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中國工程院院士江億:讓建筑成為新能源電力生產(chǎn)者
(時間:2021-4-7 10:22:26)
  隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速,建筑業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。目前,我國城鄉(xiāng)建筑面積超過640億平方米,且尚有100億平方米以上的建筑處于施工階段。與之相伴的是大量二氧化碳排放——每年,由建筑運(yùn)行帶來的碳排放達(dá)到20億噸以上,蓋房子還間接導(dǎo)致鋼鐵、水泥等制造領(lǐng)域排碳16億-18億噸。截至2019年,建筑部門相關(guān)碳排放已占到全社會排放總量的38%左右。 
  在“30·60”雙碳目標(biāo)下,作為僅次于工業(yè)的排放大戶,建筑部門該如何減碳?帶著這一問題,記者采訪了中國工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億。 
  電力熱力供應(yīng)是碳排放主要來源 
  做飯炊事、燒煤取暖、使用燃?xì)鉄崴鳌@些看似平常的生活小事,實(shí)際上都與碳排放密切相關(guān)。燃煤、燃?xì)獾闹苯尤紵荒陰矶趸寂欧偶s6億噸。江億認(rèn)為,未來通過全面電氣化,可減少這部分化石能源用量,實(shí)現(xiàn)零碳不存在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)難題,真正的難題在于建筑運(yùn)行帶來的“間接排放”。 
  “2019年,我國建筑運(yùn)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?xì)獍l(fā)電,因支撐建筑運(yùn)行所排放的二氧化碳高達(dá)11億噸。隨著全面電氣化,其他各類燃料的直接應(yīng)用均轉(zhuǎn)為電力,建筑用電量將持續(xù)增加。”江億表示,若按照未來建筑規(guī)模750億平方米計算,用電總量將在當(dāng)前的基礎(chǔ)上翻倍,“這是建筑領(lǐng)域最主要的排放來源,亦是減排難點(diǎn)。” 
  由于北方城鎮(zhèn)普遍采用集中供熱,熱力供應(yīng)也帶來大量排放。江億指出,我國北方城鎮(zhèn)供暖面積現(xiàn)為150億平方米,其中約40%的熱量由燃煤、燃?xì)忮仩t提供,熱電聯(lián)產(chǎn)電廠占比50%,其余來自不同的電動熱泵!案黝愬仩t帶來的碳排放量約5.5億噸,熱電聯(lián)產(chǎn)和熱泵供熱,也要分?jǐn)傄徊糠蛛姀S排放的二氧化碳。未來,北方城鎮(zhèn)供暖面積將進(jìn)一步增加到200億平方米,減少熱力導(dǎo)致的碳排放也是重點(diǎn)! 
  江億提出,建筑領(lǐng)域要大幅減碳,首先需降低用能需求。在建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大的基礎(chǔ)上,節(jié)能是實(shí)現(xiàn)低碳的首要條件!氨仨毺岢(jié)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(xiàn)建筑用電瘋漲的現(xiàn)象,我們要提前避免! 
  新增建筑用電應(yīng)全部來自風(fēng)電光電 
  除了“節(jié)流”,更重要的是“開源”。江億表示,能源轉(zhuǎn)型是從以化石能源為基礎(chǔ)的碳基能源系統(tǒng),轉(zhuǎn)為以可再生能源為基礎(chǔ)的零碳能源系統(tǒng),進(jìn)而帶動終端用能方式徹底改變。 
  “建筑部門要放棄一些過去曾積極推廣、依賴于化石能源的用能方式,比如煤改氣,以燃?xì)鉃橹鞯臒犭娎淙?lián)供等。”江億認(rèn)為,以水電、風(fēng)電、光電及生物質(zhì)發(fā)電作為主要電源,以少量燃煤燃?xì)怆娏ψ鳛檠a(bǔ)充,同時依靠碳捕集和貯存技術(shù)回收發(fā)電排放的二氧化碳,建筑行業(yè)即有可能實(shí)現(xiàn)碳中和。 
  面對日益增長的用電需求,這些零碳電力夠不夠用?從哪里來?江億坦言,受到種種制約,核電、水電及生物質(zhì)燃料發(fā)電均有發(fā)展上限,因此建筑新增用電最好全部由風(fēng)電、光電來提供。“風(fēng)電、光電屬于低密度能源,需要大量安裝空間。這些土地在西北荒漠等地并不難找,但從邊遠(yuǎn)地區(qū)集中長途輸電到東部負(fù)荷密集區(qū),面臨巨大調(diào)峰難題。因此不必一味舍近求遠(yuǎn),利用城鄉(xiāng)建筑屋頂空間,以及其他可接受太陽輻射的建筑外表面,發(fā)展分布式光伏是很好的選擇。” 
  江億給記者算了一筆賬:目前,我國城鄉(xiāng)建筑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(nóng)村建筑層數(shù)低、各類屋頂多,風(fēng)光裝機(jī)容量可達(dá)20億千瓦,年發(fā)電2.5萬億千瓦時是目前生活用電的2.5倍,可滿足農(nóng)民生活、生產(chǎn)、交通用電。城鎮(zhèn)建筑安裝量約4億千瓦,每年發(fā)電5000億千瓦時,約占建筑用電的15%。加上東部海上風(fēng)電、城市周邊風(fēng)光基地等資源,城鎮(zhèn)建筑用電也有保障!瓣P(guān)鍵問題是,如何讓建筑有效消納這些根據(jù)天氣狀況而變化的零碳電力?” 
  由消費(fèi)者轉(zhuǎn)為產(chǎn)消儲“三位一體” 
  江億進(jìn)一步稱,基于上述減排路徑,建筑功能也要相應(yīng)變化——由單純的能源消費(fèi)者,轉(zhuǎn)為支持大規(guī)模風(fēng)光接入的貢獻(xiàn)者,集用能、產(chǎn)能、蓄能“三位一體”,從而協(xié)助消納風(fēng)電、光電,解決風(fēng)光的間歇性、波動性問題。 
  如何實(shí)現(xiàn)?江億提出一種“光儲直柔”新型配電系統(tǒng)的概念。具體包括:利用建筑表面,發(fā)展光伏發(fā)電;連接鄰近停車場的智能充電樁,并在建筑內(nèi)部配置部分蓄電池,形成較大蓄電能力;建筑內(nèi)部采用直流配電,通過直流電壓變化傳遞對負(fù)載用電的需求;變過去剛性用電方式為柔性,使建筑用電與風(fēng)電光電聯(lián)動。“風(fēng)、光發(fā)電多即多用,并蓄存多余電力。在發(fā)電少、不發(fā)電的情況下,則靠蓄電裝置、電動汽車的電池和負(fù)載調(diào)節(jié)維持建筑運(yùn)行。由此,構(gòu)成一個容量巨大的分布式虛擬蓄能系統(tǒng),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(tǒng)計顯示,同時處于行駛狀態(tài)的車輛一般不超過20%,相當(dāng)于80%的車輛都在停車場內(nèi)。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,后者再接入鄰近建筑的‘光儲直柔’系統(tǒng),每天擁有200億千瓦時蓄電能力。”江億進(jìn)一步論述該方式的可行性,新建“光儲直柔”建筑,只需在原有投資的基礎(chǔ)上增加100元/平米,加上充電樁建設(shè)、電動汽車補(bǔ)貼等費(fèi)用,新增投資的靜態(tài)回收年限約12年,處于經(jīng)濟(jì)合理范圍內(nèi)。 
  江億認(rèn)為,在2030年前,每年對5億-10億平方米建筑進(jìn)行“光儲直柔”改造,讓其成為帶有充電樁的柔性建筑,不僅可有效解決建筑本身用電變化導(dǎo)致的峰谷差,預(yù)計還能消納70%的新增風(fēng)電、光電。“因建設(shè)改造量巨大,必須從現(xiàn)在開始加速,否則建筑行業(yè)減排壓力更大! 
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