來源：清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心

江億院士：中國能源低碳轉(zhuǎn)型

4月4日上午，中國工程院院士、中建科技-清華大學(xué)“未來城市”聯(lián)合實驗室主任江億教授作為中建科技今年“院士講堂”的首講專家，應(yīng)邀赴中建科技作題為“中國能源的低碳轉(zhuǎn)型”專題學(xué)術(shù)講座。

圍繞中國能源的低碳轉(zhuǎn)型主題，江億院士梳理了我國“碳達(dá)峰、碳中和”政策目標(biāo)提出的背景，深入剖析了城鄉(xiāng)建筑用電、供熱等方面的能源需求，以及我國建筑能源逐步由燃煤火電向火-水-風(fēng)-光-核組合型能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的發(fā)展趨勢，并結(jié)合建筑行業(yè)“碳達(dá)峰、碳中和”所需面對的實施場景，提出了建筑領(lǐng)域“直流柔性”“光伏-充電樁一體化”“跨季節(jié)蓄熱”“農(nóng)村離網(wǎng)系統(tǒng)”等切實可行的碳中和實施路徑，高屋建瓴地為建筑行業(yè)通過“碳中和”技術(shù)轉(zhuǎn)型與電力、供暖、交通、農(nóng)業(yè)等行業(yè)共生共贏指明了方向。

講座后，江億院士還與中建科技-清華大學(xué)“未來城市”聯(lián)合實驗室人員進(jìn)行了座談交流，為中建科技在建筑能源方面的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型作了科研指導(dǎo)。

據(jù)悉，建筑行業(yè)的碳排放量長期占據(jù)我國碳排放總量的30%-40%，在我國實現(xiàn)“碳中和”的綠色發(fā)展戰(zhàn)略中，有著舉足輕重的重要地位。中建科技作為中建集團(tuán)開展科技創(chuàng)新與實踐的“技術(shù)平臺、投資平臺、產(chǎn)業(yè)平臺”，將圍繞集團(tuán)“一創(chuàng)五強(qiáng)”戰(zhàn)略目標(biāo)，聚焦公司“一最五領(lǐng)先”戰(zhàn)略舉措，在“碳中和”領(lǐng)域引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新迭代，堅定不移走實走強(qiáng)“科技型定位、差異化發(fā)展、高質(zhì)量目標(biāo)”的特色新路，向“最具引領(lǐng)力的建筑科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，成為未來城市建設(shè)發(fā)展好伙伴”的發(fā)展目標(biāo)大步邁進(jìn)。

建筑領(lǐng)域的綠色低碳轉(zhuǎn)型

中國工程院院士、清華大學(xué)江億教授近期作了題為“建筑領(lǐng)域的綠色低碳轉(zhuǎn)型”的報告，主要介紹了我國建筑部門相關(guān)的碳排放、低碳發(fā)展戰(zhàn)略、實現(xiàn)零碳的三大任務(wù)等方面內(nèi)容。

我國建筑部門碳排放狀況

建筑碳排放是指建筑物在與其有關(guān)的建材生產(chǎn)及運輸、建造及拆除、運行階段產(chǎn)生的溫室氣體排放的總和，以二氧化碳當(dāng)量表示。放眼全球，世界通常是將碳排放分為工業(yè)、交通和建筑運行，而對建筑部門的碳排放核算主要是從全生命周期各個階段所產(chǎn)生的碳排放進(jìn)行分類核算與控制。其中，工業(yè)碳排放包括了建材的生產(chǎn)和蓋房子的過程，交通碳排放包括了建筑材料的運輸。

聚焦我國的建筑部門碳排放的情況，江億指出，優(yōu)化建筑碳排放管理需要從全生命周期進(jìn)行碳排放總量的核算與控制，而不是使用常用的清單法核算當(dāng)年的碳排放。江億強(qiáng)調(diào)，在推進(jìn)碳中和的過程中，一是要避免大拆大建，把建設(shè)的重點從新建轉(zhuǎn)為維修和功能提升，發(fā)展建筑低碳的延壽和功能提升技術(shù)，實現(xiàn)建設(shè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移；二是降低建筑運行中產(chǎn)生的碳排放。

實現(xiàn)建筑運行碳中和的路徑

一、實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的低碳化轉(zhuǎn)型

實現(xiàn)2060碳中和目標(biāo)意味著我國能源結(jié)構(gòu)需要向低碳化轉(zhuǎn)型，需要由化石能源逐漸轉(zhuǎn)向零碳能源。江億表示，零碳能源未來將主要依靠核電、水電、風(fēng)電（海上和陸上發(fā)電）、光電（包括屋頂光伏）以及生物質(zhì)燃?xì)獾取０凑諊屹Y源情況，未來的能源結(jié)構(gòu)將會是生物質(zhì)燃料占比10%-15%，其余為核電、水電、風(fēng)電、光電等電力資源。需求側(cè)則需要通過電力替代化石能源，逐步實現(xiàn)電氣化。

二、解決零碳能源與用電負(fù)荷的不匹配問題 

從用電側(cè)全年的情況來看，電力供需不平衡主要分為三種情況：季節(jié)差、旬差和日內(nèi)差。季節(jié)差是指，春天水電、光電的發(fā)電量充足甚至高于用電量，但冬天卻會出現(xiàn)電力短缺的情況。對此，江億指出，采用生物質(zhì)燃料、燃煤、燃?xì)庾鳛槿剂系幕痣娏Πl(fā)電，不僅可以在冬季和其他電力不足時調(diào)峰，還可以提高供電可靠性；同時冬季采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式，還可以獲得可觀的熱量供建筑冬季采暖使用。使用CCUS技術(shù)將這些火電排放的煙氣中的二氧化碳作捕捉利用封存處理。這種方式與儲氫等各種跨季節(jié)儲能方式相比，經(jīng)濟(jì)性更好。

旬差是指受天氣（連陰天、靜風(fēng)天）的影響，每日的供電量存在差異。對此，江億指出，解決旬日內(nèi)總量的變化可以使用水電和抽水蓄能、空氣壓縮儲能、以及化學(xué)儲能等調(diào)蓄方式解決，當(dāng)然也包括通過調(diào)峰火電提供供電保障。

日內(nèi)差是指光伏電力的日內(nèi)逐時變化，在一天24小時中，白天的發(fā)電量通常會高于晚上的發(fā)電量，導(dǎo)致晚高峰電力不足。對此，江億指出，水電和抽水蓄能電站可以解決20%的日內(nèi)差問題，但主要還是依靠化學(xué)儲能，即各類電池，比如電動車的電池、建筑的“光儲直柔”調(diào)節(jié)、電池儲能系統(tǒng)等。

建筑運行低碳轉(zhuǎn)型的主要任務(wù)

一、建設(shè)農(nóng)村零碳新型能源系統(tǒng)

農(nóng)村零碳新型能源系統(tǒng)是指，農(nóng)村實現(xiàn)基于屋頂光伏的全面電氣化，徹底告別燃煤、燃油、燃?xì)夂徒斩挕＝瓋|指出，新型農(nóng)村能源系統(tǒng)的主要功能是充分開發(fā)利用農(nóng)村各類閑置屋頂資源，發(fā)展光伏發(fā)電, 每戶裝機(jī)20KW以上。當(dāng)配備一定容量的儲能后，可以實現(xiàn)只發(fā)電上網(wǎng)，不從電網(wǎng)取電。

對于如何推進(jìn)農(nóng)村零碳新型能源系統(tǒng)的建設(shè)，江億建議：一是建立適配的融資機(jī)制，梳理各類有關(guān)農(nóng)村的補(bǔ)貼政策（農(nóng)電、農(nóng)灌、農(nóng)機(jī)油，清潔取暖），集中財力，建成農(nóng)村微網(wǎng)和生物質(zhì)加工能力，實現(xiàn)新型能源系統(tǒng)公共部分的建設(shè)；二是提供政府擔(dān)保，低息貸款方式解決每個農(nóng)戶家庭屋頂光伏和戶內(nèi)用電系統(tǒng)的改造，實現(xiàn)農(nóng)戶無償用電，解決生活、生產(chǎn)的全部用能，還能夠靠剩余電力上網(wǎng)還本付息。

二、建立城鎮(zhèn)建筑+充電樁的“光儲直柔”調(diào)節(jié)機(jī)制

江億指出，城鎮(zhèn)建筑不光是使用這些分布式光伏發(fā)電，更重要的功能是利用建筑自身的熱慣性和機(jī)電系統(tǒng)可靈活調(diào)節(jié)的特點、并挖掘樓內(nèi)配電網(wǎng)通過有序充電樁連接的私家車電池、以及建筑自備的分布式蓄電，幫助電網(wǎng)消納外面集中的風(fēng)光電，發(fā)揮消峰填谷的作用。為此，江億提出建立城鎮(zhèn)建筑+充電樁的“光儲直柔”新型配電系統(tǒng)和它的調(diào)節(jié)機(jī)制。

所謂“光儲直柔”，“光”是指在建筑表面安裝光伏發(fā)電，“儲”是指在建筑內(nèi)布置分布式蓄電以及通過智能充電樁，充分利用停車場的電動車內(nèi)蓄電池資源，“直”是指建筑內(nèi)實行直流配電，“柔”是指讓建筑成為電網(wǎng)的柔性負(fù)載。江億提出，通過建立城鎮(zhèn)建筑與充電樁的“光、儲、直、柔”系統(tǒng)，可以使建筑成為柔性用電的靈活負(fù)載。

三、北方供暖熱源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型

目前，北方城鎮(zhèn)建筑供熱面積約為160億平方米，供熱量為50億GJ，熱量來源45%的熱電聯(lián)產(chǎn)余熱，40%的燃煤燃?xì)忮仩t，以及15%的熱泵和分散燃?xì)鉅t。那么，如何實現(xiàn)北方供暖熱源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型？零碳熱源從哪兒來？江億指出，需要對北方建筑進(jìn)行節(jié)能改造， 需要挖掘利用各類余熱資源進(jìn)行供熱。同時研究開發(fā)和建成大規(guī)模跨季節(jié)儲熱系統(tǒng)，使春夏秋季的各類余熱也得以充分利用，才能得到足以滿足北方冬季建筑供熱的零碳熱源。

我國實現(xiàn)能源低碳轉(zhuǎn)型的建議

江億指出，轉(zhuǎn)型任務(wù)的核心要點是要建設(shè)零碳的新型電力系統(tǒng)。江億建議，我國能源的低碳轉(zhuǎn)型可分為兩步走：先電力、后其他；先交建筑交通、后工業(yè)；而電力系統(tǒng)又應(yīng)先農(nóng)村、后城市，“農(nóng)村包圍城市”。第一步以新型電力系統(tǒng)為目標(biāo)，發(fā)展私人電動車、農(nóng)村新能源、以及建筑配電系統(tǒng)改造和智能有序充電樁系統(tǒng)的建設(shè)，于2035年前后建成充足的零碳電力供給系統(tǒng)；同時停止新建燃煤電廠和基于化石能源的新的流程工業(yè)，電力需求的增長靠新發(fā)展的零碳電源平衡，流程產(chǎn)業(yè)的增長（例如化工）按照新的不依靠化石能源的流程建設(shè)；對于已有的制造業(yè)，則維持其繼續(xù)生產(chǎn)，“制造大國”是我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的保障。新型電力系統(tǒng)的建設(shè)還會帶動一大批相關(guān)的新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如風(fēng)電光電產(chǎn)業(yè)、儲能產(chǎn)業(yè)、電力電子器件和直流配電、直流電器等。如此，預(yù)計到2035年之后，目前的制造業(yè)生產(chǎn)線將進(jìn)入更新?lián)Q代期，再對生產(chǎn)線按照新工藝新流程進(jìn)行全面改造。這樣可能就更好地適合中國的狀況，從而實現(xiàn)最終的碳中和目標(biāo)。