范麗佳Fan Lijia

（1中國(guó)建筑第四工程局有限公司，廣東廣州 510000；2中國(guó)建筑第四工程局有限公司工程技術(shù)研究院，廣東廣州 510000）

1 “碳達(dá)峰、碳中和”國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)定義，碳達(dá)峰是指全球、國(guó)家、城市、企業(yè)等不同主體碳排放由升轉(zhuǎn)降的過(guò)程，碳達(dá)峰最高點(diǎn)即碳峰值。碳中和是指全球、國(guó)家、城市、企業(yè)等不同主體的碳零排放，主要通過(guò)產(chǎn)業(yè)調(diào)整、節(jié)能減排、植樹(shù)造林、碳捕集與封存技術(shù)等方式，實(shí)現(xiàn)碳排放、碳吸收平衡。

氣候變化是人類面臨的重大全球性挑戰(zhàn)，積極應(yīng)對(duì)氣候變化是當(dāng)今世界大勢(shì)所趨，越來(lái)越多的國(guó)家通過(guò)碳中和等氣候行動(dòng)加大減碳力度，并制定針對(duì)碳達(dá)峰與碳中和的目標(biāo)。

如表1所示，根據(jù)世界資源研究所統(tǒng)計(jì)，目前全球已有54個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，占全球主權(quán)國(guó)家的27.7%。1990年、2000年、2010年、2020年碳達(dá)峰國(guó)家數(shù)量分別為19個(gè)、33個(gè)、49個(gè)、54個(gè)，包括幾乎所有發(fā)達(dá)國(guó)家、大部分東歐及蘇聯(lián)國(guó)家。哥斯達(dá)黎加作為唯一發(fā)展中國(guó)家，2007年已實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。

表1 全球已碳達(dá)峰國(guó)家統(tǒng)計(jì)表

另外，根據(jù)英國(guó)能源與氣候智能小組統(tǒng)計(jì)，目前126個(gè)國(guó)家分別以立法、法律提案、政策文件等形式提及碳中和目標(biāo)。如表2所示，大多數(shù)國(guó)家碳中和目標(biāo)以2050年為時(shí)限，少數(shù)國(guó)家把目標(biāo)提前至2035—2045年，我國(guó)是唯一提出2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的國(guó)家。其中，歐盟委員會(huì)制定《歐洲氣候法》，確保歐洲到2050年成為首個(gè)“氣候中性”大陸。美國(guó)承諾，到2035年，通過(guò)向可再生能源過(guò)渡實(shí)現(xiàn)無(wú)碳發(fā)電，到2050年，讓美國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和。2020年9月22日，我國(guó)國(guó)家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上宣布：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！?/p>

表2 全球部分國(guó)家碳中和目標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

我國(guó)產(chǎn)業(yè)體系龐大，是全球唯一擁有聯(lián)合國(guó)產(chǎn)業(yè)分類中所有工業(yè)門(mén)類國(guó)家。我國(guó)提出的“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”，從達(dá)峰到中和時(shí)限僅30年，遠(yuǎn)低于美國(guó)（43年）、歐盟（60年）。國(guó)家主席習(xí)近平在北京同法國(guó)總統(tǒng)馬克龍、德國(guó)總理默克爾舉行中法德領(lǐng)導(dǎo)人視頻峰會(huì)時(shí)指出，“中國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，將完成全球最高碳排放強(qiáng)度降幅，用全球歷史上最短的時(shí)間實(shí)現(xiàn)從碳達(dá)峰到碳中和”。根據(jù)清華大學(xué)氣候變化和可持續(xù)發(fā)展研究院統(tǒng)計(jì)，2019年，我國(guó)二氧化碳排放量98.3億噸，占全球二氧化碳排放量的28.8%，中國(guó)二氧化碳排放量連續(xù)15年位居全球首位，是排量第二國(guó)家——美國(guó)的1.98倍。其中，能源、交通、工業(yè)和建筑是碳排放的大戶。

2 中國(guó)建筑業(yè)碳排放現(xiàn)狀及碳中和路徑

我國(guó)是全球最大二氧化碳排放國(guó)，建筑業(yè)是我國(guó)二氧化碳排放大戶。中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)在2020年按照建筑生產(chǎn)、施工、運(yùn)行、拆除全生命周期四個(gè)階段統(tǒng)計(jì)了2018年中國(guó)建筑的建筑能耗和碳排放（其中，施工能耗包括施工和拆除兩個(gè)階段的能耗），發(fā)布了《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告（2020）》。

根據(jù)中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)建筑能耗研究報(bào)告（2020）》，2018年全國(guó)建筑全過(guò)程能耗總量為21.47億tce，占全國(guó)能源消費(fèi)總量比重為46.5%。其中，建材生產(chǎn)階段、施工階段、運(yùn)行階段能耗占全國(guó)能耗的比例分別為23.8%、1.0%、21.7%。另外，2018年，我國(guó)建筑全過(guò)程碳排放總量49.3億噸，占全國(guó)碳排放的比例為51.3%，其中，建材生產(chǎn)階段、施工階段、運(yùn)行階段碳排放占全國(guó)碳排放的比例分別為28.3%、1.0%和22.0%。

建材生產(chǎn)階段碳中和的途徑為調(diào)整建材生產(chǎn)耗能結(jié)構(gòu)，推進(jìn)建筑材料創(chuàng)新，大力發(fā)展環(huán)保型墻材、工業(yè)廢渣混凝土、高性能混凝土技術(shù)、建筑垃圾回收利用、固碳材料。建材運(yùn)輸階段碳中和的途徑為施工運(yùn)輸車輛電動(dòng)化，集采平臺(tái)碳計(jì)量。建筑施工階段碳中和的途徑是發(fā)展裝配式建筑、智能建造、建筑工業(yè)化、智能建造、綠色建造、高效施工裝備、新能源施工設(shè)備。建筑運(yùn)行階段碳中和的途徑是發(fā)展建筑終端電氣化、直流建筑、柔性建筑、超低能耗建筑、被動(dòng)式建筑、太陽(yáng)能建筑、既有建筑節(jié)能改造。建筑拆除階段碳中和的途徑是以技術(shù)驅(qū)動(dòng)建筑廢料全生命周期內(nèi)循環(huán)發(fā)展，大力推廣建筑垃圾資源化及高效拆除施工裝備。

碳中和目標(biāo)下，建筑電氣化成為必然趨勢(shì)。其中，“光儲(chǔ)直柔”新型能源系統(tǒng)是建筑運(yùn)行階段實(shí)現(xiàn)2060碳中和的一個(gè)可能的路徑，也是目前建筑節(jié)能領(lǐng)域討論較多的一個(gè)新方向，本文著重對(duì)“光儲(chǔ)直柔”碳中和路徑進(jìn)行介紹和探討。

3 光儲(chǔ)直柔新能能源系統(tǒng)

盡管我國(guó)從上世紀(jì)八十年代即開(kāi)始大力推行建筑節(jié)能工作，但建筑運(yùn)行階段的能耗及碳排放仍是中國(guó)建筑能耗及碳排放的重要組成部分。在低碳發(fā)展的背景下，為適應(yīng)高比例的可再生能源結(jié)構(gòu)，建筑電氣化已經(jīng)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。

3.1 光儲(chǔ)直柔新能能源系統(tǒng)的組成

為實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，建筑電氣化用電最好都來(lái)自于零碳電力。零碳電力主要包括水電、核電、風(fēng)電、光電，其中，受各種自然環(huán)境條件的約束，水電和核電具有發(fā)展上限，風(fēng)電及光電具有可長(zhǎng)久持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，可以很好地滿足建筑應(yīng)用，所以風(fēng)電和光電是建筑用零碳電力的較好選擇。近年來(lái)，隨著光伏發(fā)電裝置的廣泛應(yīng)用，在建筑當(dāng)中實(shí)現(xiàn)“光伏發(fā)電、儲(chǔ)能蓄電、直流供電、柔性用電”成為可能?！肮鈨?chǔ)直柔”新型能源系統(tǒng)是建筑運(yùn)行階段實(shí)現(xiàn)2060碳中和目標(biāo)的一個(gè)重要路徑，同時(shí)，該系統(tǒng)也可助力建筑成為靈活消納可再生能源電力的重要組成部分。“光儲(chǔ)直柔”新型能源系統(tǒng)中，“光”是充分利用建筑表面發(fā)展光伏發(fā)電；“儲(chǔ)”就是蓄電池，包括電動(dòng)汽車內(nèi)的蓄電池和建筑內(nèi)部的蓄電池，為建筑形成比較大的蓄電能力，來(lái)解決移峰調(diào)節(jié)問(wèn)題；“直”是指建筑內(nèi)部的直流配電系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)直流電壓的控制，調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部用電設(shè)備的用電功率，從而實(shí)現(xiàn)“柔”；“柔”是柔性用電，使建筑用電成為彈性負(fù)載，電網(wǎng)取電曲線和建筑用電曲線解耦，讓建筑用電不再是剛性負(fù)載。建筑取電量隨外網(wǎng)風(fēng)電光電情況變化，建筑用電負(fù)荷和外網(wǎng)發(fā)電量的差值依靠建筑內(nèi)及電動(dòng)汽車蓄電裝置和直流負(fù)載調(diào)節(jié)維持建筑的運(yùn)行，即做到需求側(cè)響應(yīng)，從而具備與城市電網(wǎng)互動(dòng)的能力，并有效消納外來(lái)的風(fēng)電光電[3]。

3.2 光儲(chǔ)直柔新能能源系統(tǒng)的運(yùn)行原理

“光儲(chǔ)直柔”新型能源系統(tǒng)的運(yùn)行原理如圖1所示。首先，需在某建筑群附近或百公里范圍內(nèi)設(shè)置風(fēng)光電基地。然后，每晚各“光儲(chǔ)直柔”建筑將第二天的用電總量和用電變化曲線報(bào)告給光電風(fēng)電基地的控制中心。接下來(lái)，控制中心根據(jù)氣象預(yù)報(bào)得到風(fēng)光電發(fā)電曲線。最后，控制中心根據(jù)各建筑申報(bào)的用電曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，給出各建筑次日的實(shí)際取電曲線，該曲線使各建筑的蓄能調(diào)節(jié)量最小。這樣，各建筑的瞬時(shí)用電總量均等于風(fēng)電光電的瞬時(shí)發(fā)電總量，當(dāng)沒(méi)有風(fēng)電光電供應(yīng)時(shí)，各“光儲(chǔ)直柔”建筑不從電網(wǎng)取電，而僅依靠建筑儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行。盡管“光儲(chǔ)直柔”建筑形式上依然利用電網(wǎng)，而電網(wǎng)的電力也不完全來(lái)自于零碳電力，但是，建筑用電的變化都嚴(yán)格按照實(shí)際風(fēng)光電的變化而變化，所以“光儲(chǔ)直柔”建筑的運(yùn)行能源均來(lái)自于風(fēng)電和光電零碳電力?？梢?jiàn)，“光儲(chǔ)直柔”新型能源系統(tǒng)既可解決風(fēng)電光電消納的問(wèn)題，也可以解決建筑零碳運(yùn)行的問(wèn)題[4]。

圖1 光儲(chǔ)直柔能源系統(tǒng)原理圖

3.3 光儲(chǔ)直柔新能能源系統(tǒng)的示范項(xiàng)目

《中國(guó)“光儲(chǔ)直柔”建筑研究項(xiàng)目》是由能源基金會(huì)支持的國(guó)際合作智庫(kù)性質(zhì)研究項(xiàng)目，于2021年3月啟動(dòng)，為期1年。項(xiàng)目定位于對(duì)中國(guó)“光儲(chǔ)直柔”的基礎(chǔ)性、前瞻性政策分析研究與工程實(shí)踐探索，成果報(bào)告將在國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表，并向政府有關(guān)部門(mén)提交政策咨詢建議。項(xiàng)目由清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心牽頭，組織國(guó)內(nèi)著名研究機(jī)構(gòu)和智庫(kù)合作開(kāi)展研究與示范。包含深圳建科院未來(lái)大廈光儲(chǔ)直柔示范、浙江電網(wǎng)湖州魯能賓館示范項(xiàng)目、青島奧帆中心建筑光儲(chǔ)直柔更新示范、西寧機(jī)場(chǎng)三期工程光儲(chǔ)直柔示范項(xiàng)目[5]。

就單項(xiàng)技術(shù)而言，光、儲(chǔ)、直、柔已有大量研究，其中與建筑場(chǎng)景相結(jié)合的探索也不少，例如光伏與建筑相結(jié)合的設(shè)計(jì)、采用低壓直流配用電系統(tǒng)的建筑等都能在國(guó)內(nèi)找到不少示范工程。將“光儲(chǔ)直柔”各項(xiàng)技術(shù)有機(jī)融合并集成示范的項(xiàng)目還不多，但這必然是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。位于深圳市的未來(lái)大廈R3模塊就是 “光儲(chǔ)直柔”集成示范建筑之一，其建筑面積6259m2，是 典 型 的辦公場(chǎng)景，配有辦公環(huán)境所必需的直流空調(diào)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)、LED照明系統(tǒng)、直流多媒體、直流辦公設(shè)備、直流充電樁等，以及智能化控制系統(tǒng)（圖2）。 該 樓 于2019年年底完工，目前已投入科研使用[6]。青島奧帆中心零碳社區(qū)項(xiàng)目也正在緊張施工中（圖3）。項(xiàng)目將通過(guò)合理利用海水源熱泵、太陽(yáng)能光伏光熱、風(fēng)力發(fā)電、污水源熱泵、工業(yè)余熱等清潔能源技術(shù)，對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)10座建筑開(kāi)展能源站設(shè)備更換、能效系統(tǒng)提升、光儲(chǔ)直柔應(yīng)用等升級(jí)改造工作[7]。

圖2 深圳市未來(lái)大廈

圖3 青島奧帆中心

4 結(jié)語(yǔ)

為兌現(xiàn)我國(guó)對(duì)世界作出的“碳達(dá)峰、碳中和”的承諾，能耗大戶建筑業(yè)必須加快改革步伐。盡管我國(guó)從上世紀(jì)八十年代就開(kāi)始大力推行建筑節(jié)能工作，但建筑運(yùn)行階段的能耗及碳排放仍然是中國(guó)建筑能耗及碳排放的重要組成部分。在低碳發(fā)展的背景下，為適應(yīng)高比例的可再生能源結(jié)構(gòu)，建筑電氣化已經(jīng)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)，隨著光伏發(fā)電裝置的廣泛應(yīng)用，在建筑當(dāng)中實(shí)現(xiàn)“光伏發(fā)電、儲(chǔ)能蓄電、直流供電、柔性用電”成為可能，“光儲(chǔ)直柔”新型能源系統(tǒng)是建筑運(yùn)行階段實(shí)現(xiàn)2060碳中和目標(biāo)的一個(gè)重要路徑，同時(shí)，該系統(tǒng)也可助力建筑成為靈活消納可再生能源電力的重要場(chǎng)所。

因此，為了能夠符合“雙碳”的發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)建以“開(kāi)源節(jié)流、合理配置”為基礎(chǔ)的建筑能源高效利用技術(shù)體系，減少建筑及建筑內(nèi)系統(tǒng)的能耗，今后應(yīng)基于“光、儲(chǔ)、直、柔”等節(jié)能綠色技術(shù)的理論基礎(chǔ)，加強(qiáng)建筑內(nèi)可再生能源的存儲(chǔ)、利用以及可再生能源與傳統(tǒng)能源的高效配置原則的研究，進(jìn)而構(gòu)建高能效的綠色建筑能源系統(tǒng)，并探究該系統(tǒng)智能化的建筑能源優(yōu)化調(diào)控策略，為綠色低碳建筑建造-運(yùn)維提供重要的技術(shù)基礎(chǔ)，打造雙碳背景下柔性能源低碳建筑新技術(shù)，開(kāi)拓高效建筑運(yùn)維內(nèi)核研發(fā)新領(lǐng)域。光儲(chǔ)直柔新型能源系統(tǒng)的研究成果將為面向未來(lái)的低碳建筑咨詢-設(shè)計(jì)-運(yùn)維提供一站式解決方案，為建筑運(yùn)維、調(diào)試等階段的業(yè)務(wù)領(lǐng)域提供技術(shù)支撐，助力建筑業(yè)在碳中和領(lǐng)域形成技術(shù)儲(chǔ)備。