清华新闻网2月27日电 在全球气候危机日益严峻的背景下，传统能源系统正面临前所未有的变革挑战。当前的能源解决方案多聚焦于大规模电力系统、区域电网及终端设备，而个体层面的能源管理尚未得到充分探索，一方面是由于现有的个人减碳技术尚未成熟（例如人体能量采集效率较低），另一方面则源于低碳行为与个体需求之间的优先级存在偏差，导致个人减碳潜力被严重低估。为突破这一瓶颈，清华大学深圳国际研究生院张璇团队提出了“人体电网”（Body Grid）概念，并研发出首套“人体电网”原型系统，构建了能量流与信息流融合的能源管理框架，旨在通过集成可穿戴设备、电路与信息网络，实现高效能源协同与个体舒适度的双重提升。

图1.“人体电网”框架

该系统以智能服饰为载体，通过柔性光伏、智能储能及可调控负载等装置，实现了个体级能量的自适应调配。团队还创新性地采用了需求导向型能量管理策略（Need-oriented,EMS），能够根据穿戴者的动态需求优化设备协同，大幅提高能效与舒适性。户外实验表明，“人体电网”不仅有效延长了设备续航时间，还能根据个性化需求及可再生能源供应灵活调整运行策略。

图2.“人体电网”原型系统和户外EMS测试

在探索“人体电网”与室内设备协同工作的机制方面，张璇团队也取得了显著成果。以室内供暖为例，通过缩小温控区域，“人体电网”在确保穿戴者舒适体验的同时显著降低了能源消耗，并能与建筑供暖设备联合优化运行，适应多变环境，保障人体安全。当室温较低时，供暖系统提供基础制热，而“人体电网”则提供局部加热，从而实现了能源分配的最优化。

图3.单人房间协作机制测试和模拟结果

团队还进一步研究了“人体电网”在多人房间（如办公环境）中的应用，并进行了建筑级别的能耗模拟。研究显示，相比仅使用空调供暖，“人体电网”的协同策略可减少61.0%的能耗，降低57.5%的电费支出。这一发现充分说明了“人体电网”在楼宇中具有显著的节能潜力，尤其是在非全负荷办公环境（如人数不饱和的楼宇中）。

图4.建筑级别能耗和电费支出模拟结果

基于全球建筑能耗模型的实验，张璇团队还发现，“人体电网”在各类气候条件下均能有效降低制冷与供暖需求，每年可节省约6611TWh电力，约占全球建筑暖通电力消耗的50%。这一发现为应对全球能源危机与碳减排提供了全新路径。若进一步提升“人体电网”的供暖或制冷设备性能（降低或升高服务阈值），其节能效果将更为突出。

图5.全球空间供暖制冷需求缩减模拟结果

在探讨“人体电网”在能源市场的应用前景时，张璇团队提出了个体能源交易、峰谷电价响应及碳补偿等激励机制，旨在鼓励用户积极参与低碳行动，同时为电网提供更多灵活负荷。这一创新成果不仅为个体能源管理提供了新的思路，也为全球能效提升与碳减排事业注入了新的活力。随着技术的不断进步和应用的不断拓展，“人体电网”有望成为未来能源系统的重要组成部分。

图6.“人体电网”在能源市场的应用前景

相关研究成果以“基于人体电网实现能效提升与碳减排”（Energy efficiency and carbon savings via a body grid）为题，于2月18日发表于《自然》（Nature）杂志旗下《通信工程》（Communications Engineering）上。

清华大学深圳国际研究生院2020级博士生许嘉禾、张璇副教授与加州大学伯克利分校丹尼尔·科曼（Daniel Kammen）教授为论文共同第一作者，清华大学/太原理工大学孙宏斌教授为论文通讯作者。论文合作者包括清华大学电机系郭庆来教授、清华大学深圳国际研究生院博士生李代猛、孙崇博、程铭、陶晟宇，以及清华大学建筑学院硕士生王嘉豪等。研究得到山西省能源互联网研究院、国家自然科学基金、美团学者项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s44172-025-00366-w