太平洋西北国家实验室（PNNL）的研究人员开发了一种控制系统，可以使美国大多数家庭在管理国家电力资源方面更有能力成为合作伙伴。
该控制系统有效地将现有的家用加热和冷却装置以及热水器转换为智能电器，可以通过帮助电网协调供需的方式管理其用电。该系统可惠及约1.2亿户家庭。
“从一开始，我们的目标就是开发一种价格低廉、安装和使用简单的解决方案，并让居民负责其操作，”PNNL控制系统开发负责人Michael Brambley说。“作为帮助电网的回报，家庭必须得到奖励，例如更优惠的电价。”
什么是互联家庭？
联网家庭包含具有通信和控制功能的智能设备，这些设备能够自动响应来自电力公司的信息。例如，可连接加热和冷却系统的智能连接恒温器，以及专门配备的热水器。一些较新的家庭已经有了这些类型的电器，但大多数家庭没有。
专家们认为，互联家庭将在美国向脱碳未来能源系统的过渡中发挥关键作用，该系统较少依赖传统的不可再生能源，更多依赖清洁的太阳能和风能。
因为太阳能和风能是“可变的”鈥攖也就是说，它们的功率输出随着太阳和风的升降而起伏鈥攖电网有时必须迅速转向其他类型的发电或以避免电网不稳定和经济满足电力需求的方式管理需求。目前有助于缩小差距的发电来源一般是化石燃料发电厂，这些发电厂会增加二氧化碳排放量，并导致全球气候变化。
联网家庭可以帮助解决太阳能和风能以及电网上其他条件的变化。带有智能控制装置的家用电器，考虑到乘员的舒适性偏好，与公用事业和电网协同工作，可以快速自动地改变其电力需求，以帮助平衡变化，并最终减少进入大气的温室气体量。
这种“灵活的需求”能力，如果在数千万家庭中实现，将在清洁能源可能无法获得的时候，为电网提供更多的空间来协调供需。PNNL和其他人进行的分析表明，这种灵活性还可以降低账单支付人和公用事业公司的成本。
能源联盟政策和规划主管马克·科斯塔（MarcCosta）表示：“无论是消费者需求还是更新的建筑能源法规，联网家庭越来越普遍。”。科斯塔曾在BTO同行审查委员会任职，该委员会评估PNNL控制系统的进展。
科斯塔补充道：“由于客户正试图节省账单、更换大型家电，或者只是对与家中互动的便捷方式感兴趣，因此，这一领域迫切需要进行客观的研究。PNNL的工作对于了解消费者的潜在影响和解决方案以及我们能源系统的非集中化至关重要。”。
控制系统提供互联家庭解决方案
家庭用电量占全国三分之一以上，是实现灵活需求的巨大机遇。
Brambley说：“我们相信，在现有家庭中安装一个有效且廉价的控制系统，不仅有利于电网运行，而且有利于为家庭提供低成本能源。我们的解决方案是为数百万家庭设计的，这些家庭可以从这种方法中受益，但不喜欢或买不起智能家电。”。“我们的可改造系统应使他们能够利用新兴项目，这些项目为满足电网需求的家庭提供有益的电价和其他激励。”
PNNL与BTO合作制定控制系统的发展战略，并与两家智能技术公司合作开展该项目鈥攅cobee和转移能量鈥攁还有俄克拉荷马大学。
控制系统解决四种设备类型
研究人员重点研究了现有家庭中的四种电器鈥攅电阻炉、电阻热水器、热泵和空调。控制系统采用了一个软件平台，旨在帮助将设备连接到电网并管理其需求。
在测试中，热水器和空调的效果尤其令人满意。
电炉试验也使需求减少了25%。在电网高峰期之前，通过让控制器自动将房屋预热到比通常恒温器设置高出3度的程度，在四个小时的时间跨度内，温度可以降低近46%。
2022年，项目团队将为在有人居住的房屋中部署控制系统做好准备。Brambley说：“理想情况下，我们的结果将吸引行业合作伙伴，并产生一种可在全国范围内使用的商业产品。”。