BOB·游戏(中国) - 官方网站欢迎你

栏目导航
联系BOB
服务热线
400-026-1789
丰富的工程案例,
众多的合作客户,
精良的仪器设备,
细致的周到服务,
欢迎朋友们光临惠顾!
地址: 安徽省马鞍山市
当前位置:BOB > 新闻动态 > 公司动态 >
博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲
作者:admin 发布日期:2022-08-19

BOB博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

江亿,中国工程院院士,清华大学建筑节能中心主任,博士生导师,北京市政府顾问团顾问,全国暖通空调委员会副主任,全国建筑物理委员会委员,建设部智能建筑专家委员会委员,ASHRAE学会会员,英国CISB学报海外编委,《暖通空调》杂志编委,主持编写每年的《中国建筑节能发展研究年度报告》,并获得两项国家级科技发明二等奖,拥有70项发明专利,发表150余篇科研论文。

江亿院士受邀参加“2022城市与建筑‘双化融合’高峰论坛”并进行《建筑如何实现碳中和》主题演讲

BOB以下为演讲内容回顾

碳中和就是建筑的二氧化碳排放量为0或者小于等于碳汇,但建筑本身没有碳汇,除非将来发展木结构建筑,大树通过光合作用吸附二氧化碳后再用在木结构建筑上,这可以理解成碳汇。但现在中国的建筑很难有什么碳汇,这样一来碳中和就等于零碳排放。

一、中国碳排放情况

BOB从这张图可以看出有四大部分:最上面的红线是2000年到现在,由于使用电力、生产电力、生产热量,各个电厂每年的碳排放总量,可以看出其一直在上升,即使2013年跌了一下,接着又涨上来了,2019年之后这两年又涨了接近10%。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

第二条蓝线是工业生产过程的直接碳排放,比如炼钢、化工生产等,就一直在烧火,就有二氧化碳排除出来,再比如生产水泥,也是一样。可以看出,自从2012、2013年达到顶峰后,工业生产的直接碳排放在逐年下降,这也反映了中国工业生产结构正在发生缓慢的变化,高碳的基础型产品逐渐转向低碳的机电产品、生物产品,所以用能结构转变为以电为主,直接燃烧使用的化石燃料变少了。

BOB博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

第三条灰线是交通用能导致的碳排放,主要是交通工具尾气排放的二氧化碳,可以看出这是稳定增长的。因为车辆拥有量、行驶里程数都在逐年增长,尽管近几年开始电气化,电动车数量增长非常快,但电动车的增长量相比燃油车还是很小的一部分,所以交通的碳排放方法没有太大变化。

第四条黄线是建筑运行过程中的二氧化碳排放,因为建筑里基本都是用电,所以二氧化碳的直接排放基本是0,除非使用燃气,比如使用燃气做饭、使用燃气壁挂炉、使用燃气热水等等,会产生一些二氧化碳。农村有的地方还是烧煤,也会导致二氧化碳排放。2015、2016年的时候国家在北方地区搞清洁采暖行动,在农村把燃煤改成气,或者电,所以那时候碳排放量有所下降,虽然没有工业碳排放下降的快,但这也标志着建筑用能逐渐转变为以电为主。尽管这几年城乡建筑总量在不断增长,总规模已达到了660亿平米,每年增长十五六亿至二十亿,但建筑过程中的二氧化碳排放是在下降的。

再看一下这四部分碳排放的关系,从右边的饼图可以看出,电厂发电出热占了碳排放总量的一半以上,建筑、交通、工业合起来占剩下的一半。

二、建筑的碳排放问题

举个例子,比如三个建筑A、B、C2014电力排放因子,从原材料采掘、建材生产、建材运输、建造、运行、修缮的建筑的全生命周期看,每个环节都有二氧化碳排放,把所有的加起来就是建筑全生命周期的碳排放总量。比如光伏,光伏板生产过程中排放了多少二氧化碳,其发出来的电与生产光伏板过程中排放的二氧化碳是不是成正比,是正的还是负的,通过上述方法,这些问题都可以得到答案。再比如建筑保温,保温之后虽然减少供热了,单保温材料生产过程中还是有碳排放,所以这时候就需要做全生命周期分析,既可以对单项技术进行分析,也可以对整个项目进行综合优化分析,可以得出整个建筑全寿命周期的碳排放总量。

不管是国家的总量控制,还是全球各个国家各个地区二氧化碳排放,都是需要每一年的排放数量,这就需要用到清单核算法。清单核算法就是分析当年全社会建筑运行的碳排放和建造维修相关碳排放,也就是把原材料生产、运输、建造等方面分开统计。这样统计之后,建筑的碳排放就只是狭义的定义为建筑运行过程中的碳排放,其他的碳排放数量统计在工业生产、交通运输里,这是建筑相关碳排放的定义与边界。比如光伏产生一度电也会排放100克、200克二氧化碳,这是生产光伏板的时候产生的,而且这已经算到工业生产过程中去了,所以我们就只统计计算建筑运行产生的二氧化碳。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

再看一下建筑运行过程中二氧化碳排放状况。上图指的是建筑运行的碳排放,总数22亿吨。横坐标是建筑面积,纵坐标是每平米的二氧化碳平均排放量,相乘之后就是这部分建筑运行产生的二氧化碳。图上这4块,第一块表示城镇住宅,中间那块代表公共建筑运行,右边这块代表农村的居住住宅,最底下是指北方供暖。为什么北方供暖在最下边呢?因为它一部分属于城市住宅,一部分属于公共建筑,它虽然没有面积但却有碳排放量,因此北方建筑的碳排放就应该是城镇住宅和北方供暖的平均碳排放的和,也就是16.4加34.9,约等于51,这是每平米的平均碳排放数量。总的看,可以看出4块面积大致相当,是比较接近的。因此,我们要实现碳中和,就必须把以上这4部分的碳排放变为0,大力推进建筑运行低碳:一是停止燃气、燃煤、燃油带来的直接排放,二是减少用电带来的间接碳排放,三是减少用热的间接碳排放。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

三、实现建筑低碳:全面电气化,取消直接碳排放

最可操作的办法就是电气化,因为只有电力有可能是完全通过零碳的方式获得,比如核电、水电、风电、光电等,都是零碳的,可以通过这些方法获得更多的零碳电力,然后全面电气化,把烧煤、烧气都改成用电,这样建筑就不再排放二氧化碳。以炊事领域为例,我们现在已经有了很好的电炊具,每次用能全国大会的展厅里都有展览,电饭锅、电烤箱等等,甚至深圳一家做电炒瓢的产家,运用等离子电轴来发出火苗,温度高、支持明火颠勺,所以使用电炊具来炒菜做饭是没问题的。再比如生活热水,现在用电驱动的电动热泵的电费比烧燃气便宜,热泵现在也不是太贵了,大概5、6年就能把费用省下来,所以生活热水非用燃气也不成立了。再比如燃气壁挂炉也可以取消,有些医院、酒店、宾馆、办公楼非得有个燃气锅炉,用来提供点热水什么的,这些东西也应该通过新技术运用来取消掉。

因此,取消建筑物直接的燃气就变成了实现建筑零碳的非常重要的一个任务,这个任务背后的核心就是出热。电热的效率太低,但是这些年热泵技术发展特别快,中国是世界上热泵产量的绝对第一,多项技术指标也做得非常好了,各种各样的热泵都能生产,出热水的事、出蒸气的事现在都有所突破,这样电就可以代替各种燃料了。说到燃气下乡,给农村修管道燃气,现在有的地方还在修,我觉得这非常不对,国际上的天然气市场已经乱七八糟了,中国又是没有气的国家,40%天然气依靠进口,所以没有必要让农村接天然气,直接用电就行。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

四、实现建筑低碳:建筑节能,发展零碳热源

节能是实现零碳的基础。零碳电力的发展也受资源总量的制约。

最好的零碳电力是核电,一年到头不断的发电,前年年底国家能源局有文件明确要求核电发电小时数是8000小时,要保证满发,因为核电投资太大,而发电成本特别低,应该让它充分发挥其作用。如果只是依托沿海地区安装核电,估计全国核电最多能装2亿千瓦,目前有5千万千瓦的核电。很多地方都在加紧建设核电,我们是世界上开工建设核电最多的国家,但最多只能到2亿千瓦,每年最多发电1.5万、1.6万亿度,只能有这么多。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

水电也是零碳的,但是水电需要自然资源,中国现在的开发出来的水电可以发电约4亿千瓦,就剩下雅鲁藏布江还没开发了,等到西藏雅鲁藏布江开发完可以到5亿千瓦,也就是可以发两万亿度电。所以核电、水电两块加在一起,2万加上1.5万,最多就这么多了,相比中国去年的需求8.3万亿度电还远远不够。

关于风电光电,风电光电发展也需要资源,第一个是空间资源,核电水电甚至火电不需要占多少土地,但风电光电能源强度特别低,大致是1平米对应100瓦电,那么全国10万亿kWh电力需要80亿kW风电光电,总共需要1.3亿亩土地,这明显是行不通的,所以还得节约用电;第二个是输电线路,一条输电线一年能输送1500万度电,那么未来中国西电东送将会导致输电线密密麻麻的成为蜘蛛网一样,实际上并没有这么多空间来支撑;第三个是储电,这是发展零碳电力最重要的事,用来解决发侧跟用侧不一致的问题。怎么储电呢?一个是水电,包括抽水蓄能。我2019年到黄河水利公司上游,有一个龙阳峡水电站,附近还有一个海南自治州的光电厂,这两个电站通过互动,云彩过来就把阀门开大,云彩没了太阳光出来了就把阀门变小,这样风电加水电形成一个稳定的电力输出,达到了78万千瓦,老外都过来参观,是世界上的最好之一。这样通过风水互补、光水互补,使得水电加光电、水电加风电成为优质电源。但我们水利资源有限,抽水蓄能也不是不管什么地方都能装,必须得有山,大平地不行,因此抽水蓄能的资源又成了大事。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

这样看,这些方法的储能量离我们未来用电量要求还差挺多。第一档,核电、水电、少量风光电,能够实现7至8万亿kWh,可在目前的成本水平实现;第二档,通过增大风电光电+电动车储能资源+部分火电和CCS,可实现13至14万亿kWh,成本增加30%;在以上基础上进一步加大风电光电,通过储氢、储氨、储甲醇等方式,成本至少还需要再增加30%。因此,这就是一个非线性的坐标系,纵坐标是每度电的成本,横坐标是总的电量,当在7、8万亿度以下的时候成本比较低,再往后每度电的成本就很高了。所以,必须通过节能把总的需求量控制住。

有人问现在都零碳电力了为什么还搞节能,反正都是太阳能,多装点太阳能就行了。这种观点实际上不成立,因为风电光电发展的瓶颈就在于储能能力,而储能能力也需要资源。全面实行电气化之后,如果电还都来自于燃煤火电,照样还是有碳排放,发一度电应该排放800多克二氧化碳,现在我们国家电力系统里燃煤火电的比例大概是60%,算下来每度电将产生600克二氧化碳,北京是580克,南网是530克,四川电网300-400克。所以随着新型电力系统的建设,零碳电源的比例越来越多,碳排放因子就不断下降,越往后电力系统发展越困难。所以,建筑要优先于电力系统把碳排放降下来,为零碳电力做贡献是大有可为的,是我们未来建筑行业的一个重要的大事。

五、实现建筑低碳:推广建筑光伏一体化

据统计,目前我国城市建筑的屋顶能装8.7亿千瓦的光伏,1年发电就是1万亿度电,农村建筑的屋顶上装20亿千瓦的光伏,1年发电就是2.5万亿度电,如果同时把城市跟农村的屋顶用好了,就能够提供未来中国光伏发电总量的70%到80%。所以应该要大力发展基于屋顶光伏的中东部地区末端分布式光伏系统,实现建筑表面的光伏发电自发自用。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

六、实现建筑低碳:推广柔性用电

电网是不稳定的,有时是风电光电为主,有时是煤电为主,变化非常频繁,可以通过挑选电网风电光电占比大的时间多用电,避开燃煤火电调峰时段,从而“主动选择绿电”。

然而,不管是光伏还是风电都必须有足够的储能。那么如何获得储能呢?最好的储电资源就是停车场、停车楼里边的电动车,每辆车有50、60千瓦时的电池,这是最好的储电资源。从统计情况看,私家车85%以上的时间停靠在居住地或工作地的停车场,通过“一位一桩、既停既接”的方式,可以使电动车电池成为光储直柔建筑的储能资源。

电池资源有多大意义呢?现在好几个机构都预测,到2040年我国将有3亿辆电动轿车。这些车将形成150亿kWh/日的储电能力,是届时风电光电日发电量的一半,是解决未来风电光电有效消纳所依靠的储能;从微观上看,如果1万平米办公建筑有100辆车,每辆车50度电,共计就是5000度电,这些点足够这个办公建筑运行一天了,也就是依靠这100辆电动车可实现孤网运行,不需要外电,足以满足光伏调节需要。

当然2014电力排放因子,这里面需要解决的关键问题是:停车场是不是支持双向充放电、与建筑用电的协调、充电桩网络的布局等等,最重要是要有新的充电文化,必须是免费充电不要钱。另外一个问题,就是如何判别什么时候绿电多,什么时候黑电多,怎么让末端用户知道现在应该多用电还是少用电,这就变成了整个问题的关键点。

我们看一下光储直柔。目前,西方国家实行动态电价制度,比如德州去年冬天一度电涨到100美元。但是对我们而言电力价格受到多方面因素影响,比如政策因素,维持社会公平、扶贫、满足特殊领域的需要等等,不能单纯的反映供需关系,中国要实行动态电价还有很长的路要走。

中国的办法是提出一种跟双碳战略一致的,叫做动态碳排放责任因子C。电网部门每隔15分钟对整个区域发布一个碳排放因子,它能够反映电网系统所处的状态,当碳排放因子很高的时候鼓励大家少用电,当碳排放因子C很低的时候就鼓励大家多用电,通过这样一个参数C,把终端用能调节的积极性和潜力充分挖掘出来。

那么碳排放因子怎么确定呢?一个初步讨论的办法是,对于燃煤火电,出力高于50%时,出力越高碳排放核算系数越大,出力低于50%碳排放责任为零,各个电源核算的碳排放责任之和除以当时的供电总量,即为此时刻动态碳排放责任因子C。那么,对于终端电力用户,某时刻碳排放责任就等于C乘以从电网输入的电量,再加上电源侧该承担的碳排放责任,就等于真实的碳排放。电源侧全年累计的碳排放之和接近0,就是说碳排放都应该由终端用户这边承担。按照上面的公式很容易算出来这个时间的C是多少,如果末端能够接受这信息,随着这个数的高低决定用电多少,这就体现出柔性用电的效能了。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

进入碳交易市场后,按照一吨二氧化碳1,000块钱计算,光储直柔大概一度电能挣4、 5毛钱,比电费还高了,所以光储直柔就有挺大的经济效益。除了电池之外,建筑还有冰蓄冷、水蓄冷、改变空调温度等柔性用电能力2014电力排放因子,如何有效利用自身的储能资源获得最大收益呢?可以在线预测C在一天内的变化以及一天的用电量变化,根据预测结果优化各个时刻从电网的取电量,从而有效利用自身储能资源。

博锐尚格2BOB022城市与建筑“双化融合”高峰论坛:江亿演讲

结语

总结一下,实现建筑低碳必须完成的四大任务:

第一,建筑节能是实现低碳的基础;

第二,全面电气化,取消燃气、燃煤等化石燃料的直接燃烧;

第三2014电力排放因子,通过建筑光伏、柔性用电,降低建筑用电导致的间接碳排放;

第四2014电力排放因子,发展零碳热源,解决建筑用热需求。

BOB四大任务不是一年半天能够完成的,大概得30年,当前先可以先行先导的工作有两方面,一是加快农村以屋顶光伏为基础的新型能源系统的建设,二是加快智能有序充电桩系统的建设,破解电动车发展的瓶颈。