太陽能住宅：夏日耀眼，冬日停電難熬

隨著冬季風暴和夏季熱浪對美國電網的壓力日益增大，史蒂文斯理工學院的研究人員開發出一種全新方法，無需實地考察，就能找出最易受停電影響的住宅。

此時此刻，這項研究的時機再關鍵不過。美國超過四分之一的住宅已完全使用電力，且未來五年太陽能裝置的安裝量預計將增至三倍。因此，瞭解住宅在停電時的脆弱性，對於應急規劃和公共安全至關重要。

該研究專案的負責人、史蒂文斯理工學院教授菲利普·奧東科爾表示：「我們正加速向電氣化邁進，以應對氣候變化，但我們也必須瞭解其中涉及的風險。那麼，停電時這些太陽能和全電住宅會怎樣呢？」

奧東科爾與近期畢業生、人工智慧暑期研究員安德魯·馬約維茨（2024 年工程碩士）和切坦·波普利（2024 年理學碩士）著手解答這個問題。

他們在《智慧城市與社會期刊》上發表的一項新研究中，透過利用人工智慧並分析美國能源部的建築存量資料，探索了美國電氣化住宅的未來。

研究團隊深入研究了八個州 12.9 萬戶單戶住宅的能源使用模式。他們的目標是：找出能區分全電住宅（完全依靠電力供能）和混合能源住宅（使用多種能源）的隱藏能源「特徵」。

然而，他們並未止步於此。對於已確定的混合能源住宅，研究團隊還努力精準找出哪些家電已轉為使用電力，哪些還沒有。

在處理和分析資料集後，奧東科爾的團隊發現，住宅的能源特徵不僅可以區分，還能讓人深入瞭解每戶住宅的韌性。

例如，太陽能住宅在夏季熱浪期間表現出令人印象深刻的韌性。但在冬季風暴期間，它們顯得極為脆弱；事實上，與使用混合能源的住宅相比，全電住宅在冬季停電時的脆弱性幾乎高出三倍。

奧東科爾解釋道：「想想 2021 年的德州，冬季風暴期間數百萬人停電。隨著越來越多的住宅實現全電化，我們需要為這些情況做好準備。太陽能板在夏季有用，但在冬季停電時，它們無法滿足強烈的供暖需求。」

這項研究不僅因其研究結果具有開創性，還因其在分析過程中使用的創新人工智慧方法而備受矚目。

奧東科爾的團隊開發了新型機器學習模型，僅透過住宅的能源消耗模式，就能以超過 95% 的準確率識別出單戶住宅的能源系統和脆弱性。這種新方法使公用事業公司和應急響應人員能夠精準定位整個社羣中的高危家庭，而無需進行侵入式調查或檢查。

奧東科爾指出：「到目前為止，我們實際上必須逐戶走訪才能確定住宅是否為全電住宅。現在，我們可以在保護人們隱私的同時，自動識別出最脆弱的住宅。這將改變我們應對極端天氣的方式，在最需要的時候能夠更快、更有針對性地採取行動。」

這項研究的潛在益處不僅限於賦能單個房主。隨著城市努力增強氣候韌性，這些新工具可以幫助社羣應急服務部門在停電期間優先安排應對措施。它還可以協助城市規劃者長期開發更具韌性的住房和社羣。

這一點至關重要，因為全國各地的社羣都在應對老舊電網和日益頻繁的惡劣天氣的雙重打擊。

隨著我們越來越多地轉向電氣化住宅以應對氣候變化，研究團隊的發現給我們敲響了警鐘：在冬季緊急情況下，我們需要實施保護脆弱的太陽能和全電家庭的策略。

他強調：「建設可持續城市的道路不僅僅是追求環保，還要保持韌性。在塑造城市住房的未來時，瞭解住宅的脆弱性不是一種奢侈，而是保障社羣安全的關鍵。」