中國工程院院士江億：讓建築成為新能源電力生產者-國際節能環保網-行業資訊

隨著城鎮化進程加速，建築業規模不斷擴大。目前，我國城鄉建築麵積超過640億平方米，且尚有100億平方米以上的建築處於施工階段。與之相伴的是大量二氧化碳排放――每年，由建築運行帶來的碳排放達到20億噸以上，蓋房子還間接導致鋼鐵、水泥等製造領域排碳16億-18億噸。截至2019年，建築部門相關碳排放已占到全社會排放總量的38%左右。
在“30・60”雙碳目標下，作為僅次於工業的排放大戶，建築部門該如何減碳？帶著這一問題，記者采訪了中國工程院院士、清華大學建築節能研究中心主任江億。
電力熱力供應是碳排放主要來源
做飯炊事、燒煤取暖、使用燃氣熱水器……這些看似平常的生活小事，實際上都與碳排放密切相關。燃煤、燃氣的直接燃燒，一年帶來二氧化碳排放約6億噸。江億認為，未來通過全麵電氣化，可減少這部分化石能源用量，實現零碳不存在技術、經濟難題，真正的難題在於建築運行帶來的“間接排放”。
“2019年，我國建築運行用電量為1.89萬億千瓦時，約占全社會用電總量的1/4，其中70%左右來自燃煤、燃氣發電，因支撐建築運行所排放的二氧化碳高達11億噸。隨著全麵電氣化，其他各類燃料的直接應用均轉為電力，建築用電量將持續增加。”江億表示，若按照未來建築規模750億平方米計算，用電總量將在當前的基礎上翻倍，“這是建築領域最主要的排放來源，亦是減排難點。”
由於北方城鎮普遍采用集中供熱，熱力供應也帶來大量排放。江億指出，我國北方城鎮供暖麵積現為150億平方米，其中約40%的熱量由燃煤、燃氣鍋爐提供，熱電聯產電廠占比50%，其餘來自不同的電動熱泵。“各類鍋爐帶來的碳排放量約5.5億噸，熱電聯產和熱泵供熱，也要分攤一部分電廠排放的二氧化碳。未來，北方城鎮供暖麵積將進一步增加到200億平方米，減少熱力導致的碳排放也是重點。”
江億提出，建築領域要大幅減碳，首先需降低用能需求。在建築規模不斷擴大的基礎上，節能是實現低碳的首要條件。“必須提倡節約型生活方式，提高用電效率。美、日、韓等國都曾因需求增長，而出現建築用電瘋漲的現象，我們要提前避免。”
新增建築用電應全部來自風電光電
除了“節流”，更重要的是“開源”。江jiang億yi表biao示shi，能neng源yuan轉zhuan型xing是shi從cong以yi化hua石shi能neng源yuan為wei基ji礎chu的de碳tan基ji能neng源yuan係xi統tong，轉zhuan為wei以yi可ke再zai生sheng能neng源yuan為wei基ji礎chu的de零ling碳tan能neng源yuan係xi統tong，進jin而er帶dai動dong終zhong端duan用yong能neng方fang式shi徹che底di改gai變bian。
“建築部門要放棄一些過去曾積極推廣、依賴於化石能源的用能方式，比如煤改氣，以燃氣為主的熱電冷三聯供等。”江億認為，以水電、風電、光(guang)電(dian)及(ji)生(sheng)物(wu)質(zhi)發(fa)電(dian)作(zuo)為(wei)主(zhu)要(yao)電(dian)源(yuan)，以(yi)少(shao)量(liang)燃(ran)煤(mei)燃(ran)氣(qi)電(dian)力(li)作(zuo)為(wei)補(bu)充(chong)，同(tong)時(shi)依(yi)靠(kao)碳(tan)捕(bu)集(ji)和(he)貯(zhu)存(cun)技(ji)術(shu)回(hui)收(shou)發(fa)電(dian)排(pai)放(fang)的(de)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)，建(jian)築(zhu)行(xing)業(ye)即(ji)有(you)可(ke)能(neng)實(shi)現(xian)碳(tan)中(zhong)和(he)。
麵對日益增長的用電需求，這些零碳電力夠不夠用？從哪裏來？江億坦言，受到種種製約，核電、水電及生物質燃料發電均有發展上限，因此建築新增用電最好全部由風電、光電來提供。“風電、光(guang)電(dian)屬(shu)於(yu)低(di)密(mi)度(du)能(neng)源(yuan)，需(xu)要(yao)大(da)量(liang)安(an)裝(zhuang)空(kong)間(jian)。這(zhe)些(xie)土(tu)地(di)在(zai)西(xi)北(bei)荒(huang)漠(mo)等(deng)地(di)並(bing)不(bu)難(nan)找(zhao)，但(dan)從(cong)邊(bian)遠(yuan)地(di)區(qu)集(ji)中(zhong)長(chang)途(tu)輸(shu)電(dian)到(dao)東(dong)部(bu)負(fu)荷(he)密(mi)集(ji)區(qu)，麵(mian)臨(lin)巨(ju)大(da)調(tiao)峰(feng)難(nan)題(ti)。因(yin)此(ci)不(bu)必(bi)一(yi)味(wei)舍(she)近(jin)求(qiu)遠(yuan)，利(li)用(yong)城(cheng)鄉(xiang)建(jian)築(zhu)屋(wu)頂(ding)空(kong)間(jian)，以(yi)及(ji)其(qi)他(ta)可(ke)接(jie)受(shou)太(tai)陽(yang)輻(fu)射(she)的(de)建(jian)築(zhu)外(wai)表(biao)麵(mian)，發(fa)展(zhan)分(fen)布(bu)式(shi)光(guang)伏(fu)是(shi)很(hen)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)。”
江億給記者算了一筆賬：目前，我國城鄉建築可利用的屋頂空間約250億平方米，另有部分可利用的零星空地。農村建築層數低、各類屋頂多，風光裝機容量可達20億千瓦，年發電2.5萬億千瓦時是目前生活用電的2.5倍，可滿足農民生活、生產、交通用電。城鎮建築安裝量約4億千瓦，每年發電5000億千瓦時，約占建築用電的15%。加上東部海上風電、城市周邊風光基地等資源，城鎮建築用電也有保障。“關鍵問題是，如何讓建築有效消納這些根據天氣狀況而變化的零碳電力？”
由消費者轉為產消儲“三位一體”
江億進一步稱，基於上述減排路徑，建築功能也要相應變化――由單純的能源消費者，轉為支持大規模風光接入的貢獻者，集用能、產能、蓄能“三位一體”，從而協助消納風電、光電，解決風光的間歇性、波動性問題。
如何實現？江億提出一種“光儲直柔”新型配電係統的概念。具體包括：利用建築表麵，發展光伏發電；連接鄰近停車場的智能充電樁，並在建築內部配置部分蓄電池，形成較大蓄電能力；建築內部采用直流配電，通過直流電壓變化傳遞對負載用電的需求；變過去剛性用電方式為柔性，使建築用電與風電光電聯動。“風、光發電多即多用，並蓄存多餘電力。在發電少、不發電的情況下，則靠蓄電裝置、電動汽車的電池和負載調節維持建築運行。由此，構成一個容量巨大的分布式虛擬蓄能係統，平衡電源與需求變化。”
“未來，我國至少擁有3億輛以上電動汽車。統計顯示，同時處於行駛狀態的車輛一般不超過20%，相當於80%的車輛都在停車場內。按照目前配置，每輛車有50-70千瓦時蓄電池，這些車輛若能與充電樁連接，後者再接入鄰近建築的‘光儲直柔’係統，每天擁有200億千瓦時蓄電能力。”江億進一步論述該方式的可行性，新建“光儲直柔”建築，隻需在原有投資的基礎上增加100元/平米，加上充電樁建設、電動汽車補貼等費用，新增投資的靜態回收年限約12年，處於經濟合理範圍內。
江億認為，在2030年前，每年對5億-10億平方米建築進行“光儲直柔”改造，讓其成為帶有充電樁的柔性建築，不僅可有效解決建築本身用電變化導致的峰穀差，預計還能消納70%的新增風電、光電。“因建設改造量巨大，必須從現在開始加速，否則建築行業減排壓力更大。”

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