿大走向淨零,建築電氣化是重要方向。但電氣化並不是故事的終點。真正的問題可能是:在大量增加電力供應之外,我們能否更加聰明地管理能源需求?未來城市的能源基礎設施,也許不僅包括我們看得見的電廠、電網和輸電線路。還有一部分,可能就在我們每天走過的土地下面。 
   地下熱能儲存的意義,或許就在於重新發現「城市之下的城市」。