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建筑建材产业报告-PDF版

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  • 建筑装饰行业专题报告:钢结构“智”造降本空间有多少?-240221(18页).pdf

    建筑装饰/行业专题报告/2024.02.21 请阅读最后一页的重要声明!钢结构“智”造降本空间有多少?证券研究报告 投资评级投资评级:看好看好(维持维持)最近 12 月市场表现 分析师分析师 毕春晖.

    浏览量0人已浏览 发布时间2024-02-23 18页 推荐指数推荐指数推荐指数推荐指数推荐指数5星级
  • 建筑行业专题:八大建筑央企2023年新签合同全解析-240214(45页).pdf

    敬请参阅末页重要声明及评级说明证券研究报告1分析师:杨光分析师:杨光(S0010523030001)(S0010523030001)20242024年年2 2月月1414日日行业专题:八大建筑央企行业.

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  • 建材行业重识建材之四:实物量框架复盘-240208(23页).pdf

    免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分,请务必一起阅读。1 证券研究报告 建材建材 重识建材重识建材之之四:实物量框架复盘四:实物量框架复盘 华泰研究华泰研究 建材建材 增持增持 (维持维持)研.

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  • 建材行业:业绩分化明显消费建材板块后续成长性值得期待-240207(17页).pdf

    证券研究报告 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份有限公司免责声明 Table_Header行业动态行业动态报告报告建材建材 2022024 4 年年 2 2 月月 7 7 日日 Table_Titl.

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  • 德勤:2024前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势报告(19页).pdf

    前景展望:工业产品及建筑行业 四大发展趋势 前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势02引言 3趋势一:ESG理念逐渐兴起 4趋势二:解决方案取代产品 8趋势三:全球格局不断变化 10趋势四:人才竞争持续上演 12面向未来 14联系人 15前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势目录前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势3引言全球工业产品及建筑(IP&C)行业发展日新月异。全球化加速、技术进步、消费者偏好转变以及政府政策调整等因素正在颠覆制造、航空航天、国防、工程和建筑行业,同时也将市场竞争推向白热化。与此同时,挑战也层出不穷。在当今时代脱颖而出,工业产品及建筑企业必须积极应对地缘政治动荡、通货膨胀、供应链中断、成本压力和技术人才短缺等挑战,同时适应环境、社会和企业管治(ESG)等新兴趋势和客户日益提升的期望。在缺乏明确路线图的情况下,企业必须利用现有信息做出具有风险意识的商业决策,以实现蓬勃发展。在此,我们将探讨工业产品及建筑企业应当关注的四大趋势,以及调整现有业务战略时需要考虑的关键问题。前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势4随着各国政府和企业着手履行 巴黎协定 各项承诺,以及ESG投资工具日益普及,工业产品及建筑行业已采取跟进措施。2022年,工业生产的二氧化碳排放量约为9.2亿吨。1多国政府针对高排放企业实施了一系列政治干预、技术和环境措施,包括征收碳税、建立碳交易制度、对碳捕集与封存提供财政支持等,旨在推动能源转型和脱碳进程(图1)。图1:全球主要政府倡议和清洁能源相关措施趋势一:ESG理念逐渐兴起国家净零排放目标主要清洁能源倡议/政策电动车补贴碳税CCS/CCUS清洁氢能美国2050CEMI,CEDI,IRA*英国2050清洁增长战略、差价合约德国2045可再生能源法、国家氢能战略法国2050国家能源与气候计划、国家低碳战略中国2060可再生能源法、氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)日本2050*上网电价、氢能基本战略印度2070国家氢能任务澳大利亚2050清洁能源倡议、国家氢能战略资料来源:见尾注*CEMI:清洁能源制造倡议;CEDI:清洁能源需求倡议;IRA:通胀削减法案*日本根据 氢能社会实现推进法案 建立了具有法律约束力的审查程序,旨在审查到2030年实现2050年净零排放目标的进展情况,但审查净零排放目标本身并不具有法律约束力,因为法律对此并无规定,只是政策文件有所要求。前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势5与此同时,ESG在投资和并购方面也发挥着重要作用。如今,投资者和收购方都在设法“绿色化”其投资组合,并因此将ESG纳入尽职调查工作。这些变化正从多个方面影响工业产品及建筑行业竞争环境:ESG投资2021年底至2022年6月期间,ESG基金总资产规模从2.9万亿美元下降15%至2.5万亿美元,2但2022年ESG共同基金和交易所交易基金(ETF)仍获得了净额达1,200亿美元的新增投资。3研究表明,资金正从传统基金流向重新调整投资目标的ESG基金。此类基金不易受消极市场环境的影响,同时得益于投资者偏好的结构性转变,展现出更高的稳健性。就2022年新增ESG投资规模而言,欧洲占比较大。晨星数据显示,2022年ESG产品占总资产流量的65%,相比2021年的53%有所增加。4此外,ESG相关ETF和交易所交易商品(ETC)规模达到2,709亿美元。5ESG对并购的影响ESG投资的紧迫性和风险价值对并购活动具有切实影响。逾30%的企业由于气候变化而面临运营挑战,2022年自然灾害造成的全球经济损失约为3,130亿美元。6正因如此,在选择新的潜在投资目标、进行标的估值以及评估目标公司的并购后整合情况时,私募股权(PE)和风险投资(VC)机构都将ESG作为关键考量因素。此类投资者尤其关注资源、工作环境、废弃物、能源和市场准入方面的风险和机遇。目前,ESG被视为关键价值杠杆,因此催生了新的并购机会。越来越多私募股权和风险投资机构正在采取行动,通过交易将ESG表现平平的公司转型为行业颠覆者,或者利用地方政府的能源税收抵免和纾困政策,有条不紊地挖掘可持续价值和道德价值。值得注意的是,该趋势并不局限于私募股权机构。德勤最近的一项调查发现,46%的首席财务官计划将ESG纳入收购战略。7与此同时,影响力投资本身也迅速成为专门的并购战略。2021年,在与ESG相关的收购中,企业支出总计高达约1,880亿美元,创历史新高。8尽管如此,量化ESG风险和机遇以及设定价值目标仍然十分复杂,主要原因在于大部分相关数据缺乏可比性,加之各地区监管标准大相径庭,充满未知和变数。如果在并购进度判断、ESG战略重点调整或管理层激励方面出现失误,将会阻碍价值创造。长远来看,企业必须坚守自身目标,重新审视交易动机,并对相关假设进行验证。ESG监管为降低ESG监管难度,并满足投资者提高气候相关报告一致性的迫切需求,全球监管机构正积极推动ESG信息披露要求标准化,并全面提升可持续发展报告的一致性和透明度。例如,印度证券交易委员会(SEBI)要求市值排名前1,000位的上市实体遵守印度商业责任和可持续发展报告(BRSR)标准,在2021-2022财年进行自愿报告,自2022-2023财年起进行强制报告。10同样,美国证券交易委员会也表示,所有美国国内发行人和私人发行人必须在其年度报告中披露气候相关信息。案例研究:海虹老人收购Farrow&Ball领先涂料制造商海虹老人集团(Hempel Group)最近收购了Farrow&Ball(一家拥有环保产品系列的高端涂料和墙纸公司)。此次战略性收购在一定程度上受到ESG优先事项的推动。9前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势6凭借税收优惠、政府的大力扶持以及相对成熟的资产,美国和欧洲持续吸引全球ESG投资。2023年第二季度,美国和欧洲的可持续基金资产价值均增长了约200亿美元。11随着全球法规趋于一致,企业投资机会必将增加。对企业而言,在把握这些投资机会的同时,平衡建设和维护高质量监督、监控及报告机制所需的成本至关重要。ESG对工业产品及建筑行业的影响ESG和责任投资考量正在彻底重塑商业模式,并将在未来几年成为并购的内在组成部分。这种转变势必会为工业产品及建筑行业带来全新的竞争优势、盈利能力和资本机遇,同时推动企业满足客户、投资者、员工、社会和政府不断提高的要求充分发挥其在营造公平和可持续的市场环境中的积极作用。上述趋势以及其他因素促使工业产品及建筑企业更加关注自身ESG表现。走在变革前沿的企业已经着手将宏观目标融入业务战略,积极推动未来转型。通过利用政府激励措施、加强产品创新以及收购创新型清洁能源初创企业,这些前沿企业致力在减少碳足迹(和碳税成本)的同时,满足客户对电动车、锂电池、风力涡轮机、电缆和燃料电池等产品日益增长的需求。推动制造业绿色转型的五大优势 提高新兴清洁能源产业的全球竞争力 为创新型绿色产品奠定基础 提高可持续性 创造就业机会 满足全球监管机构和激进股东日益高涨的期望6前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势7产品供应问题思考:关键战略问题思考:为更有效地支持净零转型,我们应当优先采用哪些清洁能源技术?如何加快研发工作,推动这些清洁技术的应用(产品和/或业务模式)?公司现行净零排放战略的成效如何?如何作出改进?哪些技术、方法或途径可以助力实现公司的脱碳目标(例如通过企业PPA使用可再生能源、CCUS、使用绿氢或氨作为燃料、电池储能共址部署、通过可持续采购推动整个供应链减少碳足迹等)?公司是否拥有充足的资金来开发/投资此等技术?如何释放清洁技术领域的有机和无机增长机会(通过开发、购买还是合作)?公司计划如何向利益相关者证明,其正以具有成本效益的方式减少碳足迹,同时也能抵御气候风险?公司的ESG信息披露是否符合各国ESG框架的要求和不断变化的监管规定?7案例研究:印度信实工业公司信实工业公司(Reliance Industries Ltd)是一家集能源、材料、零售、娱乐和数字服务于一体的综合企业,不久之后还将成为“可再生能源企业”。公司计划在未来三年向可再生能源领域投资95亿美元,其中75亿美元将用于在印度古吉拉特邦贾姆纳加尔建设占地5,000英亩的绿色能源综合设施Dhirubhai Ambani Green Energy Giga Complex。12该综合设施将成为全球最大的可再生能源综合制造设施之一,并将生产印度乃至全球脱碳所需的辅助材料和设备,如电解槽、燃料电池和储能装置。前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势8制造企业的传统业务模式主要侧重于改进产品组合和拓展新市场。然而,随着竞争加剧、工艺改进效果下降以及硬件创新放缓,企业很难仅依靠传统手段来保持盈利。为克服上述挑战,越来越多的制造企业开始投资智能工厂并转向基于解决方案的业务模式(如集成硬件、软件和服务)。智能工厂兴起智能工厂对于帮助工业产品及建筑企业适应快速变化的市场至关重要。作为工业4.0和工厂4.0时代的产物,智能工厂利用物联网、云计算、分析技术、人工智能和机器学习等工具以及自动化和沉浸式体验来收集和分析数据,从而提高生产效率、提升产品质量、简化分销流程,减少停机时间、改善业务决策、降低相关成本(图2)。以戴姆勒为例,其正借力梅赛德斯-奔驰的智能工厂来应对紧迫市场挑战。此“未来工厂”(即“56号工厂”)力求在不影响质量的情况下提高生产效率和灵活性。例如,在某些生产区域,戴姆勒利用自动运输系统取代了传统装配线通过此举可以无缝调整生产安排,而无需中断现有操作或重新设计工厂车间。此外,该工厂还与整个价值链完全互联,采用数字技术跟踪全球承运商,能及早发现供应链中的偏差并缩短响应时间。13许多公司也在投资智能工业科技初创企业,以此增强智能工厂。2017年,特斯拉正是出于这种考虑收购了自动化设备制造商Perbix。14图2:智能工厂构成要素和推动因素 集成流程和系统 成本优化 灵活流程 IT/OT协调与融合网络安全 普适接入 数字主线趋势二:解决方案取代产品自主化设备高级分析工业物联网 智能自动化 人工智能 数字孪生 增材制造战略推动因素 技术推动因素 核心构成要素资料来源:Gartner前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势9基于解决方案的业务模式基于解决方案的业务模式不仅创造了增值服务的机会,还提供了售后支持服务,从而丰富了现有产品线。例如,除核心服务外,大型航空航天公司也开始提供各种数字化售后解决方案、产品性能工程服务和产品维修工程服务。同样,许多公司通过并购来发展相关领域,例如西门子最近收购了为工业企业提供预测性维护和资产智能服务的Senseye15。定制解决方案有助于企业集团快速响应不断变化的客户需求,从而获得竞争优势,实现业务增长并与客户建立长期关系。在成熟市场中,还能企业带来新机遇,避免受到新品销售和定价周期性波动的影响。此外,软件和服务无需依赖复杂的碳密集型制造工艺,有利于企业践行可持续发展承诺。最值得一提的是,这种服务/解决方案模式可以帮助企业在后疫情时代最大限度减少挑战,如设备订单停滞、供应链问题和资本支出挑战。战略问题思考:除现有产品组合外,我们还可以提供哪些增值服务来提高客户满意度?如何获取构建平台即服务模式所需的人才和业务知识?如何加快创新研发,打造新的产品、解决方案和业务模式,并最终实现新的收入增长?有助于提高盈利能力和竞争力的理想业务组合包含哪些产品和解决方案?实现这一目标需要多长时间?能否通过收购提升公司在增长领域的能力?案例研究:日立:基于Lumada的解决方案提供模式2016年5月,跨国企业集团日立推出Lumada平台,提供包括人工智能、数据分析、安全、机器人技术和控制技术在内的先进解决方案。该平台旨在创建一个系统,全面有机地利用日立集团资源,快速灵活地开发创新解决方案。2019年,日立扩展了该平台,推出Lumada Video Insights服务,帮助客户和合作伙伴利用视频技术,推进安全、质量和减废等运营目标。该增值解决方案已创造超过70亿美元的收入。2021年,日立斥资96亿美元收购GlobalLogic,进一步扩展了Lumada平台,为美国市场数字业务提供了有力支撑。16资料来源:Gartner20201.11CAGR:31.5%1.611.9220212022图3:Lumada平台收入(万亿日元)前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势10近年来,全球外商直接投资(FDI)流量大幅增长。据联合国统计,2021年达到1.65万亿美元,同比增长64%。17这对整个工业产品及建筑行业产生了涓滴效应。新冠疫情和全球贸易战扰乱了传统供需关系,全球工业产品及建筑行业价值链也随之变化。这些变化迫使企业重新审视供应链和生产基地布局。在此背景下,伴随着先进制造技术的发展,大量新投资纷纷回流本国,或从传统生产基地转向其他市场。值得注意的是,尽管方式不同、程度各异,但许多地区都在受益于投资增长。例如,美国的外商直接投资流量增长了114%,达到3,230亿美元,而跨国并购价值几乎增长了两倍,达到2,850亿美元。与此同时,中国的外商直接投资流入达到1,790亿美元,东南亚国家联盟(ASEAN)的外商直接投资流入激增35%,大多数成员国的投资流入都有所增加。18得益于技术、人才和其他关键资源的优势,日本和印度等国的制造业迅速成为外商投资重点。此外,外国投资者还瞄准了印度等国的制造企业和工业自动化企业,大力开展并购活动,以获取技术人才和资源。与此同时,全球供应链解体也为本地企业带来了新的投资机会。例如,印度塔塔汽车于2022年收购了福特汽车在印度的制造工厂。19总体而言,投资者对工业产品及建筑行业的兴趣主要源于以下因素:新兴经济体吸引力上升新兴经济体吸引投资者的原因有很多,它们不仅拥有比发达市场更快的经济增速,而且通常不受发达市场银行业动荡的影响。此外,新兴经济体中的大量资本往往被低估,但实际上具有很高的投资吸引力。想要实现联合国可持续发展目标,对新兴经济体的投资也至关重要。正因如此,我们看到公私合作不断增加,力求推动对新兴经济体的投资。这一趋势在建筑业尤为普遍,新兴市场对寻求扩张的建筑公司很有吸引力。宽松的融资条件和大规模基础设施刺激计划,吸引了大量投资进入新兴市场。在某些情况下,建筑公司通过并购进入新兴市场,从而提振行业估值。到2030年,全球建筑市场产值预计将增长至15.2万亿美元,其中8.9万亿美元来自新兴市场。20然而,寻求拓展新兴市场的建筑公司仍应密切关注自身财务状况,以避免在材料成本上涨、供应链日趋复杂、燃料价格攀升和工资波动的环境下面临现金流挑战。趋势三:全球格局不断变化前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势11印度制造业引起外国投资者关注2020年4月至2021年12月期间,印度制造业获得了1,042亿美元的外商直接投资,21这主要得益于印度政府推出的“印度制造”计划。该计划为制造企业提供了一系列激励措施(包括与生产相关的激励措施),适用于道路、运输和高速公路等基础设施相关项目。供应链韧性不断提升近年来,疫情停工、国际物流不畅和恶劣天气都对供应链造成了严重冲击,再加上地缘政治紧张局势(如俄乌冲突、中美贸易战和制裁战等),促使企业采取行动提高供应链韧性。在某些情况下,以上因素还导致了生产基地转移。例如,一些汽车制造商将零部件生产从中国江苏沿海地区转移到墨西哥中部的瓜纳华托州(部分是由于供应链问题,还因为 美国-墨西哥-加拿大协定 要求大部分汽车零部件在北美生产)。许多原始设备制造商也开始探索自主生产半导体芯片,以缓解供应链积压问题。这一趋势最终推动了各地区制造业格局的再平衡。例如,越来越多亚洲企业将工厂从中国迁往东南亚。过去依赖西欧供应链的企业正将供应链转移到罗马尼亚和西非。与此同时,北美企业选择将业务扩展到亚洲,以抵御未来的经济衰退。科技初创企业受到青睐全球私募股权投资者对收购工业巨头旗下拥有巨大潜力(且价值被低估)技术的业务部门兴趣浓厚,尽管后者的业绩不够理想。例如,2022年6月,私募股权公司Clayton Dubilier&Rice收购了Roper Technologies Inc旗下工业业务的多数股权。22这一趋势正迅速向航天工业延伸。在政府机构主导数十年之后,航天工业最近向私人投资敞开了大门。业内外企业都在寻求收购有助于推动技术创新和提高竞争力的初创企业。鉴于此,更为积极地投资于推动全球创新初创企业和生态系统,将为工业产品及建筑行业带来广泛收益。战略问题思考:面对持续存在的宏观经济不确定性和/或地缘政治紧张局势,如何管理业务连续性相关风险?如何降低对特定制造商的依赖,并实现零部件供应商多样化?有效应对当前挑战有哪些方法,例如是否应当通过购买、开发/投资或合作来推动增长?可以采取哪些措施吸引外国投资者参与大型基础设施项目?如何从国内外竞争对手中脱颖而出,并最终以具有吸引力的估值吸引大量外国投资?多大比例的收入来自国外/出口?如何利用这一点吸引私募股权投资者?11前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势12如何吸引和保留优质劳动力仍然是许多工业产品及建筑企业的关注重点。虽然新冠疫情导致人才竞争有所加剧,但其实该问题早已存在多时,而且预计未来只会愈演愈烈。到2030年,全球劳动力缺口预计将达到8,500万人,造成8.5万亿美元的未实现年收入损失。其中,中国的缺口最大(1,200万),其次是俄罗斯和美国(各600万)。23就欧洲而言,法国的劳动力短缺最为严重,罗马尼亚、意大利、土耳其和德国紧随其后。造成人才缺口的原因不计其数,工资低、劳动力老龄化和熟练劳动力短缺等问题存在已久。随着工业产品及建筑企业争相发展机器人团队、智能工厂管理和数字孪生工程等新兴技术,工业4.0时代管理人才的缺口日益凸显。与此同时,生产车间的工作岗位正逐渐被自动化取代。此外,工业产品及建筑行业还面临以下问题:观念问题 工业产品及建筑行业往往被认为是高度手动化、日趋衰落、忽视环境保护的行业。因此,该行业更加难以吸引年轻高技能人才,他们更倾向于工资更高还能接触先进技术的工作机会。认知不足许多人对工业产品及建筑行业的薪酬水平缺乏了解,对许多工作性质已在过去几十年间因技术进步彻底改变的事实知之甚少。员工期望不断变化潜在员工越来越关注福祉、目标、多元化、公平性和包容性,亲睐有归属感、工作时间灵活、离家近的工作环境。虽然针对此等问题并不存在单一解决方案,但以下措施可能会有所帮助:提高工资虽然工业产品及建筑行业的部分劳动者完全退出了劳动力市场,但大多数人只是因为更好的机会(包括更高的工资)而更换工作。对于希望吸引更多熟练工人的企业而言,提高工资必然会吸引更多求职者。当然,提高工资也会带来一系列挑战。企业必须在削减利润与将新增成本转嫁给客户之间做出决策。尽管如此,近年来,许多行业的工资涨幅仍然很低,现在是时候迎头赶上了。例如,尽管职位空缺大幅增加,但加拿大采矿业和制造业的工资增长明显疲软。24考虑到现场生产风险有所增加,企业可能需要提高工资来满足需求。趋势四:人才竞争持续上演前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势13为缓解该问题,企业可以开展教育和学徒计划,培养年轻一代对工业产品及建筑行业的兴趣。营造更具吸引力的工作环境工业产品及建筑企业可以建设更具包容性的政策和文化,营造注重福祉和目标的工作环境,从而吸引多元化员工来充实人才库。例如,位于德国的梅赛德斯-奔驰56号工厂正在对“轮班员工库”进行测试,以期为员工提供更灵活的轮班选择。未来,员工可以通过应用程序选择工作时间,从而更好地平衡工作与生活。26开展在职培训当前人才短缺的部分原因在于大量熟练工人因退休而退出劳动力市场,但主要原因可能是工业产品及建筑行业愈发依赖人工智能和自动化等先进技术。虽然新兴技术有助于简化业务流程和提高工作效率,但也需要具备相应技能的操作人员才能发挥作用。培训员工使用新技术不仅可以填补劳动力缺口,还能提高现有员工的生产率,降低对新员工的需求。这一点在企业为应对劳动力短缺而投资设备和软件的领域已得到验证。培养兴趣和储备人才多年来,多国企业都在为如何替代大批临退休人员而担忧。仅以美国为例,每天就有10,000人达到65岁的退休年龄,预计这种情况至少会持续到2029年。25战略问题思考:如何确保员工拥有适当技能组合,以助力公司顺利过渡至清洁能源制造?目前制定了哪些员工吸引和保留政策?与主要竞争对手的政策相比如何?如何确保员工具备竞争优势所需的适当技能组合?可投资哪些节省人力的技术来实现长期运营和经济效益?能否通过收购来提升增长领域的人才储备?前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势14在瞬息万变的商业环境中,工业产品及建筑企业不能安于现状。在制定发展计划时,充分考虑ESG、增值服务、地缘政治变化和人才战略等因素才是制胜之道。具体而言,工业产品及建筑企业可以采取以下行动:全面融入ESG:确保在产品开发、会计、业务战略、运营、合规、利益相关者关系等各个方面,充分体现ESG理念。专注价值创造:积极响应不断变化的客户需求和日益激烈的行业竞争,深入挖掘终端客户需求,在提供产品之外满足这些需求。密切关注新威胁和机遇:及时掌握行业趋势、政治气候和政府激励措施。充实人才库:对现有团队成员进行技能培训以适应行业发展需要,开展学徒计划、教育计划并优化工作环境来招揽新员工。如欲进一步了解德勤如何帮助贵公司在当今的工业产品及建筑行业环境中蓬勃发展,请与我们联系。面向未来前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势14前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势15联系人全球联系人主要撰稿人Stanley Porter全球能源、资源及工业行业领导合伙人 Deloitte US LLP 1 703 251 4000Andrew Botterill 全球能源、资源及工业行业财务咨询领导合伙人 Deloitte Canada LLPabotterilldeloitte.ca 1 403 648 3239Sriram Prakash 全球并购洞察与创新服务领导人Deloitte UK LLPsprakashdeloitte.co.uk 44 20 7303 3155Jean-Louis Rassineux全球工业产品及建筑行业领导合伙人Deloitte Francejrassineuxdeloitte.fr 33 1 55 61 57 00Kotaro Watanabe全球工业产品及建筑行业财务咨询领导合伙人Deloitte Tohmatsu Financial Advisory LCCkotawatanabetohmatsu.co.jp 81 80 4435 1677Rajiv Somani 财务咨询国际能力中心高级经理 Deloitte Touche Tohmatsu India LLP 91 22 6185 6137法国 Charles Bdier巴黎 33 1 5837 9170cbedierdeloitte.fr日本Naoki Akasaka东京 81 80 4173 1034naoki.akasakatohmastu.co.jp德国Claudius Thiell法兰克福 49 697 5695 6227cthielldeloitte.de荷兰 Justin Hamers阿姆斯特丹 31 882 881 951jhamersdeloitte.nl印度 Suresh Atal 孟买 91 22 6185 西班牙Marc Saenger 巴塞罗那 34 9 31 69 79 msaengerdeloitte.es日本Andrius Cialka东京 81 80 4144 5104andrius.cialkatohmatsu.co.jp美国Will Frame芝加哥 1 312 486 前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势16联系人中国联系人董伟龙中国工业产品及建筑行业主管合伙人 86 10 85207130殷莉莉中国建筑行业主管合伙人 86 10 85125240前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势17联系人主要联系人澳大利亚Tony Garrett悉尼 61 2 9322 .au加拿大 Sylvia Rasic多伦多 1 416 607 0725srasicdeloitte.ca丹麦Niels Stoustrup 哥本哈根 45 30 93 59 15nstoustrupdeloitte.dk 印度Sumit Khanna孟买 91 2 261 855 奥地利Thomas Gritzer维也纳 43 1 537 002730tgoeritzerdeloitte.at 中欧 Darko Stanisavic 贝尔格莱德 381 11 381 2120 芬兰Henrik Wickstrom赫尔辛基 358 207 555 687henrik.wickstromdeloitte.fi 爱尔兰Anya Cummins都柏林 35 314 172 240ancumminsdeloitte.ie 比利时Serge Prosman布鲁塞尔 32 2 600 62 智利Augusto Aboitiz Moure圣地亚哥 56 22729 法国 Charles Bdier巴黎 33 1 5837 9170cbedierdeloitte.fr以色列 Tal Chen特拉维夫 972 3 608 5580talchendeloitte.co.il 巴西Reinaldo Grasson圣保罗 55 11 5186 中国内地和香港何伟健香港 852 2852 .hk德国 Claudius Thiell法兰克福 49 697 5695 6227cthielldeloitte.de 意大利Elio Milantoni米兰 39 028 3325 066emilantonideloitte.it 日本Tomoya Miyahara 东京 81 90 6560 9514tomoya.miyaharatohmatsu.co.jp 挪威Carsten Vilhelm Haukas奥斯陆 47 2327 9503chaukasdeloitte.no 东南亚 Yap Kong Meng吉隆坡 60 3 7723 土耳其zlem Ula伊斯坦布尔 90 212 366 63 LATCOIvan Montoya波哥大 57 1 4262 波兰Micha Tokarski华沙 48 221 667 西班牙 Jordi Llido巴塞罗那 34 9 32 53 37 02jllidodeloitte.es 英国Mark Adams伦敦 44 20 7007 3624mjadamsdeloitte.co.uk 中东Mark Taylor迪拜 971 4 5064 葡萄牙Hugo Miguel Marques里斯本 351 210 422 576hmarquesdeloitte.pt瑞典David Jrnland斯德哥尔摩 46 70 080 28 49djarnlanddeloitte.se英国 Thomas Frankum伦敦 44 20 7303 6636tfrankumdeloitte.co.uk 荷兰 Justin Hamers阿姆斯特丹 31 882 881 951jhamersdeloitte.nl奥地利Thomas Gritzer维也纳 43 1 537 002730tgoeritzerdeloitte.at 瑞士 StephanBrcher苏黎世 41 58 279 7523sbruecherdeloitte.ch美国 Will Frame芝加哥 1 312 486 前景展望:工业产品及建筑行业四大发展趋势18尾注1.CO2 Emissions in 2022,International Energy Agency2.ESG fund flows show resilience amid 2022 market sell-off,Qontigo,August 17,20223.ESG fund flows show resilience amid 2022 market sell-off,Qontigo,August 17,20224.Appetite for ESG drives overall ETF flows in 2022,ESG Clarity,January 16,20235.ESG dominated European 2022 ETF flows,Funds Europe,January 16,2023.https:/www.funds- disasters caused$313 bln economic loss in 2022,Reuters,January 25,20237.The path to thrive:M&A strategies for a brave new world,Deloitte,20238.The path to thrive:M&A strategies for a brave new world,Deloitte,20239.Hempel completes the acquisition of iconic paint and wallpaper brand,Farrow&Ball,Hempel,February 9,202110.Sebi makes dividend distribution policy must for top 1,000 listed cos,Economic Times,May 11,202111.Sustainable funds grab new money worldwide in second quarter,Reuters,July 28,202312.RILs move to green-clean energy with Dhirubhai Ambani,NewsONAIR,September 1,202113.Factory 56,Mercedes-Benz Group 14.Tesla bought a company to help automate its factories,CNBC,November 8,201715.Siemens acquires Senseye,Siemens,June 8,202216.Japans Hitachi acquires GlobalLogic for$9.6 billion,GlobalLogic,202117.Global foreign investment recovered to pre-pandemic levels in 2021,but uncertainty looms,UNCTAD,June 9,202218.Global foreign direct investment rebounded strongly in 2021,but the recovery is highly uneven,UNCTAD,January 19,202219.Tata Motors to buy Ford Indias manufacturing plant for$91 million,Reuters,August 7,202220.Global Construction Outlook,Marsh,September 22,202121.Transformation in Ease of Doing Business environment,The New Indian ss,September 7,2022.22.Roper Sells Industrial Business Stake to CD&R for$2.6 Billion,BNN Bloomberg,June 1,202223.The$8.5 Trillion Talent Shortage,Korn Ferry24.Wolf,Michael,The global labor shortage:How Covid has changed the labor market,Deloitte,August 23,202125.By 2030,All Baby Boomers Will Be Age 65 or Older,United States Census Bureau,December 10,2019 26.Factory 56,Mercedes-Benz Group 图表图1:全球主要政府倡议和清洁能源相关措施,Energy and Climate Intelligence Unit,CEDI:US gov website,CEMI:Department of Energy,IRA:Department of Energy,UK Clean Growth Strategy:UK Gov strategy,Contracts for Difference:UK Gov website,Renewable Obligation scheme:UK Gov,Renewables Energy Act:IEA,National Hydrogen Strategy:Gov website BMWI,National Energy and Climate Plan:Climate Change Laws,National Low-Carbon Strategy:UNFCC,Renewable Energy Law:UNESCAP,Hydrogen Industry Development:IEA,Feed-In Tariff:Climate Scorecard,Hydrogen Industrial Strategy:CSIS,National Hydrogen Mission:India Gov,Clean Energy Initiative:IEA,National Hydrogen Strategy:h2council,Department of Transportation,News article:ET Auto,Join Bonnet article:EV grants incentives in the UK,Just Auto,Electrive,China briefing,Nikkei Asia,EarthtronEV,EVSE Australia,OECD,Tax Foundation,No carbon tax:Frontiers,International Carbon Action Partnership,No carbon tax:Mongabay,Centre for Public Impact,UKCCSRC,Clean Energy Wire,Global CCS Institute,OGCI,S&P Global,Japans CCUS policy,Carbon Capture,Utilisation,and Storage(CCUS)Policy Framework and its Deployment Mechanism in India,DCCEEW,Department of Energy,UK Gov website,Euractiv,IDDRI,Financial Times,CSIS,The Diplomat,India Gov website,DCCEEW:Aus green hydrogen strategy图2:智能工厂构成要素和推动因素,Gartner图3:Lumada平台收入(万亿日元),GlobalLogicDeloitte(“德勤”)泛指一家或多家德勤有限公司,以及其全球成员所网络和它们的关联机构(统称为“德勤组织”)。德勤有限公司(又称“德勤全球”)及其每一家成员所和它们的关联机构均为具有独立法律地位的法律实体,相互之间不因第三方而承担任何责任或约束对方。德勤有限公司及其每一家成员所和它们的关联机构仅对自身行为承担责任,而对相互的行为不承担任何法律责任。德勤有限公司并不向客户提供服务。请参阅

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  • 中碳数字实验室:中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告(2022)(207页).pdf

    ?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?序 言 2020 年 9 月 22 日,在第七十五届联合国大会一般性辩论上,中国国家主席习近平提出:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和,为实现应对气候变化巴黎协定确定的目标做出更大努力和贡献。”这是中国历史上第一次以国家领导人讲话的方式宣布碳中和的战略目标。为落实“双碳”目标,2020 年 12 月 18 日,中央经济工作会议将“做好碳达峰、碳中和工作”作为 2021 年八大重点任务之一进行了部署。随后,各部门如生态环境部、国家能源局、工信部、国家发展改革委、中国人民银行等就推动碳达峰、碳中和工作密集发声。2021 年 3 月发布的国家“十四五规划”,提出要求制定 2030 年前碳达峰目标行动方案,落实 2030 年应对气候变化国家自主贡献目标。根据2021年中国建筑能耗研究报告,2019年全国建筑全过程能耗总量为22.33 亿 tce,占全国能源消费总量比重为 45.9%;2019 年全国建筑全过程碳排放总量为49.97亿tCO2,占全国碳排放量比重为 50.6%。建筑能耗总量及碳排放总量占全社会总量达一半左右。因此推进建筑全生命周期脱碳,对于实现我国“双碳”目标具有重要意义。建筑全生命周期包含四个阶段,分别为:建材生产阶段、建筑施工阶段、建筑运行阶段及建筑拆除阶段。根据2021年中国建筑能耗研究报告,建材生产阶段碳排放量最大,占全社会总排放量的 28%;建筑运行阶段次之,占比为21.6%;建筑施工阶段(含拆除)占比最小,占比 1%。对于建材生产阶段,脱碳路径包括:建材生产及运输过程低碳技术应用、低碳建材推广应用,以及绿色建材产品认证等;对于建筑运行阶段,脱碳路径包括:建筑低碳设计、能源替代、电气化推进,以及能效提升等;对于建筑施工阶段,脱碳路径包括:施工过程“四节一环保”、现场绿化,以及数字技术的应用等;对于建筑拆除阶段,脱碳路径包括:拆除方式优化、建材回收利用,以及低碳拆除设计。建筑脱碳过程离不开绿色金融支持。当前存在绿色金融与绿色建筑发展不匹配性问题。创新融资模式,有助于解决不匹配问题,促进各?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?方实现效益最大化,有效推进建筑产业脱碳。碳排放权交易机制是为各国经验所证实的能够以最优成本方式实现碳排放控制目标的市场机制,也是我国实现“3060”双碳目标的重要机制。我国地方试点碳交易市场运行以来取得了一定成效,全国碳交易市场于 2021 年启动。相较于欧盟碳交易市场,我国碳交易市场仍处于起步阶段,在政策法规、机制设计、交易品种等方面均有待提升完善。关键词:碳达峰、碳中和、绿色建筑、脱碳、路径、绿色金融、碳排放权、碳交易?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?目 录?第一章 碳达峰、碳中和发展背景.1 一、碳达峰、碳中和概念及范畴.1 二、全球气候环境背景.2 三、国际间气候治理合作.5(一)国际气候谈判进程.5(二)国际气候研究机构IPCC.7 四、国际碳排放现状及碳中和进展.9 五、中国碳减排承诺.13 六、政策发布.13(一)国务院及各部委政策发布.13(二)各省及央企双碳实施方案发布.19 第二章 我国建筑用能及碳排放现状.25 一、我国建筑发展现状.25 二、我国建筑用能及碳排放分析.27(一)建筑用能及碳排放总量分析.27(二)用能及碳排放强度分析.30 第三章 国内外绿色建筑发展现状.32 一、概要.32 二、国外绿色建筑政策发展.32(一)英国绿色建筑政策发展.32(二)德国绿色建筑政策发展.33(三)美国绿色建筑政策发展.34(四)日本绿色建筑政策发展.34 三、国内绿色建筑政策发展.35 第四章 建筑碳达峰碳中和实施路径分析.37 一、概要.37 二、建材生产阶段脱碳.38(一)建材行业碳排放现状.38(二)传统结构建材脱碳.38?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?(三)低碳建材应用.43(四)绿色建材产品认证.49(五)建材运输脱碳.52 三、建筑施工阶段脱碳.53(一)我国建筑施工行业发展现状.53(二)建筑施工阶段脱碳路径.54(三)工程建设企业脱碳典型案例.61 四、建筑运行阶段脱碳.63(一)建筑运行阶段碳排放现状.63(二)建筑低碳设计.64(三)能源替代.76(四)推进电气化.91(五)能效提升.92 五、建筑拆除阶段脱碳.100(一)拆除方式优化.101(二)建材回收利用.101(三)低碳拆除设计.102 六、绿色金融支持.103(一)我国绿色金融发展.103(二)绿色金融与绿色建筑的不匹配性.104(三)不匹配性解决途径.105 第五章 市场化减碳手段碳排放权交易.107 一、概要.107 二、碳排放权交易概述.108(一)碳排放权交易内涵及由来.108(二)碳排放权交易原理.108(三)碳排放权交易市场分类.111 三、碳排放权交易基本要素.112(一)交易覆盖范围.113(二)配额分配.114(三)碳排放监测、报告与核查.116(四)交易制度.118?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?(五)清缴履约.119(六)抵消机制.120(七)管理系统.120 四、国际碳排放权交易市场发展.121(一)国际碳交易市场发展概况.121(二)欧盟碳交易市场(EU ETS).131(三)美国区域温室气体倡议(RGGI).133(四)日本碳交易市场.134(五)欧盟碳边境调节机制(CBAM).136 五、中国碳排放权交易市场发展.138(一)国内碳交易市场发展概况.138(二)地方各省市试点碳交易市场.139(三)全国碳交易市场.150(四)我国碳交易市场存在问题及发展方向.155 第六章 绿色建筑典型案例.159 一、国外绿色建筑案例.159(一)哥本哈根零碳建筑“绿色灯塔”.159(二)风能建筑的杰作巴林世贸中心.161(三)可持续设计建筑德国联邦环境局办公楼.163(四)绿色会展建筑温哥华会展中心.165 二、国内绿色建筑案例.167(一)超高层绿色建筑上海中心大厦.167(二)近“零碳”建筑南京绿色灯塔.170(三)台湾超高层绿色建筑台北 101.171(四)主动式建筑威卢克斯中国办公楼.173(五)零能耗建筑水发兴业能源集团研发楼.176(六)碳中和示范区深圳大梅沙万科“生物圈三号”.182 第七章 参考文献.188 第八章 中建协认证中心双碳业务介绍.190?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?1 第一章 碳达峰、碳中和发展背景 一、碳达峰、碳中和概念及范畴 2020 年 9 月,中国宣布二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取2060 年前实现碳中和的目标后,全球对气候变化的热情被出重新点燃,中国成为全球低碳实践的引领者。“碳达峰”、“碳中和”成为各路媒体的热词和全社会关注的焦点,政府、学术界、工业界等对“碳达峰”、“碳中和”实践展开积极的研究,一股浓厚的“碳达峰”、“碳中和”风已在国内外悄然兴起。在探讨推进“碳达峰”、“碳中和”的目标进程中,首先需要明确“碳达峰”、“碳中和”概念,以及达成目标所涵盖的范围。“碳达峰”是指全球、国家、城市、企业等主体的碳排放在由升转降的过程中,碳排放的最高点即碳峰值。大多数发达国家已经实现碳达峰,碳排放进入下降通道。我国目前碳排放虽然比2000-2010年的快速增长期增速放缓,但仍呈增长态势,尚未达峰。2009年以来中国碳排放量如下图所示。“碳中和”是指人为排放源与通过植树造林、碳捕集、利用与封存(CCUS)技术等人为吸收汇达到平衡。图 1.1 2009-2019 年中国二氧化碳排放量及增速(数据来源:BP 世界能源统计)“碳达峰”、“碳中和”目标可以设定在全球、国家、城市、企业活动等不同层面。对于双碳中的“碳”,狭义上指二氧化碳排放,广义也可指所有温室气体排?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?2 放,包括甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。根据中国气候变化事务特使解振华在 2021年“全球绿色复苏与 ESG投资机遇”论坛北京峰会上所作的说明,我国 2030年“碳达峰”中的“碳”是指二氧化碳,即 2030年要实现二氧化碳达峰,而 2060年“碳中和”中的“碳”则涵盖全部温室气体,也即 2060年要实现全部温室气体排放的中和。二、全球气候环境背景 2021年8月4日,中国气象局气候变化中心组织编制的中国气候变化蓝皮书(2021)发布。蓝皮书显示,全球大气圈变暖趋势仍在持续。2020年,全球平均温度较工业化前水平(18501900年平均值)高出1.2,是有完整气象观测记录以来的三个最暖年份之一;20112020 年,是 1850年以来最暖的十年。2020年,亚洲陆地表面平均气温比常年值(本报告使用 19812010年气候基准期)偏高 1.06,是 20 世纪初以来的最暖年份。蓝皮书同时指出,中国是全球气候变化的敏感区和影响显著区,升温速率明显高于同期全球平均水平。19512020年,中国地表年平均气温呈显著上升趋势,升温速率为 0.26/10年。近 20年是 20世纪初以来的最暖时期,1901年以来的 10个最暖年份中,除 1998年,其余 9个均出现在 21世纪。图 1.2 18502020 年全球平均温度距平(相对于 18501900 年平均值)?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?3 图 1.3 19012020 年中国地表年平均气温距平 全球气候持续变暖也意味着地球生态平衡被打破,伴随而来的将是地球环境的改变。美国国家科学院学报研究表明,全球平均气温每升高 1,海平面可能会上升超过 2 米,这会导致像巴厘岛、马尔代夫等海拔较低的沿海地区的面积逐渐缩小,甚至消失,岛上的居民将不得不迁往别处。而如果全球平均气温上升 2,全球 99%的珊瑚礁都将消失,接近墨西哥国土面积的冻土会永久解冻,水资源将变得极度紧张。另有研究表明,如果全球平均气温上升5,地球的整体环境将被完全破坏,产生诸如极端天气频发,水资源匮乏,甚至有可能引发生物大灭绝等问题。所以,平均气温每上升 1,都将对地球造成不堪设想的后果。中国气候变化蓝皮书(2021)中显示,1901-2020 年以来,中国沿海海平面、极端高温事件同地表年均温度一样,均呈现出逐步上升趋势。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?4 图 1.4 19012020 年中国沿海海平面距平变化(相对于 19932011 年平均值)图 1.5 19612020 年中国极端高温事件 科学界认为,温室气体产生的“温室效应”是造成全球变暖的基本原因。温室气体主要包括二氧化碳、氧化亚氮、氟利昂、甲烷等,这些气体使大气的保温作用增强,从而使全球温度升高。其原理是,太阳发出的短波辐射透过大气层到达地面,而地面增暖后反射出的长波辐射却被这些温室气体吸收。大气中的温室气体不断增多,就好像给地球裹上了一层厚厚的被子,使地表温度逐渐升高。据中国气候变化蓝皮书(2021)中关于温室气体的监测结果表明:2019年,全球大气二氧化碳(CO2)、甲烷(CH 4)和氧化亚氮(N 2O)的平均浓度?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?5 分别达到了创纪录的 410.50.2ppm,18772 ppb 和 332.00.1 ppb,依次为工业化之前水平的 148%、260%和 123%;1990年以来主要温室气体浓度仍在持续上升。该监测结果从一定程度上也印证了温室气体为导致全球气候变暖的直接因素。图 1.6 19902019 年中国青海瓦里关和美国夏威夷冒纳罗亚全球大气本底站大气二氧化碳月均浓度变化 社会发展离不开能源的使用,随着全球人口数量的增加和经济社会的发展,生活和生产用能需求的上升是必然趋势。而用能需求的上升伴随着化石燃料的大规模使用,如火电厂通过燃煤供电供热,交通工具运转消耗汽柴油等,这些均会产生大量的温室气体,进而导致全球气候持续变暖。因此,解决经济社会发展和温室气体排放之间的矛盾将是未来全球共同面对的重要课题。三、国际间气候治理合作(一)国际气候谈判进程 早在上世纪 90 年代,国际间就已针对气候变化议题开展相关合作。1992 年在巴西里约热内卢达成了联合国气候变化框架公约(以下简称公约),在此之后,国际社会围绕细化和执行该公约开展了持续谈判,大体可以分为 1995-2005 年、2007-2010 年、2011-2015 年、2015 年以后四个阶段,签署了京都议定书 坎昆协议 巴黎协定等。第一阶段:1995-2005 年,为京都议定书谈判、签署、生效阶段。京?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?6 都议定书是公约通过后的第一个阶段性执行协议。由于公约只是约定了全球合作行动的总体目标和原则,并未设定全球和各国不同阶段的具体行动目标,因此 1995 年缔约方大会授权开展京都议定书谈判,明确阶段性的全球减排目标以及各国承担的任务和国际合作模式。京都议定书作为公约第一个执行协议从谈判到生效时间较长,历经美国签约、退约,俄罗斯等国在排放配额上高要价等波折,最终于 2005 年正式生效,首次明确了 2008-2012 年公约下各方承担的阶段性减排任务和目标。第二阶段:2007-2010 年,谈判确立了 2013-2020 年国际气候制度。2007 年印度尼西亚巴厘气候大会上通过了巴厘路线图,开启了后京都议定书国际气候制度谈判进程,覆盖执行期为 2013-2020年。根据巴厘路线图授权,缔约方大会应在 2009 年结束谈判,但当年大会未能全体通过哥本哈根协议,而是在次年即 2010 年坎昆大会上,将哥本哈根协议主要共识写入 2010 年大会通过的坎昆协议中。其后两年,通过缔约方大会“决定”的形式,逐步明确各方减排责任和行动目标,从而确立了2012 年后国际气候制度。第三阶段:2011-2015 年,谈判达成巴黎协定,基本确立 2020 年后国际气候制度。根据奥巴马政府在哥本哈根政策行动根协议谈判中确立的“自下而上”的行动逻辑,2015年巴黎协定不再强调区分南北国家,法律表述为一致的“国家自主决定的贡献”,仅能通过贡献值差异看出国家间自我定位差异,形成所有国家共同行动的全球气候治理范式。第四阶段:2016 年至今,主要就细化和落实巴黎协定的具体规则开展谈判。2018 年波兰卡托维兹缔约方大会就巴黎协定关于自主贡献、减缓、适应、资金、技术、能力建设、透明度、全球盘点等内容涉及的机制、规则达成基本共识,并对落实巴黎协定、加强全球应对气候变化的行动力度做出进一步安排。巴黎协定是在变化的国际政治经济格局下,为实现气候公约目标而缔结的针对 2020 年后国际气候制度的法律文件,共 29 条,包括目标、减缓、适应、损失损害、资金、技术、能力建设、透明度、全球盘点等内容。协定的核心目标是在 21 世纪末将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在 2以内,并努力将温度上升幅度限制在 1.5以内。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?7 巴黎协定的签署对世界各国都有重大而深远的意义。首先,开展国际合作以应对气候变化符合全人类的共同利益。地球是人类与其他生物共同的家园,我们每一个人都身处其中,都有责任为环境保护出一份力。其次巴黎协定是建立在各国明确的政治共识之上的一份具有法律约束力的国际条约,与联合国气候变化框架公约共同构成了应对气候变化的国际法律制度的基础。巴黎协定通过让各国自主决定贡献的方式,回避了对于强制分配的减排义务公平性的质疑,为全球气候治理提供了新思路。同时,该协定的签署也让国际碳市场看到了各国应对气候变化的决心。(二)国际气候研究机构IPCC 除了国际间的气候合作,为了应对气候变化带来的挑战,世界气象组织(WMO)和联合国环境规划署(UNEP)于 1988 年联合成立了政府间气候变化专门委员会(IPCC),旨在向世界提供一个清晰的有关对当前气候变化及其潜在环境和社会经济影响认知状况的科学观点。该机构通过发布一系列报告,在气候治理的关键节点上,从科学基础上支撑了国际气候治理的进程。1990 年 IPCC 第一次评估报告发布,其中系统评估了气候变化学科的最新进展,从科学上为全球开展气候治理奠定了基础,从而推动 1992 年联合国环境与发展大会通过了旨在控制温室气体排放,应对全球气候变暖的第一份框架性国际文件联合国气候变化框架公约。1995 年 IPCC 第二次评估报告发布,该报告为 1997 年京都议定书的达成铺平了道路。IPCC 第三次评估报告(2003 年)开始分区域评估气候变化影响。2007 年发布的 IPCC 第四次评估报告将温升和温室气体排放相结合,综合评估了不同浓度温室气体下未来全球气候变化趋势,为 2目标奠定了科学基础。尽管 2009 年达成的哥本哈根协议不具所法律效力,但 2温升目标被国际社会普遍接受。2014 年 IPCC 第五次评估报告发布,报告中进一步明确了全球气候变暖的事实以及人类活动对气候系统的显著影响,为 2015 年顺利达成巴黎协定奠定了科学基础。2018 年发布了IPCC 全球升温 1.5特别报告,强化了 1.5的科学事实?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?8 和属性。报告指出:若将全球气温上升幅度控制在 1.5以内,将能避免大量气候变化带来的损失与风险,例如,能够避免几百万人陷入气候风险导致的贫困,降低强降雨、干旱等极端天气发生的频率,减少对捕鱼业、畜牧业的负面影响等。2021 年 8 月,IPCC 第六次评估报告第一工作组报告发布。报告指出未来 20年,全球温升预计将达到或超过 1.5,并指出除非迅速大规模地减少温室气体排放,否则将升温限制在接近 1.5将无法实现。IPCC 的评估报告由数百名首席科学家及各相关行业专家共同编写完成。报告经历了数轮起草和评审,旨在确保报告的全面、客观,反映科学界全方位的观点。IPCC 通过历次评估报告对不同科学问题的认知不断强化,为国际气候治理奠定科学基础。除了编制评估报告,IPCC 还开展国家温室气体指南的编制。第 1 版清单指南是IPCC 国家温室气体清单指南(1995 年)。在这之后 IPCC 陆续发布了1996 年清单指南、2000 年优良做法和不确定性管理指南和土地利用、土地利用变化和林业优良做法指南。2006 年 IPCC 在以上清单指南基础上,融入新的方法学体系,编制形成2006 IPCC 国家温室气体清单指南。近年来,随着新生产工艺和技术不断出现,新的排放特征出现;同时科研人员对温室气体排放的认知能力逐步提升,研究出更加精细化的排放因子和核算方法学。基于此,IPCC 于 2019 年对 2006 年版本进行了修订,发布了2019年清单指南。2019 年清单指南是迄今最精细化和专业化的温室气体清单指南,是在 2006 年版本上的重要进步,其方法学体系对全球各国都具有深刻和显著的影响,为世界各国建立国家温室气体清单和减排履约提供最新的方法和规则。需要注意的是,2019年清单指南在内容上并不是一个独立指南,其需要和2006年清单指南联合使用,即2019 年清单指南并未取代2006年清单指南,而是修订、补充和完善了2006 年清单指南。2019清单指南、2006清单指南构成了IPCC国家温室气体清单指南的全新体系,凝结了国内外 197 名温室气体领域顶级专家的智慧,是迄今核算人类活动所导致的温室气体排放与吸收的最科学、最直接、最全面的方法学体系。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?9 四、国际碳排放现状及碳中和进展 根据BP 世界能源统计,2009 年-2019 年间全球二氧化碳排放量逐年上升,2019 年全球碳排放总量 342 亿吨,排放量前四分别为中国、美国、印度、俄罗斯。其中,中国二氧化碳排放量为 98.26 亿吨,占全球总排放量的 28.7%;美国二氧排放量为 49.65亿吨,占全球总排放量的 14.5%;印度二氧排放量为 24.8亿吨,占全球总排放量的 7.3%;俄罗斯二氧排放量为 15.33 亿吨,占全球总排放量的 4.5%。四个国家二氧化碳排放总量占比已超全球一半,达到 55%。图 2.1 全球二氧化碳排放量 从年均增长率统计来看,2009 年-2019 年世界二氧化碳排放平均年增速率为1.4%,其中印度年均增速最快,达到4.5%;其次为中国,达到2.5%,俄罗斯为0.6%,而同为排放大国,美国 2005 年已实现碳达峰,2009-2019 年年均增速呈现负增长。05010015020025030035020192018201720162015201420132012201120102009中国美国印度俄罗斯其他国家?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?10 表 1.1 2009-2019 年全球二氧化碳排放量年均增长率 年份 世界 中国 美国 印度 俄罗斯 其他国家 2009 297 77 53 16 14 137 2010 311 81 55 17 15 143 2011 320 88 53 17 16 145 2012 323 90 51 18 16 148 2013 328 92 52 19 15 148 2014 328 92 53 21 15 147 2015 328 92 51 21 15 148 2016 329 91 50 22 15 150 2017 333 93 50 23 15 152 2018 340 95 51 25 15 154 2019 342 98 50 25 15 154 年均增长率 1.4%2.5%-0.6%4.5%0.6%1.2%除美国外,全球已有不少国家实现碳达峰。根据 1750-2019 年全球各国和地区二氧化碳排放数据,截至 2019 年,全球共有 46 个国家和地区实现碳达峰,主要为发达国家,也有少量发展中国家和地区。其中,苏里南、不丹 2 个国家已实现碳中和。表 1.2 截至 2019 年底碳达峰国家 和地区的达峰时间和峰值 达峰时间 国家/地区 峰值(万吨)1969 安提瓜和巴布达 126 1970 瑞典 9229 1971 英国 66039 1973 文莱 997 1973 瑞士 4620 1974 卢森堡 1443 1977 巴哈马 971 1978 捷克 18749 1979 比利时 13979 1979 法国 53028 1979 德国 111788?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?11 达峰时间 国家/地区 峰值(万吨)1979 荷兰 18701 1984 匈牙利 9069 2003 芬兰 7266 2004 塞舌尔 74 2005 西班牙 36949 2005 意大利 50001 2005 美国 613055 2005 奥地利 7919 2005 爱尔兰 4816 2007 希腊 11459 2007 挪威 4623 2007 加拿大 59422 2007 克罗地亚 2484 2007 中国台湾 27373 2008 巴巴多斯 161 1987 波兰 46373 1989 罗马尼亚 21360 1989 百慕大三角 78 1990 爱沙尼亚 3691 1990 拉脱维亚 1950 1990 斯洛伐克 6163 1991 立陶宛 3785 1996 丹麦 7483 2002 葡萄牙 6956 2003 马耳他 298 随着巴黎协定签订,各履约国开始通过“自主决定贡献”方式参与履行本世纪末全球温升控制在 2的目标,减少温室气体排放为各国采取的主要手段。根据英国非盈利机构“能源与气候智能小组”的统计,目前国际上已有 126个国家以行政命令、法律规定、政策宣示等不同形式提出或承诺提出碳中和目标。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?12 表 1.3 全球各国碳中和目标日期及承诺性质 国家 目标日期 承诺性质 中国 2060 政策宣示 奥地利 2040 政策宣示 不丹 目前为碳负,发展中实现碳中和 巴黎协定下自主减排方案 美国加利福尼亚 2045年 行政命令 美国 2020年 拜登竞选承诺 加拿大 2050年 政策宣示 智利 2050年 政策宣示 哥斯达黎加 2050年 提交联合国 丹麦 2050年 法律规定 欧盟 2050年 提交联合国 斐济 2050年 提交联合国 芬兰 2035年 执政党联盟协议 法国 2050年 法律规定 德国 2050年 法律规定 匈牙利 2050年 法律规定 冰岛 2040年 政策宣示 爱尔兰 2050年 执政党联盟协议 日本“本世纪后半叶尽早的时间”政策宣示 马绍尔群岛 2050年 提交联合国的自主减排承诺 新西兰 2050年 法律规定 挪威 2050/2030 政策宣示 葡萄牙 2050年 政策宣示 新加坡“在本世纪后半叶尽早实现”提交联合国 斯洛伐克 2050年 提交联合国 南非 2050年 政策宣示 韩国 2050年 政策宣示 西班牙 2050年 法律草案 瑞典 2045年 法律规定 瑞士 2050年 政策宣示 英国 2050年 法律规定 乌拉圭 2030年 巴黎协定下自主减排承诺?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?13 五、中国碳减排承诺 2020 年 9 月 22 日,在第七十五届联合国大会一般性辩论上,中国国家主席习近平提出:中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和,为实现应对气候变化巴黎协定确定的目标做出更大努力和贡献。这是中国历史上第一次以国家领导人讲话的方式宣布碳中和的战略目标。中国双碳目标的提出,一方面彰显了作为国际上负责任大国积极主动改善全球气候的姿态,另一方面也按下了国家减碳的加速键。发达国家一般在 2050年定为碳中和目标年,从达峰到中和有40-60年的时间,而中国两个阶段仅间隔30 年,时间十分紧迫;加之中国本身碳排放总量高居世界第一,要实现双碳目标,意味着中国需要完成全球最高碳排放降幅,用全球历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和。由此,中国的双碳推动必将伴随着巨大减碳压力,对中国而言,未来几十年将是一场极富挑战性的硬战。挑战的同时伴随着机遇。有研究表明,我国如果保持现有政策、标准及投资水平不变,2060 年能源活动碳排放量将超过 120亿吨,与 2060 年碳中和目标差距巨大。因此若要实现碳中和目标,必然要转变现有经济技术发展模式,对社会开展全方位的深度脱碳。例如,在能源供给端大力发展太阳能、风能、生物质能等可再生能源发电;工业领域推进全面电气化,使用低碳生产工艺及设备;交通领域推进新能源汽车开发及应用;建筑领域推进超低能耗建筑等,同时研究开发碳捕集、利用及封存技术。一系列的脱碳转变将给能源企业、生产企业、技术机构、金融业等带来了新的机遇,那些占领技术制高点,拥有技术标准主导能力的一方将抢占到先机,在转变的风潮中发展壮大。从国际层面而言,推进全面脱碳转型,将对我国摆脱对外石化能源依赖,推动产业技术升级、增强全球产业链议价能力,提升国际气候话语权等起到积极的促进作用。六、政策发布(一)国务院及各部委政策发布 2020年12月18日,中央经济工作会议将“做好碳达峰、碳中和工作”作为2021 年八大重点任务之一进行了部署。2021 年中央经济工作会议再次明确要?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?14“坚定不移推进碳达峰碳中和”,指出“实现碳达峰碳中和是推动高质量发展的内在要求”,并提出需“创造条件尽早实现能耗双控向碳排放总量和强度双控转变,加快形成减污降碳的激励约束机制”。为落实中央经济工作会议精神,近年来,国务院及国家各部委陆续发布了双碳相关政策,指导并推进全国双碳工作开展,具体如下:国务院 2021 年 10 月,国务院发布2030 年前碳达峰行动方案,提出了“十四五”及“十五五”减排目标,明确“碳达峰十大行动”:能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、工业领域碳达峰行动、城乡建设碳达峰行动、交通运输绿色低碳行动等。国家发改委 2021 年 10 月,国家发展改革委等部门发布“十四五”全国清洁生产推行方案,提出 2025 年清洁生产目标,明确了加快工业、农业、建筑业、服务业、交通运输领域清洁生产推进重点等。生态环境部 2022 年 6 月,生态环境部发布减污降碳协同增效实施方案,提出 2025年、2030 年全国减污降碳目标,明确了加强源头防控、突出重点领域、优化环境治理、开展模式创新、强化支撑保障等内容。交通运输部 2022 年 6 月,交通运输部、国家铁路局、中国民用航空局、国家邮政局联合发布贯彻落实中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见的实施意见,提出优化交通运输结构、推广节能低碳型交通工具、积极引导低碳出行、增强交通运输绿色转型新动能等实施意见。农业农村部 2022 年 6 月,农业农村部、国家发改委联合发布农业农村减排固碳实施方案,提出了 2025 年、2030 年农业农村减排固碳目标,明确 6 项重点任务:种植业节能减排、畜牧业减排降碳、渔业减排增汇等;以及 10 项重大行动:稻田甲烷减排行动、化肥减量增效行动、渔业减排增汇行动等。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?15 工信部 2021 年 11 月,工信部发布了“十四五”工业绿色发展规划,提出主要目标以及九项主要任务,包括实施工业领域碳达峰行动、加快能源消费低碳化转型、加快能源消费低碳化转型等。2022 年 8 月,工信部、国家发改委、生态环境部联合发布工业领域碳达峰实施方案,提出了“十四五”及“十五五”工业领域减排目标,明确 6项重要任务:深度调整产业结构、深入推进节能降碳、积极推行绿色制造、大力发展循环经济、加快工业绿色低碳技术变革、主动推进工业领域数字化转型;以及 2 项重大行动:重点行业达峰行动、绿色低碳产品供给提升行动。2022 年 11 月,工信部、国家发改委与生态环境部联合印发有色金属行业碳达峰实施方案,提出了“十四五”及“十五五”有色金属行业减排目标,明确 5 项重点任务:优化冶炼产能规模、调整优化产业结构、强化技术节能降碳、推进清洁能源替代、建设绿色制造体系。2022 年 11 月,工信部、国家发改委、生态环境部与住建部联合印发建材行业碳达峰实施方案,提出了“十四五”及“十五五”建材行业减排目标,明确 5 项重点任务:强化总量控制、推动原料替代、转换用能结构、加快技术创新、推进绿色制造。财政部 2022 年 5 月,财政部发布财政支持做好碳达峰碳中和工作的意见,提出了 2025年至 2060年财政支持绿色低碳发展政策目标,明确了 6个财政支持重点方向和领域,包括支持构建清洁低碳安全高效的能源体系、支持重点行业领域绿色低碳转型、支持绿色低碳科技创新和基础能力建设、支持绿色低碳生活和资源节约利用、支持碳汇能力巩固提升、支持完善绿色低碳市场体系;并提出了 5 项财政政策措施:强化财政资金支持引导作用、健全市场化多元化投入机制、发挥税收政策激励约束作用、完善政府绿色采购政策、加强应对气候变化国际合作。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?16 科技部 2022 年 6 月,科技部等九部门联合发布科技支撑碳达峰碳中和实施方案(20222030 年),提出了 2025 年、2030 年关键技术领域突破目标,明确 10项重要行动,包括能源绿色低碳转型科技支撑行动、低碳与零碳工业流程再造技术突破行动、低碳与零碳工业流程再造技术突破行动、负碳及非二氧化碳温室气体减排技术能力提升行动等。国家能源局 2022年10月,国家能源局发布能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划,提出了 2025年、2030 年能源标准体系工作目标,明确 6项重要任务:大力推进非化石能源标准化、加强新型电力系统标准体系建设、加快完善新型储能技术标准、加快完善氢能技术标准、进一步提升能效相关标准、健全完善能源产业链碳减排标准。国家市场监督管理总局 2022 年 10 月,国家市场监督管理总局等 9 部门联合发布建立健全碳达峰碳中和标准计量体系实施方案,提出了 2025 年、2030 年、2060 年碳达峰碳中和标准计量体系工作目标,明确 7 项重要任务:完善碳排放基础通用标准体系、加强重点领域碳减排标准体系建设、加快布局碳清除标准体系、健全市场化机制标准体系、完善计量技术体系、加强计量管理体系建设、健全计量服务体系;并提出了 9 项重点工程和行动,包括实施碳计量科技创新工程、实施碳计量基础能力提升工程、实施碳计量标杆引领工程等。教育部 2022 年 10 月,教育部发布绿色低碳发展国民教育体系建设实施方案,提出了 2025年、2030年绿色低碳教育体系工作目标,明确了将绿色低碳发展融入教育教学、以绿色低碳发展引领提升教育服务贡献力、将绿色低碳发展融入校园建设等重点工作内容。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?17 2022 年 6 月,住建部、国家发改委联合发布城乡建设领域碳达峰实施方案,提出方案实施目标为:2030年城乡建设领域碳排放达到峰值,城乡建设绿色低碳发展政策体系和体制机制基本建立,绿色低碳运行初步实现;并力争到 2060 年前,城乡建设方式全面实现绿色低碳转型。实施方案从创建绿色低碳城市、县城和乡村着手,提出总计 12 项重点创建工作,其中有关绿色低碳建筑内容包括:开展绿色低碳社区建设 推进绿色社区创建行动,将绿色发展理念贯穿社区规划建设管理全过程,60%的城市社区先行达到创建要求。探索零碳社区建设。鼓励选用新能源汽车,推进社区充换电设施建设。全面提高绿色低碳建筑水平 到 2025 年,城镇新建建筑全面执行绿色建筑标准,星级绿色建筑占比达到 30%以上,新建政府投资公益性公共建筑和大型公共建筑全部达到一星级以上。2030 年前严寒、寒冷地区新建居住 建筑本体达到 83%节能要求,夏热冬冷、夏热冬暖、温和地区新建居住建筑本体达到 75%节能要求,新建公共建筑本体达到 78%节能要求。推动低碳建筑规模化发展,鼓励建设零碳建筑和近零能耗建筑。持续推进公共建筑能效提升重点城市建设,到 2030 年地级以上重点城市全部完成改造任务,改造后实现整体能效提 升 20%以上。推进公共建筑能耗监测和统计分析,逐步实施能耗限额管理。加强空调、照明、电梯等重点用能设备运行调适,提升设备能效,到 2030 年实现公共建筑机电系统的总体能效在现有水平上提升 10%优化城市建设用能结构 推进建筑太阳能光伏一体化 建设,到 2025 年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到 50%。推动既有公共建筑屋顶加装太阳能光伏系统。加快智能光伏应用推广。到 2025 年城镇 建筑可再生能源替代率达到 8%。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?18 引导建筑供暖、生活热水、炊事 等向电气化发展,到 2030 年建筑用电占建筑能耗比例超过 65%。推动开展新建公共建筑全面电气化,到 2030 年电气化比例达到 20%。推进绿色低碳建造 大力发展装配式建筑,推广钢结构住宅,到 2030 年装配式建筑占当年城镇新建建筑的比例达到 40%。推广智能建造,到 2030 年培育 100 个智能建造产业基地,打造一批建筑产业互联网平台,形成一系列建筑机器人标志性产品。推广建筑材料工厂化精准加工、精细化管理,到 2030 年施工现场建筑材料损耗率比 2020 年下降 20%。加强施工现场建筑垃圾管控,到 2030 年新建建筑施工现场建筑垃圾排放量不高于 300 吨/万平方米。积极推广节能型施工设备,监控重点设备耗能,对多台同类设备实施群控管理。优先选用获得绿色建材认证标识的建材产品,建立政府工程采购绿色建材机制,到 2030 年星级绿色建筑全面推广绿色建材。推进建筑垃圾集中处理、分级利用,到 2030 年建筑垃圾资源化利用率达到 55%。推进绿色低碳农房建设 提升农房绿色低碳设计建造水平,提高农房能效水平,到 2030 年建成一批绿色农房,鼓励建设星级绿色农房和零碳农房。引导新建农房执行 农村居住建筑节能设计标准等相关标准,完善农房节能措施,因地制宜推广太阳能暖房等可再生能源利用方式。推广使用高能效照明、灶具等设施设备。鼓励就地取材和利用乡土材料,推广使用绿色建材,鼓励选用装配式钢结构、木结构等建造方式。大力推进北方地区农村清洁取暖。在北方地区冬季清洁取暖项目中积极推进农房节能改造,提高常住房间舒适性,改造后实现整体能效提升 30%以上?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?19(二)各省及央企双碳实施方案发布 1.各省双碳实施方案发布 为贯彻落实国务院2030 年前碳达峰行动方案,全国各省市自治区陆续开始研究制定本地区碳达峰行动方案。截至 2022 年 12 月,全国已有 18 个省市自治区发布了省级碳达峰实施方案,9个省市自治区发布了本地区关于完整准确全面贯彻新发展理念推进碳达峰碳中和工作的实施意见,河南省发布有河南省“十四五”现代能源体系和碳达峰碳中和规划。山西省及新疆维吾尔自治区暂未发布相关实施方案。此外,上海市、江西省、安徽省、黑龙江省已发布城乡建设领域碳达峰行动方案;天津市、云南省、贵州省发布有城乡建设领域碳达峰行动方案(征求意见稿)。各省市自治区双碳实施方案发布矩阵图如下表所示。2.央企双碳实施方案发布 2021 年 12 月,国资委发布关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见,提出了 2025 年、2030 年央企碳减排目标,明确央企双碳重点工作事项,包括推动绿色低碳转型发展、建立绿色低碳循环产业体系、构建清洁低碳安全高效能源体系、强化绿色低碳技术科技攻关和创新应用、建立完善碳排放管理机制等。其中明确要求“中央企业根据自身情况制定碳达峰行动方案,提出符合实际、切实可行的碳达峰时间表、路线图、施工图,积极开展碳中和实施路径研究,发挥示范引领作用。”意见发布以来,各大央企结合自身业务陆续发布了碳达峰碳中和行动规划、工作方案等政策,以实际行动贯彻落实国家“双碳”战略目标。部分央企双碳实施方案发布矩阵图如下表所示。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?20 表 1.4 各省市自治区双碳实施方案/意见发布矩阵图 序号 地区 2022年 1月 2022年 2月 2022年 3月 2022年 4月 2022年 5月 2022年 6月 2022年 7月 2022年 8月 2022年 9月 2022年10 月 2022年11 月 2022年12 月 1 河北省 2 浙江省 3 湖北省 4 广东省 5 广西壮族自治区 6 甘肃省 7 西藏自治区 8 福建省 9 陕西省 10 山东省 11 重庆市 12 四川省 13 上海市 14 江西省 15 吉林省 16 海南省?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?21 序号 地区 2022年 1月 2022年 2月 2022年 3月 2022年 4月 2022年 5月 2022年 6月 2022年 7月 2022年 8月 2022年 9月 2022年10 月 2022年11 月 2022年12 月 17 云南省 (征求意见稿)18 天津市 (征求意见稿)19 宁夏回族自治区 20 辽宁省 21 黑龙江省 22 北京市 23 湖南省 24 江苏省 25 内蒙古自治区 26 贵州省 (征求意见稿)27 安徽省 28 青海省 注:标为发布关于完整准确全面贯彻新发展理念推进碳达峰碳中和工作的实施意见;标为发布碳达峰实施方案;?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?22 标为发布城乡建设领域碳达峰实施方案。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?23 表 1.5 央企(部分)双碳实施方案发布矩阵图 序号 企业名称 2021 年 2022 年 3 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10月 11月 12月 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10月 11月 12月 1 国家电网有限公司 2 中国南方电网有限责任公司 3 中国能源建设集团有限公司 4 中国大唐集团有限公司 5 中国华电集团有限公司 6 中国联合网络通信集团有限公司 7 中国铝业集团有限公司 8 中国移动通信集团有限公司 9 中国电信集团有限公司 10 哈尔滨电气集团有限公司 11 中国节能环保集团有限公司 12 中国南方航空集团有限公司 13 中国宝武钢铁集团有限公司 14 中国林业集团有限公司 15 中国核工业集团有限公司?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?24 序号 企业名称 2021 年 2022 年 3 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10月 11月 12月 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10月 11月 12月 16 中国电力建设集团有限公司 17 中国海洋石油集团有限公司 18 中粮集团有限公司 19 中国交通建设集团有限公司 20 招商局集团有限公司 21 中国航空工业集团有限公司 22 华润(集团)有限公司 23 中国华能集团有限公司 24 中国航天科工集团有限公司 25 中国航天科技集团有限公司?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?25 第二章 我国建筑用能及碳排放现状 一、我国建筑发展现状 近年来,我国城镇化高速发展,城镇化率不断提升,直接导致人口由农村向城镇的转移,城镇人口数量逐渐攀升。有统计数据表明,2018 年,我国城镇人口达到 8.31 亿人,城镇居民户数从 2001 年的 1.55 亿户增长到约 2.99 亿户;农村人口 5.64 亿人,农村居民户数从 2001 年的 1.93 亿户降低到约 1.48 亿户,城镇化率从 2001年的 37.7%增长到 59.6%。图 2.2 我国历年人口发展(2001 年-2018 年)城镇人口增长同时带动了建筑的需求量的提升,建筑业在城镇化进程中持续发展,规模不断扩大,建筑面积的存量也因此不断增长。从国家统计局发布的数据上看,2006-2018年我国城乡建筑面积逐步增加。2018年我国建筑面积总量约为 601 亿 m2,其中城镇住宅建筑面积为 244 亿 m2,农村住宅建筑面积为229 亿 m2,公共建筑面积为 128 亿 m2。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?26 图 2.3 中国总建筑面积增长趋势(2001 年-2018 年)从人均建筑面积上看,我国的人均住宅面积已经接近等一些发达国家水平,但人均公共建筑面积与发达国家相比还比较低。在我国既有公共建筑中,人均办公建筑面积已经较为合理,但人均商场、医院、学校的面积还相对较低。随着电子商务的快速发展,商场的规模很难继续增长,但医院、学校等公共服务类建筑的规模还存在增长空间,因此该类公共建筑可能是我国建筑业下一阶段的主要增长点。图 2.4 中外建筑面积对比(2017 年)此外,随着生活水平提高,人们对于建筑的要求已经远远超越了遮风、挡雨、维系生活等基础功能,开始转向对建筑的环境匹配性和居住的舒适性要求。党的十九大报告中指出中国社会的主要矛盾已经从人民的物质文化需求和落后?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?27 的社会生产力之间的矛盾转变为人民对美好生活需求和不平衡不充分的发展之间的矛盾。因此,对于我国建筑业而言,健康舒适的居住、办公建筑环境将是今后发展的一个重要方向。二、我国建筑用能及碳排放分析(一)建筑用能及碳排放总量分析 对于建筑能源消耗及碳排放量统计,首先需要明确统计数据所覆盖的范围。根据 2021年底中国建筑节能协会能耗统计专委会发布的2021年中国建筑能耗研究报告(以下简称“研究报告”),建筑全生命周期能耗和碳排放量涵盖建筑的四个阶段,分别为:建材生产阶段、建筑施工阶段、建筑运行阶段及建筑拆除阶段,其中建筑拆除过程同属为施工过程,研究报告将其纳入至建筑施工阶段中进行核算。研究报告显示,2005 年以来,全国建筑全生命周期能耗及碳排放量均逐步上升,一定程度上也反映了我国总建筑面积的增长。图 2.5 全国建筑全生命周期能耗变动趋势(2005-2019 年)?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?28 图 2.6 全国建筑全生命周期碳排放变动趋势(2005-2019 年)根据研究报告,2019 年全国建筑全生命周期能耗总量为 22.33 亿 tce,占全国能源消费总量比重为 45.9%,其中建材生产阶段、建筑施工阶段、建筑运行阶段能耗占全国能源消费总量的比重分别为 22.8%、1.9%、21.2%;占全国建筑全生命周期能源消费总量的比重分别为 50%、4%、46%。图 2.7 2019 年全国建筑全生命周期各阶段能耗及占比 2019 年全国建筑全生命周期碳排放总量为49.97亿 tCO2,占全国碳排放量比?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?29 重为 50.6%,其中建材生产阶段、建筑施工阶段、建筑运行阶段碳排放量占全国碳排放的比重分别为 28.0%、1%、21.6%;占全国建筑全生命周期碳排放量的比重分别为 55%、2%、43%。图 2.8 2019 年全国建筑全生命周期各阶段碳排放量占比 从统计的占比可以看出,我国建筑全生命周期能耗达到全社会的总能耗将近一半,而碳排放量已超出全社会总排放量一半。因此,推进建筑全生命周期脱碳,对于实现我国双碳目标具有重要意义。从分阶段上看,建筑建材阶段能耗及碳排放量最高,原因为建材生产阶段涵盖了我国几大高耗能行业:钢铁、水泥、玻璃制造等。因此钢铁、水泥等建材生产行业的节能降碳,也即代表着建筑全生命周期的节能降碳。建筑运行阶段能耗及碳排放量占比均居第二,从碳排放占比上,与建材生产阶段仅相差 6个百分点。该阶段碳排放主要包括建筑各设施设备如照明、空调、采暖、水泵等用电产生的间接排放,燃气灶消耗天然气产生排放,以及北方采暖涉及热力消耗产生的间接排放等。因运行阶段时间周期长,由此也导致了高占比的能耗及碳排放。相比前 2 个阶段,建筑施工阶段因持续时间短,能耗及碳排放在全生命周期中占比最小,但总量仍不容忽视。要实现建筑全面脱碳,需要在建筑全生命周期每个阶段推进。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?30(二)用能及碳排放强度分析 IEA(国际能源署)对各国建筑人均及单位建筑面积能耗,人均碳排放量进行统计,分别如下图所示。图中可看出,美国单位建筑面积和人均建筑能耗都处于较高数值,国家总能耗也相对较高。中国单位建筑面积和人均建筑面积能耗与发达国家相比有较大差距,但高于印度。从碳排放来看,我国人均碳排放量显著高于全球水平,建筑部门略高于全球水平;另外人均碳排放量显著高于印尼、印度等国家,但低于绝大部分发达国家。究其原因,发达国家随着其经济水平的提高,人们对建筑的需求不断增大;同时,发达国家对建筑的环境品质和标准要求较高,这也导致能耗及碳排放强度较高。与发达国家相比,我国对建筑品质和服务要求较低,能耗及碳排放强度均相对较低。图 2.9 中外建筑能耗比对(2017 年)图 2.10 各国人均碳排放情况(2017年)?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?31 现阶段,我国的经济、社会正处于高速增长期,城镇化进程将持续加快。一方面,城镇人口增长带来对各类型建筑需求的不断增长,会促使建筑面积的进一步增长;另一方面,随着生活水平的提高,对于不同建筑形式、面积的需求也会不断提升,同时也越来越注重建筑的环境质量与服务水平,对于需求层次的提高同样将增加建筑的能耗及碳排放强度。面对两方面的趋势,要降低建筑业能耗及碳排放量将面临着巨大的挑战。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?32 第三章 国内外绿色建筑发展现状 一、概要 1990 年世界首个绿色建筑标准在英国发布。1992 年,全球 100 多个国家在巴西里约热内卢签署达成了联合国气候变化框架公约,可持续发展思想开始在全球得以推广,绿色建筑逐渐成为建筑行业未来的发展方向,为各国所接受。1993 年美国创建绿色建筑协会;2000年加拿大推出绿色建筑标准;我国香港、台湾也分别于 90年代推出自己的绿色建筑标准。2006年,中国建设部正式颁布了绿色建筑评价标准GB/T50378-2006,目前最新版为绿色建筑评价标准GBT 50378-2019。根据绿色建筑评价标准GB/T 50378-2019,绿色建筑是指在建筑全寿命期内,节约资源、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用、高效的使用空间,最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑。自 2006 年在绿色建筑评价标准颁布以来,通过 10 多年的发展,绿色建筑有效提高了建筑性能,带动了绿色建材、绿色施工以及绿色运维,减少了碳排放。另外,我国既有建筑面积存量巨大,超过 600 亿平方米,由于建成年代标准低、维修不及时等原因,约有 60%以上的建筑不属于节能建筑,这也直接导致既有建筑运行阶段碳排放量居高不下。因此,对于既有建筑开展绿色改造,将大大减少碳排放量,且效果立竿见影。由上,推进绿色建筑评价标准实施,发展绿色建筑,系为建筑业推进双碳目标达成的最佳选择。二、国外绿色建筑政策发展 国外尤其是欧美和日本等国家绿色建筑发展起步较早。经过多年的发展,在绿色建筑相关政策法规、评价体系、项目实践等方面取得了一定的成果。以下分别对英国、德国、美国、日本绿色建筑相关法规、政策的发展进行介绍。(一)英国绿色建筑政策发展 英国是最早开展绿色建筑研究的国家,制定了很多促进绿色建筑发展的标准 法 规。1990 年 世 界 首 个 绿 色 建 筑 标 准 BREEAM(Building Research Establishment Environmental Assessment Method)在英国发布。BREEA 并从能源、?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?33 健康宜居、创新、用地生态、材料、管理、污染、交通、废物处理、水十大指标进行严格评估。每个分项都会分析对建筑环境影响最大的因素,包括低碳设计、节能减排、设计的耐用性、韧性城市,气候变化因素、生态价值和物种多样性保护。每个分项下,项目会得到相应的评估分数,项目最终的整体得分则决定了项目的评级。标准评级分为合格、良好、非常好、优秀和杰出 5 个等级。1995年,英国颁布实施了家庭节能法,推进家庭生活节能。2006 年 4月,英国再次出台建筑节能新标准,规定新建筑必须安装节能节水设施,使其能耗降低 40%。2007年 5月英国政府公布了英国能源白皮书,为英国可再生能源的开发设定了具体目标。此外,英国政府还借助经济和政策手段对绿色建筑进行扶持,利用公共财政建立了长效而实际的节能激励机制。在项目实践上,英国建成世界上第一个完整的低碳生态社区贝丁顿生态社区,该社区同时也是英国最大的“零碳”生态社区,全称为贝丁顿零化石能源发展社区。该社区的设计目标是强调对阳光、废弃物、木材、空气的循环利用,减少向空气释放二氧化碳的量。如今该社区已成为世界低碳建筑领域的标杆。(二)德国绿色建筑政策发展 德国的法律法规体系向来较为完善,在建筑低碳节能立法方面也较为全面。1976年德国颁布建筑节能法,对建筑保温、通风、采暖及热水供应的热效率及能耗标准做出了规定。2001年 11 月德国出台了建筑节能保温及节能设备技术规范,并于 2002年 2月 1日正式生效,规范规定所有新建筑均要达到低能耗房屋的标准。2004 年德国国家可持续发展战略报告发布,报告指出要减少不可再生能源的使用,降低二氧化碳的排放,节约资源。2007 年,德国可持续建筑委员会发布绿色建筑评估体系 DGNB(德国建筑可持续品质)。DGNB 体系根据建筑物的不同类型和用途(如办公建筑、商业建筑和工业建筑等)对评价标准的条目、内容以及相对应的评分权重进行精确的调整,在核心质量目标得到保证的前提下根据不同国家和地域的气候、法律法规、文化以及建设技术等实际情况进行适当的调整,这使得该系统可以灵活地在全世界范围使用。德国政府除了制定相应的法律法规外,还成立了德国能源咨询中心,为建筑从业者提供咨询服务。同时,政府还提供财政补贴及各种低息贷款,支持企?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?34 业在低碳节能领域的发展。在项目实践上,德国“三升房”开发项目是世界著名环保建筑改造项目。该项目通过使用低碳能源建筑技术和高效保温材料,对具有 70 年历史的老建筑进行改造。改造后的节能及减碳效果十分显著,采暖耗油量不超出 3L,项目也由此得名。该项目现已成为全球既有建筑低碳节能改造的经典案例。(三)美国绿色建筑政策发展 20 世纪 70 年代末的能源危机促使美国政府开始制定能源政策,至今颁布了多项法规政策,如 1975年能源政策和节约法、1992年国家能源政策法、1998 年国家能源综合战略、2005年能源政策法案、2007年建筑节能法案及低碳经济法案、2009美国绿色能源与安全保障法案等。1996 年,美 国 绿 色 建 筑 委 员 会 推 出 LEED(Leader in Energy and Environmental Design)认证体系。该体系从可持续场地、水资源使用效率、室内环境质量和能源使用四个方面评价建筑绿色标准。其宗旨是在设计中有效地减少环境和住户的负面影响,象征着先锋性、创新、环保以及社会责任。LEED 最新版本为 LEED V4,与早期版相比,以绩效为基础的 LEED V4 更加活泼,要求建筑的整个生命周期均有计量结果,并且也更加注重人体健康和环境。LEED 分为四个认证等级:认证级别、银级、金级、铂金级。2013 年,Delos 公司创立 WELL建筑标准,现由 IWBI(国际 WELL 建筑研究所)进行运营管理。WELL 是一个基于性能的系统,它通过测量、认证和监测空气、水、营养、光线、健康、舒适和精神等建筑环境特征,对人的身体、心理进行全方位的健康评估,是 LEED 等绿色建筑评分系统的强有力补充。WELL标准分为三个等级,包括银级、金级和铂金级。(四)日本绿色建筑政策发展 日本非常重视节能减排工作。1979 年节能法的颁布为节能管理工作奠定了基础。该项法律包括企业节能、交通运输节能、住宅建筑节能、机械设备节能。迄今为止,节能法经历了 8 次修订,覆盖范围越来越广泛,要求更加具体、严格,为开展绿色低碳建筑提供了重要保证和支撑。此外,日本将建筑废弃物视为建筑副产品,非常重视对建筑废弃物的循环?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?35 利用,颁布了多条建筑废弃物处理规范,例如 1970 年的有关废弃物处理和清扫的法律、1977 年的再生骨料和再生混凝土使用规范、2000 年的建设工程用材再资源化法、同年制定的建筑材料循环法、2001 年的建筑废弃物处理法、2002 年的建筑废弃物再利用法等。2002 年,日本建筑师学会推出建筑物综合环境性能评价体系 CASBEE(Comprehensive Assessment System for Building Environmental Efficiency)。CASBEE 以各种用途、规模的建筑物作为评价对象,从环境效率定义出发进行评价。其试图评价建筑物在限定的环境性能下,通过措施降低环境负荷的效果。CASBEE 采用 5 分评价制度,满足最低要求评为 1 分,分数越高,满足的要求越多。三、国内绿色建筑政策发展 我国绿色建筑研究起步较晚,但发展很快。1986 年我国颁布了第一部建筑节能标准民用建筑节能设计标准;2006年建设部签发建筑节能管理条例(征求意见稿),首次针对建筑节能进行公开立法;同年住房和城乡建筑部颁布绿色建筑评价标准(GBT 50378-2006);2007 年,颁布了绿色建筑评价技术细则(实行)和绿色建筑评价标识管理办法;2017 年,住建部颁布建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划;2019 年就绿色建筑评价标准进行了修订;2020 年,住建部,发改委等多部门联合发布绿色建筑创建行动方案。2021 年为我国“十四五”开局之年,国家及各地方政府相继发布了国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要,其中明确绿色建筑发展、建筑低碳转型等内容。“十四五”规划发布以来,国家及各地市主管部门密集出台了多项建筑领域双碳政策及标准,包括有:“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划、绿色建筑评价标准、建筑节能与可再生能源利用通用规范、建筑碳排放计算标准、近零能耗建筑技术标准等。各政策标准主要内容归纳说明如下:?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?36 “十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划制定了“十四五”期间建筑节能和绿色建筑发展总体指标及具体目标;提出了达成目标的九项重点任务,包括提升绿色建筑发展质量、提高新建建筑节能水平、加强既有建筑节能绿色改造、推动可再生能源应用、实施建筑电气化工程、推广新型绿色建造方式、促进绿色建材推广应用推进区域建筑能源协同、推动绿色城市建设,为“十四五”建筑节能的发展指明了方向。绿色建筑评价标准在建筑安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居几个方面规定了强制及加分要求,提供了创建技术依据,指导我国未来绿色建筑建设发展。建筑碳排放计算标准为建筑碳排放计算提供了依据,规范了建筑全生命周期各阶段的核算范围及尺度。建筑节能与可再生能源利用通用规范提出建筑必须强制执行的各项要求,包括新建建筑开展碳排放核算的要求;新建建筑节能设计、既有建筑节能改造设计、可再生能源建筑应用系统设计要求;以及需达到的各地区新建居住建筑、新建公共建筑平均能耗指标。近零能耗建筑技术标准规定了近零能耗建筑的能效指标、技术要求、技术措施,以及评价要求,为近零能耗建筑推广提供了技术依据。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?37 第四章 建筑碳达峰碳中和实施路径分析 一、概要 建筑全生命周期包括建材生产阶段、建筑施工阶段、建筑运营阶段、建筑拆除及回收阶段。要实现建筑碳达峰及碳中和,需要在建筑全生命周期的各阶段进行减碳。对于建材生产阶段,主要碳排放源为钢铁、水泥等建材生产过程产生的排放。该部分排放需要结合行业前沿技术及政策支持进行减碳,如开展绿色、低碳建材研发、引进先进节能技术及设备、使用可再生能源、开展碳捕集等。建筑施工阶段,需要积极引导企业开展绿色施工,做好施工规划,减少资源能源消耗;同时需在施工场地种植绿化,施工后开展植被恢复,增加碳汇。建筑运行阶段可通过全面推行电气化替代化石燃料燃烧排放,同时推广节能冷水机组、节能电器,引进热泵,北方地区采取集中采暖等措施降低建筑运行能耗;建筑内应用光伏电力、风电等可再生能源是实现零碳建筑的关键举措。建筑拆除及回收阶段需做好废弃建材的回收再利用,减少下个建筑周期项目中建材生产阶段碳排放。建筑实现碳达峰、碳中和的关键一环还在于设计过程是否充分考虑了低碳要素,是否达到低碳设计要求。对此,建筑师的作用至关重要。建筑师在设计时除了需要设计出满足建筑的基本功能需求外,还需要将绿色、低碳建材融入其中,同时结合当地气候环境进行被动式设计,充分利用采光、通风条件,达到低碳运行。在建筑拆卸时需要考虑建材能够实现快速拆卸,以及废弃建材可再生利用问题。建筑作为社会运行中的一部分,其脱碳离不开社会各方面的支持及发展。一方面,能源供给侧需要持续增加可再生能源供应,发展储能及特高压电网技术,将可再生能源稳定地供应给需求侧,满足社会各行业对于脱碳的需求;另一方面,各行业新技术的进步,诸如高效光伏发电设施、新型节能墙体材料、高效冷水机组的出现对于建筑脱碳起到关键作用。同时,全社会的脱碳离不开政府的宏观规划、政策推动。2021 年以来,中央政府密集出台多项政策,持续完善顶层设计,引领各行业开展减碳、脱碳。2021 年 10 月 24 日国务院出台2030年前碳达峰行动方案,明确了碳达峰需推动的重要任务、政策保障及责?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?38 任落实,确保在 2030 年前实现达峰目标。此外绿色金融的健康发展对实现碳达峰、碳中和同样具有积极意义。随着碳达峰、碳中和工作推进,社会将释放大量低碳投资需求,而资金供需是否匹配将决定着推进工作的速度与质量。因此,作为金融机构应积极创新金融产品,提升资源配置效率,建立满足其他行业需求的绿色金融体系,以实现全社会脱碳综合成本最小化。本报告以下从建材生产阶段、建筑施工阶段、建筑运营阶段、建筑拆除及回收阶段,以及绿色金融支持分别说明建筑脱碳路径。二、建材生产阶段脱碳(一)建材行业碳排放现状 根据2021 年中国建筑能耗研究报告,建材生产阶段能耗占全国总能耗的22.8%,二氧化碳排放占全国总排放的 28.0%,为建筑全生命周期中能耗及碳排放量最高的阶段。建筑材料作为构成建筑的基础硬件,种类繁多,包括钢铁、水泥、混凝土等传统结构建材,还包括装饰材料、保温材料、玻璃幕墙等功能性材料。各类建材在生产过程中均需要消耗大量不同的能源,诸如钢铁加工需要消耗焦炭、煤炭、电力;水泥生产消耗煤炭、电力;运输过程需要消耗柴油等,构成了建材生产阶段的重要排放源。对于水泥生产而言,其原料在煅烧过程还会产生大量二氧化碳。由上,对于建材生产阶段的脱碳,一方面有赖于能源供给端的清洁化、低碳化,同时也需要在建材各行业推广低碳原料及低碳技术,产出绿色低碳建材。以下就传统结构建材脱碳、绿色建材应用、建材运输脱碳 4 个方面进行分析。(二)传统结构建材脱碳 传统建材中,钢铁、水泥二氧化碳排放量最为显著。有统计表明,钢铁行业的能源消耗占我国能源消耗比重的 11%,碳排放量占我国总排放量的 15%,我国钢铁行业碳排放量占全球钢铁行业碳排放量的 50%以上;而水泥在生产过程中燃烧直接排放的二氧化碳和消耗电力间接排放的二氧化碳约占我国碳排放总量的 13%,为仅次于钢铁行业的第二大工业二氧化碳“排气筒”。因此钢铁、水泥行业脱碳,对于建材生产阶段脱碳而言至关重要。1.钢铁行业脱碳路径?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?39 根据有关部门编制的钢铁行业碳达峰及降碳行动方案,钢铁行业碳达峰目标初步定为:2025年前,钢铁行业实现碳排放达峰;到 2030年,钢铁行业碳排放量较峰值降低30%,预计将实现碳减排量4.2亿吨。未来钢铁行业将面临巨大的减排压力,这必将要求钢铁行业开展业内兼并重组,消除过剩产能,同时发展低碳技术,实现减排目标。结合行业现阶段发展趋势、技术成熟度、转型成本等方面,除应用可再生能源之外,钢铁行业主要脱碳路径主要有:(1)消除过剩产能;(2)发展短流程生产工艺;(3)发展氢能炼铁技术;(4)CCUS技术。(1)消除过剩产能 目前,我国经济已由高速增长期转向高质量发展,这也推动国内钢铁需求减量发展。但在需求量减少的同时,供给却仍然保持增长态势,使供给明显大于需求,出现产能过剩。消除过剩产能,即可以消除该部分产能所导致的能耗以及二氧化碳排放。兼并重组为消除产能过剩的一种重要方式。2016 年宝钢集团和武钢集团进行合并重组,武钢股份的所有股权并入宝钢股份,形成了目前的中国宝武集团。宝钢和武钢重组合并后将着重发展中高端产能,去除低端产能,优化生产及产品结构,加强新技术和新产品的研发,推进企业的转型升级,从传统的高消耗、高污染式的重工业发展模式向低耗能、高产出的绿色发展模式转变,逐步向“高精尖”产品靠拢。(2)发展短流程生产工艺 钢铁行业生产工艺包括长流程和短流程两大类。长流程生产工艺的原材料以铁矿石、焦炭为主,经过高炉熔炼成铁水,再通过氧化反应脱碳、升温、合金化形成钢水,最后进行冷却轧钢;短流程生产工艺的原材料是通过各种途径回收的废钢,废钢经过电炉熔化为钢水,再经过凝固和轧制加工制成钢材。长流程工艺生产流程长,能耗高,碳排放量。据统计,长流程工艺中高炉炼铁碳排放量约达到总排放量的 66%。短流程由于利用废钢进行生产,相比长流程少了炼铁环节,碳排放量大大减少。我国煤炭资源相对丰富,钢铁行业以长流程工艺为主,因此发展短流程生产工艺将对钢铁行业脱碳具有重要意义。(3)发展氢能炼铁技术 传统炼铁工艺中采用焦炭作为还原剂去除铁矿石中的杂质,该过程产生大量碳排放。2018 年北欧最大钢铁生产商瑞典钢铁公司、欧洲最大铁矿石生产商?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?40 LKAB 公司和欧洲最大电力生产商之一瑞典大瀑布电力公司合资创建了HYBRIT 发展有限公司,攻关开发“突破性氢能炼铁技术”(HYBRIT,HYdrogen Breakthrough Ironmaking Technology)。该技术突破性在于使用氢气替代焦炭进行炼铁。氢气在炼铁过程中作为还原剂与铁矿石中的氧气进行反应生成水蒸汽,过程无二氧化碳排放,整个炼铁过程实现了零碳排放。HYBRIT 发展有限公司于 2018 年建设测试炉,2020 年夏天试运行,每小时可生产 1 吨海绵铁。经过 5年技术开发测试,该公司计划于 2025年建成真正意义上的示范工厂,2026年第一批成品“零碳钢”将离开示范工厂大门。2025 到 2035 年,示范工厂将不断提升技术成熟度并进行行业推广。我国氢能炼铁技术目前处于起步阶段,由于受到应用成本、电解水技术、氢能的储运技术等限制,氢能炼铁推广缓慢。随着氢能应用技术愈发成熟,成本降低,氢能产量提升,氢能炼铁技术将成为钢铁行业脱碳的下一个技术飞跃。(4)CCUS 技术 CCUS 即碳捕集、利用和封存技术,该技术近年来在钢铁行业脱碳中逐步推广应用。比较成熟的技术为利用“变压吸附法”实现高炉煤气的再循环和捕集。“变压吸附法”从高炉煤气中捕集二氧化碳,并将剩余气体中的一氧化碳提纯后回流到高炉中再利用。该技术能耗低、适应性强,是未来 CCUS 技术在钢铁厂应用的重要落脚点之一。CCUS 技术除了能够使捕集的二氧化碳之外,还能够提高能源效率,在工艺环节中二氧化碳被捕集后间接提高了废气中氢气的占比,这些氢气随后可在钢铁生产环节进行再循环,从而降低了燃油输入要求。考虑我国钢铁行业碳排放目标,未来预计钢铁企业将加速部署应用 CCUS 技术,开展对现有高炉进行改造,提升 CCUS 在钢铁行业的应用能力,降低 CCUS 技术成本。2.水泥行业脱碳路径 2021 年初,中国建筑材料联合会向全行业发出倡议:建材行业在 2025 年前全面实现碳达峰,水泥行业在 2023 年前实现碳达峰,在 2060 年前实现全面脱碳。我国是水泥生产大国,2020 年在全球水泥产量大幅降低的背景下,我国顶住新冠疫情的冲击承担了全球 73%的水泥产量,这也是我国水泥行业碳排放量居高不下,仅次于钢铁行业的重要背景原因。与钢铁行业一样,水泥行业将同?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?41 样面临巨大的减排压力。水泥生产工艺主要包含生料研磨、窑内煅烧、熟料研磨 3个阶段。生料研磨为将石灰石、黏土、铁矿石等原材料按照一定比例混合后放入生料磨内磨成粉状;窑内煅烧为将生料送入水泥窑内,在约 1450高温下煅烧制成熟料;熟料研磨为将熟料与矿渣、粉煤灰、石膏等材料磨成粉状,最终产出水泥。经统计,水泥行业二氧化碳排放 50%左右来自于石灰石煅烧反应产生;40%来自于窑内加热煅烧过程化石燃料燃烧;最后的 10%由设备运行消耗电力以及开采和运输原材料环节产生。因此,水泥行业脱碳主要针对以上环节进行,脱碳路径包括:(1)石灰石原料替代;(2)化石燃料替代;(3)提高能源效率;(4)CCUS 技术。(1)石灰石原料替代 水泥行业的主要原料为石灰石,约占 80%-85%左右,每生产 1 吨水泥熟料需要消耗约 1.3 吨-1.4 吨的石灰石,石灰石在煅烧反应过程中将产生大量的二氧化碳排放。很多矿渣、钢渣类的固体废弃物,其有效化学成分与水泥熟料的化学成分比较接近,已有实践将矿渣、钢渣固废作为水泥替代原料应用到水泥生产中。因矿渣、钢渣在生产过程中不会分解产生二氧化碳,采用矿渣、钢渣替代石灰石,不仅实现固体废弃物综合利用,又可大幅降低二氧化碳排放。现阶段我国通过原料替代减排的地区主要集中于华北和西南地区,该两个区域是我国磷渣和钢渣的主要产地。在一些钢铁、煤炭产量大的地区,如江苏、内蒙古、新疆等地,原料替代程度较低,仍具有较大的减排潜力。需要注意的是,替代原料存在影响水泥质量的分险。部分工业固废中含有一定比例的金属成分或氯离子等对生产过程和水泥性能有害的成分,需对替代原料掺入比例有严格的限制;另外工业固废中磷元素的超标会降低水泥的早期强度并导致更长的凝固时间。因此,对于替代原料应用仍需要不断摸索,降低因原料替代造成的质量风险,提高原料替代应用可行性。(2)化石燃料替代 水泥窑内煅烧过程需要消耗大量的热能,现阶段窑内煅烧仍以煤炭作为燃料进行。不同于其他单一燃料炉体,水泥窑具有灵活性,其可在无须大量设备翻新的情况下使用多种燃料进行操作。目前开发有生物质燃料替代技术及水泥窑协同处置废弃物技术。从已使用生物质燃料的水泥企业来看,结合新型干法?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?42 回转窑工艺煅烧水泥技术可行性较高,具有很大的推广价值。由某大型水泥生产企业建设的国内首条生物质替代燃料系统,每年可处理秸秆等生物质“废物”15 万吨,节约原煤 4.9万吨,而这也让原先无人问津的秸秆变得紧俏。水泥窑协同处置废弃物技术主要利用水泥熟料高温煅烧窑炉焚烧废弃物。在焚烧过程中,有机物彻底分解无害化,产生的热量被水泥生产回收实现能量利用的最大化,减少燃煤消耗,同时灰渣作为水泥组分直接进入水泥熟料产品中,最终实现废弃物的资源化、减量化处置。水泥窑协同处置废弃物技术因具有处置对象广、处置数量大、处置成本低、无次生危废等优势,正成为国内外缓解废物处置能力不足困境、促进循环经济发展的重要手段。德国、瑞士等发达国家在水泥窑协同处置城市固体废弃物和生活垃圾的推广应用上已有 30 余年的历史。我国对此项技术的应用还处于起步阶段,但对其给予了高度重视。工信部在“十四五“工业绿色发展规划中明确将“水泥窑高比例燃料替代”作为降碳重大工程示范项目,推动水泥窑协同处置固废发展。(3)提高能源效率 水泥窑内煅烧过程会产生热损失,窑头会排出大量余热尾气,如忽略该部分热量,任由其损耗,将造成较大的燃煤浪费。因此,水泥企业必须要减少煅烧过程热损失,回收尾气余热,减少燃煤消耗及二氧化碳排放。目前控制水泥窑热损失措施包括:1)通过引进先进隔热材料减少窑炉筒体热损失;2)依靠新型煤粉燃烧器技术增大煤粉与氧气的接触面积,减少不完全燃烧热损失;3)应用稳流篦式冷却机减少熟料冷却的热损失;4)通过应用换热效率高的预热器系统减少废气造成的热损失;5)应用窑炉智能化管理系统自动调节喂煤量、过剩空气系数等运行参数,保持高热效率运行等。回收窑炉废气余热最主要方式为余热发电,即利用废气余热加热产蒸汽,产出的蒸汽带动汽轮机发电机发电。现阶段,我国水泥行业余热发电技术的普及率达到了 80%。未来,随着国家政策的日益完善,水泥窑余热发电技术的普及是水泥行业发展的必然趋势。水泥新设备、新技术的发展,同样带动能源效率提升,降低二氧化碳排放。对于早期设备装备水平较低的水泥企业而言,可以依托二代水泥技术标准来提升改造生产线,其中包括高效粉磨技术推广(辊压机终粉磨技术),高效低阻旋风预热器、高能效分解炉及第四代冷却机技术装备的使用。相关研究结果显示,该路径从每吨熟料热耗、电耗计算,可降低约 20%的碳排放。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?43(4)CCUS 技术 由于水泥窑废气的二氧化碳浓度比其他废气要高,CCUS 在水泥行业应用潜力更大。目前水泥行业最为成熟的捕集技术为化学吸附法,已建成有规模化的示范项目。同钢铁行业一样,水泥企业将逐步推广 CCUS 技术,但同样面临应用成本高的问题。随着 CCUS 技术持续进步及成本降低,其未来将成为水泥行业脱碳的重要技术手段。(三)低碳建材应用 建筑中应用的建材种类繁多,从使用功能上,分钢铁、水泥、混凝土等主体建材,以及装饰材料、保温材料、玻璃幕墙、防火防水材料等功能性建材;从来源上看,可分为天然建材、再生建材、人工建材,天然建材包括木材、砂石等,再生建材诸如再生钢材、混凝土,废砌块、旧砖等。建筑过程应优先选用天然建材、再生建材,减少因建材生产导致的碳排放量;其次可以选择一些新型建材,如新型胶凝材料、低碳混凝土等,这些建材从源头上减少了水泥消耗,降低碳排放;还有如固碳混凝土、固碳水泥,该类建材可吸收二氧化碳达到固碳作用。天然建材、再生建材、新型建材均属于低碳建材。1.天然建材应用:木结构建筑 建筑使用木制建筑材料可以有效减少碳足迹。树木生长过程中,经光合作用将空气中的CO2吸收并加以固定,据统计,每 1m木材可吸收并固定约 0.9t二氧化碳。可再生能源工业材料研究协会(COR-RIM)的一份研究报告表明,等量的木材从收获到废弃所需的能量比钢材少 17%,比水泥少 16%。虽然木结构建筑本身具有极低的碳排放量,但是也存在自身缺陷,比如木材存在易遭受火灾、白蚁侵蚀以及雨水腐蚀等问题,相比砖石建筑,木结构建筑维持时间不长。对此需要考虑对木材性能进行技术优化,开发新的应用技术。新西兰纸板教堂即是通过应用新型纸板材料搭建而成。2011 年,新西兰发生里氏 63 级的大地震,地震中有 100 多年历史的圣公会大教堂被毁。为了不耽误民众正常礼拜,当地新建了一座纸板教堂,用以充当临时教堂。该纸板教堂为 A形结构,高 24m,主要由预制件构成,包括木材、钢和纸板管。纸板管上覆有一层可防水材料和阻燃膜,使得纸板管更为坚固,并起到防水、防火作用。纸?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?44 板技术经济成本低,且可以更换和回收利用,因此在地震灾害频发的国家是理想的选择。有限的木材资源也限制着木结构建筑的应用。我国属于一个缺林少绿、木资源总量严重不足的国家,森林覆盖率低于全世界平均水平 31%,人均森林面积不足全球人均水平的 1/4。对此需要寻找适合的木材资源替代品。我国是世界上竹林覆盖率最高的国家,竹易培养,成林快,三到五年就可以砍伐。因此,国家林业局支持大力发展以竹为主要加工材料的人造板。目前复合竹材制品已经在很多地方替换了木材类板材的使用,解决了资源问题。同时,竹木结构住宅可以工厂预制、现场安装,这也是产业化发展所提倡的。2.低碳混凝土应用 低碳混凝土技术是指在混凝土的生产、使用过程中,能够直接或间接地降低二氧化碳排放的混凝土技术。具体为在混凝土生产中,在保证水泥质量的前提下减少水泥用量,掺入尾矿、建筑垃圾,实现减碳,同时尽可能保持混凝土的长寿命、高耐久性。以 C40 混凝土为例,低碳混凝土相比普通混凝土,生产单方低碳混凝土使用工业废渣 132kg,减少水泥消耗 159kg;吨水泥综合能耗降低为 120 千克标准煤。按照现阶段国内混凝土产量,如有1/4混凝土采用低碳混凝土技术,且生产每立方混凝土节约水泥 100kg计,可算得我国每年可以节约水泥 0.5亿吨,数量相当可观。此外普通混凝土寿命一般只有 30 年,即在 100 年的时间里,至少需要大修或重建 2次。而高性能混凝土的寿命可以达到 100年,即在 100年的时间里,不需要大修。这样,高性能混凝土通过大幅度提高混凝土耐久性,延长结构物的使用寿命,进一步节约维修和重建费用,减少了维修过程的能耗及碳排放。3.固碳建材应用 固碳建材,顾名思义指生产过程吸收捕集 CO2的建材,其利用半成品凝胶材料具备与 CO2反应的矿化活性,将 CO2固化进建材,实现了在生成建材产品的同时封存 CO2的目的。根据矿物来源和矿相特性,具备 CO2矿化活性的胶凝材料分为水化活性矿?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?45 化材料和固废矿化材料。水化活性矿化材料包括传统混凝土材料体系常用的波特兰水泥、镁基水泥材料,以及调整水泥熟料中硅酸三钙(3CaOSiO2)和硅酸二钙(2CaOSiO2)比例获得的改性水泥;固废矿化材料指具有矿化活性的碱性工业固废,常见的包括钢渣、废弃混凝土等。以下分别介绍以上两种矿化材料制备固碳建材的应用进展。水化活性矿化材料 对于传统混凝土材料体系,其固碳方式为将 CO2注入新拌混凝土中,使其与混凝土中的钙镁组分之间发生化学反应,从而将 CO2永久固结在混凝土中。该过程在实现二氧化碳的封存与利用的同时,混凝土的强度和耐久性也得到一定的提高。该固碳技术广泛应用于预拌混凝土、预制混凝土结构件、混凝土墙体砌块等。经试验,预制混凝土固碳量为 14.83kgCO2/立方米;预制混凝土结构件为 14.83-23.73 kgCO2/立方米。加拿大 CarbonCure 公司研究得出,将 CO2精确注入混凝土中,28 天后的平均抗压强度提高了 10%。在将混凝土中的水泥含量减少 7%后,强度要求没有得到满足,但将 CO2添加到混凝土中,强度能够满足要求,证明掺入足量 CO2可替代部分水泥用量,从而起到固碳和减碳的效果。图 4.1 加拿大 CarbonCure 公司对比数据图 CarbonCure 生产的固碳建材目前已广泛应用于北美各类建设项目中。佐治亚州亚特兰大庞塞街 725号项目由 Thomas Concrete公司建设。该项目是一个 37万平方英尺的现代化工业建筑,耗资 1.9 亿美元。Thomas Concrete 公司在项目?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?46 建设过程浇筑了 4.8 万立方码的 CarbonCure 混凝土,这意味着从大气中通过项目建设消除了680吨的二氧化碳,相当于888英亩的森林一年吸收的二氧化碳。印第安纳波利斯阳光建筑 3 项目由 Sunbeam 公司开发。该公司项目建设中使用了超过 150000 立方码(114683 立方米)的碳固化混凝土,减少了约 194 吨的碳排放,相当于约 238英亩(96公顷)的森林一年吸收的二氧化碳。图 4.2 佐治亚州亚特兰大庞塞街 725号项目 图 4.3 印第安纳波利斯阳光建筑 3项目 国内固碳建材工业化生产已开始起步。2022 年 9 月,浙江省建设投资集团所属浙江省建材集团固碳混凝土生产示范项目通过立项审批完成备案,正式落地浙江省德清县。项目计划总投资 1.12 亿元,是国内首个混凝土行业全方位绿?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?47 色化、智能化、全流程自动化的固碳混凝土生产制造项目。项目产能达 15 万m3/a 固碳混凝土,经计算年可减排二氧化碳 0.9 万吨,相当于 60 公顷森林一年的碳吸收量。图 4.4 固碳混凝土生产示范项目透视图 水化活性矿化材料中另一研究热点为镁基水泥。镁基水泥是以镁硅酸盐取代常用碳酸钙或石灰岩制造水泥,因此也被称为“镁质水泥”。英国帝国理工学院研究开发的一种新型碳负性水化硅酸镁水泥,这种镁质水泥在 650 摄氏度左右运行,相比普通硅酸盐水泥 1500 摄氏度的温度需求,其大大降低生产过程能耗及碳排放。另镁质水泥中镁硅酸盐原料中的碳分子减少,保证了熟料煅烧阶段二氧化碳的减量释放。除此外,镁硅酸盐制成的镁水泥浆硬化体在空气中放置后,会大量吸收空气中的二氧化碳,形成碳酸镁、三水碳酸镁、碱式碳酸镁等水化物,使得生产总体上是“碳负性”的。澳大利亚生态技术公司研究开发一种能够吸收二氧化碳的固碳水泥,其主要成分为废料、粉煤灰、普通水泥和氧化镁,在强度上与普通水泥完全媲美。该公司声称,如果生态水泥能代替全球普通水泥的 80%,将会有 15亿 t 二氧化碳被吸收。固废矿化材料 固废矿化材料中,采用钢渣作为矿化材料制取固碳建材研究应用比较普遍。钢渣具有较高的钙含量和镁含量,赋予其较高的碱性,使其同样具有良好的碳酸化性能,可通过合理的工艺将二氧化碳固化进钢渣中。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?48 目前钢渣二氧化碳矿化利用方式为将钢渣粉压制成型,经碳酸化养护之后再破碎、筛分制备钢渣骨料,并用于混凝土中。研究表明,经碳酸化养护的人工骨料取代部分天然骨料制备的混凝土抗压强度和体积安定性均可提高。2022 年 11 月 14 日,全球首条钢渣捕集水泥窑烟气 CO2制备固碳辅助性胶凝材料与低碳水泥生产线在河南省某水泥有限公司竣工投产。该项目利用钢渣干法原位捕集利用 CO2,在实现水泥窑烟气 CO2减排的同时,有效解决钢渣安定性不良问题并提高活性,制备出高活性固碳辅助性胶凝材料。图 4.5 钢渣捕集水泥窑烟气 CO2制备固碳辅助性胶凝材料生产线 项目总投资近 1亿元,分两期建设。项目一期由一条钢渣干法原位捕集利用水泥窑烟气 CO2生产线和一条高效复合掺合料生产线组成,每年直接捕集水泥窑尾烟气 CO2 1.6 万吨,资源化利用钢渣生产固碳辅助性胶凝材料 30 万吨,生产高效复合掺合料 30万吨。直接空气捕集 CO2生产固碳建材 直接空气碳捕集(Direct Air Capture,DAC),是指从空气中直接吸收或吸附二氧化碳的技术。原理为通过吸附剂对二氧化碳进行捕集,完成捕集后的吸附剂通过改变热量、压力或温度来恢复原状并用于再次捕集,而纯二氧化碳则被提取并储存起来。2021 年 1 月,雪佛龙科技风险投资公司(CTV)投资 Blue Planet 公司开展应用 DAC 技术获取空气中二氧化碳。Blue Planet 将捕集的二氧化碳转化为石灰?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?49 石,并制成碳酸盐基建筑骨料。与某些其他工业碳捕获和利用技术不同,Blue Planet的过程不需要在使用前纯化和浓缩 CO2,这可以降低捕获过程中的成本和单位能耗。综上,随着技术进步及推广,固碳建材应用将越来越广泛,其集合了减碳及固废再利用两大优势,是建材生产阶段脱碳的又一重要方向。(四)绿色建材产品认证 尽管市面已开发各种类别低碳建材,但存在品质参差不齐,原料来源、生产过程能耗及实际碳排放量无从考证等问题,使用方无法从中确认所采购建材是否达到低碳要求。因此,低碳建材得推广还有赖于对建材本身产品开展第三方的低碳认证,以获取信任度。2015 年 9 月,住建部、工信部联合颁布了绿色建材评价标识管理办法,其中定义绿色建材为:在全生命周期内可减少对天然资源消耗和减轻对生态环境影响,具有“节能、减排、安全、便利和可循环”特征的建材产品。从定义上,绿色建材涵盖了低碳建材内容,因此开展绿色建材产品认证,是建材生产企业获取低碳建材信任度的有效手段。2020 年 8 月,市场监管局、住建部、工信部联合颁布了加快推进绿色建材产品认证及生产应用,其中将建筑门窗及配件等 51 种产品纳入绿色建材产品认证实施范围,实施分级认证。认证产品种类如下表所示。表 4.1 绿色建材产品认证种类 目前该 51 中产品均已制定评价标准。研究评价标准可以得出,评价标准分为一般要求及评价指标要求。一般要求涉及安全、环保合规、质量基本要求等?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?50 内容;评价指标要求分资源属性、能源属性、环境属性、品质属性,从不同属性进行评价,包括定量及定性要求。评价结果从低到高分为一星级、二星级、三星级。以绿色建材评价 预制构件为例,评价指标要求中资源属性评价内容包括:生产过程固体废弃物使用率、生产废水回收率、生产采用标准化模板或工具式模板使用率等,对使用再生材料使用提出要求;能源属性评价内容包括单位产品养护能耗占总能耗比例、原材料本地化程度、生产线流水线数量,对节约生产及运输能耗要求;环境属性评价内容包括产品环境影响和碳足迹、生产噪声影响控制,对于产品是否开展全生命周期及碳足迹评价提出了要求;而品质属性则对产品力学性能、外观质量、可追溯性等提出要求。由上,可以看出标准综合了产品的“节能、减排、安全、便利和可循环”属性,评价综合结果星级越高,即越符合绿色、低碳要求。2016 年以来,国家及地方政府出台了多项推广及财政奖励政策,有力推动了绿色建材的发展。如 2016 年国务院办公厅关于建立统一的绿色产品标准、认证、标识体系的意见中要求“落实对绿色产品研发生产、运输配送、消费采购等环节的财税金融支持政策,建立绿色产品标准推广和认证采信机制,支持绿色金融、绿色制造、绿色消费、绿色采购等政策。”2017年关于推动绿色建材产品标准、认证、标识工作的指导意见文件中明确“建立完善的绿色建材推广和应用机制,全面提升建材工业绿色制造水平。到 2020 年,绿色建材应用比例达到 40%以上”的要求。2020 年浙江省湖州市出台“对通过绿色产品认证的建材企业给予一次性奖励 20 万元,每多获得一张绿色产品认证证书再奖励 2 万元,最高不超过 30 万元”财政奖励政策;广东省佛山市出台“对新获得绿色(产品)认证的企业,给予一次性扶持资金 5万元”奖励政策等。随着建筑碳达峰、碳中和进程的推进,国家及地方政府将越来越重视绿色建材产品认证,2020 年以来在出台的多项政策出均提出鼓励支持绿色建材产品认证,部分政策汇总如下:(1)2020年7月公布的绿色建筑创建行动方案中,提出:“加快推进绿色建材评价认证和推广应用,建立绿色建材采信机制,推动建材产品质量提升。指导各地制定绿色建材推广应用政策措施,推动政府投资工程率先采用绿色建材,逐步提高城镇新建建筑中绿色建材应用比例。打造一批绿色建材应用示范?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?51 工程,大力发展新型绿色建材。”(2)2021 年 3 月公布的中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要中明确提出:“推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅,建设低碳城市。”(3)2021 年 10 月公布的关于推动城乡建设绿色发展的意见中提出:“完善绿色建材产品认证制度,开展绿色建材应用示范工程建设,鼓励使用综合利用产品。”(4)2021 年 10 月公布的国务院关于印发 2030 年前碳达峰行动方案的通知中提出:“加快推进绿色建材产品认证和应用推广,加强新型胶凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材产品研发应用。”(5)2021 年 6 月北京市住房和城乡建设委员会出台北京市绿色建筑创建行动实施方案(2020 年-2022 年),其中明确“推进绿色建材认证和推广应用,加强建材生产、流通和使用环节的质量监管和检查,建立建材质量可追溯机制;研究以绿色金融为支持手段,对新建高星级绿色建筑、装配式建筑、超低能耗建筑、既有建筑节能绿色化改造、可再生能源建筑应用以及绿色建材生产和供应等符合建筑高质量和绿色发展方向的项目给予绿色信贷、保险等支持。”(6)2020 年 10 月天津市住房和城乡建设委员会出台天津市绿色建筑创建行动实施方案,其中明确“加快推进绿色建材评价认证和推广应用,搭建天津市绿色建筑信息共享平台,及时公布绿色建材采信应用情况,推动建材产品质量提升。制定天津市绿色建材认证推广应用方案,鼓励工程建设项目使用绿色建材采信应用数据库中的产品,在政府投资工程、重点工程、市政公用工程、绿色建筑和生态城区、装配式建筑等项目中率先采用绿色建材,逐步提高城镇新建建筑中绿色建材应用比例。推动绿色建材应用示范工程,打造一批可复制可推广的应用模板,促进新型绿色建材发展。”(7)2021年7月上海市发展和改革委员会出台关于印发上海市2021年节能减排和应对气候变化重点工作安排的通知,其中明确“在前期绿色建材评价基础上,加快推进绿色建材推广应用,建立绿色建材产品采信机制,推动建材质量提升。鼓励政府投资工程率先采用绿色建材,政府(国企)投资绿色建筑项目、绿色生态城区内建设项目应在预拌混凝土材料方面全面使用绿色建材。逐步扩大绿色建材应用类别和应用比例,大力发展新型绿色建材,并将绿色建?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?52 材产品应用情况纳入各区推进绿色发展工作的评价考核范畴。”综上,绿色建材产品认证在传递绿色、低碳建材信任度中扮演了重要角色,未来在政策支持下,绿色建材产品认证在实现建筑双碳目标中必将起到积极的推动作用。(五)建材运输脱碳 现阶段我国建材运输仍以中重型燃油卡车为主,其在行驶过程中排放大量二氧化碳。有数据表明,一辆重型卡车废气排放量可达到 500 辆小汽车的排放量。由此降低卡车在运输过程产生的二氧化碳为建材运输脱碳的重要途经。在交通领域,我国政府大力发展的一项举措为道路全面电气化,也即逐步推广电动新能源汽车。新能源汽车相比燃油汽车不仅绿色环保,而且具有低能耗、高转换率的优点。传统燃油车仅能将燃油能量的 12%-30%转化为车轮动力,而电动汽车可以将电力系统中超过 77%的电能转化为动力,提升了能源转换效率。尽管如此,受限于充电桩布局数量、电池能量密度以及储电量,新能源仍有其不足之处,全面替代燃油汽车尚需时日,但市面上新能源汽车数量的增多已是不争的事实。相信将来随着新能源技术创新,基础设施的完善,以及制造成本的降低,新能源汽车会是家用、公共交通、乃至商用的不二之选。据悉,特斯拉最新发布的电动卡车 Semi 在 2021 年 7 月即将完工投产,相比传统燃油卡车,特斯拉的电动卡车每英里运行成本可节约 17%。在性能方面、特斯拉电动卡车空载状态下百公里加速仅需5秒,一次充电行驶里程最高可以达到800公里,标志着重型卡车电动化的重要创新。新能源汽车中,除了发展电动汽车,另一重要方向为氢能燃料汽车。如果说电动汽车解决了短途运输脱碳,氢能燃料汽车将是长途运输脱碳的重要选择。氢燃料具备零排放、续航里程长等优点,可以为飞机、货船等长途运输工具提供能量。目前氢燃料存在着成本过高,基础设施不完善,燃料安全性仍需提升等问题,大规模的应用仍有待于时间及技术的积累。截至目前,国内已有氢能燃料应用于卡车案例。2021 年 8 月,我国首条百辆级别市场化运营氢能重卡运输线“容易路氢能重卡示范线”建成。容易路全长 59 公里,是雄安新区主要建材运输通道之一。该示范线投运的氢能重卡搭载长城旗下未势能源完全自主研发的百千瓦级大功率氢能燃料电池系统,实现了全程运输的“零碳排”;同时?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?53 示范线搭载有“氢能云”智能平台,可实时监控所有车辆燃料电池系统全生命周期运行健康情况,实现智能网联与智慧交通的深度融合。2021年 11 月,中国西部首条氢燃料电池重卡示范线在四川省内江市正式运营,此举为助推“成渝氢走廊”建设迈出了重要一步。综上,应用新能源交通工具是建材运输脱碳的首选,不论在理论技术,还是在实践上均已取得了突破。随着新能源技术成熟、制造成本下降、安全性能提升,以及基础设施及政策的逐步完善,燃油汽车必将被新能源汽车全面替代。届时建材运输脱碳,乃至整个交通运输行业脱碳问题将迎刃而解。三、建筑施工阶段脱碳(一)我国建筑施工行业发展现状 根据中国建筑节能协会发布的中国建筑能耗研究报告(2021),2019 年全国建筑施工阶段能源消耗占全国总能耗的比重为 1.9%;占建筑全过程总能耗的比重为 4%;全国建筑施工阶段碳排放占全国碳排放的比重为 1%,占建筑全过程碳排放量的比重为 2%。从数据统计上看,建筑施工能耗及碳排放量占比较小,但总量仍然庞大,随着中国城市化进程的推进,建筑施工及拆除量将随之增加,因此建筑若要实现全生命周期的碳中和,必须考虑建筑施工环节的节能降碳,通过引进绿色、低碳施工技术及管理手段,减少或抵消施工过程产生的二氧化碳。从国内施工行业管理现状来看,目前国内建筑施工大部分采取招投标形式进行,总承包商将任务分包给多个小公司,由小公司人员开展现场施工,技术人员并非全天候在现场跟踪监督。小公司技术单薄,人才缺乏,施工工艺差异大,施工过程质量参差不齐、能源及资源利用率低,浪费严重,造成施工成本过高,碳排放量大,呈现粗放式管理。对于经济快速发展期,粗放式的管理带来了经济规模,满足人们对于居住办公的需求;但在低碳社会的大背景下,粗放式管理必然不可持续,取而代之以低碳施工、绿色施工,倒逼企业重视现场管理,提升管理效率,对于无法实现低碳施工的企业终将被市场淘汰。因此,低碳施工对于提升施工行业管理水平,重塑行业形象,加强施工行业优胜劣汰具有积极的促进作用。从国际贸易而言,发达国家借助自身的先进技术和技术优势,制定苛刻的?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?54 技术标准、法规,形成对发展中国家的碳壁垒,国际竞争日趋激烈。随着国家“一带一路”政策推进,一些大的建筑公司逐渐在海外拓展市场,通过提升产品品质,突破发达国家的碳壁垒,在国际竞争平台中赢得市场和声誉。建筑施工作为建筑全行业中不可或缺的环节,承受来自上、下游的低碳压力,面对建筑企业“走出去”的大环境,施工企业必须走低碳化发展道路。只有共同构建低碳建筑产业链,方可在发达国家制定的碳壁垒规则中生存、发展。因此施工企业要迈向国际化,赶上国际发展趋势,就必须加强自身的低碳竞争力,借助强劲的低碳竞争力进入国际市场。(二)建筑施工阶段脱碳路径 施工现场碳排放源来源于施工区、办公区和生活区三个区域。施工区现场建材运输、加工过程、施工过程,以及废弃物的处理,需通过操作各类机械设备完成,而设备运行需消耗柴油、电力,由此产生碳排放。办公区及生活区使用照明、制冷、采暖、办公设施及等消耗电力,食堂炊事消耗天然气等燃料,电力、天然气为办公生活区碳排放源。针对施工阶段,住建部及质监总局于 2010年颁布 GBT 50640-2010 建筑工程绿色施工评价标准,用于指导建筑工程实践,推动绿色施工。标准中绿色施工定义为:在保证质量、安全等基本要求的前提下,通过科学管理和技术进步,最大限度地节约资源,减少对环境负面影响,实现四节一环保(节能、节地、节水、节材和环境保护)的建筑施工活动。从绿色施工定义中不难看出,其在一定程度上涵盖了低碳建筑的相关要求。节能、节水、节材本质上要求提高能源、资源利用率,降低施工过程的能源、资源消耗量,也即减少生产能源及资源所蕴含的碳排放量;而节地则要求尽量减少土方开挖和回填量,进而减少机械设备因施工作业产生的碳排放。标准中针对节能、节地、节水、节材、环境保护方面制定了各自的评分指标,包括控制项、一般项、优选项。施工过程依据此标准用以评判是否符合绿色施工要求。为进一步规范建筑工程绿色施工,2014 年颁布 GBT 50905-2014建筑工程绿色施工规范,针对地基与基础工程、主体结构工程、装饰装修工程、保温防水工程、机电安装工程、拆除工程进行明确规定,要求按标准开展施工,做到节约资源,保护环境以及保障人员安全与健康。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?55 本报告依据颁布的相关标准,结合施工现场案例对施工过程当前几条主要减碳路径进行汇总说明,包括施工过程“四节一环保”、数字化及智能化技术应用、装配式施工,具体说明如下。1.施工过程“四节一环保”(1)节能 如上述,施工过程主要的能源使用为机械设备运作消耗的柴油、电力,办公生活电力消耗,以及食堂炊事燃料消耗。施工现场节能包括加强能源管理、技术节能。其中能源管理首要需制定合理施工能耗指标,提高施工能源利用率,定期进行计量、核算、对比分析,并开展预防与纠正措施;其次针对各主要机械设备制定相应的经济运行操作规程、维护保养规程,并按规定执行;设备操作人员需进行技能培训,对于特种设备操作,如重型卡车、高压电工等人员还需持证上岗,确保各设备处于高效运行状态。施工企业还可通过导入能源管理体系并认证来进一步提升能源管理水平,降低施工能耗。技术节能需从施工机械设备的选型入手,优先选择国家、行业推荐的节能、高效、环保的设施设备,如采用一级能效的制冷设备、空压机、水泵等机电产品。据相关统计,节能电机工作效率比普通标准电机高 3%-6%,平均功率因数高 9%,总损耗减少 20-30%。施工现场物料周转选用低油耗、低碳排放运输工具,如生物柴油机车、混合动力机车,乃至氢燃料车,并通过合理规划运输线路降低周转里程;照明采用 LED 节能灯具,实现声控、光控等功能;有条件则选用太阳能光伏发电照明技术,应用于路灯、加工棚照明、办公区廊灯等进一步降低照明用电。建筑施工过程新技术、新设备的应用因提高了施工效率,同样达到降低能耗目的。如在地基基础方面采用的灌注桩后注浆技术,不需要泥浆或水泥浆护壁,且成桩质量稳定,施工效率提高,进而降低了施工过程能耗。(2)节水 施工现场用水环节包括施工用水、办公生活用水、绿化降尘用水。施工过程可通过采取节水器具与设施,开展水循环利用,雨水收集利用等措施节约用水量。采用节水器具,诸如在办公生活区使用节水龙头,节水卫生洁具等,节省办公生活用水量。在施工现场可设置污水沉淀池,将部分基坑降水和雨水引入沉淀池内,经过处理去除掉漂浮物与悬浮物,再加入助凝剂对污水和雨水进?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?56 行混凝和沉淀,污水则处理成可重新利用的水,由此实现水循环利用及雨水回收。该部分水可用于现场降尘、绿化、车辆冲洗、混凝土结构养护用水等。同时现场还可通过加装水计量器具,将施工、生活用水分开计量,各自进行用水计量考核,严格控制用水量。(3)节材 节材,即施工现场需最大限度地降低材料消耗。为实现节材,施工单位首先加强对各材料的质控、采购、储运、使用管理。对于材料采购,施工单位要制订明确的环保材料采购条款,对材料供应单位进行审核、比较、挑选。在采购前,对材质及性能进行详细的检查、检测,确保符合要求。同时需根据施工进度、库存情况合理安排材料采购、进场时间和每次进场数量,减少库存积压。对于周转材料要根据施工流水安排,合理确定材料用量,并在日常工作中制定维修与保养计划,降低损耗。施工现场还应有序堆放材料,且储存环境适宜,防止因日晒、雨淋、受潮、受冻、高温或地基变形等环境因素造成损坏。材料使用采取严格的登记使用制,随时掌握施工用料信息,避免材料浪费。施工单位还应建立建筑废弃物管理制度,制定明确的废弃物处理方式,遵循“减量化、资源化、无害化”原则,充分利用材料,减少浪费。对于可现场直接回用的废弃物,特别是将其用于之后的施工过程,有助于提高材料的循环利用率。例如,在施工过程中截掉的短钢筋可用于后期的构造柱植筋与砌体植筋;利用废弃模板定做一些遮光棚、隔声板等维护结构;利用废弃的钢筋头制作楼板马凳筋、地锚拉环等。对于无法现场直接回用的废弃物,可通过特定的加工处理厂处理,重新用到施工中,实现建筑垃圾减量化、资源化。如利用建筑废弃物混合料作为复合地基散体桩材料;利用废弃混凝土和废弃砖石制成粗细骨料,用于生产相应强度等级的混凝土、砂浆、墙板、地砖等建材制品。同时还可通过引入先进的施工工艺及机械,减少施工过程废料产生,实现节材。如贵州中天-未来方舟项目,其在施工过程中使用新型机械自动化数控钢筋弯箍机进行无废料标准化的钢筋弯箍生产。该技术废料产生量少,经统计,每吨节约 100 元人民币,钢筋废料的回收利用率达 60%,节省人工 20%。(4)节地 施工现场需在开工前期合理规划施工总平面布置,减少占地,尽量减少土方开挖和回填量,减少机械设备因施工作业产生的碳排放;同时利用山地、荒?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?57 地作为取、弃土场用地,避免侵占农田、林地,保护植被;施工后需根据“用多少、垦多少”的原则,恢复原有地貌和植被,必要时还需与当地园林、环保部门或当地植物研究机构合作,补救施工活动中人为破坏植被和地貌造成的土壤侵蚀。(5)环境保护 施工过程主要污染源有废水、噪声、扬尘、光污染以及建筑废弃物。施工废水可通过收集、处置,实现循环利用。噪声排放需执行建筑施工场界环境噪声排放标准,现场使用低噪音、低振动的设备,采取隔音与隔振措施,避免或减少施工噪声和振动。施工现场道路、塔吊、脚手架等部位扬尘可通过自动喷淋降尘和喷雾炮降尘技术进行降尘。对于光污染,需在夜间室外照明灯加设灯罩,透光方向需集中在施工范围;电焊作业采取遮挡措施,避免电焊弧光外泄。建筑废弃物和生活垃圾需开展分类,遵循“减量化、资源化、无害化”原则,充分利用材料,减少浪费。对于大型施工现场,还可以引入绿色施工在线监测及量化评价技术,加强资源、能源消耗及污染物排放监控,加强环境环保。该技术通过在施工现场安装智能仪表并借助 GPRS 通讯和计算机软件技术,随时随地以数字化的方式对施工现场能耗、水耗、施工噪声、施工扬尘、大型施工设备安全运行状况等各项绿色施工指标数据进行实时监测、记录、统计、分析、评价和预警。在线监测对象应包括但不限于下图所示内容。图 4.6 绿色施工在线监测对象内容框架 该技术系统构成以传感器为监测基础,以无线数据传输技术为通讯手段,?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?58 包括现场监测子系统、数据中心和数据分析处理子系统。现场监测子系统由分布在各个监测点的智能传感器和 HCC 可编程通讯处理器组成监测节点,利用无线通信方式进行数据的转发和传输,达到实时监测施工用电、用水、施工产生的噪音和粉尘、风速风向等数据。数据中心负责接收数据和初步的处理、存储,数据分析处理子系统则将初步处理的数据进行量化评价和预警,并依据授权发布处理数据。此外,施工单位还可在工地现场内外围布置绿色植物进行挡风降尘,同时增加现场固碳能力。对于施工周期较长的现场甚至可以按照永久绿化的要求安排。在布置绿色植物时还需考虑选取合适的植株类型,构造丰富的复层结构。例如,采取“乔木 灌木 草被”相结合的多层绿化方式能够有效增强植被固碳能力及生态环境效益。2.数字化及智能化技术应用 现场施工过程引入数字化及智能化技术将有效提高施工生产效率,避免建筑材料及设备浪费,有助于施工低碳化。(1)数字化技术应用 在建筑施工中,典型的数字化技术为基于 BIM 的现场施工管理信息技术。该技术指利用 BIM 技术,并借助移动互联网技术实现施工现场可视化、虚拟化的协同管理。在施工阶段结合施工工艺及现场管理需求对设计阶段施工图模型进行信息添加、更新和完善,以得到满足施工需求的施工模型。同时,依托标准化项目管理流程,结合移动应用技术,通过基于施工模型的深化设计,以及场布、施组、进度、材料、设备、质量、安全、竣工验收等管理应用,实现施工现场信息高效传递和实时共享,提高施工管理水平及施工效率。具体技术内容包括:1)深化设计。基于施工 BIM 模型结合施工操作规范与施工工艺,进行建筑、结构、机电设备等专业的综合碰撞检查,解决各专业碰撞问题,完成施工优化设计,完善施工模型,提升施工各专业的合理性、准确性和可校核性。2)场布管理:基于施工 BIM 模型对施工各阶段的场地地形、既有设施、周边环境、施工区域、临时道路及设施、加工区域、材料堆场、临水临电、施工?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?59 机械、安全文明施工设施等进行规划布置和分析优化,以实现场地布置科学合理。3)施组管理:基于施工 BIM 模型,结合施工工序、工艺等要求,进行施工过程的可视化模拟,并对方案进行分析和优化,提高方案审核的准确性,实现施工方案的可视化交底。4)进度管理:基于施工BIM模型,通过计划进度模型(可以通过Project等相关软件编制进度文件生成进度模型)和实际进度模型的动态链接,进行计划进度和实际进度的对比,找出差异,分析原因,BIM 4D 进度管理直观的实现对项目进度的虚拟控制与优化。5)材料、设备管理:基于施工 BIM 模型,可动态分配各种施工资源和设备,并输出相应的材料、设备需求信息,并与材料、设备实际消耗信息进行比对,实现施工过程中材料、设备的有效控制。6)质量、安全管理:基于施工 BIM 模型,对工程质量、安全关键控制点进行模拟仿真以及方案优化。利用移动设备对现场工程质量、安全进行检查与验收,实现质量、安全管理的动态跟踪与记录。7)竣工管理:基于施工 BIM 模型,将竣工验收信息添加到模型,并按照竣工要求进行修正,进而形成竣工 BIM模型,作为竣工资料的重要参考依据。(2)智能化技术应用 随着建筑施工数字化技术、人工智能技术以及相关技术的发展,建筑施工智能化技术愈发成熟。目前建筑施工智能化应用包括大数据的分析应用、自动化及机器人技术应用等。大数据分析可应用于建筑施工过程的决策,例如施工方法、承包方、施工材料的选择等。这些决策往往需要参考以往的经验,而通过应用 BIM 技术积累下来的建筑工程数据及其管理数据,因为具有全面性、相互关联性等特点,将是最好的承载经验的数据源。建筑施工过程中,自动化技术可以实现机器代替人去做简单充分工作,而机器人的使用则使机器可以像人一样做较为复杂的工作,甚至可以利用机器人和自动化设备完成整个施工过程,提升施工效率。但是,将机器人在建筑施工过程中替代人的角色,需要用到精确的执行信息,需要由 BIM 技术支持提供。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?60 中国建筑公司广西防城港核电二期项目团队研发了一台预埋件焊接机器人。该机器人在核反应堆建造过程中通过执行指令完成了焊接 8 万余个预埋件的任务。如果由人工开展焊接,焊接工作量将非常巨大,而应用这一机器人后,焊接工作即可快速展开,大大提升效率。除此外,中建八局研发出了 IABM 智能装配造桥机。该设备首次实现了将工厂预制的立柱、盖梁和箱梁在现场完成一体化安装,能够在 30分钟之内架设好一片 200吨重的盖梁,消除人工操作的误差,大大提高安全性能和工效。3.装配式施工 装配式施工是指将从工厂加工制作好的建筑用构件和配件(如楼板、墙板、楼梯、阳台等)在建筑施工现场上通过可靠的连接方式进行装配的一种施工方式,其成品即为装配式建筑。装配式建筑避免了传统施工产生的噪声、粉尘污染,同时缩短了施工周期,减少了原材料消耗,是一种低碳环保施工技术。装配式施工往往与 BIM 技术联合应用,典型如基于智能化的装配式建筑产品生产与施工管理信息技术。该技术是在装配式建筑产品生产和施工过程中,应用 BIM、物联网、云计算、工业互联网、移动互联网等信息化技术,实现装配式建筑的工厂化生产、装配化施工、信息化管理。通过对装配式建筑产品生产过程中的深化设计、材料管理、产品制造环节进行管控,以及对施工过程中的产品进场管理、现场堆场管理、施工预拼装管理环节进行管控,实现生产过程和施工过程的信息共享,确保生产环节的产品质量和施工环节的效率,提高装配式建筑产品生产和施工管理的水平。具体技术内容包括:1)建立协同工作机制,明确协同工作流程和成果交付内容,并建立与之相适应的生产、施工全过程管理信息平台,实现跨部门、跨阶段的信息共享。2)深化设计:依据设计图纸结合生产制造要求建立深化设计模型,并将模型交付给制造环节。3)材料管理:利用物联网条码技术对物料进行统一标识,通过对材料“收、发、存、领、用、退”全过程的管理,实现可视化的仓储堆垛管理和多维度的质量追溯管理。4)产品制造:统一人员、工序、设备等编码,按产品类型建立自动化生产?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?61 线,对设备进行联网管理,能按工艺参数执行制造工艺,并反馈生产状态,实现生产状态的可视化管理。5)产品进场管理:利用物联网条码技术可实现产品质量的全过程追溯,可在 BIM模型当中按产品批次查看产品进场进度,实现可视化管理。6)现场堆场管理:利用物联网条码技术对产品进行统一标识,合理利用现场堆场空间,实现产品堆垛管理的可视化。7)施工预拼装管理:利用 BIM 技术对产品进行预拼装模拟,减少并纠正拼装误差,提高装配效率。(三)工程建设企业脱碳典型案例 1.中建香港 OPARK2“负碳”项目 OPARK2 为中国建筑工程(香港)有限公司(以下简称“中建香港”)负责建造的香港有机资源回收中心二期项目,是香港目前规模最大的厨余回收中心。项目于 2019 年启动,并预计于 2023 年竣工并投入使用。2021 年 11 月,中建香港发布了香港有机资源回收中心二期施工期碳中和承诺书,承诺将在施工期内实现该项目碳中和,并将成为全国首个在施工期内实现碳中和的绿色工程,且可能在竣工后达到“负碳经济”的效果。该项目所应用的低碳策略包括:(1)在建材选用上,公司整合了低碳建材供应链,在项目建设过程中使用含 100%循环成分的钢筋、工字钢等材料。该类型材料所蕴含的碳排放量较传统材料低 60%,属于典型的低碳建材。(2)提倡“变废为宝”思想,将工地产生的废弃物尽可能进行循环利用,提高循环利用率。(3)在项目设计上,项目以香港绿建环评认证的最高评级“BEAM Plus 1.2铂金级”为设计标准,使用 BIM 7D、MiC、DfMA 等新型建造技术,进一步降低施工过程碳排放。经统计,整体的碳减排量相当于 11.4 万颗树一年所吸收的二氧化碳。(4)对于项目剩余的碳排放,拟通过购买自愿减排额进行抵消。通过以上策略,中建香港得以有信心承诺 OPARK2 项目将在施工期实现碳中和。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?62 项目投入运营后,OPARK2 将采用厌氧分解机堆肥的生物处理技术处理厨余垃圾,并利用其产生的沼气进行发电。经测算,产生的电力除满足项目本身运行外,还可供约 5000 户家庭一年的用电量。该电力将有望转化为运营期的碳资产进行开发和管理,最终实现项目全生命周期的“负碳”。2.西班牙阿驰奥纳集团的碳中和之路 阿驰奥纳是一家西班牙公司,它的历史可追溯至 1862年成立的 MZOV公司,MZOV 是西班牙的一家铁路建筑公司。1978 年 MZOV 公司与 1916 年创建的Cubiertas Y Tejados(时为西班牙有名的房屋建筑公司)合并形成 Cubiertas Y MZOV公司;1997 年 Cubiertas Y MZOV公司又和 1931年建立的 Entrecanales Y Tavora 公司(一家路桥公司)合并形成阿驰奥纳集团。三家企业合并后,业务形成互补,阿驰奥纳开始了快速发展,成为西班牙著名的工程建筑公司。阿驰奥纳在世界各地承接了很多项目,代表性项目有 1998 年建成的中国香港汀九桥、葡萄牙里斯本火车站;2000年建成的西班牙瓦伦西亚博物馆;2009年建成的韩国庆尚北道“风能公园”;2020 年建成的澳大利亚悉尼轻轨线等。随着 20世纪 90年代初经济状况的恶化,许多建筑公司开始向其他新兴业务多元化发展,阿驰奥纳也是其中之一。2000 年,阿驰奥纳转型进入可再生能源领域,投资可再生能源技术研发,开启了新兴能源业务。2004 年公司专注于三大增长业务支柱:能源、基础设施和水处理,同时投入巨资开展技术创新并引进人才,进行企业自身的深度转型。2010 年阿驰奥纳转型成功,从传统的建筑企业变成可再生能源领域的先锋,走上了可持续发展道路。2015 年巴黎气候峰会之后,阿驰奥纳通过采取各种措施履行其脱碳承诺,并于 2016 年成为了一家实现碳中和的企业。采取的措施包括:(1)在基础设施建设上,公司为了减少制造过程中产生的废弃物,投资了大型混凝土 3D打印技术。该技术通过利用计算机分层建模并传出程序命令,控制工业机器人逐层重复铺设材料进而搭建出自由方式的建筑结构。相比传统建造技术,该技术减少了能源和资源消耗,降低碳排放量。(2)积极参与气候变化项目开发,在墨西哥、印度、智利和哥斯达黎加的清洁发展机制(CDM)注册了八个项目。(3)通过认证碳标准(VCS)计划参与自愿碳市场交易,在美国有两个风电?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?63 项目通过认证。根据公布的数据,2016年阿驰奥纳公司业务活动产生的排放量为120万吨,而当年度公司通过实施风电项目避免的碳排放量为 1440 万吨,远超其业务运行的碳排放,公司也由此实现了碳中和。2018 年,通过战略定位的演变,阿驰奥纳加大对风能、水电、核电等再生能源的投资。阿驰奥纳认为,用可再生能源来实现可持续发展道路是最明智的选择,是提供可持续性解决方案至关重要的方法。未来,阿驰奥纳将坚持向低碳经济迈进,继续支持可持续发展的业务,并为之奋斗。四、建筑运行阶段脱碳(一)建筑运行阶段碳排放现状 根据2021 年中国建筑能耗研究报告,建材运行阶段能耗占全国总能耗的21.2%,二氧化碳排放占全国总排放的 21.6%,在建筑全生命周期中均仅次于建材生产阶段。运行阶段碳排放主要为建筑内各设施设备运行产生,如照明、空调、采暖、水泵用电产生的间接排放,燃气灶消耗天然气产生排放,北方采暖涉及热力消耗产生的间接排放等。因建筑运行期年限长,而建筑存量在逐步上升,导致该阶段二氧化碳排放量在近年来呈现线性上升趋势,增大了建筑运行阶段脱碳压力。图 4.7 建筑运行阶段能耗与碳排放变化趋势?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?64 结合建筑运行阶段碳排放源,解决好运行阶段碳排放源首要考虑建筑的低碳设计。优秀的低碳设计将大大减少建筑后期运行能耗,这需要考验建筑设计师的设计水平。其次建筑中引进太阳能、风能、地热能等可再生零碳能源替代传统电力、天然气,可大大减少建筑运行碳排放;另外提升建筑中设备的能效以及能耗管控水平,也可达到降低能耗及碳排放的效果。以下从建筑低碳设计、能源替代、推进电气化、能效提升 4个方面展开说明建筑运行阶段脱碳路径。(二)建筑低碳设计 建筑低碳设计,为建筑师在建筑建造前,通过合理设计降低建筑在运行期间的碳排放。采用的技术手段包括:1)采取被动式设计构建建筑的形体、空间、布局,充分利用自然条件达到低碳运行的目的;2)选取低碳建材、耐久性建材、可再生建材,从建筑全生命周期上减少碳排放量;3)可再生能的源设计应用;4)考虑建筑拆除时的易拆卸设计。其中低碳建材应用于前文进行了说明;可再生能源应用及建筑拆除在后文进行说明,本章节着重说明关于建筑的被动式设计。对于建筑单体而言,低碳设计主要涉及被动式设计和主动式设计两方面的策略。主动式设计一般指通过采用技术手段达到降低能源消耗和碳排放量的方式,如节能空调、太阳能热水系统、太阳能光伏发电系统等;被动式设计则指不通过设备,转而依靠自然方式而达到节能减排效果的方式,如自然通风天然采光、建筑遮阳、立体绿化等。在低碳建筑设计中,上述两种方式各有千秋,各有适用范围。目前国际公认的原则是:在充分使用被动式设计手段的基础上,采用主动式设计的方法,以发挥事半功倍的效果。与主动式设计相比,被动式设计与建筑设计师的关系非常密切。建筑师需要考虑当地气候条件、日照、绿化、风向等自然条件,选取合适的设计方案。传统的被动设计需要依靠建筑师的经验,定性成分较多。如今,很多被动式设计的效果可以在定性的基础上,进一步进行计算机模拟,从定性走向定量,从而发挥越来越重要的作用。以下从自然通风、日照采光、保温隔热、遮挡阳光、建筑绿化五个方面说明被动式设计的应用。1.自然通风?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?65 自然通风可以在不消耗能源的情况下,带走内部空间的热量、湿气和浑浊的空气,从而降低室内温度,并提供新鲜的自然空气;同时自然通风也有利于减少人们对空调的依赖,防止空调病,并节约能耗,减少碳排放量。自然通风一般分为风压自然通风、热压自然通风、风压与热压结合三种形式。风压自然通风原理为建筑物的引风面上产生正压区,在建筑物的侧面及背面产生负压区。利用迎风面与背风面的压力差来实现自然通风,“穿堂风”即是典型案例。热压式自然通风原理为建筑物内部的热空气上升,从建筑上部的风口排出,室内产生负压,新鲜的冷空气从建筑底部吸入。室内外温差越大,进出口风口的高度差越大,热压作用越明显,“烟囱效应”为典型案例。要实现良好的自然通风,在设计上需关注的几项原则有:1)对于建筑群落,要实现良好的通风效果,在群体布局上须要采用错列式,且高低结合的布局更有利于自然通风。2)在建筑形体处理上,可以采用架空、局部挖空、组织内院等处理方法,引入自然通风;还可利用高大空间、楼梯间、通风烟囱等方式组织热压通风。3)结合日照、采光、通风、节能等因素综合考虑开窗面积和方式,合理的窗墙比和开窗方式可提升室内的自然通风效果。4)对于高层建筑或不便直接开窗的建筑,往往难以通过直接开窗进行自然通风,可通过设置双层幕墙组织自然通风。双层幕墙下部设置进风口,上部设置排放口,空气从下部进风口流入,再从上部进风口排出,实现室内的自然通风。图 4.8 错列式布局有利于自然通风?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?66 图 4.9 高低结合的布局有利于自然通风 图 4.10 通过架空、局部挖空等方式引入自然通风?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?67 图 4.11 利用高大空间、楼梯间、通风烟囱组织热压通风 图 4.12 双层幕墙通风示意图?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?68 2.日照采光 日照和采光是建筑设计中利用光线的重要内容,前者主要是指:获取太阳的能量,改善室内热环境,并起到获取紫外线、杀灭细菌等卫生作用;后者主要指:获取光线,为人们的工作、生活等提供合适的光环境。获取日照和采光的措施往往是同时考虑的,常常结合在一起进行分析。为获取良好的日照采光,同样需要从建筑布局上考虑。中国绝大部分国土处于北回归线以北,日照的一般规律是:每天太阳从东方升起,中午时分到达南面,傍晚从西方日落。从太阳高度角来看,冬季的太阳高度角比较低,夏季的太阳高度角比较高。因此,中国绝大部分地区的建筑均以南向(或者南偏东、南偏西)作为最佳朝向。另外群体建筑错落布置,建筑方位适当偏东或偏西,可提高日照水平。图 4.13 建筑错落布置,利用间隙提高日照水平 日照和采光也涉及建筑单体的形体和空间设计。如需要阳光的房间(如起居室、卧室、病房、儿童活动室、主要办公空间等)应布置在南向,以获取宝贵的阳光;对于大进深的建筑物,可以通过设置内院、中庭等方式,引入光线,而内院和中庭的界面还可以通过采用浅色材料以反射更多的光线;对于地下空间,可以通过下沉广场、开设高窗等方式,引入光线和阳光;对于建筑形体,从获取光线的角度来说,还可以采取挖空等方式获取较多的开窗面,而窗墙面积比和开窗形式则需要建筑师进行综合考虑。此外,在房间内部采光效果不佳时,还可通过采用导光设计将天然光线导?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?69 入内部需要管线的地方。常见的导光构件有导光管采光系统、反光板、反光镜,各构件采光原理如下:(1)导光管采光系统:通过采光装置聚集室外的天然光线,将其导入系统内部进行传输,然后由漫反射器将自然光均匀导入内部空间中需要光线的地方。导光管采光系统光线均匀柔和,且零污染、零耗电,可以显著提高日光利用效率,在大进深建筑和地下空间内得到了较多运用。(2)反光板:为安装在立面窗口内测或者外侧的一块水平或者倾斜的高反射性挡板。反光板可以反射光线到建筑顶部、侧墙,进而进入室内深处,同时可以遮蔽来自天空的直接炫光,提高室内照度均匀度,一定程度上改善室内光环境,增加室内自然采光,减少人工照明。(3)反光镜:通过反光镜的多次组合,可以将所需要的光线引入地下,解决地下空间的采光问题。图 4.14 导光管采光系统?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?70 图 4.15 反光板太阳光线分析图 图 4.16 通过反光镜将光线和景观引入地下空间 3.保温隔热 保温隔热,即尽量减少建筑室内外能量的交换,具体为在冬季减少外界冷量进入内部空间,减少内部空间的热量向外散发;在夏季则减少外界热量进入内部空间,减少内部空间的冷量向外散发。大量研究证明,良好的保温隔热可有效减少建筑运行能源消耗。要达到良好的保温隔热效果,需要对建筑体形及空间分布进行合理设计,其次外围护结构设计也至关重要。(1)建筑体形及空间设计 对于建筑体形设计,首先需要考虑建筑物体形系数的选取。建筑体形系数为建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。建筑物体形系?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?71 数越大,单位建筑体积对应的外表面积越大,表示建筑物与外界能量交换越多,能耗可能越大。反之则越小。有研究表明,对于同高度的建筑,建筑体形系数增加 0.1,对应的建筑能耗增长 13%。因此应尽量控制建筑体形系数,避免过多的凹凸。此外随着建筑高度增加,体形系数会相应降低,但建筑能耗的相对变化不大。除了控制体形系数,还需要在空间设计上做好热工分区以减少能耗。如对于公共建筑,可以把采用空调房间布置在建筑物的核心区域,减少室外气候对其影响;对于特别需要阳光和保持温暖的房间,应尽量布置在难免,以保证获得充足的日照;辅助空间(如卫生间、库房等)可以布置在朝向较为不利的位置;在寒冷地区建筑外门还可增设斗门,减少冷风渗透,避免室内为保温导致能耗增加。(2)围护结构设计 建筑外围护结构设计对于保温隔热效果具有重要作用。在围护结构设计中,可以从墙体保温、冷(热)桥处理、门窗保温 3 个方面着手提升保温隔热效果。墙体保温 墙体保温方式根据保温材料安装部位分为自保温、内保温、外保温及夹心保温。自保温常用的有蒸压加气混凝土砌块等,该保温方式保温效果受到一定限制,使用范围有限;内保温即保温层安装在维护结构内层,内保温主要问题为无法避免冷(热)桥,容易形成冷凝水从而破坏墙体;夹心保温的保温材料设置在外墙中间,该保温方式与内保温一样,存在冷(热)桥现象;外保温的保温材料安装在墙体外侧,能有效保护围护结构,基本消除冷(热)桥现象,提高了墙体的防水性和密闭性。外保温采用饰面干挂技术还可在保温层与墙体外饰面之间形成空气层,实现了自然通风,降低内部空调运行能耗,而通风排除潮气转而保护了保温材料。因此在墙体保温中,外保温为最佳选择,并已普遍采用。国外很多建筑工程中,还采取建筑主体结构与外围护结构分离的方式构建保温系统。该方式外围护结构与主体支撑结构相对独立成系统,让承重与围护两项功能分离,并且通过保温隔热层分开,彻底阻断建筑冷(热)桥。其优势为独立的外围护体系使得保温材料耐久性加强,避免因外保温层耐久性差导致脱落。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?72 对于墙体保温,材料的保温性能对于建筑的保温隔热效果也有重要意义。设计师在设计时需综合考虑防火、防水、保温、强度、价格等各项指标,选取合适的保温材料。常用保温材料有 XPS 贴板体系、EPS 贴板体系、聚氨酯硬泡喷涂体系等,各材料性能表如下表所示。表 4.2 常用保温材料性能表 比较项目 胶粉聚苯颗粒浆料体系 EPS 贴板体系 XPS 贴板体系 聚氨酯硬泡喷涂 活用墙体 各神墙体 各神墙体 各神墙体 各神墙体 施工可控性 差 好 好 差 冷热桥效应 无 无 有 无 抗裂性 好 一般 差 好 面荷载 kg/m2 60 60 60 60 抗风压 无空腔、抗压能力强 小空腔体系,能满足抗 风压要求 小空腔体系,能满足抗 风压要求 无空腔、抗压能力强 导热系数 w/mk 0.059 0.042 0.030 0.025 蓄热系数 w/m2k 0.964 0.36 0.36 0.36 防火性能 难燃 B1级 阻燃 B1级 阻燃 B1级 难燃自熄性材料 防水性 好 好 好 很好 透气牲 好 好 差 般 抗冲击性 好 差,底层网格布加强 一般 很好 达到相同保温效果造价 50 元/m2 70 元/m2 90 元/m2 120 元/m2 增加保温层的厚度也可增加保温效果。但保温层厚度与保温效果并不是一次函数关系。有研究表明,在一定区间内,随着保温层厚度的增加,围护结构的热工性能提高明显,但保温层达到一定厚度后,即使保温层厚度继续增加,保温隔热性能也很难有明显的提升,即保温层存在一个经济厚度。下图为聚苯板传热系数与厚度的关系图。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?73 图 4.17 聚苯板传热系数与厚度的关系 图中看出,当厚度从 30mm增加到 50mm时,传热系数下降明显,但随着厚度继续增加,传热系数下降则趋于变缓。此外,保温层厚度增加意味着需要更多材料,会导致建材生产阶段的碳排放量的增加。因此对于保温层厚度的选取,还需综合考虑保温性能、经济效益,以及全生命周期的碳排放量进行确定。冷(热)桥处理 冷(热)桥是指在建筑物外围护结构与外界进行热量传导时,由于围护结构中的某些部位材料传热系数明显大于其他部位,使得热量集中地从这些部位快速传递,从而增大了建筑物的采暖、空调负荷及能耗。此外冷(热)桥对建筑物有破坏作用,当冷热空气频繁接触,墙体保温层导热不均匀时,会造成房屋内墙结露、发霉甚至滴水,最终影响隔热材料的隔热性能。因此,在设计时应尽量减少冷(热)桥的数量和面积,对无法隔断的冷(热)桥,需要用保温材料进行包裹。冷(热)桥处理技术在已有成熟应用案例,如德国开发的“钢筋/绝缘保温材埋件”技术,其通过在施工中埋入混凝土楼板对冷(热)桥进行隔断,避免保温性能下降。门窗保温 外门窗的保温性能对于降低建筑能耗、减少碳排放量同样具有重要作用。在设计中应根据建筑热工设计分区、建筑朝向、建筑体形系数、窗墙面积比等确定门窗的传热系数、遮阳系数、可见光透射比等保温性能指标。经过节能模?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?74 拟计算之后,不断调整优化,最终予以确定。在材料选用上,外门窗可采用中空玻璃,也可采用 Low-E 中空玻璃、充惰性气体的 Low-E 中空玻璃、两层或多层中空玻璃、双层外窗、双层玻璃幕墙等方式。研究表明,单面镀膜 Low-E中空玻璃,其导热系数约为 1.7 W/m.k,保温隔热性能比普通中空玻璃提高一倍。德国新型的保温节能玻璃 U 值(指在标准条件下,真空玻璃两侧在一定的温差下,单位时间通过单位面积传递到另一侧的热量)达到 0.5,比普通 900mm 砖墙加 150mm 聚苯保温层保温效果还好。门窗框型材常常可采用木-金属复合型材、塑料型材、隔热铝合金型材、隔热钢型材、玻璃钢型材等。在门窗安装过程可通过改善窗户制作安装精度、加装密封条等办法,减少空气渗漏和冷风渗透耗热。对于幕墙,可采用隔热型材、隔热连接紧固件、隐框结构等措施,避免形成热桥。门窗的位置还应根据建筑所在地区合理设置。一般不宜在东向、西向设置大面积的外窗和玻璃幕墙;在采暖地区亦不宜在北向设置大面积的外窗和玻璃幕墙。严寒地区居住建筑不应设置凸窗;寒冷地区和夏热冬冷地区北向卧室、起居室不应设置凸窗等。综上,通过加强墙体、门窗保温,并对冷(热)桥进行处理,将有效提高建筑围护结构保温性能,降低制冷及采暖运行能耗,减少运行期二氧化碳排放。4.遮挡阳光 太阳给人类带来了光明和热量,但在夏季,强烈的阳光使人炎热难受,增加了建筑物的空调能耗和碳排放量。为此,在夏季遮挡阳光成为建筑设计中必须考虑的重要内容。大量研究显示,良好的建筑外遮阳措施可以大大减少建筑物的空调能耗,具有很高的性价比,不少地区已经把建筑外遮阳作为必须采取的节能减排措施予以推广。对于遮阳措施,首先可以从建筑形体处理达到自遮阳目的,适用措施包括在建筑形体中增加斜面、倾斜、内凹、架空、出挑等设计,遮挡阳光直射,形成阴凉区。其次对于低层和多层建筑,还可以发挥植物的遮阳作用,建筑周边种植落叶乔木,既可以遮挡夏季的烈日,又不影响冬季获取阳光。设置遮阳板也是目前广泛应用的手段。从内外而言,遮阳板可以分为外遮阳、内遮阳、中间遮阳,外遮阳效果远优于内遮阳及中间遮阳,为目前建筑首选。内遮阳主要?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?75 用于不能改变外立面效果的历史保护建筑,中间遮阳一般位于玻璃系统内部或者两层门窗、幕墙之间,造价和维护成本高。在实际设计过程中,遮阳板的设置还需要结合建筑热工设计分区、建筑朝向等情况,按照相关规范要求进行确定。5.建筑绿化 建筑开展绿化种植不仅可以达到固碳作用,还可以为建筑提供新鲜空气,满足人们对健康建筑的需求。建筑绿化从布局上主要涉及:建筑物周边绿地、建筑物内院绿化、建筑墙体绿化、建筑屋顶绿化、内部空间绿化。图 4.18 不同建筑绿化布局示意图 在建筑周边和内院布置绿化时,应充分注意树种选择和植物位置,尽量夏天可以遮挡烈日,冬天却不遮挡阳光;同时,夏天有助于导入凉风,冬天却能阻挡寒风。墙体、屋顶、立体绿化在不增加占地情况下增加了绿化面积,提升了建筑碳捕集能力。对于墙体绿化需要综合考虑建筑物的平面功能、建筑物朝向、建筑高度、开窗位置等各种情况,平衡相关要求,形成具有特色的建筑立面。立体绿化需要考虑荷载要求,对于新建建筑应该在设计阶段就预留足够的荷载。室内绿化往往由室内设计师深化完成,起到绿化点缀效果。在选择室内植物时也应选用固碳能力较强的,以便更好地发挥固碳作用。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?76 图 4.19 建筑立体绿化 (三)能源替代 建筑运行阶段主要能耗包括照明、空调、家用电器、办公设备等电力消耗,北方室内采暖热力消耗,以及炊事消耗的天然气等。根据国家统计局统计,2020 年中国发电量达到 74170亿千瓦时,其中火电发电量 527990亿千瓦时,占比高达71.19%。对比2014年以来火电发电量占比虽有下降,但仍在70%以上。另外我国北方地区城镇和农村供热面积约为 147 亿平方米和 70 亿平方米,由燃煤产生的供热能耗占比同样长期超过 70%。建筑运行消耗的电力、热力需要在能源供给端燃烧大量燃煤进行供应,由此产生了大量的二氧化碳排放。随着我国城镇化进程不断推进,未来仍有大量建筑竣工并投入运行,新增供暖面积随之持续增长,碳排放量也将逐年增加。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?77 图 4.20 中国火电发电量变化情况 图 4.21 中国火电发电量占比情况 可再生能源,诸如太阳能、风能、地热能等,本身不产生二氧化碳,如果对其加以合理利用,同样能为建筑运行提供能量,实现对传统电力、热力的替代,进而降低建筑运行产生的碳排放。因此,可再生能源的应用为建筑运行阶段实现脱碳的重要途经,可再生能源与建筑的结合,已经成为推动建筑碳达峰、碳中和的必然趋势。以下就不同可再生能源在建筑领域的利用途径分别进行说明。1.太阳能利用?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?78(1)建筑太阳能光伏发电技术 太阳能利用技术是指采用某些系统或者装置,直接将太阳能收集、转换或储存,以供人类使用。目前建筑利用太阳能主要途径为加装太阳能光伏发电系统,通过光伏发电为整个建筑物的运行提供能源。太阳能光伏发电装置根据与建筑的结合方式分为 BIPV、BIMV两种方式。二者的区分为:“BIPV”(Building Integrated Photovoltaic)指与建筑物同时设计、同时施工和安装并与建筑物形成完美结合的太阳能光伏发电系统,也称为“构建型”和“建材型”太阳能光伏建筑。它作为建筑物外部结构的一部分,既具有发电功能,又具有建筑构件和建筑材料的功能,甚至还可以提升建筑物的美感,与建筑物形成完美的统一体。“BAPV”(Building Attached Photovoltaic)指附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统,也称为“安装型”太阳能光伏建筑。它的主要功能是发电,与建筑物功能不发生冲突,不破坏或削弱原有建筑物的功能。BIPV的应用较之BAPV存在诸多优势。从建设角度来看,BIPV已经为建筑物不可分割的一部分,光伏组件起到了遮风挡雨和隔热的功能,移除光伏组件之后,建筑将失去这些功能。而 BAPV 建筑中的组件只是通过简单的支撑结构附着在建筑上,移除掉光伏组件后建筑功能仍然完整。BAPV 不会增加建筑物的防水、遮风的性能,反而增加了建筑负载,影响建筑的整体效果。另外,对建筑物表面来说,BAPV 还存在重复建设的问题,严重浪费了建筑材料。从节能角度而言,BIPV 除保证自身建筑用电外,还可向电网供电,是一种产能建筑。尽管 BIPV优势明显,但相比 BAPV,其安装成本要高出 20%-30%。在我国BIPV 还存在技术不成熟,规范不明确,政策支持力度不够大的问题,目前在我国仍处于探索阶段,渗透率较低。不过可以预见的是,随着建筑脱碳进程的深入,BIPV必将成为未来建筑光伏发电的重要发展方向。(2)光伏发电的应用方式 建筑低碳设计过程关键一环即为引入可再生能源,通过合理设计将发电设施融入进建筑,除了实现发电基础需求外,还兼具美观、承重、保温、隔热、防水、采光等功能。现阶段按照光伏组件与建筑结合的方式主要分为屋顶光伏发电、墙面光伏发电、遮阳板光伏发电 3种方式。屋顶光伏发电?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?79 屋顶光伏安装于顶层,直面阳光,日照条件好,可以充分接受太阳辐射。该系统可以紧贴屋顶结构安装,减少风力的不利影响,同时其太阳电池组件可替代保温隔热层遮挡屋面。屋顶光伏发电常见应用方式有采用太阳能屋顶瓦片。用太阳能瓦片模块取代常规瓦片并集成到一个斜坡屋顶,可达到最高标准领域的设计和美学要求,产品不但耐用,而且美观。此外太阳能屋顶瓦一体化设计可以提高整体太阳能系统的防风功能,同时通过特殊的通风槽铝底座设计为整套系统提供了良好的通风、防水作用。图 4.22 太阳能屋顶瓦片 屋顶光伏发电还可采取光伏采光顶技术。该技术将具有光伏面板应用到屋面,除了满足安全、抗风压、防水和防雷要求外,还必须满足屋面采光要求。因此光伏采光顶需具有一定的透光能力,需采用透光性的光伏元件,一般将组件的透光率设计在 10P%。北京南站是目前最大的应用太阳能屋顶采光系统的单体建筑。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?80 图 4.23 北京南站屋顶采光系统 墙面光伏系统 对于多、高层建筑来说,外墙是与太阳光接触面积最大的外表面。为了充分利用墙面收集太阳能,可将光伏组件整合进墙体实现发电。主要应用方式有壁挂式、窗间式以及光伏幕墙,不同方式特点不一,在设计时需根据建筑体形、实现功能、气候条件等因素综合考虑。其中壁挂式装机容量大,性价比高。独特的壁挂安装方式让施工和后期维护方便快捷;同时开放式的结构大大提高了组件通风散热性能。窗间式在提供电力的同时,能够根据季节以及外界环境自动调节室内的通风、湿度和温度。而光伏幕墙则在城市高层建筑中发挥独特优势。光伏幕墙与传统玻璃幕墙的构造方式基本相同,兼具采光、遮阳功能,而光伏幕墙具备传统幕墙没有的发电功能,由此光伏幕墙大有取代传统幕墙的发展趋势。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?81 图 4.24 壁挂式墙面光伏系统 图 4.25 窗间式墙面光伏系统?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?82 图 4.26 光伏幕墙 光伏遮阳板 将光伏发电系统作为遮阳构件可以阻挡阳光进入室内,利于控制和调节室内温度,降低建筑物空调负荷,起到节能减排的作用。对于自动调节式光伏遮阳板,还可根据日间太阳高度角的变化自动调节光伏遮阳板的角度,使光伏遮阳板的发电效率和遮阳系数均达到最大值,实现能源利用率的最大化。因此,光伏遮阳板将会成为未来最具发展潜力的光伏应用形式之一。图 4.27 光伏遮阳板?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?83 2.风能利用 风能是从风中获得的一种可再生能源。目前最常见的风能利用方式为风力发电。风力发电采用风力涡轮机或风力发电机来利用风能,将风能转化为电能,原理为:利用风力带动风车叶片旋转,再通过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三公尺的微风速度(微风的程度)便可以开始发电,风力发电正在世界上形成一股热潮,风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染,为零碳清洁能源。风能与建筑的结合可分为两种形式,分别为直接结合与间接结合。直接结合是指将风电机组直接集成于建筑物中。间接结合是指将风电机组融合于建筑绿地、建筑物附近的较大空地等。对于直接结合,又可根据风力机在建筑物中的放置位置分为四种,分别为顶部安装型、侧排安装型、空洞安装型和通道安装型建筑,如下图所示。图 4.28 风力发电建筑布局示意图 高层或超高层建筑因高耸空中,风能充分,高层建筑中融入风力发电技术为节能降碳的有效手段。国内外已有多项高层建筑利用风力发电技术案例。如英国 Strata SE1大厦,为世界上第一座在楼顶安装风能满轮发电机的建筑。该大厦总计 43 层,高 148m,因建筑周围高楼林立,建筑底部风速极低,不利于风能的利用,然而建筑顶楼风速却很高,可达 15.6m/s,因此在建筑物顶部安装风力涡轮发电机可充分利用建筑物顶部的风能。大厦共安装 3 台风力机,功率19kW,可为整幢建筑物提供约 8%的能源供应,满足整栋大楼的照明需求。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?84 图 4.29 英国 Strata SE1 大厦 国内如广州“珠江城”项目,其在中部 24 层和上部 50 层分别设置了与高性能汽车引擎进风口外形相似的两个吸风口,并通过 4 组风力涡轮发电系统进行风力发电。珠江城这种在建筑的中间部位设置风力发电机的设计还是世界首例。经实测,项目风力和光伏系统合计年发电量达 10.4万 KWh,可为公共走廊提供照明电力。图 4.30 广州珠江城项目?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?85 图 4.31 广州珠江城项目风力发电机组 目前,风力发电发展面临的挑战主要集中在设计、经济效益和环境影响上。在设计环节,对建筑物提出了更高的力学和美学要求,包括风机安装的位置,形状等;风电应用成本仍较高,考虑通过风力-光伏一体化,以及并网模式解决;风电安装运行后会产生噪声、震动,需通过合理设计降低其环境影响。3.地热能利用 地热资源是指地壳内可供开发利用的地热能、地热流体及其有用组分。地热资源按温度可分为高温、中温和低温三类。温度大于 150的地热以蒸汽形式存在,为高温地热;90-150的地热以水和蒸汽的混合物等形式存在,为中温地热;温度大于25且小于90的地热以温水(25-40)、温热水(4060)、热水(6090)等形式存在,为低温地热。建筑中对地热能的利用主要有地源热泵技术、地下季节性储能技术。(1)地源热泵技术 由于浅层地热能属于低品位能源,不能直接用于空调采暖,必须借助于热泵技术来提高其能源品位。地源热泵为通过输入少量的高品位能源(如电能),使陆地浅层能源实现由低品位热能向高品位热能转移的装置。其工作原理为利用水与地能(地下水、土壤或地表水)进行冷热交换来作为地源热泵的冷热源,冬季把地能中的热量“取”出来,供给室内采暖,此时地能为“热源”;夏季把室内热量取出来,释放到地下水、土壤或地表水中,此时地能为“冷源”。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?86 在冬季,我国土壤或水体温度在 12-22,温度比环境空气温度高,地源热泵循环的蒸发温度提高,能效比提高。而夏季土壤或水体温度一般在 18-32,温度比环境空气温度低,制冷系统冷凝温度降低,使得地源热泵冷却效果好于风冷式和冷却塔式,机组效率大大提高。有数据表明,地源热泵可以节约 30-40%的供热或制冷空调的运行费用,1kW 的电能可以得到 4KW 以上的热量或5KW以上冷量。与锅炉(电、燃料)供热系统相比,锅炉供热只能将 90%以上的电能或7090%的燃料内能转换为热量供用户使用,因此地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能,比燃料锅炉节省约二分之一的能量。另外由于地源热泵的热源温度全年较为稳定,其制冷、制热系数可达 3.54.4,与传统的空气源热泵相比,要高出 40%左右,其运行费用为普通中央空调的 5060%。地源热泵运行可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量,因此地源热泵技术属于清洁可再生能源利用技术。基于上述优势,近十几年来,地源热泵技术在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家取得了较快的发展,中国的地源热泵市场也日趋活跃。图 4.32 地源热泵技术应用示意图 国内应用案例:?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?87 上海自然历史博物馆地源热泵系统利用地热能作为主要冷热源,调节建筑室内温度,该系统冬季制热可满足总负荷需求,夏季制冷可满足总负荷 60%的需求。项目通过引进地源热泵系统每年可节省 17.7t 标准煤,减排约 195.5t,年运行费用可节省 22.3 万元。敦煌莫高窟游客服务中心根据当地不同季节的室外气候特点,采用人工冷热源与天然冷源相结合的供冷及供热方式。人工冷热源主要为地源热泵,选用2 台螺式地源热泵机组,冷水供回水温度 7/12,热水供回水温度 45/40,承担的供冷量为 216kW,供热量为 520kW。通过冷源热泵降低能耗及碳排放量。(2)地下季节性储能技术 由于地下土壤本身具有储能特性,而且温度全年相对稳定,地下空间(如建筑物底部)可以用来储能。通常的做法是在建筑物的底部设置一个大的水池,并装满诸如卵石等热容量较大的物质,这样夏季可将富余的热能储存于地下以备冬季采暖用,冬季亦可储存冷量以备夏季降温用。地下季节性储能技术在德国柏林国会大厦的改建工程中得到了充分应用。建筑师福斯特通过地下蓄水层循环利用热能,夏季将多余热量储存在地下蓄水层中,以备冬季使用;冬季将冷水输入蓄水层,以备夏季使用,形成两个季节的热量互补。4.生物质能利用 生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式,它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,可转化为常规的固态、液态和气态燃料,是一种可再生能源。根据中华人民共和国可再生能源法,生物质能指利用自然界的植物、粪便以及城乡有机废物转化成的能源。生物质能的利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换三种途径。生物质能直接燃烧利用典型应用为生活垃圾焚烧发电,通过将生活垃圾内蕴含的热值转换为电能,为周边地区提供清洁能源。位于丹麦哥本哈根的 Copenhill 垃报焚烧发电厂,通过焚烧垃圾为周围 6 万个家庭供电。Copenhill 具有一座高 124m、直径 25m 的大烟囱,通过清洁技术,发电厂每产生 250kg 的二氧化碳,大烟囱就会喷出一个对空气无害的蒸汽环,可以让人们直观地看到二氧化碳的排放情况。不仅如此,该焚烧厂还配套建设滑雪场地,满足当地居民的休闲观?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?88 光、运动需求。图 4.33 哥本哈根 Copenhill 垃报焚烧发电厂 生物质热化学转换是指在一定的温度和条件下,使生物质汽化、炭化、热解和催化液化以生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。典型应用有生物质气化发电技术,该技术为将各种低热值固体生物质能源资源(如农林业废弃物、生活有机垃圾等)通过气化转换为生物质燃气,经净化、降温后进入燃气发电机组发电的技术。生物质的生物化学转换包括生物质沼气转换和生物质乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中,通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。沼气是我国农村发展的新能源之一,沼气的利用能够处理农村产生的污染物并以此为农民提供燃料。过去的农村主要建设小型的沼气池,只够供给农户?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?89 自己使用。随着农村经济水平日渐提高,越来越多农民开始承办养殖场,大中型沼气池也开始在农村普及。但在实际的沼气应用过程中,仍存在出料难的问题,因此需逐步改善传统出料方式,保证农村建设中沼气利用的良好发展。北京市环境保护科学研究院设计的西杏园村示范工程项目,是生物质气化集中供热的典型案例。该工程全负荷运转后,每年所需生物质的量为 1000t,所生产的生物质炭可以解决 102 户村民的取暖问题,可以减少燃煤 600/a;所生产的燃气除了解决本村 150户村民的炊事用气外,还可以供 3-5个村约 350户村民的炊事用气,因此可有效减少建筑运行阶段的碳排放量。图 4.34 西杏园项目工作系统图 5.氢能利用 氢能是氢在物理与化学变化过程中释放的能量。氢能是氢的化学能,氢在地球上主要以化合态的形式出现,是宇宙中分布最广泛的物质。工业上生产氢的方式很多,常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。一般情况下使用颜色对不同工艺生产的氢能予以区分,常用的如灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢用化石燃料生产,蓝氢是使用碳捕集和封存(CCS)技术脱碳的灰氢,绿氢即可再生能源生产的氢能。随着碳中和目标的提出,“颜色分类法”显示出其局限性。一些国家开始量化制氢过程中产生的碳排放量,以此区分氢能。2020 年中国氢能联盟也制定了团体标准,将氢能分为非低碳氢、?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?90 低碳氢、清洁氢。非低碳氢对应灰氢,低碳氢与蓝氢大致相当,清洁氢基本指绿氢。根据中国氢能联盟发布的2020年中国氢能源及燃料电池产业的白皮书,目前我国氢能产能约 4100 万吨/年,产量约 3342 万吨,制氢原料依然以煤炭、天然气等化石能源即非低碳氢为主。其中,煤制氢产量达 2124 万吨,约占63.5%,低碳氢产量不足3%,清洁氢不足1%。未来低碳氢、清洁氢发展还取决于制氢技术进步及成本的下降。氢能建筑,是近年发展起来的一种绿色建筑。它以氢能完全或部分替代市政电网、天然气等传统能源,满足建筑对冷、热、电、生活热水等各种能源的需求,在提高建筑用电可靠性的同时,还有助于优化国内的能源结构、降低电网整体投资和减少问题气体排放。2021 年 7 月 22 日,由上海国际汽车城、同济大学联合打造的全球首个离网氢能建筑应用展示馆在上海国际汽车城落地。该项目分为一期和二期工程,将集成多项领先的氢能技术和产品,同时填补了国内氢能源应用在建筑领域的空白。项目一期工程配置清能VL II代氢燃料电池热电联供系统,额定功率为5kW,热电联供整体效率可达 80%到 90%,实现能源的高效利用。该系统通过外供管道供氢,氢气经过清能自主研发的氢循环模块后,进入核心的燃料电池电堆进行发电。产生的直流电再通过 DCAC 转换成交流电,为氢能展示馆的日常运转提供电能,多余的热能通过回收装置可以对展示馆的自来水进行加热。整个过程无任何污染物排放,唯一的副产品是纯净的水。二期工程计划于 2021 年年内建成,由四个功能不同的集装箱和一个气膜结构空间组成,按照生态、生活、生产三个维度分别展示氢能源不同的应用场景,其设计与周边生态融为一体,犹如自然生长的生命体。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?91 图 4.35 上海离网氢能建筑应用展示馆一期工程 (四)推进电气化 当前推广可再生能源应用已成为全社会实现碳达峰、碳中和地必然趋势。可再生能源应用技术,包括太阳能光伏发电、风力发电、沼气发电等均集中于提供零碳电力能源,因此在全社会全面推进电气化,使用可再生能源产出的零碳电力将是实现全面脱碳的有效手段。在建筑运行过程亦不例外。如前文所述,建筑运行阶段除消耗电力外,在采暖供热、炊事燃气灶等环节还间接或直接消耗了大量的化石燃料。该部分化石燃料消耗若改为电力消耗,同时提升能源供给端及建筑运行端的可再生能源发电率,将有效降低建筑运行期间的碳排放。从采暖、供热电气化上,需要结合各地区实际情况分区推进。在北方,由于我国煤炭资源相对丰富,现阶段仍以燃煤供热方式为主,推进电气化目前条件仍不成熟。该地区采暖期降碳需先走加强区域集中供热,提升供热效率路线,并尽可能用调峰的热电厂余热和工业生产过程排除的低品位余热作为基础热源,做到清洁取暖。对于长江中下游地区,因供热季节比北方短,集中供热成本高,更适合分散式供热。目前该地区居民采暖方式主要为家庭空调供暖、空气源热泵供暖、燃气壁挂炉供暖,在电气化推进、能源利用效率提升上仍存空间。根据国家十三五重点项目“长江流域建筑供暖空调解决方案和相应系统”的研究成果,采用分散的电动热泵可以很好地满足居住建筑的空调和采暖需求。由此,大力推广电动热泵,加强热泵技术研发,可有效推动该地区碳排放量逐年下降。炊事推进电气化有赖于高效电气灶的开发,同时需要引导改变居民长期以?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?92 来的明火烹饪习惯,推广使用电气灶。在生活热水供应方面,可以推动电动热泵热水器的使用,热泵热水器具有高效节能的特点,是替代目前多数家庭使用的燃气热水器和电热水器的良好选择。综上,建筑推进全面电气化将成为未来趋势,在采暖供热电气化中,还需结合地区实际采取不同策略,以达到降低二氧化碳排放的目的。(五)能效提升 建筑运行阶段使用有各种设备,如照明、空调、水泵等,提升这些设备的能效,尽可能减少运行过程能耗损失,让能量输出最大化,可达到降低能耗,减少二氧化碳排放的目的。在提升设备能效的同时,实现对设备的智能化控制,在运行时能根据需求情况自动启闭或者实现变频运行,同样可减少能耗。对于建筑管理而言,导入能源管理体系并有效运行,将形成能耗目标考核机制,提升管理人员的节能意识及挖掘节能机会的主观性,对建筑运行整体能效提升将起到积极作用。而能源管理信息化将有助于提升能源管理水平,改善能源绩效。1.设备能效提升(1)照明系统 照明能效提升,首先要选用节能灯型。从发光效率而言,LED 灯具是目前各类型灯具中效率最高的灯型,发光效率可达 100-130Lm/W,普通白炽灯仅为6.9-21.5Lm/W,节能灯为 50-65Lm/W。LED 灯具能源效率也更高,能将 90%的电能转化为可见光,也因此 LED灯是目前照明系统首选灯型。其次考虑灯具类型。不同空间性质应根据配光要求选择灯具。如对于工业生产厂房,因对建筑内局部照明有明确要求,适合选用能将光线集中在轴线附近范围内具有高发光强度的直接型灯具,常见形式为深罩型灯具。在医院等要求全室均匀照明的建筑中,宜选用光线扩散性好、柔和而均匀、完全避免眩光的间接型灯具。在地铁站中,站厅通道区域一般选择光线均匀、柔和、明亮的直接型灯具筒灯;而换乘及出入站通道需要设置导向性强的照明,宜选用漫射型灯具,组成光带,引导乘客。由上,选择合理灯具可为空间提供舒适的光环境,同时防止错配导致不必要的照明浪费,减少能耗及碳排放。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?93 图 4.36 照明灯具部分类型 (2)暖通空调系统 暖通空调系统为用人为方法处理室内空气的温度、湿度、洁净度和气流速度的系统,可使室内获得具有一定温度、适度和较好质量的空气,满足使用者及生产过程的要求。不同的空调系统有不同的优势和特点,选取合适的空调系统将更好地发挥空调效率。目前较为常见的空调系统有空气源热泵空调系统、地源热泵空调系统、蒸发式冷气机。其中地源热空调系统又可以分为开式水源热泵(简称水源热泵)和闭式地源热泵。空气源热泵是以持续不断的风的供应作为热泵冷或热的能量来源,实现整套装置制冷制热持续运行的热泵系统,是现阶段市场上运用广泛的一种节型空调系统。如浙江义乌大酒店引进空气源热泵替代原暖通空调系统,经统计更换前全年总消耗的标煤量为 834.4tce,更换后年消耗标准煤降至 486tce,改造后每年可节约能耗 348.4tce,节能效果明显。开式水源热泵空调是将室内能量与地下水、河水、海水、湖泊等水源进行能量交换,通过热泵机组将室内能量传递到水源当中,从而调节室内温度。由于水温较为稳定,因此具有较高的能效,节能效果较好。广西南宁博物馆因临邕江而采用江水源热泵空调系统,一机多用,夏季供冷、冬季供暖。与常规冷热源系统相比,南宁博物馆的水源热泵空调系统每年可节约能耗约 94tce。地源热泵空调主要能量来源为浅层地表的地下土壤能量,通过封闭的地下埋管,将室内的热量传导到土壤当中。地源热泵由于采用封闭系统,能量来源于常年温度恒定的地下土壤,受环境影响小,适合国内大部分地区的使用环境。湖北宜昌火车东站即采用土壤源热泵地埋管换热系统,替换掉原系统后,每年?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?94 共可节约能耗 346tce。蒸发式冷气机是近年来兴起的一种集换气、防尘、降温、除味功能于一身的蒸发式降温换气设备,环保空调、冷风机、水冷空调等产品都属于蒸发式冷气机。由于该机利用蒸发降温原理,因此具有降温和增湿双重功能。蒸发式冷气机改善室内综合环境的效果较好,较传统制冷设施具备明显的优势。如河南省郑州电信城东机房采用蒸发式冷气机替换掉原系统,改造后经测算节能率可达到 60%。以上各种空调系统均有各自的特点和适用范围,合理选择适用的空调系统类型将有助于提升系统能效。不同空调系统特点对比如下表所示。表 4.3 空调系统特点对比 空调系统 优点 缺点 适用范围 空气源热泵 系统简单;投资较低;节能环保;性能稳定,适用范围广 对通风要求较高;在室外温度很高时,很难把室内热空气排向室外,制冷效果较差 不适用于极热或极冷地区 开式水源热泵 高效节能,利用可再生资源;不会对水源和环境造成污染;水温稳定保证了系统的稳定性;一机多用 初始投资高;对水源及使用地的地质结构要求较高 适用于水源比较充足的地区 地源热泵 高效节能,利用可再生资源;一机多用;不受地下水位、水质等因素影响 初始投资高;系统复杂,安装难度大,需要打井 广泛应用在酒店、办公楼、学校、旅店、厂房、商场等公共建筑领域 蒸发式冷气机 舒适性好;成本小,节能环保;具有降温和增湿双重功能,集通风、换气、防尘、除味、降温功能于一身 冷介质为自来水,需定期清理;间接换热,效率较低 适用于高温及人群密集场所,不适用于对湿度要求较高的场所 除空调选型外,合理的空调布置方式能够充分利用产出的冷气或暖气,避免需求端和供给端不匹配造成的能耗浪费。从布置方式上看,空调可分为集中式空调、半集中式空调和局部式空调。集中式空调是将所有空气处理设备都集中在空调机房内,空气经过处理后,由风管送到各空调房里。半集中式空调是除了在空调机房内集中设置空气处理设备外,还在各空调房间内另外设置空气处理设备。风机盘管、新风系统就是半集中式空调系统的典型例子。局部式空调是将空气处理设备全部分散在空调房间内,因此局部式空调系统又称为分散式空调系统,通常使用的各种空调器?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?95 就属于此类。不同空调布置方式的优缺点及适用范围如下表所示。表 4.4 不同空调布置方式的优缺点及适用范围 空调布置方式 特征 适用范围 集中式 空气在空气处理机中集中进行处理,然后经风道输送和分配到使用地点 适用于面积很大的单个空调房间,或对室内空气要求相同,使用时间也大致相同且不要求单独调节的多个空调房间,例如,大型商场、车站候车厅、机场、影剧院 半集中式 除了集中的中央空调器外,在各自空调房间内还分散有处理空气的“末端装置”适用于房间多、空间小、各房间要求独立调节或建筑面积较大,但主风管敷设困难的情况。例如宾馆、酒店、办公楼等,以及对空气精度有较高要求的车间和实验室等。分散式 每个房间的空气处理分别由各自的整体式空调器承担 适用于建筑中空调的使用时间和冷热需求各不相同,而且房间少,分布又比较分散的情况。例如,住宅或小商铺、小办公楼等体形较小的建筑 此外,对于空调而言,还需要注意选取低GWP制冷剂。GWP为一种物质产生温室效应的一个指数,GWP 值越小,则该物质温室效应越低。二氧化碳的GWP 值定义为 1。目前建筑中常见空调制冷剂如 R134a、R410a 等 GWP 值均非常高,其中 R134a 的 GWP 值为 1300,R410a 的 GWP 值为 1923.5。空调在常年运行过程中或多或少产生逸散,尽管逸散量可能不大,但高 GWP值同样导致高温室气体排放。通过选用低 GWP 空调制冷剂(如 L-41,GWP 为 600)可以明显降低制冷剂逸散导致的温室气体排放。(3)给排水及通风系统 给排水系统主要的用能设备及为各类清水泵、废水泵及消防泵等。通风系统主要设备为各类风机。要提高给排水、通风系统能效,首先需做好设备选型。各类水泵、风机优先选用国家节能机电设备(产品)推荐目录中设备,同时考虑选用一级能效设备。对于不同场合水泵风机的选用还需考虑匹配需求的水量或风量,避免出现“大马拉小车”,产生不必要的能源浪费。此外,各类风机、水泵均需要实现变频控制,能够根据实际需求自动启闭,并根据流量匹配相应的运行功率,减少设备的运行能耗,提升能效。(4)供配电系统 如前文述,建筑光伏发电、风力发电将成为未来大力发展的可再生能源技术。部分建筑供电模式将由原从国家电网供电向分布式光伏发电、风电发电转?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?96 变。对于供配电系统应进行相应调整以匹配新的模式,达到经济、安全运行的目的。不同于火电,风电、光电易受到气象条件影响,具有较强的不确定性,风电、光电占比提高会使得能源供给侧的不稳定性迅速增加。这一方面需要采取措施增强电网稳定性、减少波动,另一方面对于用能部门除了作为单纯的使用者外,还需要具备一定地削峰填谷、提高风电入网率等的能力。结合建筑运行的用能特征,可考虑发展建筑直流供电和分布式蓄电技术以提升消纳风电、光电的能力。光伏发电本身输出为直流电,如果可以不经过逆变直接接入用能设施,有助于实现光伏输出的最大化。通过该技术,可以实现恒功率取电、实现建筑末端柔性用电,提高用电可靠性和供电质量,改善建筑内用电安全性,同时改变建筑内用电过程的反复转换,减少损耗。光伏输出直流电还可以实现与智能充电桩的有机结合,推动周边的智能充电桩统一规划、优化运行。随着电动汽车的推广,通过安装充电桩利用电动汽车电池的充放电潜能,将建筑用电从以前的刚性负荷特性变为可根据要求调控的弹性负荷特性,从而可实现“需求侧响应”方式的弹性负荷。未来,我国建筑年用电量将在 2.5 万亿 kWh 以上,并预计拥有 2 亿辆充电式电动汽车,带有智能直流充电进的柔性建筑可吸纳近一半由风电、光电所造成的发电侧波动,还能有效解决建筑本身用电变化导致的峰谷差变化。另外,传统供电模式还不能较好适应当前用户端电量需求大、波动强的特点,而智能电网技术则能适应该特点。智能电网是一种本地能源电网,既可以独立运行,又可以接入传统电网。它强调源头和终端的信息交互,集合各项关键技术,如分布式发电、智慧楼宇与小区和电力物联网等,实现电力合理分配、智能管理,降低能源消耗。分布式发电,是指将小型发电单元建立在最终消费用户附近配电系统内,比起传统集中式发电系统大规模、远距离、单向的输送电力模式,分布式发电系统所产生的电力以客户自用和就近利用为主,直接面向用户,输送方式也转变至可由终端用户返还至发电节点的双向流动方式,具有热点适应性好、能源利用率高、环境污染小、输电损失小和可持续发展的特点。随着互联网技术和新能源技术的发展,分布式电源朝着多能源互补、集成优化和智慧管控的方向?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?97 发展。太阳能、风能等可再生能源能量密度低,具有分散性、清洁性和可持续性特点,为搭建新能源分布式电网创造了可能性。截至 2018 年,中国分布式能源装机约为 6x107 kW,约占总电源装机量 3%。随着企业环境保护意识的提高,可再生能源成本的下降,国家政策的扶持,分布式电网得到弥足发展,从一开始只从社会责任角度出发,逐渐体现出其经济效益性。预计至 2030 年,分布式电源站占电源装机比重将达到 30%。2.建筑智能化应用 建筑智能化为通过利用计算机、信息通信等方面的最新技术,帮助建筑内的电力、空调、照明、电梯、消防等设备协同合作,节省能源以及提升效率,提高建筑智能化控制水平。建筑智能化涉及智能照明控制系统、中央空调智能控制系统、电梯监控系统、给排水控制系统等系统的应用。(1)智能照明控制系统 智能照明控制系统可根据室内照度变化、人员出入对灯具进行智能调光。当室外光线较强时,室内照度自动调暗,当室外光线较弱时,室内照度则自动调亮,使得室内照度始终保持在恒定值附近,从而充分利用自然光;系统配置的自动探头能够通过检测屋内人员出入情况实现自动开启或关闭室内灯光的功能;此外,有的智能照明系统具有调光模块,可以通过灯光的调节在不同使用场合产生不同的灯光效果,营造出不同的舒适氛围。有研究表明,应用智能LED照明系统可以实现 60%左右的节能率。(2)中央空调智能控制系统 中央空调智能控制系统是基于物联网概念的设计,以健康、时尚、节能为理念,根据人体对温度的感知模糊理论和智能系统集成技术相结合,通过智能优化单元,改变并优化空调压缩机的运行曲线,以达到最大限度降低能耗,提高能源利用效率,延长空调使用寿命的目的。系统工作原理为通过采用空调主机节能控制系统和空调末端系统节能控制系统综合优化算法,跟踪冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔和风机及电动调节阀的运行曲线,对每台设备采用主动式控制,对整个机房设备采用集成式控制,通过运算分析,选择最优的节能控制方案,及时调整各设备的运行工况,确保空调系统的风量、水流量、温度和压差等运行参数最优及设备运行效?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?98 率最高,从而使系统能效(COP 值)最高,能耗最低,能源费用最小。广东地区某三甲医院在增加中央空调智能控制系统后,主机(冰水机组)节能率达3.5%,辅机(冷冻水系统、冷却水系统)节能率达 25.45%,项目综合节能率达到 10.37%。(3)电梯监控系统 电梯监控系统包括垂直电梯监控系统及自动扶梯监控系统。垂直电梯监控系统节能技术包括变频调速、能量回收。变频调速节能,通常是指在 50Hz以下的调速,即通常所说的基频以下调速。在电梯正常运行时,可以根据轿厢所载乘客的多少,由变频器输出相应的功能,换言之,当乘客数量多时,控制变频器输出较大的功率,乘客数量少时,控制变频器输出较小的功率,从而避免了“大马拉小车”的现象发生,实现电梯节能的目的。能量回收为将电梯运行过程的能量进行回收再利用。当电梯曳引机拖动轿厢向下运行时,由于此时电梯所具有的势能(位能)将减少,减少的这部分势能被转换成了电能,也就是再生能量。如果能把该部分能量回收再利用,就可以达到节约电能的目的。回馈装置能有效的将再生能量回收起来,或者回馈电网,或者供给周边其他用电设备使用。自动扶梯监控系统节能技术主要包括采用-Y转换模式、变频驱动节能等。其中采用-Y转换模式为常见的扶梯节能技术之一。相比于 Y-Z转换的启动方式,-Y 可以结合具体负载实时情况实现星形-三角形的互相转换。-Y 不会对原有控制电路造成较大改动,只是在轻载状态有节能效果。适合轻载状态较多的自动扶梯。变频驱动节能方式为通过使用变频调速装置来调节速度,在没有乘客时保持低速运行。其运动方式为:在入口处安装感应装置,当感应到乘客进入扶梯时,向控制系统传输信号,按照预设速度运行;当没有乘客搭乘扶梯时,控制系统会控制变频器实现降速运行。不仅能降低电能消耗,还能减少机械磨损,提高自动扶梯的使用寿命。(4)给排水控制系统 给排水控制系统包括监测系统、雨水收集利用系统、二次水收集利用系统。其中监测系统通过部署的传感器检测排水量、水质,并进行预测、控制,对水资源进行按需分配,按质分配。雨水收集利用系统可将收集屋面及阳台的雨水,?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?99 经集成式雨水处理设备处理后再补给建筑用水。水资源二次利用系统通过在排水系统安装检测设备,对流动的污水进行分类再净化,实现对不同质量的水实现“优质优用,低质低用”。3.能源管理体系导入 建筑运行阶段涉及的用能设备种类多,能耗大,各主要用能设备(如水泵、空调、电梯等)均需要专业运维公司进行维保,因此有必要引进科学合理的管理办法,实现对能源消耗的管控。导入 ISO 50001(对应国标 GB/T 23331)能源管理体系是目前解决组织能源管理最行之有效的手段。对于建筑的运行管理机构,通过导入能源管理体系可以建立部门能耗目标考核机制,促使各相关部门关注各自的能源消耗情况,形成群策群力挖掘节能改进机会氛围,并在日常管理中加强对设备的维护,引进先进适用的节能技术,最终实现能源目标的达成及能源绩效提升。例如,建筑在运行期间,不同区域对应的照明需求不一,资料室人员少,照明可少配备,而办公室人员多,照明配备相应提高。但实际运行时两个区域的照明配备均一致,由此造成照明用电的浪费。在发现该问题后,管理机构便可根据标准要求合理配备相应的灯具。同样例子可能还存在于照明的分区控制、过度照明等,均可通过挖掘并予以解决。同时,导入能源管理体系促使建筑在运维过程中形成 PDCA 的循环自纠机制,推动能源消耗逐步下降。建筑管理机构需要在 P(Plan)策划环节制定好能源方针及目标、各部门职责分工、相关能源管理制度、设备操作及维保规程等执行规定,并识别各主要用能设施、影响主要用能使用的变量、主要岗位操作人员、能源管理方案等;策划后进入 D(Do)运行环节,包括开展实施能源管理方案,日常设备点检、维保,开展人员培训、按照工艺要求开展生产等;运行后开展定期检查,进入 C(Check)检查环节,评价目标达成情况、工艺执行情况、能源管理方案落地情况、人员节能意识、设备的维保情况、合规情况等;对于评价发现的不符合通过 A(Act)处理环节及时纠正,而无法及时纠正问题留待下一个 PDCA 循环中进行解决。例如,管理机构在能源管理体系运行初期制定了单位面积的空调用电量,并为完成该目标制定了有针对性的能源管理方案,责任部门为设备部。在年底检查中,发现该目标并未完成,经?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?100 分析原因为该配备的中央空调已运行多年,设备已较陈旧,配套的部分电机属于淘汰型,尽管设备部按照能源管理方案要求定期对空调开展维保,但对空调能效的提升并无帮助,仅能维持正常运行。因此,为了能够完成该目标,管理公司需要在下一个年度中策划完成该目标的方案,决定是否予以更换,以及决定更换时新空调的选型问题;或者暂保留主机,改为引进空调智能管理系统实现智能控制,而这也意味着已经进入下一个 PDCA 循环。在下一个循环中,需要确认策划方案并按要求执行,最后再评价此循环中目标的达成情况。目标达成后则该循环结束,进入新的循环。由此,通过逐次的 PDCA 循环,建筑运维公司在运行管理中可逐步加强对各主要用能设备的管控,提升人员节能意识,促进节能新技术的实施,最终达成制定的节能目标,实现能耗持续下降。在能源管理体系运行中,建设能源管理信息化系统将进一步提升能源管理水平。能源管理信息化建设首先需对各类能源消耗加装计量装置,再采用远程传输等手段及时采集能耗数据,实现建筑能耗在线监测。同时通过系统监测,可以根据建筑能耗的实际情况,深入分析资源利用效率和节能潜力,及时发现问题并优化控制,以最大限度地提高能源利用率,从而达到全面节能降耗的目的。典型应用如台湾超高层建筑台北 101 大楼中引进的西门子 emcs 能源管理控制系统。据悉,该系统拥有超过 10 万个控制点,可以监控楼内的所有耗能系统,包括灯光、空调、消防、应急发电机、租户区的电力供应等,成为当时世界最大建筑物管理系统。现阶段,出于对能源管控的要求,越来越多的物业公司着手开展能源管理体系建设,一些物业公司能源管理体系已通过第三方机构认证。随着建筑碳达峰、碳中和进程的推进,能源管理体系将在建筑运行中扮演重要角色。五、建筑拆除阶段脱碳 建筑拆除阶段碳排放源主要为:机械拆除施工、废旧建材清运、废旧建材回收利用。如前文述,建筑施工阶段占建筑全过程碳排放量的比重为 2.03%,其中包含建筑拆除阶段产生的排放。有数据统计,建材拆除及废旧建材运输碳排放约占建筑全生命周期碳排放的 1.5%,但废旧建材回收利用产生的碳减量可占建筑全生命周期碳排放的 30%以上。因此,在建筑拆除阶段,脱碳的主要途径有优化拆除方式、在拆除过程考虑建材的回收利用。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?101(一)拆除方式优化 建筑的拆除包括拆毁、拆解两种方式。拆毁方式为在短时间通过机械将大部分废旧材料进行破碎,破碎后材料难以回收、只能作为建筑垃圾进行填埋处理。拆解方式为通过小型机械将构件尽可能从主体结构中分离,拆除后得构件仍然可以加以利用。虽然这种方式在施工时间上延长了,但是极大地减少了碳排放量。因此拆除应优先选用拆解方式进行。在拆解过程中需要遵循“由内至外,由上至下”的顺序进行,即“室内装饰材料门窗、散热器、管线屋顶防水、保温层屋顶结构隔墙与承重墙或柱楼板,逐层向下直至基础”。在技术、设备层面上拆解与拆毁两种方式大致相同,但在废旧建材的循环利用率上,差别很大。(二)建材回收利用 建材的回收利用包括,包括直接利用及再生利用。在回收过程中需要考虑材料回收属性进行区分处理。对于木材、砖石、屋瓦等传统旧建筑材料本身无法分解,可以考虑直接利用。因废旧木材、砖石、屋瓦本身拥有独特的古旧沧桑形态,故可在建筑结构及室内外装饰方面进行利用。典型如中国美术学院象山校区,校区建设采用华东各省旧房拆除现场收集而来的废旧木材、砖石,甚至石板,重新构建新建建筑的外表皮,使得新建筑风格呈现浓郁的复古风貌。图 4.37 中国美术学院象山校区 再生利用即将建筑拆除废弃物作为原料生产建材。钢材回收可以节省在钢材生产阶段钢材锻造所产生的碳排放;废铁利用相对于铁矿石冶炼可节能 60%,?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?102 节水 40%,同时减少废气、废水、废渣产生。废旧混凝土的回收利用可节约大量原材料中的砂石骨料,减少废弃物堆放场地。将混凝土废弃物进行批量化处理,可重新投入建设中。回收的混凝土通过破碎、清洗和分级,按一定比例相互配合后可形成再生的骨料,部分或全部替代天然骨料,从而形成再生骨料混凝土。在我国,生产再生砖、再生水泥等就是建筑垃圾资源性再加工利用的重要方法之一,也是目前我国建筑垃圾产业化利用最重要的组成部分。然而并不是所有建筑材料都适合循环利用。例如,铝材的生产是一个高能耗的过程,而其循环再利用可节省高达 95%的能耗;与铝材相比玻璃的生产是廉价的,其循环再利用仅节省 5%的能耗,相对而言,铝材循环利用更有意义。(三)低碳拆除设计 在建筑全生命周期中,初期设计阶段对建材的回收利用起决定性作用。设计师在设计阶段就要考虑拆除后废旧建材的可回收性,需优先选用可回收性强的材料;同时还需考虑拆除的便利性,以达到低碳拆除目的。部分主要建材的再利用率统计如下表所示。表 4.5 部分主要建材再利用率 建材种类 再利用率(%)建材种类 再利用率%)建材种类 再利用率(%)钢材 95 门窗 80 废铁金属 90 钢 90 PVC管材 35 玻璃 80 混凝土 60 塑料 25 木材 65 碎石 60 应用新型具有通用尺寸的可再生构件进行建造,是实现建筑低碳拆除的重要手段。在美国费城,KTA 事务所设计的火炬松别墅实现了一种预制住宅实验。该住宅主要构成元素为:统一规格的地板及墙体“模块”;一个标准、可拆卸式铝结构;尺度相同的雪松板墙体材料;预制浴室及厨房模件。其中,铝材框聚系统在现场仅用几天的时间就能建造完成,节省了施工费用,并通过计算机的Revit 数字化模式,进行整个组装过程的控制。当建筑拆解后,框架经过简单测试满足结构需求便可以再次在新建筑中使用。因此,通用构件的设计及反复利?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?103 用可极大地减少拆除阶段的碳排放量,实现低碳拆除。六、绿色金融支持 如前文述,我国要实现碳达峰、碳中和目标,需要全社会进入深度脱碳转型。在转型的过程中,离不开政策支持、先进技术应用以及资金的投入。其中,绿色金融的发展在提供转型过程资金需求中扮演着重要角色。清华大学气候变化与可持续发展研究院于 2020 年 10 月发布了中国低碳发展战略与转型路径研究报告。报告中根据不同的气温目标设定各类情景分析,得出实现碳达峰、碳中和目标的投资需求规模在 127.2 万亿-174.4 万亿元间,达到惊人的百万亿级别。庞大的资金需求将吸引金融机构及社会资本的关注。如何有效应用资本,让资本在脱碳转型中发挥应有的作用将成为实现双碳目标的关键。绿色建筑发展是我国建筑脱碳的主要途径,成为我国大力推广的重点。由于绿色建筑相比传统建筑的造价更高,融资成本也更高,导致绿色建筑发展受到制约;加之绿色金融与绿色建筑发展存在不匹配性,进一步制约绿色金融对绿色建筑的投入。以下从我国绿色金融发展切入,分析绿色金融与绿色建筑存在的不匹配问题,并探讨寻求合适的解决途径。(一)我国绿色金融发展 根据中国人民银行、财政部等七部委发布的关于构建绿色金融体系的指导意见(2016),其中定义:“绿色金融是指为支持环境改善、应对气候变化和资源节约高效利用的经济活动,即对环保、节能、清洁能源、绿色交通、绿色建筑等领域的项目投融资、项目运营、风险管理等所提供的金融服务。绿色金融体系是指通过绿色信贷、绿色债券、绿色股票指数和相关产品、绿色发展基金、绿色保险、碳金融等金融工具和相关政策支持经济向绿色化转型的制度安排”。绿色金融发展将促进经济、社会、环境的可持续发展。首先绿色信贷及绿色证券政策实施后,原来的高污染企业在贷款和上市方面都会遇到阻碍,有力控制了高污染企业的扩张,并促使其向更环保的领域发展,从而实现产业结构的优化升级以及国家经济发展方式的转变,并进而实现经济的可持续发展;其次,金融机构和政府部门对低能耗、低污染产业的优惠和扶持政策可以促进企?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?104 业改进生产工业和技术,助力企业实现产业技术升级;同时,绿色金融还可以提高金融机构自身的经营绩效,能使金融机构实现更好的风险管理,降低经营风险。2007 年以来,国家有关部门出台了多项政策,通过绿色金融手段,如信贷利率调控、促进绿色信贷落实等,引导企业由高污染、高耗能发展向绿色发展转变。根据中国人民银行发布的2020 年金融机构贷款投向统计报告,截至2020 年末,我国金融机构绿色信贷余额达 12 万亿元人民币,也即一共有 12 万亿元人民币的资金作为贷款发放给企业用于绿色项目。从相对量上,绿色信贷余额占信贷总余额比例为 6.9%,仍有较大的上升空间;但从总量上,中国的绿色信贷余额已高居全球第一,也从侧面反应我国绿色转型对于资金的巨大需求。未来绿色金融将持续发展。尽管如此,需要注意的是,我国目前绿色金融的发展还处于起步阶段,在社会意识、金融市场、金融机构自身、相关法律法规等方面仍存在许多问题,未来还需要作进一步研究和完善。(二)绿色金融与绿色建筑的不匹配性 在绿色金融应用于绿色建筑和既有建筑改造方面,发达国家已经形成了良好的运营机制,能够获得持续较高的经济和社会环境边际效益。我国由于绿色金融起步较晚,绿色金融应用于绿色建筑还存在诸多的不匹配问题,阻碍着绿色建筑产业和低碳经济的发展。具体不匹配问题包括:(1)数据方面 主要体现在政府与其他市场主体的信息不对称、节能服务公司与用能单位的信息不对称、金融机构与改造贷款方的信息不对称。对于合同能源管理项目后期的收益以及节能服务公司贷款偿还能力的评价标准和方法的缺乏使信贷机构无法给予节能服务公司足够的信赖,这也增加了节能服务公司前期的融资难度。(2)资金方面 对于节能服务公司来说,项目前期投入巨大,资金需求强烈。项目前期风险几乎全由节能服务公司承担,而金融机构向节能服务公司提供融资也意味着将自己与巨大的风险捆绑在一起,这对于以稳健经营为其核心的银行来说是不愿意承担的。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?105(3)技术方面 随着绿色建材和绿色节能技术的发展需要,节能服务公司掌握更多的节能技术,金融机构、企业对这些节能技术的应用效果欠缺专业判断能力。即使是在国外被证明比较成功的节能技术,在我国的应用也是具有不确定性和风险,需要节能服务公司不断的改进和创新。(4)交易方面 绿色金融相关参与方的协同效率低下,绿色金融的实施需要银行等金融机构、企业、环保部门以及社会公众的协调配合,需要进行及时信息沟通,依据企业环境影响、环保标准、现行的金融环境制定合理的金融服务方案。(5)信用方面 尽管环保部、银监会、证监会、保监会以及人民银行颁布了发展绿色金融的相关性指导意见,但相关的信息披露机制、环保核查机制、资本市场准入和退出机制、激励机制以及违法惩罚集资和机制等方面的法律法规尚不健全。监管制度的缺失致使银行等金融机构对企业环境影响不能做到有效监管,在申请贷款过程中存在弄虚作假行为,企业环境风险未被充分发现。对金融机构自身也缺乏必要制度约束,关联交易的发生阻碍了绿色金融效率的提高。(6)生命期方面 绿色建筑或节能改造项目周期都比较长,节能服务公司在长时间的合作项目中形成了大量的专用性资金,从而导致节能服务公司自身的资金回流和周转出现困难而引发的风险。(三)不匹配性解决途径 通过上述分析,绿色金融与于绿色建筑的不匹配性问题主要包括:各方信息不对称,存在弄虚作假风险;项目周期长、节能服务公司资金周转风险高;节能技术预期效果及收益无法判断等。也因此,创新绿色建筑企业的融资模式,分散银行信贷融资风险,降低筹资成本,实现融资双方主体的效益最大化,是解决不匹配性的有效手段。结合国外发展经验,采用 PPP(Public-Private Partnership,政府和社会资本合作)模式符合绿色建筑企业融资要求。国开发计划署曾指出,PPP(Public-Private Partnership,政府和社会资本合作)模式具有将公共部门的社会责任、环?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?106 境保护意识与私人部门的技术、资金、管理等优势有机结合的特点,其在节能环保领域的应用被广泛看好。世界银行也指出节能环保项目具有投资额大、回报周期长、不确定因素多的特点,并建议政府对其运行进行保护及资助。有项目表明,我国建筑节能改造工程项目引入 PPP 模式的能够有效降低建筑节能改造工程项目的建设和运营成本,并有效提高项目的施工效率,保证项目的工期和施工质量。另外,通过对低碳住宅项目的研究发现,PPP 模式可以有效解决传统模式下低碳住宅项目出现的问题,例如对管理阶段的疏忽、政府资金短缺、激励机制缺乏、项目缺乏全面管理、评价机制不完善等。需要关注的是,在实施 PPP 项目时,有许多风险因素会导致 PPP 项目的失败,比如法律变更风险、审批延误风险、政策决策失误、政治反对、政府信用风险、不可抗力风险等。为防范以上风险,同时推动 PPP 模式的应用,还需要对 PPP 模式进行逐步完善,提升模式的适用性,包括:加快 PPP 模式法律法规体系的建设,培育契约精神,积极推动法治化契约制度建设;创新金融支持模式,多方合力支持 PPP 模式的推广;建立规范系统的监督管理机制,防范财政风险等。综上,传统的 PPP 模式使绿色金融服务能够应用到绿色建筑和既有建筑改造产业上来,但仍存不足。对传统 PPP 模式进行创新完善,形成一种新型 PPP模式,提升其适用性,将成为解决绿色金融与绿色建筑发展不匹配的有效途径。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?107 第五章 市场化减碳手段碳排放权交易 一、概要 脱碳技术路径应用是实现温室气体减排的直接手段,如何让企业愿意加大投入并积极应用脱碳技术则是政府主管部门需要面对的重要议题,也是达成碳减排目标的关键环节。目前政府主管部门采取的措施包括行政排放管制、价格激励机制两种方式。行政排放管制即以政府为主导,通过行政手段将本国的碳排放目标层层分解至各个地方、企业,由各企业制定执行减排任务,地方政府进行监管,最终实现碳减排目标。价格激励机制包括征收碳税及碳排放权交易。征收碳税同样由政府主导,政府通过制定适宜的碳税提高企业碳排放成本,促使企业降低碳排放量。碳排放权交易为将“碳排放权”作为交易对象,企业通过买卖“碳排放权”实现各自的碳减排任务。相比于政府行政监管及碳税征收“简单直接”的行政手段,碳排放权交易取而代以行政手段和市场手段相结合的方式,刺激各企业以最优成本进行减碳,实现了市场资源的有效配置,更容易为企业所接受。从各国多年的理论研究和实践结果来看,碳排放权交易是目前达成温室气体减排目标的最佳途径。2005 年欧盟建成的欧盟排放交易系统(EU Emission Trading Scheme,EU ETS)很好地印证了此点。通过 EU ETS 系统的有效运行,欧盟在经济社会发展基本未受到减排的负面影响下,于 2012 年超额完成了京都议定书 对欧盟设定的减排目标。该交易系统目前已成为全世界最先进、覆盖区域最广、减排效果最好的排放交易系统,是全世界市场化减排的典范,成为很多国家学习和效仿的对象。我国碳交易市场启动较晚,2013 年起先后建成广东、上海、北京、湖北、深圳、重庆、天津、福建 8 个地方碳交易市场。通过各地几年时间碳交易市场的试点运作,积累了经验,为推进全国性碳交易市场奠定了基础。2021 年 7 月全国碳交易市场启动,2162家发电企业参与其中,年覆盖约 45亿吨二氧化碳排放量,成为全球规模最大的碳排放交易市场。相较于欧盟碳交易市场,我国碳交易市场仍处于起步阶段,在政策法规、机制设计、交易品种等方面均有待提升完善。本文从碳排放权交易内涵及原理出发,分析碳排放交易机制的减碳优势;?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?108 通过介绍说明碳交易的基本要素,增强对碳交易运行机制的理解;同时通过梳理国内外碳交易市场现状,分析我国目前碳交易仍存在的问题及今后发展方向。二、碳排放权交易概述(一)碳排放权交易内涵及由来 碳排放权交易是指在一个特定管辖区域内,确立一定时限内的碳排放总量,并将总量以配额的形式分配到个体或组织,使其拥有合法的碳排放权利,并允许这种权利像商品一样在交易市场的参与者之间进行交易,确保碳排放量不超过限定的排放总量(或以其他补充交易标的物进行抵销),以成本效益最优的方式实现碳排放控制目标的市场机制。碳排放权交易与实物交易的主要区别在于其交易标的物“配额”是一种虚拟产品,买卖双方通过“配额”交易实现低成本减排。该交易体系的设计来源于排放权交易制度理论,最早可以追溯到罗纳德科斯(Ronald Coase)于1960 提出的产权理论,其核心为提出通过产权的确定使资源得到合理的配置,避免无主公共物品的公地悲剧。应用排放权交易理论的早期实践为美国对于酸雨的控制。1990 年美国为应对酸雨污染修订了清洁空气法,建立了一套 SO2排放交易体系。该体系将规模在2.5万千瓦以上的所有电厂纳入管控,分配其初始配额,并以 SO2排放许可作为交易标的物。通过交易体系的有效运转,2010 年全美二氧化硫年排放量比 1980 年的排放水平减少了 1000 万吨,为 SO2减排做出了重要贡献。也正因为排放权交易理论在 SO2减排应用上的成功,国际层面在设计减少温室气体排放的方案时首选即为引进碳排放权交易体系。1997 年,联合国气候变化框架公约第三次缔约方大会通过了京都议定书,确定了发达国家(即附件一国家)温室气体强制减排目标及履行温室气体减排的三种履约机制(联合履约机制 JI、清洁发展机制 CDM、排放交易机制ET)。至此,国际层面第一次针对温室气体排放量进行了法律约束,使其成为一种稀缺资源,在此基础上通过制定一系列界定温室气体排放权利的制度,使这种资源具有可交易性,碳排放权交易体系由此产生。(二)碳排放权交易原理 碳排放权交易体系的基本原理包括总量控制交易机制和基准线信用机制。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?109 总量控制与交易机制指政府机构一方面设定一个温室气体放总量,另一方面建立对温室气体排放权合理的定价机制,使企业可通过碳排放权交易达到减少温室气体排放的一种市场机制。在此机制下,不同的排放主体由于产业不同,技术水平不同,其减排能力有所差异。减排能力强的主体有配额剩余,减排能力弱的主体配额可能不足,结果会导致配额在不同的排放体间进行流通,成为一种稀有资源。为了有效控制碳排放总体目标,排放主体之间形成了交易关系,通过碳排放权的交易,使不同排放条件的排放主体各自完成碳排放指标。该机制典型应用包括欧盟碳交易市场 EU-ETS、美国区域温室气体减排行动(RGGI)、中国碳交易市场等。基准线信用机制指当一个项目通过碳减排活动使得实际碳排放量低于常规情景下的排放基准线时,将产生额外的碳减排信用。该碳减排信用可进行出售。碳减排信用的需求来自两个方面:一是基于总量控制交易机制的碳排放权交易体系的抵消机制,碳减排信用可以部分代替碳配额来完成履约责任,以降低履约成本,典型应用诸如京都议定书下的 CDM市场、JI 市场及中国碳交易市场试点下的 CCER 市场;二是自愿市场的交易,企业或个人可以购买减排量来中和自身的碳排放,履行社会责任。以下举例说明总量控制与交易机制如何实现全社会低成本减排。情景一:企业自主减排 假设有 A、B 两个企业,A 企业碳减排成本为 20 元/吨,B 企业减排成本为10 元/吨。主管部门制定当年度社会总减排量 20 万吨 CO2目标,并通过行政手段要求每家企业分别减排10万吨CO2,则A、B两家企业碳减排成本分别为200万元、100 万元,合计总减排成本为 300 万元。即完成 20 万吨减排任务的成本为 300 万元。减排示意图如下图所示。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?110 图 5.1 企业自主减排示意图 情景二:企业通过碳排放权交易减排 还是 A、B 两家企业,两家企业减排成本同上。此时政府建立有碳排放权交易市场,企业可在交易市场买卖碳排放配额。当年度政府主管部门制定的碳减排目标仍为 20万吨。A、B 两家企业获得的初始配额分别为 10万吨 CO2。通常成熟的碳交易市场中,碳价基本和社会平均减排成本持平,A 企业减排成本为 20元/吨,B 企业减排成本为 10元/吨,故全社会的平均减排成本为 15 元/吨,也即碳价为 15 元。对于 A企业而言,碳价(15元)低于其减排成本(20元),A企业选择不进行减碳,转而向交易市场购买碳配额完成减排任务。对于 B 企业,碳价(15 元)高于其减排成本(10元),B 企业倾向于承担全部 20万吨的碳减排任务。为完成履约,A 企业需从 B 企业购买了 10 万吨碳配额,购买成本为 150 万元,即 A 的减排成本是 150 万元;对于 B 企业,完成 20 万吨减排任务支出了200 万元,其通过出售 10 万吨碳配额给 A 企业获利 150 万元,实际减排成本为50 万元。由此,全社会的总减排成本为 A 企业的 150 万元加上 B 企业的 50 万元,一共是 200万元,低于 A 企业自主开展同等减排效果措施的成本(300 万元)。通过碳排放权交易,政府管理层面完成了排目标。各控排企业都节省了减排成本,从而形成多赢局面。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?111 图 5.2 企业通过碳排放权交易减排示意图(三)碳排放权交易市场分类(1)根据所属法律框架分类 根据所属的法律框架,碳排放权交易市场可以分为京都机制下的交易市场和非京都机制下的交易市场。京都机制下的碳交易市场是指以全球气候变化框架公约和京都议定书中所约束的温室气体排放权配额或减排信用额交易机制为基础而建立的碳交易市场。在京都议定书下催生的碳交易机制有:承担减排义务的附件一国家之间以项目合作开发为基础进行减排的联履约机制(JI),其产生的减排量被称为 Emission Reduction Units(ERUs);在附件一国家资金或技术支持下,非附件一国家进行减排的清洁发展机制(CDM),其产生的减排量被称为 CERs;以及附件一国家之间进行以配额(assigned amount units,AAUs)交易为基础的国际排放贸易(International Emission Trading,IET)。目前,全球最大的基于京都机制下的碳交易市场体系是欧盟排放交易市场。非京都机制下的碳交易市场是指不受京都议定书管辖的,以各国或各区域法令或交易机制为基础的相对独立的交易模式和区域性交易市场,主要有美国加州区域碳交易市场和中国碳交易市场等。(2)根据交易原理分类 在碳排放权交易原理章节中,我们介绍了碳排放权交易市场可根据交易原理机制分为基于总量控制交易机制交易市场和基于基准线信用机制交易市场。基于总量控制交易机制指政府机构一方面设定一个温室气体放总量,另一?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?112 方面建立对温室气体排放权合理的定价机制,使企业可通过碳排放权交易达到减少温室气体排放的一种市场机制。应用该机制的碳排放权交易市场如欧盟排放交易市场、美国区域温室气体倡议、中国碳交易市场等。基于基准线信用机制指当一个项目通过碳减排活动使得实际碳排放量低于常规情景下的排放基准线时,将产生额外的碳减排信用。该碳减排信用可进行出售。应用该机制的碳排放权交易市场如京都议定书下的 CDM市场、JI 市场、中国碳交易中的 CCER 市场,以及自愿市场的交易。(3)根据是否具有强制性分类 根据是否具有强制性,碳排放权交易市场可分为强制性(或称履约型)碳排放权交易市场和自愿性碳排放权交易市场。强制性碳排放权交易市场是目前国际上运用最普遍的碳排放权交易市场。典型如欧盟碳排放交易体系、美国区域温室气体倡议、中国碳交易市场等。自愿性碳排放权交易市场多出于企业履行社会责任、强化品牌建设、扩大社会效益等非履约目标;或是具有社会责任感的个人为抵消个人碳排放,实现碳中和生活,主动采取碳排放权交易行为实现减排。(4)根据市场类型分类 根据市场类型,碳排放权交易市场可分为一级市场和二级市场。一级市场是对碳排放权进行初始分配的市场体系。政府对碳排放空间使用权的完全垄断,使一级市场的卖方只有政府一家,买方包括履约企业和规定的组织,交易标的物仅包括碳排放权一种,政府对碳排放权的价格有控制力。二级市场是碳排放权的持有者(下级政府、企业及其他纳入市场的主体)开展现货交易的市场体系。三、碳排放权交易基本要素 构成碳排放权交易体系基本要素包括交易覆盖范围、配额分配、监测报送与核查、交易制度、清缴履约、抵消机制、管理系统,具体如下图所示。主管部门需结合本地区实际整合各要素,制定合理的运行方案,以让碳排放权交易体系有效运转,充分发挥碳排放权交易对于碳减排的作用。各基本要素构成如下图所示。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?113 图 5.3 碳交易各基本要素构成 (一)交易覆盖范围 建立碳排放权交易体系首选需要明确交易的覆盖范围,具体包括纳入交易覆盖的行业、温室气体种类、企业纳入标准等。受制于交易成本、管理行政负担等因素影响,各地区交易市场一般选取数据统计基础较好、碳排放量高且减排潜力较大的行业、企业纳入覆盖范围。(1)覆盖行业 现行碳排放权交易体系通常优先覆盖能源部门和能源密集型行业,典型如电力行业、水泥、钢铁等高耗能企业。不同交易市场纳入的行业有所区别。欧盟将航空业纳入碳市场,美国区域碳市场只纳入了电力行业,美国加州碳市场纳入了工业、电力、建筑和交通行业。我国碳交易覆盖的行业包括石化、化工、主管部门 覆盖范围 清缴履约 交易机制 核查 核查机构 自愿减排项目 抵消机制 配额分配 减排企业 超排企业?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?114 建材、钢铁、有色、造纸、电力、航空等重点排放行业,2021 年以发电行业为突破口率先启动全国碳排放权交易体系。(2)覆盖温室气体种类 京都议定书中规定需要控制的温室气体种类包括:CO2,CH4、N2O、全氟碳化合物(PFCs)、六氟化硫和氢氟碳化物(HFCs)。由于 CO2占到温室气体的 80%以上,因此大部分碳排放权交易体系初期仅覆盖 CO2一种温室气体,而后逐渐纳入其他温室气体。(3)企业纳入标准 为降低行政成本,碳排放权交易体系通常要求将碳排放量或排放设施产能达到某一特定限值的企业纳入其体系中。如在我国将发电行业(含其他行业自备电厂)2013-2019 年任意一年排放达到 2.6 万 tCO2(综合能源消费量约 1 万 t标准煤)及以上的企业纳入全国碳排放权交易市场;欧盟要求将玻璃制造业熔炼能力大于 20t/d 的企业纳入其体系;美国区域温室气体减排行动(RGGI)将产能25MW的电力发电厂纳入其体系等。(二)配额分配 碳排放权配额是指政府分配的碳排放权凭证和载体。1 个单位配额代表持有配额的单位或个人被允许向大气中排放 1tCO2e 温室气体的权利,是碳排放权市场交易的主要标的物。碳配额分配是指根据所设定的排放目标,由政府主管部门对纳入体系内的控排企业分配碳排放配额。配额分配是构建碳排放权交易体系的前提和关键环节,主管部门在进行配额分配时需要考虑配额总量设置、配额分配方法两方面问题。(1)配额总量设置 配额总量的设置决定了碳市场上配额的供给,进而影响配额的价格。配额总量越多,配额价格越低;配额总量越少,配额价格越高。配额总量的设置一方面应确保地区减排目标的实现,另一方面应低于没有碳排放权交易政策下的正常排放量,配额总量与正常排放量的差值代表了控排企业需要做出的减排努力。“更严格的”或“更具雄心的”总量意味着更少的配额,这导致了配额的稀?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?115 缺性和更高的碳价。配额总量在设定上包括“自上而下”法和“自下而上”法两种方法。“自上而下”法是指政府根据其总体减排目标及各个行业的减排潜力和成本来设定配额总量。在程序上,应先确定碳市场配额总量,再确定这些配额通过何种方式分配至控排企业。“自下而上”法是指政府根据对每个行业或参与者的排放量、减排潜力和成本的评估确定配额总量,并为每个行业或参与者确定适当的减排潜力。然后,通过汇总这些行业或参与者的排放量或减排潜力来确定整个碳市场配额总量。该方法对碳排放尚未达峰的地区而言更加容易执行。在程序上,应先确定各行业的配额分配方法,计算各控排企业的配额数量,再加总形成碳市场配额总量。我国碳排放权交易体系配额总量设定即采用该方法。(2)配额分配方法 碳排放配额分配方法可分为免费分配和有偿分配两种。免费分配是指政府主管部门将碳排放配额免费发放给各控排企业;有偿分配即控排企业需要支付一定费用购买碳配额。免费分配 免费分配包括基准线法、历史总量法和历史强度法三种不同方式。基准线法也称标杆法,基于行业碳排放强度基准值分配配额。碳排放强度基准值一般是根据纳入行业所有企业的历史碳排放强度水平、技术水平、减排潜力,以及与该行业有关的产业政策、能耗目标等综合确定。基准线法有利于激励技术水平高、碳排放强度低的先进企业。凡是在基准线以上的企业,生产得越多,配额的富余就越多,就可以通过碳市场获取更多利益;相反,经营管理不好、技术装备水平低的企业,若是多生产,就会带来更多的配额购买负担。历史总量法也称“祖父法”,指不考虑控排企业的产品产量,只根据历史排放量分配配额的一种方法,以控排企业在过去一定年度的碳排放数据为主要依据,确定其未来年度的碳排放配额。历史强度法是指根据控排企业的产品产量、历史碳排放强度值、减排系数等分配配额的一种方法。该方法介于基准线法和历史总量法之间,是在碳市场建设初期,行业和产品标杆数据缺乏的情况下确定碳排放配额的过渡性方法。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?116 有偿分配 有偿分配采用有偿竞买(拍卖)或者固定价格出售的方式进行。有偿竞买(拍卖)是指政府主管部门通过公开或者密封竞价的方式将碳排放配额分配给出价最高的买方。固定价格出售是政府主管部门综合考虑温室气体排放活动的外部成本、温室气体减排的平均成本、行业企业的减排潜力、温室气体减排目标、经济和社会发展规划及碳排放权交易的行政成本等因素,制定碳排放配额的价格并公开出售给控排企业。分配方式选择 碳配额两种分配方式各有其利弊。免费分配更适用于初期碳排放权交易市场。参与者在初期的交易能力相对较弱,更愿意倾向接受免费的配额发放。如果在初期通过有偿分配方式,将增加企业经营成本,企业可能将成本转移给下游或消费者,抑制整体市场消费能力;或者可能将厂区搬至没有碳成本地区,形成碳泄露(当生产从一个有碳价的地区转移到另一个没有碳价或碳价较低的地区时,就会发生碳泄漏),给当地经济带来负面影响。有偿分配方式优点在于政府主管部门通过出售配额能够筹措大量公共资金。主管部门可以利用该部分公共资金补偿对消费者的不利影响,同时也可以奖励那些尽早开展减排行动的控排企业。目前大多数碳市场并未选择以单一形式分配所有配额,而是采用混合模式。从长远来看,碳市场最开始往往以免费分配为主,待市场逐步成熟,控排企业逐渐适应该减排机制后,再逐步向混合模式或拍卖方式转变,能够在对经济不造成影响或少影响的情况下实现减排。(三)碳排放监测、报告与核查 碳排放量数据的准确性是碳排放权交易体系赖以存在的根基。主管部门需要根据控排企业碳排放量、碳排放强度等数据计算碳配额。碳排放量数据的偏差将造成配额发放的错位,降低参与方的信任度,不利于碳排放交易市场长期稳定、公平、有效运行。也因此,主管部门需要制定一套适宜的碳排放数据质量管理机制,确保碳排放数据的准确度,并实现可溯源、可核查,提升信服度。碳排放监测、报告与核查(Monitoring,Reporting and Verification,MRV)是碳排放交易体系数据质量管理的有效工具。其中监测是指主管部门对碳排放?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?117 数据连续性或周期性的监督及测试;报告是指控排企业向主管部门提交碳排放数据以及相关文件;核查是指核查机构根据核查准则对控排企业碳排放进行系统的、独立的评价,并形成文件的过程。(1)监测 在监测环节,主管部门首先需要选取适宜的碳排放量化方法以准确获取碳排放数据。目前广泛应用的量化方法主要有两种,即连续监测方法和核算方法。连续监测方法通过直接测量烟气流速和烟气中的 CO2浓度来计算碳排放量。该方法需要通过连续排放监测系统(Continuous Emission Monitoring System,CEMS)来实现。该方法在国际上已有广泛,且较为成熟。根据美国环境保护署统计,2015 年美国 73.9%的火电机组应用连续监测方法进行碳排放量监测,并在碳排放交易中应用实践。欧盟使用连续监测方法的案例较少,2019 年只有 155 个设施(占总设施数的 1.5%)采用了连续监测方法,主要集中在德国、法国、捷克等,绝大多数设施仍采用核算方法确定温室气体排放量。在欧盟碳排放权交易体系下,连续监测方法与核算方法的监测结果具有等效性。连续监测方法目前在我国尚处于摸索阶段。核算方法是指通过活动数据乘以排放因子或通过计算生产过程中的碳质量平衡来量化二氧化碳排放量。和连续监测方法相比,核算方法成本低,适用于分散污染源,在国际上的应用更加广泛。对于核算方法,还需要规定统一的行业核算指南以确保核算标准的一致性。例如我国国家发改委发布有 24 个行业温室气体排放核算方法与报告指南(试行),纳入交易体系的各控排企业需依据行业核算指南开展本企业碳排放核算。(2)报告 控排企业在核算完当年度碳排放量后,需要依据主管部门制定的核算指南及相关规范编制温室气体排放报告以及监测计划,将本企业温室气体排放量、排放设施、排放源、核算边界、核算方法、活动数据、排放因子等信息进行上报,并附原始记录及台账。(3)核查 主管部门在接到控排企业温室气体排放报告后需组织第三方核查机构对控排企业排放报告开展现场核查,并向重点排放单位反馈核查结果。核查结果作?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?118 为控排企业碳排放配额的清缴依据。核查机构应依据主管部门制定的相应的核查指南开展核查,核查结束后出具核查报告提交主管部门。另通过核查,控排企业得以找出数据填报存在的问题,积累数据监测和报告填报经验,逐步提升了来年数据填报的准确度。综上,碳排放监测、报告与核查(MRV)工作必须由主管部门、控排企业和独立的第三方核查机构共同完成。主管部门制定碳排放数据监测方法及核查指南等相关规定;控排企业依据核查指南填报排放报告;核查机构依据主管部门制定的核查指南对企业提报的排放报告进行核查,核查工作的开展又可以帮助企业完善和改进自身温室气体排放数据监测和报告。三者相互支撑,相辅相成,关系如下图所示。图 5.4 碳排放监测、报告与核查(MRV)关系图 (四)交易制度 在完成碳配额核定后,各控排企业还需要进行配额交易以完成年度的配额履约要求。对于超排企业,需要向交易市场购买超出的配额,而对于减排企业,多出的配额可向交易市场出售。主管部门需要搭建适宜的交易系统平台,制定交易制度,让各控排企业顺利完成交易。碳排放交易制度由交易主体、交易产品、交易规则等要素构成。(1)交易主体?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?119 一级、二级市场交易主体有所区分。对于一级市场,交易标的物仅包括碳排放配额,是主管部门向控排企业分配配额的市场,所以一级交易市场的交易主体为履约交易主体,即纳入碳排放权交易体系的控排企业。二级市场包括履约交易和自愿交易,因此二级市场交易主体包括控排企业,以及符合规定条件的企业、社会组织和个人。(2)交易产品 碳排放权交易产品包括现货和衍生品。现货交易,即传统的商品交易模式,一手交钱,一手交“货”。对于碳排放权交易市场,“货”即指碳排放配额或核证的自愿减排量。衍生品从现货派生而来,价值由现货的价格和交割日期决定,主要衍生品包括碳期货、碳期权、碳远期等。我国碳排放交易市场主要包括试点碳市场配额现货和CCER现货,试点碳市场配额由各试点碳市场主管部门签发,CCER 由国务院碳交易主管部门签发。欧盟碳交易市场交易产品更为丰富,不仅包括配额现货,还包括配额期货、配额期权、配额远期。交易品种的多样化不仅有利于建立多层次的排放交易系统,满足不同交易者的多样化需求,还能提高市场流动性,进一步增强排放市场的吸引力,对于碳排放市场的运营和持续发展起到非常重要的作用。(3)交易规则 主管部门需要制定适合的交易规则以确保交易市场各参与方的合法权益,维护碳排放市场秩序,保证碳市场价格平稳和充分的流动性,充分发挥碳市场优化资源配置的功能,引导全社会低成本减排。交易规则需明确交易参与人、交易品种、交易方式、交易设施、交易时间等内容,同时还对账户开立、交易申报、异常处理、交易结算、风险管理、市场信息披露、市场监督等具体环节进行详细说明。目前全国碳排放交易试点制定的交易规则有碳排放权交易管理规则(试行)、碳排放权结算管理规则(试行)。(五)清缴履约 配额清缴履约指控排企业在履约期内向主管部门提交大于或等于其上一年度核定的温室气体排放量相等的配额,以完成配额清缴义务。履约期指从配额分配至控排企业向主管部门上缴配额的时间,通常为一年或几年。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?120 配额清缴履约是每一个“碳排放权交易履约周期”的最后一个环节,也是最重要的环节之一,履约是确保碳市场对控排企业具有约束力的基础。控排企业需完成本年度配额履约后方可进入下一个履约周期。对于逾期或不足额清缴碳排放配额的控排企业将接受主管部门相应的处罚。京都议定书履约机制规定,对于不履约的发达国家和经济转轨国家,强制执行分支机构可暂停其参加碳排放权交易活动的资格,如缔约方排放量超过排放指标,还将在该缔约方下一承诺期的排放指标中扣减超量排放 1.3倍的排放指标。我国碳排放权交易管理办法(试行)及各试点地区均制定有相应的处罚机制。(六)抵消机制 抵消机制是控排企业在完成配额履约时,可以采取经核证的其他减排量来抵销一定比例配额的机制,抵销量可由国内外未被碳排放权交易体系覆盖的企业所开发的项目产生,典型如京都议定书联合履约机制(JI)减排项目、清洁发展机制(CDM)减排项目,以及我国 CCER 开发项目。抵销机制的合理应用有助于支持和鼓励未被覆盖行业企业参与减排行动,可产生积极的协同效应,降低碳排放权交易体系的整体履约成本。对于参与碳排放权交易的控排企业,抵销机制鼓励其在减排成本较低的地区或行业进行投资,降低了总体减排履约成本。对于主管部门而言,合理设定抵销量使用比例可以达到调控价格稳定碳市场的目的。(七)管理系统 除以上各基本要求,碳排放交易体系的有效运转还离不开管理系统的支撑。我国碳排放交易管理支撑系统包括碳配额注册登记系统、碳排放数据报送系统、交易和结算系统。(1)碳配额注册登记系统 碳配额注册登记系统主要功能为对全国碳排放配额的持有、变更、清缴和注册等实施集中统一登记。管理机构在系统上开具管理账户,开展配额创建、分配及注销工作;市场参与者包括控排企业、减排项目业主及其他资源参与碳市场的企业、个人等在系统上开具普通账户,完成配额或减排信用交易、履约等事项。国务院碳排放交易主管部门通过制定碳排放权交易管理办法(试?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?121 行)、碳排放权登记管理规则(试行)、碳排放权结算管理规则(试行)及其配套业务管理细则,对注册登记系统及其管理机构实施监管。(2)碳排放数据报送系统 碳排放数据报送系统是控排企业向主管部门报告碳排放数据及相关信息的系统。该系统根据实现的功能设定了主管部门账户、控排企业账户、核查机构账户 3 种账户类别。主管部门在系统上开展的事项包括:跟进温室气体排放报告及核查进度、核查工作分配、排放量数据统计等;控排企业可开展事项包括排放报告数据填报,排放报告上报等;核查机构可开展事项包括核定排放报告数据,最终核查结果上报等。碳排放数据报送系统需要与碳配额注册登记系统进行连接,以便明确企业需要缴纳的配额数量(3)交易和结算系统 交易系统是为了支撑整个碳排放权交易的网上开户、客户管理、交易管理、挂单申报、撮合成交、清算交割、行情发布、风险控制、市场监管等综合功能的电子系统。其目标是高效、安全、便捷地实现碳排放权交易,主要功能包括:交易,主要作用是组织碳排放产品的挂单、撮合与成交。结算,为碳配额交易提供清算、交收和过户功能。信息发布,实时发布每日碳配额交易的行情信息和市场历史信息。市场监管,负责对交易行为进行监控并发出预警。四、国际碳排放权交易市场发展(一)国际碳交易市场发展概况 1997 年联合国通过了京都议定书。议定书首次明确了发达国家与发展中国家承担起“共同但有区别”的减排责任,其中以发达国家作为减排责任主体,发展中国家承担次要的减排责任。欧盟作为发达国家代表,主动做出了“到2012 年温室气体排放量比 1990 年降低 8%”的承诺,其他发达国家也相继做出了各自的减排承诺。受美国市场化 SO2排放权交易体系的启发,欧盟于 2003 年通过了建立欧盟排放交易系统 EU ETS 的决议,并在 2005 年正式建立了欧盟排放交易系统。由?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?122 此全球第一个碳排放权交易市场成立,全球 CO2减排进入了新阶段。欧盟通过碳排放交易市场的有效运作,实现了在经济社会发展基本未受到减排的负面影响下完成了其 2012 年的温室气体减排目标,成为全世界市场化减排的典范。欧盟碳交易市场的成功有力地推进了全球碳交易市场的发展。截至 2022 年,全球已建立有 34 个碳排放权交易市场,其中 32 个碳排放权交易市场在运行,2个碳排放权交易市场准备运行。根据世界银行数据统计,目前在运行的碳市场覆盖了全球 23.17%的温室气体排放。发达国家为碳市场交易推进的主力,除欧盟外,欧洲包括英国、德国、瑞士均建立了国内碳交易市场,作为欧盟碳交易市场的补充;北美地区美国、加拿大、墨西哥建立有国家级及多个地区级碳排放交易市场,其中包括著名的美国区域温室气体倡议(RGGI)、加州总量控制与交易计划(California CaT)等;亚洲以中国、韩国、日本为代表,相继建立起各自的碳交易市场,其中中国于 2021 年建立了全球最大的全国性碳排放交易市场,作为发展中国家代表承担起大国减排的责任;大洋洲的新西兰则是全球首个将林业纳入碳交易市场的国家,为推进林业市场化减排提供了案例。除此外,全球已有多个国家和地区已正式考虑建设碳排放权市场来推进当地的碳减排行动。其中包括欧洲的奥地利、黑山、俄罗斯库页岛、塞尔维亚、土耳其;南美的巴西、智利、哥伦比亚;非洲的加蓬、尼日利亚;亚洲的泰国、马来西亚、印尼、越南、巴基斯坦,以及我国台湾地区等。由此可见,碳交易市场机制正逐步为各国所接受,其正以快速的步伐在全球推进。本章节就国际上两个主要碳市场欧盟 EU-ETS、美国 RGGI 及日本碳市场发展近况进行说明,同时分析欧盟碳边境调节机制方案内容及对我国出口贸易的影响。已运行的全球碳交易市场概况参见以下表。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?123 表 5.1 欧洲碳交易市场概况汇总 序号 所在国家 碳市场名称 市场类别 开启时间 覆盖区域 覆盖范围 区域内温室气体排放量(MtCO2e,2018 年)区域内温室气体排放占比 配额分配方式 履约周期 抵消机制 碳价(US$/tCO2e)1 欧盟碳交易市场 跨国级 2005 年 欧盟、挪威、冰岛、列支敦士登 电力、工业企业、航空,包括工业生产过程 4001 40.72%免费与拍卖方式结合,电力行业不再采用免费分配 每年度 4 月30 日前 不允许抵消 87 2 瑞士 瑞士碳交易市场 国家级 2008 年 瑞士 电力、工业 48 10.60%免费与拍卖方式结合 同欧盟交易市场 不允许抵消 64 3 英国 英国碳交易市场 国家级 2021 年 英国 能源密集型产业、电力、航空 464 0.28%拍卖为主,免费为辅 同欧盟交易市场 不允许抵消 99 4 德国 德国碳交易市场 国家级 2021 年 德国 建筑、道路运输燃料使用产生的排放 874 40.00%固定价格出售 每年履行 不允许抵消 33 5 奥地利 奥地利碳交易市场 国家级 2022 年 奥地利 电力、工业、建筑、道路运输 85 40.30%同欧盟交易市场 6 黑山 黑山碳交易市场 国家级 2022 年 黑山 电力、炼油、钢铁、有色金属、水泥、玻璃、陶瓷、纸浆和造纸等 免费分配?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?124 注:奥地利、黑山、俄罗斯库页岛、塞尔维亚、土耳其、乌克兰正在考虑筹备碳交易市场。资料来源:世界银行 Carbon Pricing Dashboard。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?125 表 5.2 北美碳交易市场概况汇总 序号 所在国家 碳市场名称 市场类别 开启时间 覆盖区域 覆盖范围 区域内温室气体排放量(MtCO2e,2018 年)区域内温室气体排放占比 配额分配方式 履约周期 抵消机制 碳价(US$/tCO2e)1 美国 区域温室气体倡议(RGGI)地区级 2009 年 康涅狄格州、特拉华州、缅因州等 11 州 电力 612 11.00%拍卖为主 每三年 RGGI 地区中 5 个类别项目抵消不超过 3.3 2 美国 加州总量控制与交易项目(California CaT)地区级 2012 年 加州 工业、电力、运输和建筑部门,包括工业生产过程(涉及多种温室气体)418 74.00%免费与拍卖方式结合 每三年 使用符合条件的项目抵消41 3 美国 马萨诸塞州碳交易市场 地区级 2018 年 马萨诸塞州 电力 76 8.00%拍卖发放 每年 0.5 4 美国 俄勒冈州碳交易市场 地区级 2022 年 俄勒冈州 液体燃料、丙烷和天然气公用事业供应商 63 43.00%免费发放 5 加拿大 加拿大碳交易市场(Canada federal OBPS)国家级 2019 年 加拿大 每年排放 5 万吨或以上二氧化碳的排762 7.00%免费发放 每年 使用符合条件的项目抵消 40?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?126 序号 所在国家 碳市场名称 市场类别 开启时间 覆盖区域 覆盖范围 区域内温室气体排放量(MtCO2e,2018 年)区域内温室气体排放占比 配额分配方式 履约周期 抵消机制 碳价(US$/tCO2e)放密集型和出口贸易行业的工业设施 6 加拿大 阿尔伯塔省技术创新和减排法规(Alberta TIER)地区级 2007 年 阿尔伯塔省 超过 5 万吨二氧化碳/年的设施,包括工业、电力、食品加工、废物处理和其他部门 242 58.00%免费发放 每年;年排放超过 100万吨二氧化碳当量的设施按季度进行报告 使用符合条件的项目抵消 40 7 加拿大 魁北克省总量控制与交易项目(Quebec CaT)地区级 2013 年 魁北克省 工业、电力、运输和建筑部门,包括工业生产过程 78 78.00%免费与拍卖方式结合 每三年 使用符合条件的项目抵消81 8 加拿大 不列颠哥伦比亚省温室气体工业报告和控制法案(BC GGIRCA)地区级 2016 年 不列颠哥伦比亚省 液化天然气(LNG)设施 60 免费发放 每年 使用符合条件的项目抵消 20?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?127 序号 所在国家 碳市场名称 市场类别 开启时间 覆盖区域 覆盖范围 区域内温室气体排放量(MtCO2e,2018 年)区域内温室气体排放占比 配额分配方式 履约周期 抵消机制 碳价(US$/tCO2e)9 加拿大 纽芬兰与拉布拉多省性能标准体系(Newfoundland and Labrador PSS)地区级 2019 年 纽芬兰与拉布拉多省 超过 2.5 万吨二氧化碳当量/年的电力和工业部门 11 43.00%免费发放 每年 正在制定抵消政策 40 10 加拿大 新斯科舍省总量控制与交易项目(Nova Scotia CaT)地区级 2019 年 新斯科舍省 工业、电力、运输和供暖部门 17 85.00%免费与拍卖方式结合 每四年 正在制定抵消政策 23 11 加拿大 萨斯喀彻温省碳交易市场 地区级 2019 年 萨斯喀彻温省 工业部门 79 13.00%免费发放 每年 正在制定抵消政策 40 12 加拿大 新不伦瑞克省碳交易市场 地区级 2021 年 新不伦瑞克省 超过 5 万吨二氧化碳当量/年的设施 14 50.00%免费发放 每年 考虑采用 40 13 加拿大 安大略省碳交易市场 地区级 2022 年 安大略省 超过 5 万吨二氧化碳当量/年的设施 165 25.00%?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?128 序号 所在国家 碳市场名称 市场类别 开启时间 覆盖区域 覆盖范围 区域内温室气体排放量(MtCO2e,2018 年)区域内温室气体排放占比 配额分配方式 履约周期 抵消机制 碳价(US$/tCO2e)14 墨西哥 墨西哥碳交易市场 国家级 2020 年 墨西哥 电力和工业部门 801 40.00%免费发放 每年 使用符合条件的项目抵消不超过 10%注:美国华盛顿洲已计划于 2023 年推进碳交易市场;美国宾夕法尼亚州、交通和气候倡议计划(TCI-P),及加拿大曼尼托巴省正在考虑筹备碳交易市场。资料来源:世界银行 Carbon Pricing Dashboard。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?129 表 5.3 亚洲及大洋洲碳交易市场概况汇总 序号 所在国家 碳市场名称 市场类别 开启时间 覆盖区域 覆盖范围 区域内温室气体排放量(MtCO2e,2018 年)区域内温室气体排放占比 配额分配方式 履约周期 抵消机制 碳价(US$/tCO2e)1 日本 东京总量控制与交易计划(Tokyo CaT)地区级 2010 年 东京 工业、电力和建筑部门 66 20.00%免费发放 每五年 可以使用符合条件的项目抵消 4 2 日本 琦玉县碳交易市场 地区级 2011 年 琦玉县 工业、电力和建筑部门 41 20.00%免费发放 每五年 可以使用符合条件的项目抵消 4 3 韩国 韩国碳交易市场 国家级 2015 年 韩国 工业、电力、建筑、国内航空和废物处理部门等 758 73.00%免费与拍卖方式结合 每年 可以使用符合条件的项目抵消 19 4 哈萨克斯坦 哈萨克斯坦碳交易市场 国家级 2013 年 哈萨克斯坦 电力、集中供暖部门以及特定的工业部门 368 46.00%免费发放 每年 可以使用符合条件的项目抵消 1?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?130 序号 所在国家 碳市场名称 市场类别 开启时间 覆盖区域 覆盖范围 区域内温室气体排放量(MtCO2e,2018 年)区域内温室气体排放占比 配额分配方式 履约周期 抵消机制 碳价(US$/tCO2e)5 新西兰 新西兰碳排放市场 国家级 2008 年 新西兰 工业、电力、废物处理、运输和林业部门 85 49.00%拍卖方式 林业部门每五年;其他行业每年 53 注:日本正在考虑筹备全国性碳排放交易市场;另印度尼西亚、泰国、马来西亚、越南、巴基斯坦同样在考虑筹备碳交易市场。资料来源:世界银行 Carbon Pricing Dashboard。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?131(二)欧盟碳交易市场(EU ETS)欧盟碳交易市场是全球最早的国际碳排放交易市场,2005 年 1 月欧盟碳排放交易系统正式运行,被纳入减排覆盖范围的相关企业需要在配额范围内排放温室气体,并定期清缴配额。(1)纳入范围 截至 2022年,欧盟碳交易市场覆盖了欧盟 27个成员国和冰岛、挪威、列支敦士登 3个非欧盟的欧洲国家。覆盖的行业范围包括:发电厂及其他功率20 兆瓦的燃烧装置、炼油、焦炉、钢铁、水泥熟料、玻璃、石灰、砖、陶瓷、纸浆、纸和纸板、航空、铝、石油化工,以及工业生产过程排放。覆盖的温室气体包括:二氧化碳,硝酸、已二酸、乙醛酸和乙二醛生产过程产生的氧化亚氮,以及铝制品生产过程中产生的全氟化合物。(2)实施进程 自成立以来,欧盟碳交易市场历经了四个发展阶段,各阶段的政策设计有明显不同。第一阶段(2005-2007 年),该阶段为试运行阶段,主要目的为获得交易经验,查找市场不足,为第二个阶段做准备;减排目标设定为京都议定书所承诺目标的 45%。该阶段覆盖欧盟全部 26 个成员国,纳入行业发电厂及其他功率20 兆瓦的燃烧装置、炼油、焦炉、钢铁、水泥熟料、玻璃、石灰、砖、陶瓷、纸浆、纸和纸板;纳入温室气体种类为 CO2。第二阶段(2008-2012 年),该阶段交易市场开始正式运行,针对第一阶段暴露出来的问题进行了改进;减排目标设定为在 2005 年排放水平上各成员国平均减排 6.5%,顺利实现京都议定书中承诺的“到 2012 年排放量比 1990 年降低 8%”的目标。该阶段挪威、冰岛和列支敦士登加入了交易市场,同时航空业纳入管制范围,温室气体种类增加了因生产硝酸而产生的氧化亚氮。第三阶段(2013-2020 年),该阶段是后京都议定书时代的重要过渡阶段,减排目标是在 2020 年前在 1990 年基础上减排 20%。2013 年由于克罗地亚加入欧盟,因此克罗地亚纳入市场中,形成 27 个欧盟成员国及 3 个非欧盟成员国的参与主体。覆盖行业增加了石化产品、铝制品,以及二氧化碳捕捉、输送?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?132 和封存过程;覆盖温室气体种类增加了铝制品生产过程中产生的全氟化合物。该阶段配额分配方式逐步以拍卖方式替代免费发放,在 2013 年约有 40%配额被拍卖。根据 2020年欧盟统计的减排结果,该阶段初设定的目标已经顺利完成。第四阶段(2021-2030年),该阶段减排目标是至 2030年碳排放量在 1990年基础上减排 40%,并将每年度排放配额的削减速度由原 1.74%提高至 2.2%,推进欧盟“2050 年碳中和”目标的实现。该阶段覆盖范围与第三阶段相同。排放配额主要采取拍卖方式,对于面临碳泄露风险的工业部门仍将采取免费分配,而电力部门则不再免费分配。该阶段另一重要举措为加强了“市场稳定储备机制”(MSR),旨在稳定配额价格,提高市场对低碳经济投资的驱动力。(3)实施成效 通过 EU ETS 的成功运行,欧盟以较低成本和较高的经济效率实现了减排目标。根据统计,2019 年欧盟排放量相当于 1990 年的 77%,比 1990 年降低了23%,提前超额完成了“2020 年前在 1990 年基础上减排 20%”的目标。欧盟将继续依靠 EU ETS 推进 2050年实现碳中和的目标。EU ETS 的另一成效是实现了改善了欧盟的能源结构。首先在 EU ETS 的良好运作下,欧盟碳排放配额的价格不断上涨。高企的排放配额价格激励企业不断提高能源使用效率,降低能源消耗以减少碳排放。经欧洲环境署(EEA)统计,欧盟一次能源消费量从 2005 年的 1498 百万吨油当量,下降到 2020 年的1305 百万吨油当量;同期最终能源消费量从 1041百万吨油当量降低到 957百万吨油当量;最终能源消费的比重从 2005 年的 69.49%增长到 2020 年的 73.30%。也即在EU ETS机制作用下,欧盟整体能源消费总量下降,但能源使用效率提升明显。其次在 EU ETS 激励及欧盟配套政策推动下,欧盟可再生能源在能源消费中占比不断提高,从 2004 年的 8.3%上升到 2020 年的 20%,成功实现了欧盟在2007年制定的可再生能源消费目标。欧盟计划到 2030年,可再生能源消费比重至少达到 23%。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?133 图 5.5 2005-2020 年欧洲能源消费情况 除此外,欧盟在 EU ETS 上的实践及积极成效提高了其在全球减排领域的话语权和领导力。欧盟是全球最早将减排行动付诸行动的区域组织,其依靠 EU ETS 超额完成了京都议定书2012年的减排目标;当在履行 2012 年后第二承诺期减排目标时,其他发达国家不再设置减排目标,但欧盟继续支持EU ETS的运行,并在 2020 年超额完成了第二承诺期目标。欧盟通过 EU ETS 获得减排的成功已成为全球典范,已经有很多国家和地区在 EU ETS 的启发下开始效仿欧盟,通过建立“总量控制与交易”的市场化减排系统实现本地区的减排目标。(三)美国区域温室气体倡议(RGGI)区域温室气体倡议(RGGI)于 2009 年 1 月 1 日正式实施,是美国东北部和大西洋中部以州为基础的区域性交易体系,也是美国首个以市场为基础的温室气体排放交易体系。参与 RGGI 的州包括康涅狄格州、特拉华州、缅因州马里兰州、马萨诸塞州、新罕布什尔州、新泽西州、纽约州、罗得岛州和佛蒙特州。覆盖范围为电力行业排放量超过 25000tCO2/年的发电设施,纳入温室气体为CO2。RGGI减排计划分为三个阶段:第一个阶段是 2009 年至 2014 年,目标为保持区域及各州排放总量不变;第二个阶段是从 2015 年开始,各州年排放量每年递减 2.5%,2018 年在 2009 年基础上减少 10%;第三个阶段为在 2020 年前实现碳排放量在 2005 年基础上削减 50%,2030 年在 2020 年基础上削减 30%。目前RGGI 已运行至第三阶段,期间 RGGI 经过了多次的体制改革,运行日渐趋于成?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?134 熟,减排效果显著。经统计 2008 年以来,各州已将电力部门的二氧化碳排放量降低了 53%以上,实现了减排目标,与此同时,该地区的国内生产总值却在持续增长。RGGI 配额分配以拍卖为主,具体为各成员州首先根据其在 RGGI 项目中的限排份额获取各自配额,然后通过拍卖将配额分配给控排企业。电力行业 90%的配额都将通过季度拍卖分配。拍卖系统是以 RGGI 网络为媒介,采用单轮竞价、统一价格、密封投标的拍卖方式,并由独立的监控机构监视整个程序。RGGI 的履约周期为三年。在履约期内,各控排企业每季度必须提交排放报告,且在控制期的前两年里,每年度需持有其排放量 50%的配额。在三年周期结束时,每家控排企业必须持有相当于其剩余排放量 100%的配额。RGGI 同时设置有抵消机制,被允许的抵消项目类型包括 5 种类别:植树造林造成的碳封存、因能源效率提升或能源替代导致天然气及石油或丙烷燃烧减排、垃圾填埋场甲烷捕获和销毁、减少六氟化硫排放、避免农业粪便管理作业产生的甲烷排放;允许抵消的配额数量不超过履约义务的 3.3%。另外值得一提是,RGGI 采用连续监测方法获取各控排企业二氧化碳排放量数据。因美国在早期 SO2交易体系中应用连续监测方法获取数据并最终获得了成效,因此美国环境保护署认为采用连续监测方式获取数据在碳交易体系中同样可行。美国环保署通过开发强大的在线校准电子系统,实现了远程在线校准;同时应用电子审计技术,实现自动查找数据错误、误算,并监察企业的监测报告及报告系统,确保控排企业排放数据的真实性和完整性,由此保证数据质量。RGGI 在电力行业减排中取得了成功,为我国推进全国发电设施碳排放交易市场建设提供了宝贵经验,其配额发放、数据监测及报送、配额履约、抵消等机制上均值得借鉴。(四)日本碳交易市场 日本作为发达国家早在 90 年代就开始启动低碳发展战略,积极履行京都议定书义务,并积极筹建碳排放交易市场。纵观日本国内碳排放交易市场的发展过程,主要可分为三个阶段:第一阶段(1990-2000 年)前期政策铺垫。1990 年开始日本通过颁布一系列法规推动减排工作。90 年代陆续发布了抑制全球变暖行动项目、环境自愿?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?135 行动计划及地球温暖化对策促进法。其中地球温暖化对策促进法为世界上第一部应对气候变化的法律,明确规定了温室气体减排是国家、地方、企业、普通民众的职责与义务。第二阶段(2000-2010 年)碳排放交易体系构建。2000 年后日本陆续开展国内碳排放交易体系的构建。期间陆续推出了资源排放交易计划 J-VETS、核证减排计划 J-VER,以及日本试验碳交易系统JEIETS。J-VETS为日本国内实施的第一个碳排放交易体系,采取自愿性参与方式;J-VER 是将碳汇和减排等方式产生的碳信用,用于抵消人类活动中无法避免的碳排放;JEIETS 主要是作为一种实验,目的为通过试运行发现企业在应用该系统时可能发生的问题。第三阶段(2010 年以后)城市强制总量交易体系建立。2010 年 4 月东京正式建成世界上第一个城市级的强制排放交易体系;随后 2011 年琦玉县碳交易系统建成,日本城市减排体系走在了世界前列。此外,因国内减排潜力有限,日本还在国际市场寻求减排机会。京都议定书中制定的国际排放贸易合作机制(IET)及清洁发展机制(CDM)是日本参与国家碳市场的主要渠道。20世纪 90年代以来,随着俄罗斯、乌克兰、波兰、捷克等国重工业不同程度的萎缩,以及各中东欧国家对于环境要求的日趋严格,国际上碳配额价格呈上升趋势,抑制了日本的需求,IET 市场减弱。而 CDM 机制因项目审批和排放权发行周期长,平均需要 2 年左右时间,不能及时将技术优势转化为碳配额,一定程度上也抑制了日本国内 CDM 需求。面对 IET 机制和 CDM 机制存在的弊端,日本政府于 2013 年创设了双边碳抵消机制(Bilateral offset credit mechanism,简称 BOCM),目前称为联合信用机制(Joint credit mechanism,简称 JCM)。该机制是通过日本与发展中国家签署双边协议的方式,由日本向发展中国家提供低碳环保技术、产品、服务以及基础设施建设等方面的国际援助,通过在东道国投资建设 JCM 项目,换取相应数量的温室气体减排量(或者移除量)用于日本实现温室气体排放减排目标。JCM 机制近似于 CDM 机制,其项目覆盖范围较 CDM 更广,且项目审定程序、项目减排量计算更为简单,尤其在日本核泄漏事故发生、日本国内核电站全部停止运营的背景下,JCM 机制为缓解日本温室气体排放减排压力发挥了重要作用。截至 2021 年,日本已与 17 个国家敲定共约 180 个 JCM 项目,预计到2030 年累计减排量将达约 1700万吨。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?136(五)欧盟碳边境调节机制(CBAM)(1)CBAM 由来 2022年 12月,欧盟理事会和欧洲议会就欧盟碳市场(EU ETS)改革方案达成了协议。碳市场改革方案确定了削减欧盟企业免费配额的时间表,也确定了碳边境调节机制(CBAM)正式起征时间。至此,全球首个碳边境税机制方案最终确定。碳边界调整机制(Carbon boundary adjustment mechanism,简称 CBAM)最早于 2019 年 12 月欧盟委员会出台的欧洲绿色协议中提出,旨在避免欧盟内部因“碳泄漏”而破坏自身气候政策的有效性,同时也保护欧盟企业免受欧盟以外“碳倾销”的影响。其运行主要方式为在进口高碳排放产品时,要求出口方缴纳相应的税费,通过将碳排放的成本内部化到进口产品的价格,进而实现欧盟本地产品与低碳价地区出口产品的碳排放成本拉平。所征收的税费计算公式为:CBAM 碳边境税=进口产品的碳排放进出口国的碳排放价差。(2)CBAM 方案主要内容 2022年 12月欧盟内部达成的最终 CBAM方案中,对于方案实施阶段、核算范围、征收行业、价格设定、豁免机制、征收国家、运行流程等内容进行了确认,各部分内容具体如下:实施阶段:方案规定第一阶段为过渡期:2023年10月1日至-2025年12月31日。该阶段进口商仅需报告商品的直接、间接碳排放信息,以及在国外支付的碳价,无需通过购买 CBAM 证书向欧盟缴纳费用。第二阶段为正式期:2026 年 1 月起。该阶段进口商需根据其进口产品的碳排放量清缴相应数量的CBAM 证书。核算范围:过渡期内企业仅需报告直接碳排放与特定条件下的间接排放,其他间接碳排放将在合适时机纳入 CBAM 的碳排放量范围。征收行业:覆盖铝、水泥、化肥、钢铁、电力、氢。在过渡期结束前,欧盟委员会将评估其他有碳泄漏风险的商品,包括有机化学品和聚合物,目标是到 2030年将 EU-ETS 涵盖的所有商品包括在内。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?137 CBAM 价格:CBAM 的定价方式根据欧盟碳配额的周平均拍卖价格而定。欧盟共同拍卖平台上一周拍卖的排放额度收盘价的平均价格作为下一周出售CBAM 证书的价格,由 CBAM 主管机关在每周的第一个工作日公布。豁免机制:CBAM 承认进口国家的显性碳价,包括碳税与碳交易,在生产国缴纳的碳成本可以等额抵减,与欧盟减排标准一致的国家将享受免税待遇。征收国家:除冰岛、列支敦士登、挪威、5 个欧盟海外领土,以及与欧盟建立碳市场挂钩的瑞士之外,非欧盟国家和地区都在 CBAM 的覆盖范围之内。征税节点:EU-ETS从 2026年开始逐步削减免费配额,到 2034年实现全部取消。相对应,CBAM 从 2026 年开始征收碳关税,并在 2034 年之前全面实施,旨在防止碳泄露。EU-ETS 与 CBAM 形成此消彼长态势,最终实现 CBAM 对免费配额的替代。运行流程:CBAM采用电子凭证制度,每张 CBAM证书对应碳排放量为一吨的进口商品。针对进口产品中所含的每一吨碳排放,进口商都必须向其所在的欧盟成员国的 CBAM 主管机关购买一张 CBAM 证书。碳排放强度:碳排放强度优先采用进口产品的实际直接排放强度,若实际排放强度无法核实,则采用默认排放强度。默认排放强度以应税商品在出口国的平均排放强度加成一定比例来确定。若出口国无法提供可靠碳排放数据,则参照欧盟同行业中排放强度最高的 10%的企业的数据来确定。不履行后果:若进口商未经注册进口 CBAM 覆盖行业的产品,或未按期足额缴纳 CBAM 证书,或在申报过程中提供虚假信息或材料的,将被处以三倍罚款(以上年度CBAM证书平均价格为计算标准)并补足未交的CBAM证书,即“补一罚三”。(3)CBAM 对中国出口的影响 如上述,CBAM 运行前期纳入的行业覆盖铝、水泥、化肥、钢铁、电力、氢,均为高碳排放行业。根据欧盟统计数据库Eurostat统计,中国对欧盟出口商品的品类集中在机械设备和纺织材料等,并未包含上述行业。数据统计显示,2020 年中国向欧盟出口钢材共 208万吨(出口额 25亿美元),仅占对欧盟钢铁进口量的 3%,占中国粗钢产量的 0.2%。据估算,在现行 CBAM 机制作用下,?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?138 2026 年中国出口至欧盟的钢材价格将小幅上涨 10%,2035 年后将上涨 25%。由于整体出口额较小,因此该部分成本上涨对中国出口欧盟的影响较小。但对于出口企业个体而言,CBAM 将对其业务将造成一定的冲击。随着 CBAM 运行逐步深入,欧盟计划在 2030 年前将 EU-ETS 覆盖的行业全部纳入其中。EU-ETS覆盖行业包括水泥、钢铁、铝、炼油、造纸、玻璃、化工和化肥等,也即2030年前将CBAM将新增炼油、造纸、玻璃、化工行业,进一步扩大征收碳关税商品范围,进而影响到更多的中国出口企业。未来,下游产品亦有可能被纳入 CBAM,电子产品、铝制车架等均有可能面临征税的风险。此外,CBAM 核算范围未来将由直接排放扩展至间接排放,而间接排放在产品全生命周期中占有相当比重。在全球碳核算精细化、碳排放权责明确化趋势下,CBAM 有可能对进口商品全产业链的碳排放量征收关税。鉴于中国对欧出口商品的上游多涉及高碳排放行业,存在出口行业整体成本增加的风险。综上,在短期内 CBAM 对中国出口的影响并不明显,对涉及的企业个体将带来一定冲击;随着 CBAM 运行逐步深入,纳入行业将逐步增多,给中国出口行业带来成本增加的潜在风险,需要主管部门从国家层面出发,制定出整体应对方案,更好地保护本国企业利益。五、中国碳排放权交易市场发展(一)国内碳交易市场发展概况 我国碳排放交易最早可溯源至 2005 年参与的清洁发展机制(CDM)项目。CDM 是京都议定书中制定的由发达国家(附件一国家)通过资助发展中国家(非附件一国家)的碳减排项目来部分实现其减排目标的机制,通过CDM产生的减排量被称为核证减排量(CERs)。国内通过开发核证减排量并售卖于发达国家而实现获益,开启了碳交易的早期进程。2011 年我国启动了碳排放权交易试点工作,北京、上海、广东、深圳、天津、重庆、湖北、福建 8个省市先后开启了碳排放权交易市场,涵盖 14亿 tCO2的年排放配额总量和 3000 家重点排放单位。地方碳排放交易市场先后运行,也开启了我国通过建立碳交易体系实现低成本减排的积极探索。在多年的酝酿和准备之后,2021 年 7 月全国性碳排放交易市场如期启动,?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?139 2162家发电企业参与其中,年覆盖约 45亿吨二氧化碳排放量,成为全球规模最大的碳排放交易市场,中国再次获得全球聚焦。中国碳市场的启运表明我国对于市场化碳交易减排机制的肯定,在未来长期的减排进程中,全国碳交易市场将扮演着至关重要的角色,是推动我国经济发展方式绿色低碳转型,低成本实现“3060”双碳目标的关键。本文以下章节就我国地方及全国碳排放权交易市场分别进行介绍。(二)地方各省市试点碳交易市场(1)试点碳市场启动进程 2011 年 10 月 29 日,国家发展改革委办公厅发布关于开展碳排放权交易试点工作的通知(发改办气候(2011)2601 号),同意在北京市、天津市、上海市、重庆市、湖北省、广东省及深圳市开展碳排放权交易试点工作。2013 年 6月开始,深圳市、上海市、北京市、广东省、天津市、湖北省、重庆市试点碳排放权交易市场相继启动了线上交易。另外,2016 年年底,福建省开始运行碳排放权交易市场。具体启动进程如下图所示。图 5.6 各省市碳排放权交易试点市场启动时间 (2)试点碳市场机制设计 各地方政府高度重视碳市场的建设工作,在建设前期制定了相应的法律规章,包括有政府规章、规范性文件、人大立法法规等,以稳步推进碳市场建设。同时借鉴欧盟及早期碳市场交易体系的相关做法,结合各地区实际情况制定了深圳市2013年 6 月 18日 北京市2013年 11月 28 日 天津市2013年 12月 26 日 重庆市2014年 6 月 19日 上海市2013年 11月 26 日 广东省2013年 12月 18 日 湖北省2014年 4 月 2日 福建省2016年 12月 22 日 2011 年 启动试点 工作?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?140 有针对性地碳市场机制,包括:确定覆盖范围,建立温室气体监测、报告和核查制度,配额分配设计,制定配额清缴履约、抵销规则及惩罚机制等,最终形成各具特色的碳排放权交易试点市场。机制设计基本情况说明如下。覆盖范围 在覆盖范围确认上,八试点市场均涉及电力、钢铁、水泥和石化等重工业行业。湖北、广东、福建和天津试点作为工业大省市,纳入排放标准相对较高;北京、上海、深圳服务业占经济比重较大,纳入排放标准较低,除工业企业外还纳入了非工业领域,如建筑、交通行业等。在纳入温室气体方面,八试点中仅有重庆将京都议定书所规定的 6 种温室气体全部纳入,其余省市均仅纳入 CO2一种气体。各省市具体覆盖范围见表 5.4。温室气体监测、报告和核查(MRV)制度 在温室气体监测量化上,八试点市场中均制定有各自的核算规则,具体如下:天津公布了包括电力热力、钢铁、化工、炼油和乙烯 4 个行业的排放核算指南以及一个综合型行业排放核算指南。上海市在 2013年 1月已制定完成了上海市纳入交易的 9大重点排放行业的MRV指南。湖北发布了 12个行业企业温室气体量化指南,在试点省市中数量最多;广东省制定了包括火力发电、钢铁、石化、水泥、民航和造纸行业的碳排放核算指南。重庆制定了部分行业的企业碳排放核算和报告指南。北京公布有热力生产、火力发电、水泥制造等企业排放核算指南,还公布了其他服务业企业排放核算指南。福建制定有纳入各行业的补充数据表,用于核算福建省交易配额发放。在报送方面,各试点均明确了相应的排放报告及核查报告报送时间节点,基本为每年度第一季度完成排放报告报送,5 月或 5 月前完成核查工作,6 月底前开始履约。具体时间受各地工作进程安排、疫情管控等因素影响会有所调整。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?141 在核查上,为了保证第三方核查报告质量,八试点均对第三方核查机构准入门槛进行了设定,常见如核查机构必须在试点内注册、具备相应领域的专业人员和业绩证明等。配额分配 在配额分配中,重庆采取企业自行上报,政府总量控制与企业博弈相结合的方法,其他各地市基本采取基准法、历史强度法、历史排放法进行配额分配。个别试点已开始引入有偿配额机制,如广东省 2021 年度配额分配上规定钢铁、石化、水泥、造纸行业免费配额比例为 96%,必须额外购买 4%的有偿配额,对于新建项目有偿配额比例则达到 6%;天津市则在 2019年开始配额有偿竞买。履约机制 八试点履约期均集中在6 月份,在碳试点刚刚开始初期,除上海外很多试点在实际履约的时候履约期都略有延迟,这种现象在试点运行2-3年后都得到了很大改善。抵消机制 各碳市场在履约时允许控排企业使用 CCER 作为补充,履行清缴抵消义务。履约时按照每吨 CCER 等于 1tCO2排放配额进行计算。各试点对于 CCER 的清缴比例规定不一,天津、湖北、深圳、广东均清缴比例可达到 10%,其余试点均低于 10%;同时各试点对于 CCER 产生的地域、类型和时间等均有不同程度的限制,具体见表 5.4。惩罚机制 各试点均设置有惩罚机制保障碳市场的运转。从制定的惩罚政策上看,各试点制定的惩罚力度基本在几万元或者几十万元的罚款区间,对于年产值上亿元的大型控排企业,这些罚款力度显然不够,法律约束力明显不足。惩罚力度不够直接导致重点控排企业对碳市场的强制力缺乏信心,对于是否积极参与交易保留态度。因此为保证碳市场机制的长期有效运行,更严格的惩罚机制应尽快出台,支撑碳市场信心。?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?142 表 5.4 各地方碳排放权交易机制设计汇总 试点区域 立法形式 覆盖行业 纳入门槛 配额分配方法 国家核证自愿减排量(CCER)抵销比例 处罚措施 北京市 地方人大立法关于北京市在严格控制碳排放总量前提下开展碳排放权交易试点工作的决定;地方政府规章北京市碳排放权交易管理办法(征求意见稿)工业:电力、热水、水泥、石化等;服务业:交通运输业 CO2排放量5000 t/a 历史排放法、历史强度法、行业基准法(针对新增设施)不高于当年履约排放量的 5%超出配额碳排放量,按照市场均价的 35 倍罚款 上海市 地方政府规章上海市碳排放管理试行办法 工业:钢铁、石化、化工、电力、有色、建材、造纸、橡胶、化纤;非工业:航空、路、商业、宾馆、港口、机场、铁路、商业、宾馆、金融、水运 工业:CO2排放量20 000 t/a;非工业:CO2排放量10 000t/a 历史排放法、历史强度法、行业基准法 分配配额量的 5%;年度基础配额的 1%5 万10 万元罚款 天津市 规范性文件天津市碳排放权交易管理暂行办法 钢铁、石化、化工、电力、热力、石化、油气开采、建材、造纸、航空 CO2排放量20 000 t/a 历史排放法、历史强度法、行业基准法(针对新增设施)不超过企业年度排放量的 10%3 年内不享有贷款、扶持等方面的优先资格 重庆市 规范性文件重庆市碳排放权交易管理暂行办法 电解铝、钛合金、电石、烧碱、水泥、钢铁等 CO2排放量20 000 t/a 企业自行申报所需配额 不超过该年度企业审定排放量的 8%通报批评,3 年内不评先进?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?143 试点区域 立法形式 覆盖行业 纳入门槛 配额分配方法 国家核证自愿减排量(CCER)抵销比例 处罚措施 广东省 地方政府规章广东省碳排放管理试行办法 电力、钢铁、水泥、石化、造纸、航空 CO2排放量20 000 t/a,或综合能耗10 000tec/a 历史排除法、行业基准法、历史强度下降法 不超过企业上年度排放量的 10%,本地CCER 占 70%以上 5 万元以下罚款 湖北省 地方政府规章湖北省碳排放权管理和交易暂行办法 电力、钢铁、水泥、化工、非金属、玻璃、造纸等 16 个行业 20142016 年任意一年综合能耗10000tce/a 历史强度法、历史排放法、行业基准法 不超过年度初始配额 的 10 万元以下罚款 深圳市 地方人大立法深圳经济特区碳排放管理若干规定;地方政府规章深圳市碳排放权交易管理暂行办法 工业:电力、热力、水务制造业等;公共建筑:机关建筑 企业 CO2排放量3000t/a;公共建筑面积20000m;机关建筑面积10000 m 行业基准法、目标碳强度法、历史强度法 不超过企业年度排放量的 10%超出配额碳排放量,按照前 6 个月市场均价 3 倍罚款 福建省 地方政府规章福建省碳排放权交易管理暂行办法 电力、建材、有色、钢铁、化工、石化、造纸、民航、陶瓷 CO2排放量26000 t/a 历史强度法、行业基准法 林业碳汇项目减排量不超过企业年度排放量的 10%;其他项目减排量不超过企业年度排放量的5%超出配额部分,按照前一年配额市场均价 1 至 3倍的罚款,但罚款金额不超过 3万元?中国建筑行业碳达峰碳中和研究报告?144(3)试点碳市场运行情况 试点碳交易市场 八试点中,除福建省为 2016年年底运行外,其余省市均为2013年、2014年启运。体现在成交总量上,广东、湖北累计成交量较高,深圳、上海、北京其次,天津、重庆较低,福建因运行时间短,交易总量最低。截至 2021 年 12 月31 日,试点碳市场配额现货累计成交量达 5.26 亿吨,成交额 128.4 亿元,包括线上、线下及拍卖交易量,具体如下图所示。图 5.7 各地方碳市场累计成交量(截至 2021年 12 月 31 日)在成交价上,不同碳市场价格差异明显

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    中国热泵发展路线图-建筑领域中国节能协会.China Energy Conservation Association October,Chinas Heat Pump Development Roadmap for the Building Construction Sector研究团队同时感谢以下专家在项目研究过程中作出的贡献:【徐稳龙 中国建筑设计咨询公司】【周大地 中国能源研究会】【胥小龙 中国建筑节能协会】【胡润青 国家发改委能源所】【丁国良 上海交通大学】【张 旭 同济大学】【李 忠 中国建筑科学研究院有限公司】【徐昭炜 中国建筑科学研究院有限公司】【刘 猛 中国标准化研究院资环分院】【胡 珊 清华大学建筑节能研究中心】【成 岭 中国电科院能效所】【李德智 中电联电能替代电能替代产业发展促进分会】关于作者中国节能协会热泵专业委员会(以下简称专业委员会)是中国节能协会下设分支机构之一,成立于2014年8月,是由中国境内从事与热泵相关的研究、生产、经营、投资和咨询业务的企业单位和个人组成的热泵行业组织。专业委员会宗旨是整合及协调产业资源,提升专业委员会成员在热泵技术、产品、业务的研究、开发、制造、集成、服务水平,促进热泵产业的快速健康发展,推进热泵技术、产品的推广和应用;通过长效、严格的专业委员会机制,加强行业自律,遵纪守法,遵守社会道德风尚;通过开展各项活动,为热泵产业发展服务,在政府与企业之间发挥桥梁和纽带作用。联系邮箱:致谢本研究由【中国节能协会热泵专业委员会】统筹撰写,由能源基金会提供资金支持。本研究是【能源基金会低碳城市项目/工作组下的课题】。在本项目研究过程中,研究团队得到了【哈尔滨工业大学热能应用省级工程研究中心、重庆美的通用制冷设备有限公司、上海海立电器有限公司、艾默生环境优化技术(苏州)有限公司、格兰富水泵(上海)有限公司、威乐(中国)水泵系统有限公司、北京智信道科技股份有限公司(产业在线)】的大力支持,包括:【宋忠奎 赵恒谊 倪龙 骆名文 徐志海 谢滢 袁磊 何东坡 杨洁 王水 王跃 王珺 侯冲冲】等,在此向他们表示诚挚感谢。关于项目单位/关于能源基金会能源基金会是在美国加利福尼亚州注册的专业性非营利公益慈善组织,于1999年开始在中国开展工作,致力于中国可持续能源发展。基金会在北京依法登记设立代表机构,由北京市公安局颁发登记证书,业务主管单位为国家发展和改革委员会。能源基金会的愿景是通过推进可持续能源促进中国和世界的繁荣发展和气候安全。我们的使命是通过推动能源转型和优化经济结构,促进中国和世界完成气候中和,达到世界领先标准的空气质量,落实人人享有用能权利,实现绿色经济增长。我们致力于打造一个具有战略眼光的专业基金会,作为再捐资者、协调推进者和战略建议者,高效推进使命的达成。我们的项目资助领域包括电力、工业、交通、城市、环境管理、低碳转型、策略传播七个方面。通过资助中国的相关机构开展政策和标准研究,推动能力建设并促进国际合作,助力中国应对发展、能源、环境与气候变化挑战。除上述七个领域的工作,我们还致力于支持对中国低碳发展有重要影响的综合性议题的研究和实践,并成立了六个综合工作组:中长期低碳发展战略、城镇化、煤炭转型、电气化、空气质量、国际合作。截至2022年底,能源基金会资助的项目已达到3693个,赠款金额累计近4.5亿美元。受资助单位917家,其中包括国内外一流的政策研究机构、高等院校、行业协会、地方节能机构和非政府组织等,例如国家应对气候变化战略研究和国际合作中心、生态环境部环境规划院、中国科学院、清华大学、北京大学、中华环保联合会、中国国际民间组织合作促进会等。2022年机构项目资金8136万美元,当年新增项目数413个,机构员工67人。免责声明-若无特别声明,报告中陈述的观点仅代表作者个人意见,不代表能源基金会的观点。能源基金会不保证本报告中信息及数据的准确性,不对任何人使用本报告引起的后果承担责任。-凡提及某些公司、产品及服务时,并不意味着它们已为能源基金会所认可或推荐,或优于未提及的其他类似公司、产品及服务。前 言2021年9月21日,习近平主席在第七十六届联合国大会一般性辩论上的讲话指出:“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和,这需要付出艰苦努力,但我们会全力以赴”。自去年以来,国家出台了确保碳达峰碳中和双碳目标实现的政策体系文件,陆续发布了包括能源绿色转型行动、城乡建设领域等碳达峰实施方案,以及科技、碳汇、财税、金融等一系列支撑保障措施,提出推动能耗双控逐步转向碳排放双控。这些政策措施有力促进了中国绿色低碳高质量发展,也促进了热泵应用的增长,尤其在建筑领域。建筑领域消耗大量的热量,而热泵是电力转化为热量的最佳途径,也契合终端用能电气化发展需求。热泵技术作为绿色低碳的热能供应方案,是建筑领域供热替代化石能源、实现碳中和的必然路径。但目前我国热泵的市场渗透率仍然较低,热泵技术在建筑领域应用发展仍然存政策、市场、供应链、标准、用户认知等诸多障碍。如何破解这些障碍,提振行业信心,促进中国热泵在建筑领域的蓬勃发展,关系到城乡建设方式的绿色低碳转型。为此,中国节能协会热泵专业委员会会同有关单位共同研制并发布中国热泵发展路线图-建筑领域(以下简称路线图)。路线图以中共中央 国务院 关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见、2030年前碳达峰行动方案、城乡建设领域碳达峰实施方案等为上位政策,立足新发展阶段,坚持系统观念,以绿色低碳发展为引领,依托城市更新行动和乡村建设行动,统筹设计热泵产业在建筑领域的应用发展路线,促进高质量发展的同时,不断满足人民群众对美好生活的需要。同时,我们认识到碳达峰碳中和这场广泛而深刻的经济社会系统性变革的复杂性,充分考虑国际国内形势和城乡建设领域实际,立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,积极稳妥推进碳达峰碳中和,结合绿色低碳城市、县城和乡村建设与转型,合理把握热泵产业在建筑领域发展的节奏,预估不同阶段政策需求和重点领域任务。路线图锚定2030年前城乡建设领域碳排放达到峰值、力争到2060年前城乡建设方式全面实现绿色低碳转型的阶段目标,立足我国热泵产业本身,坚持因地制宜,区分城市、乡村、不同气候区、不同用热需求,科学确定建筑领域热泵发展路线。坚持创新引领,加强核心技术攻坚,健全热泵产业链条,完善相关技术标准体系,并充分发挥政府主导和市场机制作用,形成有效的热泵发展激励约束机制。路线图分情景预测了双碳目标下热泵在中国市场的潜在规模,梳理了热泵产业在政策、市场、技术方面存在的发展障碍,并提出对应发展建议,并在双碳目标的指引下,研制了中国热泵产业在建筑领域应用发展的路线图。研究中充分吸纳了宏观政策、热泵制造与产业链、建筑领域、电力领域、标准制定及国际国内相关行业组织等方面的专家意见。希望路线图的发布能够更好推动中国热泵产业发展,助力城乡建设领域碳达峰碳中和工作,提升建筑终端电气化水平,为政府有关部门决策提供支撑和参考,并为热泵行业的发展提供方向引领。摘 要 摘 要 中国热泵发展路线图-建筑领域(以下简称路线图)锚定 2030 年前城乡建设领域碳排放达到峰值、力争到 2060 年前城乡建设方式全面实现绿色低碳转型的阶段目标,立足新的经济发展阶段,统筹设计热泵产业在建筑领域的应用发展路线。路线图通过梳理热泵技术、应用情景、减碳效益、建筑电气化率、可再生能源应用和减碳成本等,指出热泵技术是中低温供热领域实现碳中和的必然路径。路线图以供暖热泵和热水热泵为研究范围,通过梳理中央和地方政策和行业监管体系等,参考热泵行业年报的数据,对中国热泵的技术现状和市场现状进行了评估。路线图分别按碳中和情景(CNS)和自然增长情景(NGS),预测了双碳目标下热泵在中国热水市场和供暖市场的潜在规模。路线图在明确热泵碳减排计算方法的基础上,分别对热泵供热、热泵供暖、热泵热水进行了碳减排分析,给出了到 2060 年热泵在供热、供暖、热水三个领域的碳减排量。路线图通过问卷调查和电话采访的形式,梳理了中国热泵产业在政策、市场、技术方面存在的发展障碍,详细阐述了热泵行业当前所存在的政策障碍、市场障碍、供应链障碍、标准障碍及用户障碍等,并提出对应发展建议。路线图根据项目团队的趋势研判及障碍分析,总结出未来我国热泵发展将呈现出的显著特点,项目团队在双碳目标的指引下,研制了中国热泵产业在建筑领域应用发展的路线图。路线图研究中充分吸纳了宏观政策、热泵制造与产业链、建筑领域、电力领域、标准制定及国际国内相关行业组织等方面的专家意见。希望路线图的发布能够更好推动中国热泵产业发展,助力城乡建设领域碳达峰碳中和工作,提升建筑终端电气化水平,为政府有关部门决策提供支撑和参考,并为热泵行业的发展提供方向引领。Abstract The Chinas Heat Pump Development Roadmap for the Building Construction Sector,hereafter referred to as the Roadmap,is geared towards achieving two critical milestones:peaking carbon emissions in urban and rural construction by 2030 and pursuing a holistic transition towards green and low-carbon building practices by 2060.Anchored in this new phase of economic development,the Roadmap outlines a strategic plan for the application and development of the heat pump industry within the building construction sector.The Roadmap outlines the inevitability of heat pump technology as the pathway to achieving carbon neutrality in the mid to low-temperature heating sector.It delves into the heat pump technology,its application scenarios,carbon reduction benefits,building electrification rates,the utilization of renewable energy,and the associated carbon reduction costs.The scope of the Roadmap encompasses heat pumps for heating and domestic hot water.It assesses the current state of technology and the market in China by scrutinizing central and local policies and industry regulations and referencing data from annual reports within the heat pump industry.The Roadmap presents projections for the potential scale of heat pumps in the Chinese domestic hot water and heating markets under two scenarios:the Carbon Neutrality Scenario(CNS)and the Natural Growth Scenario(NGS).With a well-defined methodology for calculating heat pump-related carbon emissions reductions,the Roadmap conducts distinct analyses for carbon reduction in heat pump heating,heat pump space heating,and heat pump hot water.It outlines the anticipated carbon emissions reductions in these three domains by 2060.The Roadmap thoroughly examines the impediments facing the development of the heat pump industry in China in terms of policies,markets,and technology.The project team carried out the assessment by interviewing manufacturers and industrial authorities.It provides a detailed discussion of the existing challenges,encompassing policy barriers,market constraints,supply chain issues,standardization hurdles,and user-related obstacles within the heat pump sector.The Roadmap offers corresponding recommendations for development.Drawing on trend analysis and obstacle assessments made by the project team,the Roadmap highlights the significant characteristics that will define the future of the heat pump industry in China.Under the guidance of the dual carbon targets,the project team has crafted a development roadmap for the application of heat pump technology in the construction sector of China.The Roadmap has extensively considered expert opinions from various sectors,including macroeconomic policies,heat pump manufacturing and supply chains,the construction industry,the power sector,standardization efforts,and relevant international and domestic industry organizations.The publication of the Roadmap is expected to play a pivotal role in furthering the development of the Chinese heat pump industry,supporting carbon peaking and carbon neutrality initiatives in urban and rural building construction sectors,elevating the level of electrification in building end-users,providing essential support and references for government decision-makers,and guiding the direction of the heat pump industrys growth.?1.?2.?2.1?2.2?2.3?3.?3.1?3.1.1?3.1.2?3.1.3?3.2?3.3?3.4?3.5?4.?4.1?4.2?4.3?4.4?4.5?4.5.1?4.5.2?4.5.3?4.5.4?5.?5.1?3568881213131313141515161618181819212223242526282812930303133333535353737394141425.2?5.3?5.3.1?5.3.2?5.3.3?5.3.4?6.1?6.2?6.3?6.3.1?6.3.2?6.4?6.4.1?6.4.2?2附录 中国热泵发展路线图-建筑领域44?899910111112121314141414151516161719192020202122222324?2-1?2-2?2-3?2-4?2-5?2-6?2-7?2-8?2-9?3-1 2018-2022?%?3-2 2018-2022?%?3-3 2018-2022?%?3-4 2018-2022?3-5 2018-2022?3-6 2018-2022?%?3-7 2018-2022?%?3-8?3-9?3-10 2022?4-1?4-2?4-3?4-4?4-5?CNS?4-6?4-7?4-8?4-9?4-10?3?242526262728293739404243?4-11?CNS?4-12?4-13?CNS?4-14?4-15?CNS?5-1?5-2?6-1?6-2?6-3?6-4?6-5?4?23表 4-1 建筑供热基准线情景?51?2020?9?22?2030?2060?“?”?Heat Pump?2021?31%?CO2?CO2?33%?14%?19%?2020?50?GJ?51.0%?18.6%?19.6%?10.8%?42.9EJ?50p%?2060?2.29?tCO2/?6.54?tCO2/?74%?3.04?tCO2/?46%?2060?1.06?tCO2/?41%?1.52?tCO2/?1.05?tCO2/?70%?55.8%?69.4%?14%?29.7%?76.4%?7%?6?145?/tCO2?60%?5%?7?2?2.1?2-1?2-1?2.2?35kW?“?”?2-2?8?2-2?50kW?“?”?“?”?2-3?2-4?2-3?2-4?9?14kW?2-5?2-5?35kW?2-6?10?2-6?2-7?2-7?.?11?2.3?2-8?2-8?(?3kW?)?24?2-9?2-9?12?3.?3.1?3.1.1?2030?2022?281.1?13.5%?2018?-2022?3-1?3-1 2018-2022?%?3.1.2?图3-2为空气源热泵内销市场规模。2018?2022?2020?-2.2%?2021?13.6%?2022?211.6?6.3%?3-3?2021?48.6?93.6%?2022?69.5?43.0%?170.6186.0200.4247.7281.19.0%7.7#.6.5 18?2019?2020?2021?2022?050100150200250300?0510152025303540?%?13?3-2 2018-2022?3-3 2018-2022?%?%?3.1.3?2022?120.7?67.5?23.4?2018-2022?3-4?3-5?137.3?2022?19.8?2022?57.0%?31.9%?11.1%?3-4 2018-2022?3-5 2018-2022?15.118.925.148.669.525.22.8.6C.0 18?2019?2020?2021?2022?020406080?050100150?%?74.677.368.971.167.580.190.791.1109.3120.79.311.315.318.723.42018?2019?2020?2021?2022?0306090120150?139.3148.3139144.8137.386.8112.8107.8116.7104.72.314.21516.419.82018?2019?2020?2021?2022?020406080100120140160180200?14?3.2?2022?12.0?2021?4%?2018-2022?3-6?3-6 2018-2022?%?3.3?2022?293.1?12.6%?2018-2022?3-7?3-7 2018-2022?%?185.0199.6212.9260.2293.17.9%6.7.2.6 18?2019?2020?2021?2022?050100150200250300?0510152025303540?%?15?3.4?2022?4.21%?2021?0.34%?3-8?2020?4.08%?2021?4.50%?0.42%?2022?5.04%?3.73%?10.25%?2021?0.54%?3-9?2020?3.29%?2021?3.53%?0.24%?2022?2021?0.24%?3.77%?3-8?3-9?3.5?3-10?2022?2022?11.8?2.8?2?40.5%?7.1?59.5%?2030?40?4.08%4.50%5.04R2.30587.84671.232020?2021?2022?0123456?%?01002003004005006007008009001000?3.29%3.53%3.777.591078.911181.532020?2021?2022?012345?%?0200400600800100012001400160018002000?16?3-10 2022?17?4.?4.1?CNS?Carbon Neutrality Scenario,CNS?NGS?Natural Growth Scenario,NGS?CNS?2060?2022?2060?Logistic?COP?CNS?2023?2060?CNS?NGS?2018?Compound Annual Growth Rate?CAGR?2023?2060?4.2?4-1?4-2?CNS?NGS?2023?2060?2022?242?192?NGS?2030?2060?381?367?1578?1436?CNS?2030?810?797?2022?568?605?2060?5070?4337?2022?4828?4245?CNS?59228?4-1?53530?4-2?18?4-1?4-2?4.3?CNS?NGS?4-3?4-4?20232060?2022?105?125?NGS?2030?2060?196?274?689?1014?CNS?2030?447?599?55.19%?75.16%?2060?2135?2994?42.11%?67.48%?19?4-3?4-4?4-5?2022?2030?2060?CNS?2060?78%?2320?4-5?CNS?20?2022?29%?2060?22%?674?4.4?CNS?NGS?4-6?4-7?20232060?2022?137?68?NGS?2030?2060?185?889?93?422?CNS?2030?363?198?44.81%?24.84%?2060?2934?1442?57.89%?32.50%?4-6?21?4-7?4-8?4-8?2022?2030?2060?2022?65%?44?2030?54%?107?2060?68%?978?2022?35%?24?2030?46%?91?2060?32%?464?2030?4.5?22?4.5.1?4-1?4-9?4-1?4-9?COP?100%?100%?100%?50% ?10% ?40%?50% ?10% ?40%?40% ?50%?23?4.5.2?4-10?20222060?CNS?2022?0.41?tCO2/?2060?4.34?tCO2/?2060?0.78?tCO2/?4-10?4-11?CNS?2022?0.33?tCO2/?0.08?tCO2/?2030?0.70?tCO2/?0.20?tCO2/?2060?2.63?tCO2/?1.71?tCO2/?4-11?CNS?24?4-11?COP?CNS?COP?4.5.3?4-12?20222060?2022?0.33?tCO2/?2060?2.63?tCO2/?2060?0.62?tCO2/?4-12?4-13?CNS?2060?0.94?tCO2/?35.74%?0.62?tCO2/?23.57%?0.99?tCO2/?37.64%?0.08?tCO2/?3.04%?25?4-13?CNS?4.5.4?4-14?20222060?2022?0.08?tCO2/?2060?1.71?tCO2/?4-14?26?4-15?4-15?CNS?2060?0.98?tCO2/?57.31%?0.73?tCO2/?42.69%?4-15?CNS?27?5.?5.1?5-1?31.04%?21.78%?20.98%?10.48%?15.72%?5-1?28?5.2?5-2?5-2?5-2?“?”?“?”?10.28%?9.76%?“?”?9.71%?8.49%?“?”?1.43%1.71%1.91%2.00%2.57%2.57%2.86%2.86%3.88%4.08%4.08%4.12%4.52%4.55%4.86%6.63%7.11%8.49%9.71%9.76.28%?024681012?%?29?7.11%?5.3?5.3.1?1.?CCER?2.?“?”?“?”?3.?2020?GEG?2026?30?4.?2009?5.?“?”?“?”?“?”?“?”?“?”?5.3.2?6.?31?7.?8.?9.?“?”?10.?32?5.3.3?11.?12.?2015?T/CECA-G 0022-2019?T/CECA-G 0209-2022?5.3.4?13.?33?14.?15.?34?6.?CNS?6.1?1?2030?2?3?2030?2060?6.2?6-1?35?2024-2030“?”?2031-2045“?”?CCER?2046-2060“?”?36?6-1?6.3?6.3.1?6-2?37?2024-2030“?”?2031-2045“?”?2046-2060“?”?38?6-2?6.3.2?6-3?2024-2030“?”?39?2031-2045“?”?2046-2060“?”?6-3?40?6.4?6.4.1?中国热泵建筑应用商用热水发展子路线图如图 6-4所示。2024-2030“?”?2031-2045“?”?2046-2060“?”?41?6-4?6.4.2?6-5?2024-2030“?”?42?2031-2045“?”?2046-2060“?”?6-5?43中国热泵发展路线图-建筑领域附录 中国热泵发展路线图-建筑领域44

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  • 清华大学:2023城市建筑光储直柔系统构建模式与工程示范研究报告(130页).pdf

    中国光储直柔建筑发展战略路径研究(二期)Research on the Strategic Path of PEDF Buildings in China(Phase II)子课题 2:城市建筑光储直柔系统构建模式与工程示范 Task 2:PEDF Building System Construction Mode and Engineering Demonstration in Urban Area 深圳市建筑科学研究院股份有限公司深圳市建筑科学研究院股份有限公司 2023 年年 12 月月 15 Shenzhen Institute of Building Research Co.,Ltd Dec 15,2023 致谢致谢 本研究由深圳市建筑科学研究院股份有限公司统筹撰写,由能源基金会提供资金支持。ACKNOWLEDGEMENT This report is a product of Shenzhen Institute of Building Research Co.,Ltd and is funded by Energy Foundation China.免责声明免责声明 -若无特别声明,报告中陈述的观点仅代表作者个人意见,不代表能源基金会的观点。能源基金会不保证本报告中信息及数据的准确性,不对任何人使用本报告引起的后果承担责任。-凡提及某些公司、产品及服务时,并不意味着它们已为能源基金会所认可或推荐,或优于未提及的其他类似公司、产品及服务。Disclaimer-Unless otherwise specified,the views expressed in this report are those of the authors and do not necessarily represent the views of Energy Foundation China.Energy Foundation China does not guarantee the accuracy of the information and data included in this report and will not be responsible for any liabilities resulting from or related to using this report by any third party.-The mention of specific companies,products and services does not imply that they are endorsed or recommended by Energy Foundation China in preference to others of a similar nature that are not mentioned.1 执行执行摘要摘要 一、一、背景与背景与总体进展总体进展 城市建筑逐步成为能源的消费主体。根据清华大学建筑节能研究中心发布的中国建筑节能年度发展研究报告 2022显示,2020 年全国建筑运行能耗总量为 10.6 亿 tce,占全国能源消费总量比重为21%。2020 年全国建筑运行碳排放总量为 21.8 亿 tCO,其中直接碳排放占比 27%,电力相关间接碳排放占比 52%。随着经济结构调整,上述比例未来还会进一步提高。中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见明确到 2060 年我国非化石能源消费比重达到80%以上。同时,2030 年前碳达峰行动方案明确提出要提高建筑终端电气化水平,建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。城乡建设领域碳达峰实施方案也明确提出推动智能微电网、“光储直柔”、蓄冷蓄热、负荷灵活调节、虚拟电厂等技术应用,优先消纳可再生能源电力,主动参与电力需求侧响应。光储直柔既是建筑实现建筑自身减排、减少间接碳排放的重要技术,更是与电网互动、解决电力平衡的关键技术。中国光储直柔建筑战略发展路径研究一期成果表明:目前以煤电为主的电力系统和未来以风光电为主的电力系统,均可通过光储直柔技术提供柔性负载解决灵活电源严重不足的问题,且光储直柔将着力解决电力日平衡需求。因此,本项目拟开展城市建筑光储直柔以“柔”为主,从系统构建方法和示范工程应用推广两个方面开展研究工作,具体包括城市建筑光储直柔技术方案、光储直柔工程方案咨询和工程案例集编制 2 等三项具体活动。项目执行周期为 2022 年 8 月至 2023 年 9 月。按照任务书约定,项目已完成城市建筑光储直柔技术方案、完成光储直柔工程方案咨询 6 项,并完成光储直柔案例集的编制和出版。本项目得到了能源基金会和多位行业专家的支持,执行进展顺利,完成任务书约定的工作计划。二、城市建筑光储直柔技术方案城市建筑光储直柔技术方案 项目组以形成“只进不出”的城市光储直柔技术方案为目标,首先以城市片区(配电台区)为研究对象,分析了不同片区建筑规划条件下,区域分布式屋顶光伏的安装、利用潜力,明确了城市高密度的城市形态下,区域屋顶光伏的安装容量上限和本地消纳能力;其次分析了配电台区负荷形态对配电台区一次能源利用效率和配电线路损耗的影响,再次针对某城市规划片区进行了案例分析,确定区域光伏安装容量和本地自消纳能力,确定了区域配电系统架构和需要配置储能进行光伏消纳的重点项目。通过上述研究,明确了城市区域条件下“只进不出”光储直柔技术方案的光伏消纳目标,并结合实际工程项目规划和设计对区域“光储直柔”系统应用进行方案规划,形成经济合理的光储直柔配置方案。2 2.1.1 城市区域光伏安装潜力评估城市区域光伏安装潜力评估 高密度城市形态下屋顶光伏安装容量受到建筑相互遮挡关系的影响。整体而言,区域开发强度越大,建筑之间的遮挡情况越严重,即建筑容积率和建筑密度越大,屋顶可利用布置太阳能光伏的面积越小。在不同太阳能资源区域内受遮挡影响的程度不同,在全年太阳能总辐射量较大的I类区域内,光伏经济利用比例受遮挡的影响较小,只在容积率大于 2.5 和建筑密度大于 35%的情况下会有轻微的影响。对于全年太阳能总辐射量较小的III、IV类区域,遮挡的影响非 3 常显著。同时,也发现在相同太阳能资源区内,屋顶光伏经济利用比例!与太阳高度角呈正相关,即太阳高度角越大,屋顶光伏经济利用比例!越高。图图 1 1 城市形态对典型城市屋顶光伏利用潜力影响城市形态对典型城市屋顶光伏利用潜力影响 2 2.2.2 城市区域城市区域光伏光伏消纳能力分析消纳能力分析 本项目以深圳市为例,采用深圳市典型建筑模型,通过改变规划设计参数得到不同城市区域的规划方案,并对其全年运行进行模拟,计算不同城市规划方案的光伏自给率与自用率,比较分析城市形态对可再生能源可利用潜力的影响。整体来看,高开发强度的区域太阳能光伏发电量能够得到充分的利用,而低开发强度的区域通常会由于区域建筑用电负荷同光伏发电曲线的不匹配导致弃电现象或向电网大量返送电力。其中商业型区域的自用率可高达 98%,说明从充分利用光伏发电的角度来看,商业建筑具有明显的优势。其次是居住建筑,居住建筑白天负荷较为均匀,并不存在白天大量浪费光伏发电的情形,因此自用率较高。相比其他类型区域,办公型区域的光伏自用率只有 86%。办公类型的建筑虽然在天的时间尺度上用电负荷同光伏发电曲线匹配较好,但在周末和节假日时间办公类型的建筑用电负荷小,因此从全年的角度来看,办公建筑为主的区域 4 会出现明显光伏弃电现象。图图 2 2 城市形态对办公型区域的光伏自给率和自用率城市形态对办公型区域的光伏自给率和自用率 2 2.3.3 城市区域光储直柔配置案例城市区域光储直柔配置案例 本研究以深圳市某片区面积约 1.9 平方公里为研究对象,区域建筑面积约 337 万,其中北区总建筑面积约 41 万,包含国际会议区及其高端配套酒店、园林会议区和精品会议楼,南区总建筑面积约 296万,布局高层办公、特色商业、酒店、文化、居住及配套设施。本研究首先对区域能耗量和负荷时空分布情况进行了情景分析。根据各类建筑用电负荷情况测算得到区域总体用电量为37432万kWh,北区占区域总用电量 13%;中区占区域总用电量 87%,负荷呈现北低南高的态势。北区建筑以会展类建筑负荷为主,全年波动性较大。整体从需求侧角度评估,在包括充电桩负荷影响下,该片区尖峰负荷特征明显,20%尖峰负荷运行时间100h,全年时间占比约 1.1%,有较大的削峰潜力和储能应用潜力。在建筑光伏安装利用潜力方面,依据规划情景,综合考虑经济性、5 片区低碳规划要求,可实现片区可再生能源利用率 5.6%。整体来看,区域光伏安装容量占区域建筑能耗比例较小,光伏发电都可在本地消纳。但区域内会展类型建筑,由于屋顶光伏安装容量大,使用不规律,因此在非空调季节会有现状的光伏余电。图图 3 3 案例片区案例片区负荷波动和负荷波动和建筑光伏消纳情况建筑光伏消纳情况 通过对区域负荷和光伏发电的规律的分析,根据每个规划单元或地块的建筑负荷特征、光伏资源条件、建筑功能特点,综合考虑电化学储能的规划布局,提出了交直流混合的区域新型配电系统方案。方案根据削峰填谷、容量管理、需求响应、备用电源、光伏消纳等不同的应用目的,规划了各规划单元或地块的用户侧储能形式和容量配置。根据深圳市分时电价政策,在目前不同储能系统成本条件下,静态回收期约为 7.4 年,后继结合用户侧储能峰谷套利与容量管理,随着电力辅助服务市场的逐步成熟,需求响应次数的增加,系统的静态回收期将大幅度缩减。6 图图 4 4 案例片区配电系统规划方案案例片区配电系统规划方案 三、三、光储直柔示范工程方案咨询光储直柔示范工程方案咨询 本项目依托中国建筑节能协会光储直柔专委会组建了行业专家库。基于光储直柔工程应用案例调研,开展了6项工程光储直柔技术方案研讨与论证。针对每一个工程项目特点及光储直柔建设目标,在技术方案设计阶段定期组织专家评审,识别建筑光伏、建筑储能、直流配电设计、柔性控制策略等技术应用情况与系统方案的适用性、可行性、经济性等,提出论证意见与方案优化建议,推动项目建设方实现光储直柔技术落地实践。3 3.1.1 行业专家库组建行业专家库组建 本项目 2022 年 10 月完成“光储直柔”行业专家库第一批专家入库。第一批 33 位专家,其中 52%来自设计研究院、18%来自高等院校、18%来自终端设备厂家、9%来自地产商、3%来自学协会。图图 5 5 光储直柔专委会智库专家构成光储直柔专委会智库专家构成 7 3 3.2 2 光储直柔工程论证光储直柔工程论证 本项目分别于 2022 年 10 月、2023 年 4 月和 2023 年 7 月在北京、深圳和青岛三地召开了光储直柔工程技术方案研讨与论证会,分别对6项光储直柔示范工程方案进行了论证,示范工程类型涵盖了教育建筑、商业建筑、办公建筑、居住社区、实验建筑和市政设施等六类城市建筑。图图 6 6 光储直柔示范工程论证项目光储直柔示范工程论证项目 3 3.3 3 推广宣传推广宣传 本项目依托直流建筑联盟公众号对光储直柔工程技术方案专家论证会分别进行了推送,得到了行业内外的广泛关注和支持,对项目落地具有积极的推动作用。除此以外,论证会的成功举办激发了社会对光储直柔的关注和认识。这将鼓励企事业单位建设以“光储直柔”为主要特征的新型建筑电力系统,发展柔性用电建筑,推广可再生能源建筑应用,为实现能源的高效利用和可持续发展做出了积极贡献。四、四、光储直柔工程案例集编制光储直柔工程案例集编制 本项目于 2023 年 3 月面向全国调研处于已竣工或运行阶段的光储直柔工程应用案例,了解工程分布情况、光储直柔技术应用现状;8 调研共收集了 69 个建筑“光储直柔”案例项目信息。本项目重点选取运行阶段的 26 个建筑案例和 1 个即将完成施工的建筑案例开展文案调研,收集了 27 个项目的文字介绍资料。综合考虑项目建筑类型代表性、项目资料完整性、项目运行效果及项目特色等多方面因素,从已收集文字介绍的 27个项目案例中筛选 17个典型案例开展现场调研考察与数据核实,分析工程案例的技术特点与应用方案等,探讨了建筑光储直柔技术发展路径,同时开展了项目建设者及专家访谈,倾听建设者及专家对于光储直柔建筑规模化发展的建议,并于完成建筑光储直柔技术与工程案例编制和出版,并入选住房和城乡建设领域“十四五”重点培训教材。图图 7 7 建筑光储直柔工程与案例集建筑光储直柔工程与案例集 4.1 4.1 “光储直柔光储直柔”系统系统应用应用分布分布 从太阳能资源利用角度来看,“光储直柔”主要适用于我国大部分地区,尤其是太阳能资源很丰富的北方严寒寒冷地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷(除四川盆地)和夏热冬暖地区。从建筑类型和建筑规模来看,建筑“光储直柔”系统正在逐步从新建建筑扩展到既有建筑,从城市办公建筑推广至商业建筑、校园、产业园区及农村住宅建筑,从中小型的单体建筑向校园、产业园区规模化应用发展。从负载直流化的成熟度来看,建筑中的照明、空调、IT 类办公设备及监测展示设备、家用电器及充电桩可以率先直流化。9 图图 8 8 调研项目类型和气候区分布调研项目类型和气候区分布 4 4.2.2 光伏光伏、储能、储能技术应用特征技术应用特征 调研的建筑均采用了太阳能光伏技术,并采用与市政电网并网连接方式,光伏系统形式以 BAPV(光伏附着在建筑上)形式为主,主要是由于 BAPV 形式光伏组件及安装成本较低,但随着光伏技术的发展进步,光伏组件的效率逐步提高且成本逐渐下降,BIPV(光伏建筑一体化)将成为未来发展趋势。光伏组件安装方式以平面安装(建筑屋顶或地面停车棚)为主,且多采用高效单晶硅双面组件,主要是由于水平面上接收到的太阳辐射量大,单晶硅双面组件效率高,单位面积发电量较大,且单晶硅组件成本较低,投资收益高。调研的“光储直柔”建筑储能系统以电池储能为主,电池类型以磷酸铁锂电池为主,其次为钛酸锂电池,最后是铅酸电池和铅碳电池,说明电化学储能已成为建筑储能的主要形式,磷酸铁锂、钛酸锂等锂离子电池是建筑中应用较广泛的电化学储能类型。储能系统设计时宜根据储能系统设计目的和应用场景不同,综合考虑储能电池的技术性能及经济性合理选择电池类型,对于消纳光伏、削峰填谷等能量型储能系统,宜选择能量密度高、放电时间较长的电池,对于参与调峰调频电力辅助服务等功率型储能系统,宜选择功率密度大、放电时间较短的电池。10 图图 9 9 光伏、光伏、储能应用类型分布储能应用类型分布 4 4.3.3 直流直流配电系统技术特征配电系统技术特征 调研的建筑直流配电系统拓扑结构以单极系统为主,电压层级以两层为主,不超过三个层级。直流配电系统的拓扑结构、电压层级和电压等级的选择,与系统接入的直流电源(光伏、储能)和直流用电设备的类型、额定功率、工作电压范围存在较大的相关性。当建筑直流用电设备的类型较少、额定功率及电压范围差异不大时,宜选择单级拓扑结构,反之,可根据项目实际情况选择双极拓扑结构或根据实际情况增加电压层级。总体原则:一是用尽可能少的电压等级满足尽可能多的用电设备需求;二是大功率用电设备尽可能选择工作电压范围的较大值,降低电流,减小线缆截面积和线路损耗;三是人员活动区域的小功率设备,尽可能选择工作电压范围的较小值,避免电击事故可能带来的人身伤害。(a)拓扑结构和电压层级 (b)不同直流设备额定电压 图图 1 10 0 建筑直流配电系统拓扑结构与电压分布建筑直流配电系统拓扑结构与电压分布 11 4 4.4.4“光储直柔”系统容量配置“光储直柔”系统容量配置 建筑中储能系统配置的目的主要是解决日内建筑用电负荷需求与电力供应不平衡的问题,主要的优化目标通常有节能减排(提高光伏本地消纳比例)、经济性(基于分时电价削峰填谷运行)、电网友好性(减小建筑光伏发电上网对电网的影响,参与电力需求响应及辅助服务提高供电可靠性等)。储能系统设计时,需综合考虑不同的优化目标,在进行建筑用电负荷、光伏发电功率逐时预测的基础上,选取典型日进行光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡分析,按照日平衡原则来配置储能容量。建筑与电网交互入口 AC/DC 变换器容量与建筑光伏发电量、建筑用电负荷的关系及建筑光伏消纳方式有关,对于光伏发电采用自发自用、本地消纳方式的城市建筑,AC/DC 变换器容量需根据典型日从电网取电功率来配置,对于光伏发电采用自发自用、上网输出为主方式的农村建筑,AC/DC 变换器容量需根据典型日光伏发电上网功率来配置。图图 1 11 1 电网电网、光伏、储能、直流负载容量配比关系、光伏、储能、直流负载容量配比关系 Executive Summary 1.Overall Progress Report This research project focuses on the study of PEDF systems for urban buildings and includes two primary aspects:system construction methodologies and the promotion of demonstration projects.Specific project activities include formulating urban building PEDF technology solutions for urban buildings,consulting on PEDF engineering plans,and compiling and publishing PEDF case studies.The project is scheduled to run from August 2022 to September 2023.At the current stage,we have successfully completed the development of PEDF technology solutions tailored to urban buildings,provided consultation on six PEDF engineering plans,and completed the compilation and publication of a collection of PEDF case studies.With the support of the Energy Foundation and various industry experts,the project has progressed smoothly and met the tasks and timelines outlined in the project brief.Activity Interim completion final completion Activity 1:PEDF Technology Solutions for Urban Buildings Complete regional PV installation and consumption capacity analysis.Completed the case analysis of PEDF system,and completed the preparation of technical schemes.Activity 2:Consultations on PEDF Engineering Solutions 1)Complete the establishment of expert database;2)Completed 4 project consultations for PEDF system solutions.Completed 6 project consultations for PEDF system solutions.Activity 3:Compilation of PEDF Building Case Studies 1)Complete the case collection,text research and site inspection;2)Complete the preparation of the first draft of the PEDF building cases collection.Complete the final draft of the PEDF building cases collection,and complete the publication.Activity 1:PEDF Technology Solutions for Urban Buildings.The project team aims to develop a PEDF technology solution for urban buildings that focuses on inflow-only and without outflow.We first targeted specific urban districts(electricity distribution substation areas)as the subjects of our study.The analysis evaluated the installation and utilization potential of regional distributed rooftop photovoltaic systems under varying architectural planning conditions for different districts.We determined the upper limit of installation capacities and local absorption capacities for rooftop photovoltaics under high-density urban forms.We then analyzed the impact of load patterns in the distribution substation area on primary energy use efficiency and distribution line losses.A case study focusing on a specific urban planning district was conducted to determine regional photovoltaic installation capacities and local absorption capabilities,as well as to identify key projects that require energy storage for photovoltaic absorption.Through the above research on the distribution substation level,we have clarified the photovoltaic absorption targets of PEDF technology solutions under urban conditions that operate on an inflow-only and without outflow principle.In conjunction with actual engineering project planning and design,we conducted solution planning for the application of regional PEDF systems,resulting in economically rational PEDF configuration solutions.Activity 2:Consultations on PEDF Engineering Solutions.The project team worked with the Photovoltaic,Energy Storage,Direct Current,Flexible(PEDF)Committee of the China Association of Building Energy Efficiency(CABEE)to establish a multidisciplinary expert think tank.By soliciting industrial demonstration cases,we invited experts from the think tank to deliberate on the technical solutions.We organized three phases of the PEDF Engineering Technical Solution Expert Review Meetings,where six PEDF demonstration projects were reviewed by experts.These six PEDF demonstration projects cover a range of building types,including commercial,educational,residential,and existing office building renovations.Collectively,these projects illustrate the challenges of applying PEDF technology to different building types.Activity 3:Compilation of PEDF Building Case Studies.In order to summarize and compile the research and successful implementation experiences in the field of PEDF buildings,and to provide technical support and practical references for the large-scale promotion of PEDF buildings,the project team,in cooperation with the Photovoltaic,Energy Storage,Direct Current,Flexible(PEDF)Committee of the China Association of Building Energy Efficiency(CABEE),undertook the task of collecting,investigating and compiling case studies of PEDF buildings.A total of 17 exemplary case studies were selected for this compilation through a nationwide case collection and focused on-site investigations of key projects.These cases represent PEDF applications in different climate zones and building types.The compilation process involved more than 80 participants,including project developers and industry experts,ensuring widespread impact and recognition.2.PEDF Technical Solutions for Urban Buildings The project team aims to develop a PEDF technology solution for urban buildings that focuses on inflow-only and without outflow.We first targeted specific urban districts(electricity distribution substation areas)as the subjects of our study.The analysis evaluated the installation and utilization potential of regional distributed rooftop photovoltaic systems under varying architectural planning conditions for different districts.We determined the upper limit of installation capacities and local absorption capacities for rooftop photovoltaics under high-density urban forms.We then analyzed the impact of load patterns in the distribution substation area on primary energy use efficiency and distribution line losses.A case study focusing on a specific urban planning district was conducted to determine regional photovoltaic installation capacities and local absorption capabilities,as well as to identify key projects that require energy storage for photovoltaic absorption.Through the above research,we have clarified the photovoltaic absorption targets of PEDF technology solutions under urban conditions that operate on an inflow-only and without outflow principle.In conjunction with actual engineering project planning and design,we conducted solution planning for the application of regional PEDF systems,resulting in economically rational PEDF configuration solutions.2.1 Assessment of PV Installation Potential in Urban Areas In high-density urban configurations,the rooftop PV installation capacity is affected by the mutual shading between buildings.In general,the higher the development intensity of the area,the more severe the shading conditions between buildings.In other words,higher plot ratios and building densities result in less rooftop area that can be effectively used for PV installations.The degree of shading impact varies across different solar resource zones.In Zone I,where annual total solar irradiance is relatively high,the economic utilization rate of PV is minimally affected by shading,but only in cases where the plot ratio exceeds 2.5 and building density exceeds 35%.For zones with lower total annual solar irradiance,such as Zone III and IV,the impact of shading is significantly pronounced.Moreover,it was also found that within the same solar resource zone,the economic utilization rate of rooftop PV is positively correlated with the solar elevation angle.That is,the higher the solar elevation angle,the higher the economic utilization rate of rooftop PV.Figure 1.Impact of Urban Morphology on the Potential Use of Rooftop PVs in Typical Cities Zone II Xining Zone III Urumqi Zone IV Harbin Turpan Beijing Shanghai Kunming Shenzhen 2.2 Analysis of PV Absorption Capacity in Urban Areas For this study,Shenzhen serves as the primary case,using typical building models from the city.By changing the planning and design parameters,we generated different urban planning scenarios and simulated their year-round operation.We calculated the self-sufficiency and self-consumption rates of PV energy under these different urban planning schemes,and analyzed the influence of urban morphology on the potential for renewable energy use.Overall,high development intensity areas can fully utilize solar PV electricity generation.In contrast,areas with low development intensity often face electricity curtailment or large electricity return to the grid due to the mismatch between regional building electricity loads and PV generation curves.In commercial areas,self-consumption can be as high as 98%,indicating a significant advantage for commercial buildings in fully utilizing solar PV energy.Residential buildings follow closely,as their daily loads are fairly constant and there is no significant waste of solar PV power,resulting in high self-consumption rates.Compared to other zone types,office space has a PV self-consumption rate of only 86%.While office buildings generally follow PV generation curves well on a daily time scale,they experience lower electricity loads during weekends and holidays.As a result,on an annual basis,zones dominated by office buildings are more likely to experience significant wasted or discarded PV energy.Figure 2:Impact of Urban Morphology on the Self-Sufficiency and Self-Consumption Rates of PV Energy in Office Zones 2.3 Case Studies on PEDF Configuration in Urban Areas This study focuses on a specific area in Shenzhen City,covering about 1.9 square kilometers,with a total built-up area of about 3.37 million square meters.The northern section of this area has a built-up area of about 410,000 square meters,which includes international conference zones,high-end supporting hotels,garden conference areas,and boutique conference buildings.The southern section has a built-up area of about 2.96 million square meters,housing high-rise offices,specialty commercial spaces,hotels,cultural venues,residential areas and supporting facilities.This study first conducted a scenario analysis of the areas energy consumption and the spatiotemporal distribution of the electrical load.According to the load profile of various building types,the total electricity consumption for the area is calculated to be 374.32 million kWh,with the northern section accounting for 13%of the total and the central section accounting for 87%.The load distribution shows a lower pattern in the north and a higher pattern in the south.The northern section consists mainly of buildings with exhibition-related loads,which show significant fluctuations throughout the year.An overall assessment of the demand side,including the impact of electric vehicle charging stations,shows that this area has 0 0P%0.250.270.290.310.330.35光伏自给率%建筑密度1.001.451.902.500 0%0.250.270.290.310.330.35光伏自用率%建筑密度1.001.451.902.50(a)(b)0 0P%1.001.251.501.752.002.252.50光伏自给率%容积率0.250.280.310.350 0%1.001.251.501.752.002.252.50光伏自用率%容积率0.250.280.310.35(a)(b)Building Density Building Density PV Self-sufficiency Rate(%)PV Self-sufficiency Rate(%)Floor Area Ratio(FAR)Floor Area Ratio(FAR)PV Self-consumption Rate(%)PV Self-consumption Rate(%)significant peak load characteristics-20 percent of the peak load operates for less than 100 hours,or about 1.1 percent of the total annual time,revealing significant peak shaving and energy storage potential.Regarding the potential for PV installation in buildings,under planning scenarios that consider both economic feasibility and low-carbon area requirements,the area can achieve a renewable energy utilization rate of 5.6%.Overall,the proportion of installed PV capacity to the areas total energy consumption is relatively low,allowing all generated PV electricity to be consumed locally.However,exhibition-type buildings in the area pose challenges due to their substantial rooftop PV capacity and irregular usage patterns,leading to surplus PV electricity during non-air-conditioning seasons.Figure 3.Load Fluctuation and PV Absorption in the Case Area Through an analysis of regional load patterns and PV generation trends,a novel regional power distribution system that employs a hybrid of alternating current(AC)and direct current(DC)has been developed.This design is tailored to the specific architectural load characteristics,solar resource availability,and functional attributes of each planning unit or parcel.It incorporates electrochemical energy storage planning and is versatile,aimed at multiple application objectives such as peak shaving,capacity management,demand response,backup power sources,and PV absorption.Based on Shenzhens time-of-use electricity pricing policy,the static payback period of the storage systems under current cost conditions is estimated to be about 7.4 years.In the future,as user-side storage is used for peak-valley arbitrage and capacity management,and as ancillary electricity service 5%of peak load operates for 17 hours,accounts for 0.2%of the total annual time.20%of peak load operates for 94 hours,accounts for 1.1%of the total annual time.30%of peak load accounts for 5.5%of the total annual time.Loads(MW)Typical Weekly Electricity Load and PV Generation During Air Conditioning Season Building Load PV Generation Electricity Load PV Generation Typical Weekly Electricity Load and PV Generation During Non-Air Conditioning Season PV Generation Electricity Load Building Load PV Generation markets mature,the frequency of demand response is expected to increase.As a result,the static payback period of the system is expected to decrease significantly.Figure 4.Power Distribution System Planning Scheme for the Case Area 3.Consulting on PEDF Demonstration Engineering Solutions This project relies on an expert database assembled by the Photovoltaic,Energy Storage,Direct Current,Flexible(PEDF)Committee of the China Association of Building Energy Efficiency(CABEE).Drawing upon research and investigation into real-world applications of PEDF engineering,six technical solutions were developed and discussed.For the unique characteristics of each engineering project and the objectives of PEDF construction,expert reviews are regularly organized during the technical solution design phase.These reviews examine the suitability,feasibility,and cost-effectiveness of building photovoltaic installations,architectural energy storage solutions,DC power distribution design,and flexible control strategies.Expert opinions and suggestions for system optimization are provided to facilitate the real-world implementation of PEDF technologies by project developers.3.1 Formation of Industry Expert Database The first phase of the PEDF Industry Expert Database was completed in October 2022.The initial cadre consists of 33 experts,of which 52%are from design and Moyuan Station Xiangmi Lake Hybrid AC/DC Distribution System Xiangmi Lake Station User Transformer Municipal Transformer Virtual Power Plant Management Center Virtual Power Plant Aggregation Platform System 6 DC Flexible Interconnection System 5 Municipal Safe Electricity Usage System 4 PV Storage Charging Station System 3 PV Storage Direct Flexibility/Vehicle-grid Interaction System 2 Peak Shaving and Valley Filling/Emergency Guarantee System 1 Photovoltaic Consumption/Cooling and Heating Storage Rooftop PV Ice Storage Cooling/Air Conditioning Rooftop PV Key Load Distributed Energy Storage Distributed Energy Storage Rooftop PV Charging Pile Municipal PV Distributed Energy Storage Charging Pile Municipal PV Municipal Street Lights research institutes,18%from higher education institutions,18%from end-user device manufacturers,9%from real estate developers,and 3%from academic associations.Figure 5.Composition of Experts in the PEDF Special Committee Think Tank 3.2 PEDF Engineering Evaluation This project organized discussion and evaluation meetings on the technical solutions of the PEDF engineering in Beijing,Shenzhen,and Qingdao in October 2022,April 2023,and July 2023,respectively.In these meetings,6 PEDF demonstration engineering solutions were evaluated.The types of demonstration projects covered six categories of urban buildings:educational buildings,commercial buildings,office buildings,residential communities,experimental buildings,and municipal facilities.Figure 6.Expert Evaluation Project for the PEDF Demonstration Engineering 3.3 Promotion and Publicity Design and Research Institutes:52%Higher Education Institutions:18vice Manufacturers:18%Real Estate Developers:9%Taikoo Li Sanlitun,Beijing Xiji County Elementary School,Ningxia Haier Demonstration Lab Future City,Jiading Futian Power Supply Bureau Office Building Shenzhen Qiankeng Water Treatment Plant Academic Associations:3%Using the WeChat Official Account of the Direct Current Buildings Alliance(直流建筑联盟),this project disseminated information about the expert evaluation meeting on the PEDF engineering technical solutions.This garnered extensive attention and support both within and outside of the industry,which actively promoted the projects implementation.In addition to this,the successful conduct of the expert meeting has raised public awareness and understanding of PEDF systems.This will encourage businesses and public institutions to construct new building power systems that are mainly characterized by PEDF,promote flexible electricity consumption in buildings,expand the application of renewable energy in architecture,and make a positive contribution to the efficient use of energy and sustainable development.4.Compilation of PEDF Engineering Case Studies In March 2023,this project conducted a nationwide survey to investigate completed or operational applications of PEDF engineering projects.The goal was to understand the distribution of these projects and the current status of PEDF technology applications.The survey collected information on 69 building projects that feature PEDF systems.This project specifically selected 26 operational building cases and one building case nearing construction completion for detailed research.Documentation for these 27 projects was collected,including textual descriptions.After comprehensive evaluation of various factors such as the representativeness of the building types,completeness of the project data,operational performance,and unique features,17 exemplary cases were selected for on-site research,verification,and data analysis.This allowed for a detailed exploration into the technical characteristics and application schemes of these engineering cases.Furthermore,interviews were conducted with both the developers and field experts.The interviews aimed to gather insights and recommendations concerning the scaled development of PEDF buildings.Upon completion of this phase,this project compiled and published a book titled PEDF Technology and Engineering Case Studies in Building Applications,which has been included as a key training material for the 14th Five-Year Plan in the field of housing and urban-rural development.Figure 7.Compilation of PEDF Engineering and Case Studies in Buildings 4.1 Distribution of PEDF System Applications From the perspective of solar energy resource utilization,PEDF systems are primarily suitable for most regions in China,especially in the northern regions with harsh cold climates abundant in solar resources,as well as in areas with hot summers and cold winters(excluding the Sichuan Basin)and hot-summer and warm-winter areas.In terms of building types and scales,PEDF systems are gradually expanding from new constructions to existing buildings,and from urban office buildings to commercial properties,educational campuses,industrial parks,and rural residential architecture.The application is also growing in scale from individual medium and small-sized buildings to larger campuses and industrial parks.Regarding the maturity level of DC load,building systems such as lighting,air conditioning,IT office equipment,monitoring and display devices,home appliances,and charging stations can be among the first to be converted to direct current(DC).Ningxia Guyuan Taozhuang Village Community Office Building Shanxi Ruicheng County Zhuangshang Village Golden Cooperate(Shanxi)PEDF Workshop Building Wuhan Terminus Smart Industry Park Legend Average Abundant Very Abundant Most Abundant Dongguan Southern District Bureau Office Building Zhuhai Gree Photovoltaic Future House IBR Future Complex An Office Building in Shenzhen Hangzhou Gree Factory in the Greater Jiangdong Area Golden Cooperate(Nanjing)Office Building Shanghai Carbon Cable Energy Office Building Yangtze Delta Region Institute Of Tsinghua University,Zhejiang Tsinghua University Energy-Saving Building Resilient Habitat BBBC CCMH Slanting House Training Material Focusing on the 14th Five-Year Plan in the Field of Housing and Urban-Rural Development Technological and Project Case Studies in PEDF Building Prepared by:China Association of Building Energy Efficiency PEDF Specialized Committee China Architecture&Building Press Figure 8.Distribution of Surveyed Project Types and Climate Zones 4.2 Characteristics of Photovoltaic and Energy Storage Technology Applications All of the buildings surveyed in this study utilize solar photovoltaic technology and are grid-connected to municipal electricity networks.The predominant form of photovoltaic system is Building-Attached Photovoltaics(BAPV),primarily due to its cost-effective installation and component costs.However,as advancements in photovoltaic technology continue to push the efficiency of solar modules higher while driving costs down,Building-Integrated Photovoltaics(BIPV)are poised to become the future trend.The main installation methods for solar modules are flat surface installations,such as building rooftops or ground-level carports.The modules employed are mainly high-efficiency monocrystalline silicon bifacial panels.This choice was driven by the greater amount of solar irradiance received on horizontal surfaces,coupled with the high-efficiency and cost-effectiveness of monocrystalline silicon components,leading to higher returns on investment.Regarding the energy storage systems in these PEDF Buildings,battery storage is primarily employed.Iron phosphate lithium batteries are the most commonly used,followed by lithium titanate batteries,and lastly lead-acid and lead-carbon batteries.This indicates that electrochemical energy storage has become the main form of energy storage in buildings.Iron phosphate lithium and lithium titanate are among New Construction Renovation the most extensively applied electrochemical storage types in buildings.When designing energy storage systems,considerations of the batterys technical performance and economic viability shall be thoroughly evaluated based on the purpose and application scenario.For energy storage systems intended to absorb excess photovoltaic output and manage peak shaving,batteries with high energy density and longer discharge times are preferable.For power-based storage systems that participate in peak load and frequency regulation services,batteries with high power density and shorter discharge times are preferable.Figure 9.Distribution of Photovoltaic and Energy Storage Application Types 4.3 Technical Characteristics of Direct Current(DC)Distribution Systems The DC distribution systems in the buildings surveyed predominantly employ unipolar topologies,with voltage levels primarily set at two tiers and not exceeding three tiers.The choices regarding topology,voltage tiers,and voltage ratings of the DC distribution system are strongly correlated with the types of DC sources(photovoltaics,energy storage)and DC load equipment in terms of their types,rated power,and operating voltage range.When the variety of DC load equipment in the building is limited,and there is little disparity in rated power and voltage range,a unipolar topology is recommended.Conversely,a bipolar topology or additional voltage tiers can be considered based on the projects specific requirements.The overall guiding principles are as follows:Utilize as few voltage ratings as possible to meet the demands of as many electrical devices as possible;for high-power load equipment,opt for the upper range of the operating voltage to Thin Film Polycrystalline Monocrystalline Vertical Surface Flat Surface Installation Location System Type Component Type Lithium Iron Phosphatreduce current,thereby minimizing cable cross-sectional area and line losses;and for low-power devices located in areas where people are active,opt for the lower range of the operating voltage to avoid the risk of electric shock and associated injuries.(a)Topology and Voltage Tiers(b)Rated Voltage of Different DC Devices Figure 10.Topological Structure and Voltage Distribution in Building DC Distribution Systems 4.4 Capacity Configuration of the PEDF System The primary purpose of energy storage system configuration within buildings is to resolve the imbalance between intraday building electricity load demand and electricity supply.Key optimization objectives typically include energy savings and emission reduction(by increasing the local absorption rate of photovoltaic power),economic considerations(peak-shaving operations based on time-of-use electricity pricing),and grid-friendliness(minimizing the impact of building photovoltaic power generation on the grid,participating in demand response and auxiliary services to improve supply reliability).During the design phase of the energy storage system,it is essential to consider these various optimization objectives collectively.An energy balance analysis of photovoltaic power generation,electricity load,grid supply,and storage charge/discharge rates shall be conducted based on hourly forecasts on building electricity load and photovoltaic power generation for a typical day.The energy storage capacity shall be configured according to daily balance principles.The capacity of the AC/DC converter at the building-grid interface is influenced by the relationship between building Voltage Photovoltaic Energy Storage DC Charging Station DC Air Conditioner Outdoor Unit DC Production Line Other High-Power Monitoring and Display Devices DC Air Conditioner Indoor DC Lighting Other Low-Power Device Type photovoltaic power generation and building electricity load,as well as the manner in which photovoltaic power is consumed within the building.For urban buildings where photovoltaic power generation is mostly for self-consumption and local absorption,the AC/DC converter capacity shall be configured based on the power drawn from the grid for a typical day.For rural buildings where photovoltaic power generation is mostly for self-consumption and grid export,the AC/DC converter capacity shall be configured based on the photovoltaic power fed into the grid for a typical day.Figure 11.Ratio of Grid,Photovoltaic,Energy Storage,and DC Load Capacities Rural Residence 4 Rural Residence 3 Rural Residence 2 Rural Residence 1 Industrial Park 3 Industrial Park 2 Industrial Park 1 Campus Commercial 1 Office 6 Office 5 Office 4 Office 2 Office 1 Photovoltaic power generation for self-consumption,primarily grid-export Photovoltaic power generation for self-consumption,primarily grid-export Photovoltaic power generation for self-consumption,complete local absorption,energy storage participating in grid peak shaving Photovoltaic power generation for self-consumption,surplus power to grid,local absorption Photovoltaic power generation for self-consumption,complete local absorption DC Load Energy Storage DC/DC Photovoltaic DC/DC Grid AC/DC 1 目录目录 一、研究背景与课题任务研究背景与课题任务.2 1.11.1 研究背景研究背景.2 1.21.2 课题任务课题任务.2 二、城市建筑光储直柔技术方案城市建筑光储直柔技术方案.3 2.12.1 城市区域光伏安装潜力分析城市区域光伏安装潜力分析.3 2.22.2 城市区域光伏消纳潜力分析城市区域光伏消纳潜力分析.5 2.32.3 城市光储直柔系统规划案例分析城市光储直柔系统规划案例分析.12 三、光储直柔示范工程方案咨询光储直柔示范工程方案咨询.35 3.1 3.1 总体执行情况总体执行情况.35 3.2 3.2 工程方案情况工程方案情况.38 四、光储直柔工程案例集编制光储直柔工程案例集编制.65 4.1 4.1 案例集编制背景与进展案例集编制背景与进展.65 4.2 4.2 光储直柔建筑案例特征分析光储直柔建筑案例特征分析.67 4.3 4.3 部分项目情况简介部分项目情况简介.78 五、执行情况总结与后期计划执行情况总结与后期计划.88 附件附件 1 1:工程方案咨询会专家意见:工程方案咨询会专家意见.90 附件附件 2 2:工程案例项目调研清单:工程案例项目调研清单.96 附件附件 3 3:光储直柔工程案例集封面和目录:光储直柔工程案例集封面和目录.99 2 一、研究背景与课题任务研究背景与课题任务 1.11.1 研究背景研究背景 城市建筑逐步成为能源的消费主体。根据清华大学建筑节能研究中心发布的中国建筑节能年度发展研究报告 2022显示,2020 年全国建筑运行能耗总量为 10.6 亿 tce,占全国能源消费总量比重为 21%。2020 年全国建筑运行碳排放总量为 21.8 亿 tCO,其中直接碳排放占比 27%,电力相关间接碳排放占比52%。随着经济结构调整,上述比例未来还会进一步提高。中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见明确到 2060 年我国非化石能源消费比重达到 80%以上。同时,2030 年前碳达峰行动方案明确提出要提高建筑终端电气化水平,建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。城乡建设领域碳达峰实施方案也明确提出推动智能微电网、“光储直柔”、蓄冷蓄热、负荷灵活调节、虚拟电厂等技术应用,优先消纳可再生能源电力,主动参与电力需求侧响应。光储直柔既是建筑实现建筑自身减排、减少间接碳排放的重要技术,更是与电网互动、解决电力平衡的关键技术。中国光储直柔建筑战略发展路径研究一期成果表明:目前以煤电为主的电力系统和未来以风光电为主的电力系统,均可通过光储直柔技术提供柔性负载解决灵活电源严重不足的问题,且光储直柔将着力解决电力日平衡需求。因此,本项目拟开展城市建筑光储直柔以“柔”为主,重点研究“只进不出”柔性调控技术和建筑电力交互模式,分析不同建筑类型根据电网指令柔性调节的潜力和技术经济可行性,并开展光储直柔应用工程案例调研。1.21.2 课题任务课题任务 本项目开展的具体研究工作包含三项活动:“只进不出”光储直柔技术方案;中国光储直柔工程应用案例集;光储直柔工程技术方案咨询。旨在通过研究不同类型建筑“只进不出”柔性调节的潜力和技术经济可行性,推动城市建筑光储直柔技术应用;通过光储直柔应用工程案例调研,了解中国光储直柔工程应用现状,更好地支撑建筑领域碳达峰碳中和目标落实。活动一:“只进不出”光储直柔技术方案 3 主要产出:不同建筑场景“只进不出”光储直柔技术方案 主要活动:基于高负荷密度的城市建筑和未来新型电力系统的主要特征,研究建筑光伏与不同类型建筑负荷在电量和逐时规律两个维度的匹配关系,以及光伏就地消纳的技术路径;在建筑光伏自发自用的基础上,研究不同类型建筑根据电网指令柔性调节的潜力和技术经济可行性。活动二:中国光储直柔工程应用案例集 主要产出:中国光储直柔工程应用案例集 主要活动:面向全国调研处于已竣工或运行阶段的光储直柔工程应用案例,了解工程分布情况、光储直柔技术应用现状;分析不少于 10 项光储直柔工程案例的技术特点与经济性等,完成中国光储直柔工程应用案例集。活动三:光储直柔工程技术方案咨询 主要产出:光储直柔工程技术方案论证会 主要活动:基于光储直柔工程应用案例调研,开展不少于 5 项工程光储直柔技术方案论证。召开专家评审会,识别建筑光伏、建筑储能、直流配电设计、柔性控制策略等技术应用情况与系统方案的适用性、可行性、经济性等。二、城市建筑光储直柔技术方案城市建筑光储直柔技术方案 2.12.1 城市区域光伏安装潜力城市区域光伏安装潜力分析分析 城市建筑群(区域)光伏可再生能源利用潜力和消纳能力评估,即通过理想模型分析了不同规划条件下,区域建筑可利用屋顶光伏潜力和区域光伏本地消纳情况。研究城市规划层面的协同措施,即在同一供配电台区下通过规划参数的调整,提出有利于光伏本地消纳的规划原则。2.2.1 1.1.1 城市条件下区域光伏安装潜力城市条件下区域光伏安装潜力 在复杂城市条件下,建筑之间的相互遮挡关系对建筑屋顶受到的辐射量有显著的影响。从光伏经济性角度考虑,并非所有的空闲屋面安装太阳能光伏都能够在系统寿命周期内产生正收益。在受到遮挡的屋面安装光伏,有可能其发电经济收益难于覆盖其设备初投资,或回收期过长,导致内部收益率低于建设的资金成本,使得屋顶光伏在经济上不可行。因此,影响光伏安装潜力的因素 4 包括了建筑之间的遮挡关系、光伏系统单位装机功率发电收益和光伏系统单位装机功率初投资三个因素。从环境角度考虑,建筑之间的遮挡关系同样影响着光伏系统在生命周期内的碳减排效果。如果在受到遮挡严重的屋面上安装光伏系统,其生命周期中的发电量难以抵消其在生产过程消耗的能量,其生命周期的减排量有可能是负值。这与利用光伏系统可再生能源的出发点背道而驰。因此,在城市建筑遮挡关系复杂的条件下,屋顶光伏系统的经济价值和环境价值都将呈现不均匀分布,不同屋顶的光伏系统安装潜力也并不相同。因此,需要对光伏系统在生命周期内光伏发电量收益和光伏系统投资平衡所需要的全年累计辐射量,即太阳能光伏经济辐射强度进行计算分析。本文选择光伏经济安装比例作为评价区域光伏可安装容量潜力的指标,具体如下式所示:=!(1)建筑密度,%;区域场地面积,m2;建筑密度,%;!全年辐射量达到经济辐射强度的屋顶面积,m2;公式(1)中经济辐射强度的确定受到光伏转换效率、组件寿命、初投资和电价机制或补贴程度等多方面的因素。在本文中为了简化模型,突出城市形态与可安装潜力的定量关系,将对相关因素做简化处理。具体来说,光伏组件转化效率按照普遍行业准入标准为 18%,光伏组件寿命周期为 15 年;采用分布式光伏系统普遍采用的“自发自用,余电上网”模式,光伏发电替代市政电源平均电价为 0.6 元/kWh,光伏系统初投资为 10801800 元/m2。在上述假设条件下,光伏的经济辐射强度计算为 1112kWh/(m2a)。2.2.1 1.2 2 城市条件下区域光伏城市条件下区域光伏可利用可利用潜力潜力 光伏发电可利用潜力一般采用光伏发电的自用率和自给率两个指标描述。自给率是在一定时段内,光伏发电直接被建筑利用的量与建筑用电总量的比值;自用率是光伏直接被建筑利用的量与光伏发电总量的比值,如下式。自给率越高,说明建筑用电中光伏占比越大,利用可再生能源的比例越高。自用率越高,说明光伏发电被利用的占比越大,可再生能源利用率越高。5 =$!,$%&%&(2)=$!,$%&$!,&(&)* &(3)其中 为光伏发电自给率,%;)*,-.为一段时间内光伏发电中被建筑直接利用的电量,kWh;为一段时间内建筑用电量,kWh;光伏发电自用率,%;)*,/.0.12.为一段时间内光伏系统的理论发电量,kWh;结合图 2-1 所示太阳能光伏系统发电量与建筑负荷曲线之间的关系可更好的理解自用率和自给率两者之间的关系。其中 c 区域为建筑用电负荷中由电网供电的电量,b 区域为光伏发电被建筑直接利用的电量,a 区域为光伏发电向电网输送的电量。由于受天气的影响,光伏发电的出力也会有很大的随机性和波动性。即使同一天,太阳能辐射强度变化都不一样。在分布式光伏大规模利用的情景下,向电网输送波动性的光伏发电会对电网的母线电压、调频、潮流、调峰等造成严重的影响。因此,在光伏规模化利用的情景下,应优先考虑光伏发电在建筑本地消纳,尽可能减小向电网的送电,即优先提高光伏发电的自给率。图2-1光伏发电出力和用电负荷之间的关系曲线 2.22.2 城市城市区域区域光伏光伏消纳消纳潜力潜力分析分析 本节将以深圳市为例,采用深圳市典型建筑模型,通过改变规划设计参数得到不同城市区域的规划方案,用上述模型对其全年运行进行模拟,计算不同城市规划方案的光伏自给率与自用率,比较分析城市形态对可再生能源可利用 6 潜力的影响。对于一个城市区域而言,是多种类型建筑混合分布。不同类型(或功能)的区域建筑密度及容积率也会有差别。例如办公型和商业型区域,为了增加建筑面积会提高规划的建筑密度或者容积率。城市区域主要可分为以下四类:1、居住型:以居住建筑为主的区域空间(比例高于 60%),同时为了保障居民生活需求,配套部分办公建筑(如物业)以及商业建筑(如超市);2、商业型:以商业建筑为主的区域空间(比例高于 60%),同时配套部分办公建筑以及少量居住建筑;3、办公型:以办公建筑为主的区域空间(比例高于 60%),同时配套部分商业建筑以及少量居住建筑;4、混合型:商业、办公、居住三类建筑面积都比较平均的区域(比例在20%)表 5 所示为四种典型区域的规划设计参数:建筑混合比例、建筑密度、容积率范围。通过上述模型求解可以得出光伏发电量,从而来分析规划设计参数对能源应用的影响 表 2-4 区域类型对应的建筑混合比例 区域类型区域类型 建筑密度建筑密度 容积率容积率 混合度混合度 居住:商业:办公居住:商业:办公 居住型居住型 2535%1.02.5 80%:10%:10%商业型商业型 2535%1.02.5 10%:80%:10%办公型办公型 2535%1.02.5 10%:10%:80%混合型混合型 2535%1.02.5 30%:30%:40%2 2.2.1.2.1 建筑密度对光伏利用潜力的影响建筑密度对光伏利用潜力的影响 图 2-8 所示居住型区域的光伏自给率和自用率受建筑密度的影响情况。可以看出光伏自给率随建筑密度增加而升高,自用率随着建筑密度增加而下降。对于相同的建筑规模,建筑密度越大意味着建筑屋顶面积的增加,光伏安装面积与发电量随之增加,提高了建筑光伏发电的自给比例。同时光伏发电量增加意味着光伏发电曲线与负荷不重合的比例进一步提高,更多的发电无法被使用从而导致自用率下降。当容积率为 1 时,光伏自给率随着建筑密度增加了 2.2%7(从 17.4%到 19.6%),自用率下降了 2.1%(从 22.1%到 19.0%)。当容积率为2.5 时,光伏自给率同样增加了近 2.5%(从 11.7%到 13.2%),而自用率下降了5.2%(从 37.2%到 32.0%)。图 2-8 居住型区域的光伏自给率和自用率,曲线代表不同容积率 图 2-9 所示商业型区域的光伏自给率和自用率受建筑密度的影响情况。对比可以看出商业型的光伏自给率高于居住型,且自用率较高。主要原因是商业建筑的负荷曲线与光伏发电曲线更吻合,因此自给率和自用率更高。自给率最高可达到 47.1%,最低情形自用率也能达到 93.0%。建筑密度对太阳能光伏利用的影响并不显著,尤其是对容积率很高的情形。当容积率为 2.5 时,自给率提升了 4%,自用率几乎不受影响。图 2-9 商业型区域的光伏自给率和自用率,曲线代表不同容积率 图 2-10 所示办公型区域的光伏自给率和自用率受建筑密度的影响情况。对比发现办公型和商业型光伏利用受建筑密度的影响趋势相同,办公型的自给率较高且自用率较低。这是因为即使办公建筑和商业建筑有着相似的负荷曲线(白天负荷高且平稳,夜晚负荷低),而办公建筑在周末会处于负荷较小的休息状态,因此总负荷小于商业建筑。该区域可达到 50%以上的自给率,而自用率则为 80%左右。8 图 2-10 办公型区域的光伏自给率和自用率,曲线代表不同容积率 图 2-11 所示混合型区域的光伏自给率和自用率受建筑密度的影响情况。可以看出混合型区域既能保持较高的光伏自给率,又能保持光伏自用率不至下降过快。当容积率为 1.0 时,自给率由 34.3%上升到 42.3%,自用率在 65.7%到62.0%之间变化。当容积率为 2.5 时,自给率由 15.5%上升到 19.5%,自用率则不低于 72.0%。图 2-11 混合型区域的光伏自给率和自用率,曲线代表不同容积率 2 2.2.2.2.2 容积率对光伏利用潜力的影响容积率对光伏利用潜力的影响 图 2-12 所示居住型区域的光伏自给率和自用率受容积率的影响情况。对比可发现,建筑容积率的影响将远大于建筑密度,并且光伏自给率随容积率增加而下降,自用率随容积率增加而升高。这是因为容积率越大意味着建筑负荷越大,而光伏面积和发电量不发生变化,所以该参数的提高降低了光伏发电自给率,提高了自用率。可以看出容积率的增加降低了 7%左右的自给率,同时提高了 13%左右的自用率。9 图 2-12 居住型区域的光伏自给率和自用率,曲线代表不同建筑密度 图 2-13 所示商业型区域的光伏自给率和自用率受容积率的影响情况。可以看出商业型区域光伏利用受建筑容积率影响小于居住型区域。这是因为商业建筑的光伏利用率比居住建筑高,建筑负荷的增加对改变这一比值作用不大。因此自用率的增加仅为 7%,几乎为居住建筑的一半。图 2-13 商业型区域的光伏自给率和自用率,曲线代表不同建筑密度 图 2-14 所示办公型区域的光伏自给率和自用率受容积率的影响情况。值得一提的是该区域的光伏自给率高于 20%,自用率甚至低于 80%。进一步证明了办公类建筑在周末休息日负荷较小时浪费了大量的光伏发电,可以有针对性的在规划中降低办公建筑比例来提高光伏自用率。10 图 2-14 办公型区域的光伏自给率和自用率,曲线代表不同建筑密度 图 2-15 所示混合型区域的光伏自给率和自用率受容积率的影响情况。该类区域光伏自给率大于 15%,自用率大于 62%。随着容积率的增加,自用率可以达到 71.4%。图 2-15 混合型区域的光伏自给率和自用率,曲线代表不同建筑密度 2 2.2.3.2.3 混合度对光伏利用潜力的影响混合度对光伏利用潜力的影响 建筑混合度的变化与区域类型有关。分别为每种区域类型选择两种不同的混合度组合,因此四种类型共对应有八种案例,具体的建筑比例见表 6 所示。例如案例 1、2 同属于居住型区域,其中案例 1 表示混合度不高,更偏向居住功能的区域;案例 2 表示居住比例不高,更偏向混合型的区域。定义案例 1 和 2是居住型;案例 3 和 4 是商业型;案例 5 和 6 是办公型;案例 7 和 8 是混合型。以此类推确定案例中建筑比例,规定区域的容积率为 2.5,通过模拟计算全年区可再生能源利用情况。表 2-5 不同建筑混合度下的区域光伏自给率和自用率 序号 混合度 建筑密度 居住:商业:办公居住:商业:办公 0.25 0.30 0.35 自给率 自用率 自给率 自用率 自给率 自用率 11 1 1 80%:10%:10.6I.5.1H.4.7G.3%2 2 60%:20%:20.6.4.2Y.5.0X.5%3 3 10%:80%:10.2.5.1.3.1.0%4 4 20%:60%:20.4.9.2.5.1.1%5 5 10%:10%:80.6.7.5.0.5.2%6 6 20%:20%:60.7y.4.6x.6.5w.9%7 7 33%:33%:33.6u.0.4t.3.3s.5%8 8 40%:30%:30.4q.3.1p.5.0i.8%图 2-16、2-17 分别展示了光伏自给率和自用率受区域建筑混合度的影响。可以看出光伏自给率不超过 35%,且办公型区域的光伏自给率最高(案例 5、6),这与前文分析结果一致。居住型区域的光伏自给率最低(案例 1、2),这是由于该类型建筑的负荷与光伏发电曲线不一致导致。商业型和混合型区域的光伏自给率受建筑混合度的影响不大。对于光伏自用率而言,除了居住型区域(案例 1、2),其他情形的自用率都在 60%以上。其中商业型区域的自用率可高达 90.4%,说明从充分利用光伏发电的角度来看,商业建筑具有明显的优势。其次是办公建筑,这是因为该建筑也具有白天负荷量大的特点,并不存在大量浪费光伏发电的情形,因此自用率较高。居住建筑白天负荷较低,则会因为光伏发电无法被使用降低其自用率,因此居住型区域的光伏用电只有 37Q%。考虑上述光伏浪费的情形,可以采用储能对其剩余电能进行储存,夜间再释放给用户从而提高光伏利用率。同时也可以采用上网售电作为解决方案。12 图 2-16 混合度对区域光伏自给率的影响 图 2-17 混合度对区域光伏自用率的影响 2.32.3 城市光储直柔系统规划案例分析城市光储直柔系统规划案例分析 2 2.3.1.3.1 规划规划范围与范围与市政条件市政条件 示范片区城市设计研究范围主要包括示范片区北、中两个片区。北至侨香路、南至深南大道、西至示范片区路、东至香梅路,包括示范片区北区(不含现状居住区)、中区,面积约 1.9 平方公里,建筑面积约 337 万,其中北区总建筑面积约 41 万,南区总建筑面积约 296 万。北区目标为复合型高端会议交流平台,包含国际会议区及其高端配套酒店、园林会议区和精品会议楼,总建筑面积 41 万。会议中心主要用于承接重大国事活动,主席团圆桌会议、会议配套高端酒店,满足市、区两会要求。中区功能布局及主导功能分为东、中、西三部分,总占地面积 68.5 公顷。中区目标为“品字形”公共文化设施的三大场馆,三大场馆包括改革开放博物馆、金融文化中心、国际演艺中心,紧邻深南大道,呈“品”字型在中区排列。中区西侧布局办公、商业、酒店、文化及配套设施。中区东侧布局办公、特色商业、酒店、文化、居住及配套设施;现状规划大厦南侧布局低密度、特色鲜明的商业活力街区。13 图 2-18 总体布局 福田区示范片区供电面积 4.9 平方公里,2021 年区域最高用电负荷 75.78兆瓦,均为 A 类供电区域,示范片区电网 CO2 排放量约为 4.09 万吨,绿电比例约为 75%。片区内部暂无电源,福田区内仅有一座电源,为南天燃气电厂,装机总容量为 243MW。现状区域供电变电站共计 10 座,实际供电能力1444.5MW。供电中压网格有 4 个,中压供电线路 28 回。低压网格有 39 个,配变 203 台,配变容量为 192.92MVA。为支撑示范片区发展,总体供电保障策略分为近期和中远期。近期目标保障过渡期间重点项目高质量供电需求,重点打通现有电力通道堵点,特别是示范片区新金融区外围主干道、跨主干道、地铁通道的十字路口等,满足重要用户或敏感用户供电高可靠性要求,保障区域重要用户和敏感用户供电电源或线路来自不同路径。中远期结合实际发展情况按需及时投产变电站。“十五五”期间亟需投产3 座 110 千伏变电站,建议先投产金融街#1 站,其次金融街#2 站,最后投产金 14 融街南站并配套建设电力廊道,以保障近期重要公共建筑安全可靠用电需求和前期开发建设顺畅实施;构建清洁低碳、安全高效的能源体系。从“源网荷储”侧挖掘低碳手段,打造新型以新能源为主体的国际领先智慧新型电力系统,持续保障重要用户或敏感用户供电高可靠性要求。图 2-19 变电站分布及电缆路线 片区停车泊位按低值配建,考虑会议会展等特殊的功能需求,部分地块配建标准相应提高,北区和中区总配建停车泊位约 1.4 万个。北区停车配建:考虑到满足国务与政务会议期间停车供应,配建停车位取上限,停车位约为 1500个;中区停车配建:经测算,示范片区中区停车泊位需求在 1.08 万-1.6 万之间,考虑周边轨道公交发展,道路供应有限,建议适度控制停车配建,并通过公共停车场平衡,则示范片区中区停车泊位约为 1.25 万个泊位。示范片区中区在低配建标准基础上,利用公共停车场进行调控,以支撑金融街有效运作,建议设公共停车泊位约 600 个,分 2 处设置。15 图 2-20 各地块停车位数量规划 2 2.3.2.3.2 区域区域用用电电负荷测算负荷测算分析分析 2.3.2.1 2.3.2.1 各类建筑用电负荷情况各类建筑用电负荷情况 本项目建筑用电负荷强度主要依据深圳市大型公共建筑能耗监测平台数据。建筑类型涵盖了办公建筑、商业建筑、会议展览建筑、文化建筑、综合建筑以及其他建筑等。结合本项目建筑类型特点,分析各类建筑全年能耗情况,如图 2-21 所示。图 2-21 各类建筑全年能耗指标 从图 2-21 中可看出,商业建筑全年能耗最高,约 196kWh/;其次为酒店建筑,全年建筑能耗约 127kWh/;住宅建筑全年能耗最低,约 42kWh/。基于深圳市大型公建能耗监测平台的建筑全年逐时能耗数据,对不同类型 16 建筑的典型日(夏至日及冬至日)及典型日所在周逐时用电负荷特征进行分析,如图 2-22 所示。图 2-22a 办公建筑典型日用电负荷特征 图 2-22b 商业建筑典型日用电负荷特征图 2-22c 会议展览建筑典型日用电负荷特征 17 图 2-22d 住宅建筑典型日用电负荷特征 图 2-22e 酒店建筑典型日用电负荷特征 图 2-22f 文化建筑典型日用电负荷特征 从图 2-22 中可看出,办公建筑夏季典型工作日负荷最高时刻主要在 13点,用电负荷密度约为 29W/,非工作日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似,负荷最高时刻用电负荷密度约为 15W/;冬季典型日逐时用电负荷特征曲线相对平缓,整体用电负荷密度约为 5W/。商业建筑夏季典型日负荷最高时刻主要在 19 点,用电负荷密度约为 59W/;冬季典型日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似,最高时刻用电负荷密度约为 28W/。会议展览建筑夏季典型 18 工作日负荷最高时刻主要在 12 点,用电负荷密度约为 50140W/,当有展览活动时,用电负荷强度较大,无展览活动时,用电负荷强度较小;冬季典型日逐时用电负荷特征曲线相对平缓,整体用电负荷密度约为 5W/。住宅建筑夏季典型日负荷最高时刻主要在 20 点,用电负荷密度约为 35W/,7 点至 19 点因大部分住宅人员不在室内,基本上无建筑能耗;冬季典型日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似,最高时刻用电负荷密度约为 14W/。酒店建筑夏季典型日负荷最高时刻主要在 22 点,用电负荷密度约为 28W/;冬季典型日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似,最高时刻用电负荷密度约为 10W/。文化建筑夏季典型工作日负荷最高时刻主要在 9 点,用电负荷密度约为 25W/,非工作日逐时用电负荷特征曲线与工作日相似,负荷最高时刻用电负荷密度约为 20W/;冬季典型日逐时用电负荷特征曲线相对平缓,整体用电负荷密度约为 5W/。整体上各类建筑的峰谷比相对较大,低谷时段负荷较低,有较大的削峰潜力和储能应用潜力。3 3.2.2.2.2.2.2 区域用电区域用电负荷负荷空间空间分布分布 本项目设计研究范围主要包括示范片区北、中两个片区,总用地面积约 52万,总建筑面积约 358 万。其中,北区用电面积约 18 万,总建筑面积约41 万;中区用电面积约 34 万,总建筑面积约 317 万。根据各类建筑用电负荷情况测算得到区域总体用电量为 37432 万 kWh,北区年总用电量为 4825万 kWh,占区域总用电量 13%;中区年总用电量为 32607 万 kWh,占区域总用电量 87%。项目各地块建筑用电负荷情况如图 2-23 所示。19 图 2-23 各地块建筑用电强度空间分布 2 2.3.2.3.3.2.3 区域用电负荷时间区域用电负荷时间分布分布 由于项目区域各地块建设时序不同,国家、广东省及深圳市等相关绿色低碳政策和规定持续更新,为贯彻落实国家和地方相关政策要求,进一步提升本市建筑节能水平,根据各类建筑用电负荷情况,分析不同情景之下各类建筑用电负荷情况,如表 2-6 及图 2-24 所示。其中,情景 1 为满足建筑节能与可再生能源利用通用规范GB55015-2021 要求的区域用电负荷情况,情景 2 和情景3 分别为满足近零能耗建筑技术标准GB/T 51350-2019 中超低能耗建筑和近零能耗建筑要求的区域用电负荷情况。表 2-6 不同情景下各类建筑全年能耗指标 建筑类型建筑类型 办公办公 商业商业 会议展览会议展览 住宅住宅 酒店酒店 文化设施文化设施 商业文化商业文化 地下商业地下商业 现状值现状值(kWh/)91 196 109 42 127 84 84 196 情景情景1(kWh/)73 157 87 34 102 67 67 157 情景情景2(kWh/)64 137 76 30 89 58 58 137 情景情景3(kWh/)55 118 66 25 76 50 50 118 20 图 2-24 不同情景下各类建筑全年能耗情况 根据不同情景下各类建筑全年能耗情况,分析不同情景下区域建筑用电负荷情况,如表 2-7 及图 2-25 所示。其中,区域总体监测现状年用电量为 37432万 kWh,峰值负荷 122.8MW;情景 1 年用电量为 30103 万 kWh,峰值负荷98.2MW;情景 2 年用电量为 26418 万 kWh,峰值负荷 85.9MW;情景 3 年用电量为 22633 万 kWh,峰值负荷 73.6MW。北区监测现状年用电量为 4828 万 kWh,峰值负荷 39.3MW;情景 1 年用电量为 3860 万 kWh,峰值负荷 31.9MW;情景 2 年用电量为 3377 万 kWh,峰值负荷 27.9MW;情景 3 年用电量为 2895 万 kWh;峰值负荷 23.9MW。中区监测现状年用电量为 32607 万 kWh,峰值负荷 91.5MW;情景 1 年用电量为 26244 万 kWh,峰值负荷 73.2MW;情景 2 年用电量为 23041 万kWh,峰值负荷 64.1MW;情景 3 年用电量为 19738 万 kWh;峰值负荷 54.9MW。表 2-7 不同情景下各区域建筑用电负荷分布情况 地块分区地块分区 监测监测现状值现状值 情景情景1 情景情景2 情景情景3 北区北区(万(万kWh)4825 3860 3377 2895 中区中区(万(万kWh)32607 26244 23041 19738 区域区域总体总体(万(万kWh)37432 30103 26418 22633 21 图 2-25a 不同情景下北区建筑全年用电负荷密度 图 2-25b 不同情景下中区建筑全年用电负荷密度 图 2-25c 不同情景下区域总体建筑全年用电负荷密度 根据电力规划,电力需求持续增长,至 2025 年,示范片区负荷约为 157 兆瓦,至 2035 年负荷约为 305 兆瓦。从需求侧角度评估,在包括充电桩负荷影响下,示范片区尖峰负荷特征明显,20%尖峰负荷运行时间100h,全年时间占比约 1.1%。22 图 2-26 示范片区建筑负荷时间分布趋势 图 2-27 示范片区全年建筑逐时负荷分布 2 2.3.3.3.3 区域建筑区域建筑太阳能光伏太阳能光伏容量容量和消纳分析和消纳分析 本项目屋顶光伏安装面积为 85151(按可利用屋顶面积的 50%),立面光伏安装面积为 33331(按立面年辐射量大于 850kWh/的立面面积的10%)。根据屋顶及立面的全年太阳辐射模拟分析结果(如图 2-28 所示),按屋面光伏组件发电效率 20%及立面光伏组件发电效率 15%进行计算,得到项目北区整体光伏装机容量为 3.67MWp,年光伏发电量为 409.46 万 kWh;中区整体光伏装机容量为 13.32MWp,年光伏发电量为 1179.56 万 kWh;项目整体光伏装机容量为 16.99MWp,年光伏发电量为 1589.02 万 kWh。23 图 2-28a 屋面太阳辐射模拟示意图 图 2-28b 立面太阳辐射模拟示意图 24 图 2-28c 片区整体太阳辐射模拟示意图 表 2-8 区域建筑光伏发电情况 北区整体光伏测算情况北区整体光伏测算情况 光伏安装面积()装机容量(MWp)光伏发电量(万 kWh)屋面屋面 20645 4.13 403.06 立面立面 0 0 0 整体整体 20645 4.13 403.06 中区整体光伏测算情况中区整体光伏测算情况 光伏安装面积()装机容量(MWp)光伏发电量(万 kWh)屋面屋面 64506 12.90 1217.49 立面立面 33331 5.00 342.62 整体整体 97837 17.90 1560.11 项目整体光伏测算情况项目整体光伏测算情况 光伏安装面积()装机容量(MWp)光伏发电量(万 kWh)屋面屋面 85151 17.03 1620.55 立面立面 33331 5.00 342.62 整体整体 118482 22.03 1963.17 根据建筑光伏发电情况,结合各地块深圳市公共建筑节能设计标准(深标情景)及规划定位要求(规划情景)要求,分析得到各地块太阳能光伏装机容量及可再生能源利用情况,如表 2-8 及图 2-29、图 2-30、图 2-31 所示。25 图 2-29 各地块规划情景下光伏装机容量 图 2-30 各地块规划情景下可再生能源利用率 26 图 2-31 各地块规划情景下可再生能源潜力布局示意图 2.3.4 2.3.4 用户侧储能系统用户侧储能系统 2 2.3.4.1.3.4.1 储能储能应用场景应用场景 用户侧储能应用场景主要包括:削峰填谷、容量管理、需求响应、备用电源、光伏消纳等。示范片区根据每个柔性单元或地块的建筑负荷特征、光伏资源条件、建筑功能特点,综合考虑电化学储能的规划布局。根据不同的应用场景与目的,储能主要分为功率型应用、容量型应用、以及作为备用电源的应急保障型应用。表 2-9 用户侧储能应用场景 商业模式商业模式 应用场景应用场景 应用类型应用类型 削峰填谷 商业/办公建筑 容量型 需量调节 会展类建筑 功率型 需求侧响应 各类建筑 功率型/容量型 新能源消纳 用能强度低/光伏容量大 容量型 27 备用电源 各类建筑 功率型/容量型 削峰填谷:2022 年开始深圳的电价增加尖峰期,对应的时间段也进行了相应的调整。峰时段为 10-12 点、14-19 点;谷时段为 0-8 点;其余时段为平段。深圳地区峰平谷比价为 1.53:1:0.32。非深圳地区峰平谷比价为1.7:1:0.38。尖段电价执行时间为 7 月、8 月和 9 月三个整月,以及其他月份中日最高气温达到 35及以上的高温天。执行时段为 11-12 时、15-17 时共三个小时。尖段电价在上述峰谷分时电价的峰段电价基础上上浮 25%。用户侧储能系统在电价谷时从电网购买低价电能,在电价峰时或尖峰时供给给负载使用,从而减少企业电费支出。图 2-32 削峰填谷场景示意 容量管理:容量管理:两部制电价包含电量电价和容量电价,电量电价根据用户的实际用电量计算,容量电价可以选择按照变压器固定容量计算或者按照变压器最大需量计算。两种电费分别计算后相加,即为用户所应付的全部电费。采用两部制电价的电费成本计算方法工商业储能系统功率可以在负载用电峰值时,可以替代变压器容量,降低变压器总体容量需求的作用,从而减少变压器扩容建设成本以及后期的固定容量电费或者最大需量电费。针对电力负荷容量不充足,又有大量充电桩建设的工商业场景,可以免除变压器扩容带来的长周期和高昂费用,通过储能系统即可实现动态扩容。28 图 2-33 需量管理场景示意 备用电源备用电源:示范片区包含金融总部、国际会议、高端酒店等重点场所,对电网连续性要求较高,用户侧储能系统在极端情况电网停电时,可以作为备用电源,可以替代传统的 UPS 电源的功能,为建筑的重点负荷提供后备电源保障,应对突发停电事故。图 2-34 备用电源场景示意 光伏消纳:光伏消纳:针对光伏发电出力曲线和负载消耗曲线存在时空上的不匹配,在光伏发电输出较大时,将暂时无法自用的电能储存到电池中,在光伏发电输出不足时,将电池中的电能释放给电力负荷使用,实现对光伏电源的“削峰填谷”,最大化提升光伏发电的自发自用比例,最大化降低用电成本。图 2-35 光伏消纳场景示意 需求响应:需求响应:片区内用户侧储能通过一体化负荷聚合平台,根据需求响应指 29 令,参与电力市场、辅助服务市场等交易,进一步提升投资收益。图 2-36 需求响应场景示意 2 2.3.4.2.3.4.2 储能储能经济性分析经济性分析 用户侧储能系统不同于大规模储能调峰调频电站,它的主要目的是利用电网峰谷差价来实现投资回报,主要负荷是满足自身内部的电力需求,实现光伏发电最大化自发自用,或者通过峰谷价差套利。在全国各地区峰谷价差拉大、增设尖峰电价的政策下,用户侧安装储能的经济性已显著增强。未来,随着电力市场的加速构建、虚拟电厂技术的成熟应用,电力现货交易及电力辅助服务也将成为用户侧储能的盈利渠道。随着储能电池成本的降低,储能系统的投资成本必然更加优化,用户侧储能的市场的潜力将会进一步得到激发。图 2-37 各省市地区峰谷电价差 根据深圳市分时电价政策,结合用户侧储能峰谷套利与容量管理,随着需求响应次数的增加,用户侧储能系统的静态回收期将大幅度缩减,在目前不同储能系统成本条件下,静态回收期约为 7.4 年1.3 年。30 图 2-38 储能不同盈利模式(静态回收期)2 2.3.4.3.3.4.3 储能系统容量测算储能系统容量测算 以北区某地块为例,建筑功能主要为会议中心与酒店,总建筑面积约 37 万,容积率分别为 4.24 和 1.99。项目太阳能光伏装机容量约 1.8MW,酒店负荷稳定,基础负荷有利于光伏消纳,可实现光伏本地 100%消纳。同时会展典型日负荷峰值高、用电负荷波动性较大,对光伏消纳和经济运行都有不利影响,其尖峰负荷特征如下图所示,基于削峰容量管理与应急保障需求,建议配置功率型储能(2MW/2MWh)。图 2-39 典型地块尖峰负荷特征曲线 31 图 2-40 空调季典型周用电负荷与光伏发电 表 2-10 储能配置建议 20 %尖尖峰负荷峰负荷 地块内光地块内光伏出力伏出力 二期二期 直流柔性互联直流柔性互联 储能配置储能配置(功率型)(功率型)盈利模式盈利模式 4.7MW 0.9MW 光伏功率支持 储能功率支持 2MW/2MWh 峰谷套利 容量管理需求响应 1MW 1MW 以北区二期某地块为例,建筑功能为主为国际会议中心与酒店,总建筑面积约 4.1 万,容积率分别为 0.45 和 0.57。建筑布局分散、用电强度低,根据太阳能光伏布局潜力分析,该地块合计规划太阳能光伏装机容量 1.8MW,因此对于过渡季、非空调季,光伏发电量高于建筑用电量,需要重点考虑容量型储能移峰填谷。图 2-41 空调季典型周用电负荷与光伏发电曲线 32 图 2-42 非空调季典型周用电负荷与光伏发电曲线 典型日典型日 建筑用建筑用电量电量 KWh/dKWh/d 光伏发光伏发电量电量 KWh/dKWh/d 光伏余光伏余量量 KWh/dKWh/d 直流柔直流柔性互联性互联(5G5G 基基站用站用电)电)剩余剩余余量余量 无日照期无日照期间建筑用间建筑用电量电量KWh/dKWh/d 储能配储能配置置(容量(容量型)型)盈利盈利模式模式 夏季最大负荷日 15251 7766-646 1600 4479 1MW/2MWh 峰谷套利 需求响应 过渡季典型日 5678 6149-3414 1600 1814 2256 冬季典型日 5582 5571-3208 1600 1608 2869 示范片区中区主要功能为金融总部、商业办公等,对电网连续性要求较高,用户侧储能系统在极端情况电网停电时,可以作为备用电源,可以替代传统的 UPS 电源的功能,为建筑的重点负荷提供后备电源保障,应对突发停电事故。因此对于中区内地块,通过设置应急保障型电化学储能,以满足其备用电源的需求。为保障中区约 10%重点负荷,连续供电 60 分钟以上,中区合计配置6.4MW/6.4NMh 电化学储能。结合柔性单元调节需求与配电系统架构,预留储能配置空间,引导多元储能场景,片区电化学储能规划布局约 9.7MW/10.7MWh。33 图 2-43 各地块电化学储能布局示意图 2 2.3.4.4.3.4.4 充电桩等效储能容量测算充电桩等效储能容量测算 示范片区根据交通规划将设置 1.4 万个停车位,北区预计设置 1500 个停车位,包含一个超级快充站和一个光储充一体化站;中区预计设置 1.25 万个停车位,包含中区和西区的两个公共停车场停车位。电力规划按照 7800 个充电桩进行规划,我们将 7800 个充电桩分配到每个地块。充电桩全部按照有序充电桩设计,其中每个地块 10%的充电桩为 20kW 的双向直流充电桩;其余 90%的充电桩均为 7kW 的交流充电桩;超级快充站配置有 4 个充电功率为 600kW 的超充桩;光储充一体化站有 8 个 120kW 的公共交通充电桩和 8 个 60kW 的快充充电桩。充电桩考虑同时使用情况,设置同时使用系数 0.4,即充电桩的峰值充电功率为该地块总容量的 40%。有序充电最低功率为各类充电桩功率的 50%,放电功率为 100%,各类充电桩充电功率、有序充电功率和放电功率如下表所示。充电桩类型充电桩类型 充电功率充电功率 有序充电最低有序充电最低 功率功率 放电功率放电功率 7kW交流充电桩交流充电桩 7kW 3.5kW-10kW直流充电桩直流充电桩 10kW 5 kW 10kW 60kW社会快充桩社会快充桩 60kW 30 kW 60kW 120kW公共快充桩公共快充桩 120kW 60 kW 120kW 600kW超充桩超充桩 600kW 300 kW 600kW 34 有序充电时间和有序放电时间设置为 8:00 19:00,假定在电力紧张的峰价时间 1012 时和 1418 时的有序充电功率为最低值 50%,平价时间有序充电功率为 70%;在电力紧张的峰价时间 1012 时和 1418 时的有序放电功率为最大值 100%,平价时间有序放电功率为 70%。示范片区在有序充放电基础上,试点 V2B/V2G 模式,挖掘充电桩可调资源,规划可调负荷约 10MW。充分利用建筑变压器容量资源,通过电动车有序充电、双向充放电与建筑用电负荷协同,增加建筑用电柔性,并提升建筑用电应急保障、减少电网增容压力。图 2-44 有序充电与 V2G 布局示意 2 2.3.5.3.5 区域“光储直柔”新型能源区域“光储直柔”新型能源系统系统架构架构 构建城市区域“光储直柔”新型能源系统,通过技术引领、项目支撑、先行先试、场景示范,体现世界一流未来城市发展理念,推动能源高质量发展。示范片区新型能源系统,通过区域负荷聚集与虚拟电厂建设,聚合片区 50MW 以上柔性资源,消除区域 30%以上尖峰负荷,优化电网峰谷负荷,延缓或减少电 35 网投资建设。l 聚合区域可调资源潜力50MW(消除区域 30%以上尖峰负荷)l 可再生能源利用率达到 5.6%l 主动有效降低度电成本及动态碳排放责任因子 通过对区域负荷和光伏发电的规律的分析,根据每个规划单元或地块的建筑负荷特征、光伏资源条件、建筑功能特点,综合考虑电化学储能的规划布局,提出了交直流混合的区域新型配电系统方案。方案根据削峰填谷、容量管理、需求响应、备用电源、光伏消纳等不同的应用目的,规划了各规划单元或地块的用户侧储能形式和容量配置。根据深圳市分时电价政策,在目前不同储能系统成本条件下,静态回收期约为 7.4 年,后继结合用户侧储能峰谷套利与容量管理,随着电力辅助服务市场的逐步成熟,需求响应次数的增加,系统的静态回收期将大幅度缩减。图 2-45 新型能源系统架构 三、光储直柔示范工程方案咨询光储直柔示范工程方案咨询 3 3.1.1 执行执行组织组织情况情况 3.1.1 3.1.1 方案论证会组织方案论证会组织 随着国家双碳“1 N”政策体系的构建,光储直柔作为城乡建设领域绿色节能低碳发展的重要技术日益受到关注。为更好地响应国务院关于印发 2030 年 36 前碳达峰行动方案的通知“提高建筑终端电气化水平,建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的光储直柔建筑”的相关要求。截至 2023 年 4月,在能源基金会支持下,中国建筑节能协会光储直柔专业委员会共组织两期“光储直柔工程技术方案专家论证会”,通过征集行业内工程示范案例,邀请专家对技术方案进行论证,推进光储直柔技术在工程上的应用与推广。2022 年 10 月 20 日,光储直柔工程技术方案专家论证会(第一期)在北京召开。论证会由中国建筑节能协会光储直柔专业委员会郝斌秘书长主持。论证会邀请了 9 位行业专家,分别为清华大学江亿院士、中国建筑节能协会倪江波副会长、清华大学杨旭东教授、清华大学刘晓华教授、北京交通大学童亦斌副教授、中国中建设计研究院有限公司电气总工韩占强、北京市建筑设计研究院有限公司副总工逄京、国网能源研究院教授级高工代贤忠、中国建筑节能协会光储直柔专业委员会郝斌秘书长。图 3-1 第一期专家论证会现场专家 第一期论证会就北京三里屯太古里北区直流微电网工程项目以及宁夏回族自治区西吉县偏城乡中心小学光储直柔项目的技术方案展开了专家论证。图 3-2 北京三里屯太古里和宁夏西吉县偏城乡中心小学汇报 2023 年 4 月 14 日,光储直柔工程技术方案专家论证会(第二期)在深圳未来大厦召开。论证会由中国建筑节能协会光储直柔专业委员会郝斌秘书长主持,能源基金会高级项目专员付颖雨进行了致辞。会议邀请了 9 位行业专家,37 分别为清华大学杨旭东教授、香港理工大学王盛卫教授、北京交通大学童亦斌副教授、中国家用电器研究院刘挺院长、国家发展和改革委员会能源研究所张建国副研究员、中国科学院广州能源研究所舒杰研究员、中国工程研究院有限公司周辉副所长、中国建筑科学研究院陈曦教授级高级工程师、大金(中国)投资有限公司钟鸣部长。图 3-3 第二期专家论证会现场专家 第二期论证会由深圳供电局有限公司技术专家王静对深圳市福田供电局办公楼光储直柔改造项目进行了汇报,万科集团技术经理吴轶群及技术支撑单位电气部负责人邓梓荃对嘉定未来城市光储直柔项目进行了汇报。各位专家在听取了项目汇报后,对项目技术方案进行了质询,项目组与专家充分交换了意见,同时专家对项目下一步工作提出了宝贵的优化建议,为行业提供更多可参考的工程应用经验,助推光储直柔行业发展。2023 年 8 月 2 日第三期“光储直柔工程技术方案专家论证会在青岛海尔国创实验室召开,论证会对“深圳茜坑水厂光储直柔项目”及“海尔光储直柔工程示范实验室”分别进行方案论证。3.1.2 3.1.2 宣传推广情况宣传推广情况 直流建筑联盟公众号对两期光储直柔工程技术方案专家论证会分别进行了推送,得到了行业内外的广泛关注和支持,对项目落地具有积极的推动作用,为光储直柔技术的实际应用提供了有力的支持和推广。除此以外,论证会的成功举办激发了社会对光储直柔的关注和认识。这将鼓励企事业单位建设以“光储直柔”为主要特征的新型建筑电力系统,发展柔性用电建筑,推广可再生能源建筑应用,为实现能源的高效利用和可持续发展做出了积极贡献。38 图 3-6 光储直柔工程技术方案专家论证会推送情况 3 3.2.2 工程方案情况工程方案情况 3 3.2.1.2.1 三里屯太古里直流微电网设计三里屯太古里直流微电网设计 (1)项目概况)项目概况 三里屯太古里是由太古房地产开发的商业综合体项目,位于北京市朝阳区工体北路与三里屯路交汇处,项目占地 5.3 万平方米,由 19 座低密度的当代建筑布局而成。三里屯太古里的定位是综合休闲娱乐区,它包括了世界一、二线知名品牌的旗舰店、各国美食以及独具特色的五星级精品酒店,吸引着来自四面八方的艺术家、文人和游客。三里屯太古里直流微电网项目包含三里屯太古里北区 15#楼、红馆及北区地下车库直流配电间。其中 15 号楼,建筑高度 16.78 米,地上 4 层,地下 1层,总建筑面积 2141.51 平方米,地上 1727.63 平方米,地下 413.88 平方米,为原址重建商业建筑。红馆地上 2 层,地下 0 层,总建筑面积 989 平方米,为既有建筑。北区地下车库为二期建设内容包含直流控制室和地下车库直流双向充电桩。三里屯太古里直流微电网项目光储直柔范围覆盖两栋商业建筑和部分地下车库,配电系统采用交直流混合供电,其中直流系统采用交流电网、光伏、储能等多种能源接入,为楼宇的供电可靠性提供保障;项目整体定位不仅能实现基本的光伏发电和直流供电功能,还具备开放的控制接口,可根据园区需要灵活设计和调整控制策略来实现园区互联互通,满足建筑电网取电与直流配电系统的联合调度。各组成部分通过直流母线相连,在光储直柔控制器的协调下运 39 行工作,提升光伏发电就地消纳利用率,降低各设备电能变换损耗,且可形成柔性可控的电网微节点,成为未来智能电网的重要组成部分,具有科技示范意义和推广价值。本项目选取能源资源消费和碳排放相对集中、建筑业态功能多样、负荷需求波动大及社会影响力大的商业建筑场景,集成应用零碳规划设计方法、超低能耗建筑技术、可再生能源利用以及“光储直柔”新型电力系统等零碳建筑关键技术,实现运行阶段零碳商业建筑建设目标。本项目达到国内首个“光储直柔”三星级标准的商业示范建筑,同时项目运行按照“峰、谷、尖、平”电价柔性调节,实现用电经济性建筑与城市电网互动,通过柔性电网取电消纳绿色电力。图 3-7 三里屯太古里项目位置 本项目采用环形联接园区型直流微电网,进一步提高供电可靠性,后期系统扩展更加灵活。各楼间采用双向隔离型 DC/DC 进行互联,将大型直流微网隔离区分为互不直连的小型直流微网,降低一处故障导致全网瘫痪的概率,同时DC/DC 可以精准的控制功率的流向和大小,软硬件协同充分保障项目可靠运行。(2)光储直柔架构光储直柔架构 15#楼直流配电架构如下图:40 16#楼直流配电系统架构如下图:园区光储直柔架构如下:(3)系统配置系统配置 15 号楼直流母线通过七台 30kW AC/DC 变换器连接交流侧三相 AC380V;通过一台 50kW DC/DC 变换器连接 15 号楼屋顶光伏汇流箱,通过一台 10kW 41 DC/DC 变换器连接 15 号楼屋顶测试区光伏;通过五台 30kW DC/DC 储能变换器连接储能电源;通过四台 30kW DC/DC 变换器转换母线电压;预留两台30kWDC/DC 变换器,正向 30kW,反向 30kW,为园区互联使用。红馆直流母线通过四台 30kW AC/DC 变换器连接交流侧三相 AC380V;通过一台 50kW DC/DC 变换器连接屋顶光伏汇流箱;通过一台 30kW DC/DC 变换器转换母线电压;预留四台 30kWDC/DC 变换器,正向 60kW,反向 60kW,为与 15 号楼互联使用;预留四台 30kWDC/DC 变换器,正向 60kW,反向60kW,为与北区地库互联使用。(4)经济性分析经济性分析 根据北京市非居民销售电价表可知一般工商业 1-10 千伏电压等级的电价及业主下半年的直购电价,光伏发电时间大部分处于高峰电价时段,可估算本项目自用电价平均约为 0.992 元/KWh;15#楼屋顶安装太阳能发电组件 240,安装容量约 46.965 KWp,年发电量5.17 万 KWh;16#屋顶安装太阳能发电组件 300,安装容量约 51.59KWp,年发电量 5.72 万 KWh。总计年节约电费 10.8 万元。柔性电网取电,灵活运用集中式储能削峰填谷平抑电价,实现度电成本最低,储能电池在电价低谷充电,高峰及尖峰供电,按照度电节约 0.611 元估算,年节约电费 6.69 万元。3.2.2 3.2.2 宁夏回族自治区西吉县偏城乡中心小学项目宁夏回族自治区西吉县偏城乡中心小学项目 (1)项目概况项目概况 1 栋教学楼,包括#1 号教学楼、#2 号教学楼和连廊,建筑面积 3193.26。建筑层数地上 3 层,建筑高度 15.468 米,项目建成后包括 24 间教室,3 42 间办公室,3 间卫生间,可满足 600 多名师生日常教学活动及行政办公。图 3-8 小学项目外观 本项目在充分借鉴了传统建筑的能源利用方式和建造方式的基础上,拟集成采用六项主要技术,分别为:DC&AC 配电系统、光伏直驱采暖、太阳能 水源热泵 空气源热泵采暖、光伏直流照明、建筑光伏一体化模块化设计与应用和建筑主体结构关键节点模块化设计与应用。图 3-9 小学项目技术应用示意图 六项主要技术的应用的设想主要包括:通过建筑直流配电、储能和光伏直驱终端设备等技术的应用,不断提高建 43 筑光伏电力的效率和灵活性,持续挖掘建筑光伏电力的价值幅度;研究适宜于乡村建设领域应用的光伏建筑一体化产品,通过模块化设计方式提高建筑光伏一体化工程技术水平、降低建筑光伏一体化综合建设成本,致力于创造出一种可代替当前乡村建筑的集成化建筑光伏成套房屋产品,引领一种新的房屋建造和消费理念。(2)主要技术主要技术 本项目拟采用市电交流电源和光伏直流电源相结合、以光伏直流电源为主,配置一定容量储能电源的供电方式。教学楼配电系统设置为 DC220V 和AC380V 双母线,DC220V 母线为楼内的主要负荷即直流电暖器和直流灯具供电,AC380V 母线为除主要负荷以外的其他一般设备供电;光伏直流电源(装机容量约 158.4kW)通过光伏 DC/DC 变换器接入直流母线,储能电源通过双向 DC/DC 换流器接入直流母线;光伏电源优先向直流母线供电,多余时可向储能电源充电或并网发电;本项目储能容量为 38kWh。图 3-10 小学项目配电系统示意图 1)光伏直驱供暖光伏直驱供暖 本项目#1 号教学楼拟全部采用光伏直驱供暖,供暖总面积 1166.5,终端取暖设备为石墨烯直流电直热器。序序号号 房间房间 房间尺寸房间尺寸长长宽宽()()单间面单间面积积()()房间房间数量数量 采暖设备选型采暖设备选型 供电电压供电电压 功率功率 设备设备数量数量 1 教室 9x7.2m 64.8 4间 796*190*670mm DC220-300V 1600w(12-15)12台 2 会议室 9.0 x10.2m 91.8 1间 796*190*670mm DC220-300V 1600w(12-15)4台 44 1 教室 9x7.2m 64.8 4间 796*190*670mm DC220-300V 1600w(12-15)12台 1 教室 9x7.2m 64.8 5间 796*190*670mm DC220-300V 1600w(12-15)15台 2 教室休息室 9x4.3m 38.7 1间 786*210*526mm DC220-300V 2000w(18-20)2台 图 3-11 光伏直驱取暖器产品示意图 石墨烯直流电直热器主要由光伏直流电源通过 DC220V 母线向其供电。光伏电站装机容量 158.4kW,石墨烯电直热器总功率 72.8kW,光伏输出效率达到 50%的情况下即可完全满足光伏直驱供暖的用电需求;同时,通过室内温控以及同开率等智能化控制方式,可一进步节约供暖电力。按照本项目 2:1 的配置比例,直驱供暖可实现 100%由光伏供给。2)太阳能太阳能 空气源热泵空气源热泵 水源热泵供暖水源热泵供暖 太阳能 水源热泵 空气源热泵清洁供热系统由平板式太阳能热水器、水源热泵及空气源热泵组成,平板式太阳能热水器是系统的主要低温热源,空气源热泵为辅助热源。本项目#2 号教学楼拟采用太阳能 水源热泵 空气源热泵供暖,供暖总面积 1165.5,终端散热设备普通暖气片。45 序号序号 设备设备/材料材料 规格型号规格型号 单位单位 数量数量 1 平板式太阳能集热器 2000*1000*85 140 2 水源热泵 30 匹 台 1 3 空气源热泵 60 匹 台 1 图 3-12 太阳能 水源热泵 空气源热泵清洁供热系统 3)光伏直流照明光伏直流照明 本项目#1 号教学楼、#2 号教学楼、连廊以及应急和消防照明全部采用直流 46 灯具,并使用光伏直流电源供电。直流灯具主要由光伏直流电源通过 DC220V 母线向其供电。光伏电站装机容量 158.4kW,直流灯具总功率 15.07kW,光伏电站对直流灯具完全可实现 100%的充足电力保证。图 3-13 光伏直流照明 4)建筑光伏一体化模块化设计与应用建筑光伏一体化模块化设计与应用 本项目中,光伏建筑一体化技术是指光伏组件作为建筑材料,替代传统瓦片与建筑屋面一体化结合。图 3-14 光伏建筑一体化实现方式 本技术借鉴了传统瓦片通过搭接方式实现防水功能的特点,通过模块化设计思路进行了光伏瓦构件的创新设计和产品开发。47 图 3-15 光伏建筑一体化实现方式 5)建筑主体结构关键节点模块化设计与应用建筑主体结构关键节点模块化设计与应用 为了实现由砌筑式建筑向成套房屋产品的转变,基于模块化设计理念,本项目在采用钢结构作为主体结构的基础上,拟对结构连接的关键节点实施模块化改造和新产品开发。双向构件 三向构件 多向构件 异向构件 图 3-17 建筑主体结构关键节点 48(3)经济性分析经济性分析 1 1)光伏直驱供暖)光伏直驱供暖 A 建设费用:光伏装机容量与直流电散热器功率比为 2:1,即每 2kW 光伏可 100%满足 1kW 直流电散热器的电能需求;同时,由于冬季采暖期光伏出力占全年总量的比例为 30%(冬季日照时间约为全年的 30%),即将光伏电站总投资的 30%折算为采暖设备建设投资,则每 1kW 光伏直驱采暖总投资(含配套光伏电站)约为 3300 元,72.8kW 总投资约为 24 万元。B 运行费用:按照当前光伏电力 0.15 元/kWh 的光伏度电成本,以及学校每天供热时间 8 小时计算,1kW 电直热器每天的的运行费用约为 1.2 元,本项目光伏直驱供暖年运营费用约为 1.3 万元。2 2)太阳能太阳能 空气源热泵空气源热泵 水源热泵供暖水源热泵供暖 A 建设费用:本项目太阳能 空气源热泵 水源热泵总投资约 45 万元,约为电采暖总费用支出的 1.87 倍。B 运行费用:按照居民电价 0.4486 元/kWh 计算,系统年耗电量约为 3.6 万kWh,年运行费用约为 1.6 万元,约为光伏直驱电采暖的 1.23 倍。3 3)建筑光伏一体化模块化设计与应用建筑光伏一体化模块化设计与应用 材料和成本优势:光伏瓦构件选用了 ASA PVC 材料,强度、使用寿命等完全符合建筑瓦片的要求,但相对于现行的金属光伏瓦构件,具有显著的成本优势。产品名称产品名称 关键性能指关键性能指标名称标名称 计划达到的指标计划达到的指标指指 材质规格材质规格 备注备注 光伏覆叠瓦 精密精度 150 微米 ASA PVC/ABS/铝合金 光伏与建筑实现高精密度一体化结合,防水性能超过传统建材。光伏竖向导水瓦 精密精度 150 微米 ASA PVC/ABS/铝合金 光伏专用连接件 精密精度 150 微米 ABS 4 4)光伏直驱供暖的优势和发展方向光伏直驱供暖的优势和发展方向 A A 本项目两种供暖方式对比本项目两种供暖方式对比 对比项目对比项目 技术类型技术类型 建设费用建设费用 运行费用运行费用 对比结论对比结论 49 光伏直驱采暖 24 万元 1.31.3 万万 元/年 光伏直驱采暖建设费用与空气源热泵基本持平,约为太阳能 水源热泵 空气源热泵的 55%光伏直驱采暖的运行费用最低,约为空气与热泵的 43%,太阳能 水源热泵 空气源热泵的 81%太阳能 水源热泵 空气源热泵 45 万元 1.61.6 万万 元/年 空气源热泵采暖 25 万元 3.03.0 万万 元/年 B 光伏直驱供暖运行费用优势:光伏直驱供暖运行费用优势:长期来看,能源价格总体上将处于上涨态势、常规能源价格涨幅将高于光伏电力的上涨比例,光伏电力与常规电力的相对价差将持续扩大,即光伏直驱采暖运行费用的优势将愈加显著。C 光伏直驱供暖未来的发展方向:光伏直驱供暖未来的发展方向:空气源热泵的输出效率可以达到 200%(COP 大于 2)以上,未来还将不断提高,但电直热转换效率永远不可能超过100%。光伏电力的度电成本优势和空气源热泵的效率优势相结合,将使得光伏直驱动采暖运行费用进一步凸显,从而成为最具市场前景的清洁能源供热方式。因此,未来光伏直驱采暖的研究方向将重点聚焦于光伏直驱 直流空气源热泵的技术研究和示范应用。(4)社会效益社会效益 本项目所述的六项主要技术不仅适合于公共建筑,更适合应用在乡村住宅建设领域,多项先进技术集成应用,既可以弥补农村建筑尤其是乡村住宅在能源利用条件方面的短板,有效提高乡村住宅的居住舒适性,也可优化我国实施乡村振兴战略的基础条件;又可大幅提高建筑本体的质量和安全标准,提升乡村建筑的资产价值。具有显著的经济和社会效益。A 有助于促进乡村建筑产业的变革:有助于促进乡村建筑产业的变革:乡村建筑业可实现由传统建造方式向可再生能源模块化建筑成套房屋产品的转变。B 有助于节约社会资源:有助于节约社会资源:可促使能源、建筑材料等在乡村建设领域实现集约化、高质量的发展,大幅节约社会资源。C 有助于刺激、释放社会消费总需求:有助于刺激、释放社会消费总需求:我国正在全面实施乡村振兴战略,城乡经济差异日益缩小,农村居民文化素质日益提升,具有提高消费水平的潜力和改善生活条件的能力。本产品作为资产类别的家庭开支,能有效刺激社会消费总需求,促进乡村经济的发展进步。50 3 3.2.3.2.3 上海嘉定未来城市上海嘉定未来城市项目项目 (1)项目概况项目概况 本项目为上海万科嘉定未来城市项目 A20 地块市集,为 2 层公共建筑,建筑面积约 3100 平方米,建筑高度 14.5 米;业态为社区配套商业,主要为餐饮、休闲为主。本工程在地下 1 层设一个直流配电间,一个储能电池室。图 3-18 嘉定未来城市项目总平面(2)建设目标建设目标 万科作为房地产头部企业在现阶段在上海率先实践实验光储直柔商业化应用,回应政府碳达峰政策要求,顺应引领行业发展趋势,同时也为日后规模化强制应用阶段积累经验。图 3-19 嘉定未来城市项目目标 (3)光储直柔架构光储直柔架构 51 图 3-20 嘉定未来城市项目直流配电系统图 (4)配置清单配置清单 增量增量投资投资 子系统名称子系统名称 子系统容量子系统容量 子系统单价子系统单价 子系统估价子系统估价(kW)/项(元)(万元)直流直流 配电配电 AC/DC 变换器 250.0 300.0 7.5 AC750/DC375 变换器 90.0 500.0 4.5 光伏 DC/DC 变换器 180.0 500.0 9.0 储能 DC/DC 变换器 40.0 500.0 2.0 DC750 出线柜 2.0 200000.0 40.0 DC375 出线柜 1.0 150000.0 15.0 控制系统 1.0 250000.0 25.0 合计 103.0 (5)系统投资系统投资与收益估算与收益估算 序号序号 增量投资增量投资 金额金额 单位面积单位面积增量成本增量成本 使用寿命使用寿命(万元)(元/平米)(年)1 直流配电系统 103.0 332 20 52 2 电化学储能 20.0 65 8 3 直流终端电器(空调、照明、插座)55.8 180 20 4 充电桩 20.0 65 20 5 屋顶光伏 101.4 327 20 合合计:计:合计:合计:199 641 备注:投资统计不含光伏系统,光伏按园区统一考虑。表 光储直柔系统收益估算 投投资资 收收益益 年基础能耗年基础能耗电费电费 基本容量费基本容量费 光伏直接上光伏直接上网收益网收益 不含光伏上不含光伏上网后电费网后电费 扣除光伏上扣除光伏上网后电费网后电费 (万元/年)(万元)(万元/年)(万元/年)(万元/年)24.0 11.9 6.1 35.9 29.8 储能减少基本容量费 光伏减少基本容量费 光伏自用收益 蓄能峰谷收益 光储直柔后电费 合计节约电费(万元/年)(万元/年)(万元/年)(万元/年)(万元/年)(万元/年)1.9 2.9 11.4 5.2 14.6 15.2 3 3.2.2.4.4 福田供电局大楼福田供电局大楼光储直柔项目光储直柔项目 (1)项目概况项目概况 深圳福田供电局办公楼位于福田区中航路 44 号,占地面积 5065 平方米。本次可改造区域为办公楼 19 层的办公楼部分(不包括 220kV 变电站设备用房)和宿舍楼一层,可改造区域总建筑面积约 4383 平方米。其中:办公楼地上9 层,建筑面积为 3996 平方米,其中地上 1 层主要为营业厅,28 层为办公区域,9 层为展厅及员工活动室。建筑现状立面图如图 3-26 所示。图3-21 建筑现状立面图 53(2)项目目标项目目标 综合考虑既有建筑近零碳改造技术示范和南网科技项目新技术实验示范要求,开展光储直柔近零碳建筑技术、建筑低压直流配电技术、建与筑电网柔性光储直柔近零碳建筑技术、建筑低压直流配电技术、建与筑电网柔性互动技术、电动车与电网互动技术互动技术、电动车与电网互动技术的综合应用示范和验证。具体如下:光储直柔建筑,针对以新能源为主体新型电力系统对城市电网的要求,充分利用城市建筑既有条件,通过增加光伏发电装机容量和电动车直接消纳等通过增加光伏发电装机容量和电动车直接消纳等方式主动降低碳排放方式主动降低碳排放,同时利用电动车充电和空调等负荷的柔性控制,改善建筑负荷参与电网需求响应的性能;低压直流配用电,采用直流连接光伏、电动车充电桩、储能和直流电器,发挥直流系统效率优势,降低光伏发电、储能和电动车充电等用电环节间的损耗,提高光伏发电利用效率;电网电网-建筑建筑-光伏光伏-电动车多元互动,电动车多元互动,充分发挥低压直流系统高效和灵活的特点,针对用户侧电网电能质量治理、高品质供电、负荷特性优化等多样化需求,构建更加简洁灵活的多元互动关系,提升综合能源服务内涵和收益;直流安全可靠用电,采用 IT 接地、特低电压和智能化保护等措施,更好地满足民用建筑对用电安全性能的要求,利用储能提高重要负荷的供电可靠性,改善用户体验;支持开放接入的直流系统智能控制和保护策略,基于通用变换器模块采取模块化方式组合,利用复合节点控制、暂态功率补偿和最简单保护技术,解决开放直流母线系统复杂工况、多变换器功率协调控制和故障保护问题,提高系统的稳定性和可靠性;功率主动响应,利用直流母线电压变化传递功率需求信息,实现分布式发电、储能和用电设备主动响应,简化用户侧能量管理和功率调节实现方式,更好地适应建筑场景应用的要求;综合监控,对系统的总体运行情况进行集中监控,通过指标显示系统的整体运行状态,具备控制策略开放接口,满足建筑负荷柔性控制和 V2G 技术研究和实验分析要求。(3)预期效果预期效果 光储直柔系统主要通过采用光伏系统接入直流系统方式,同时接入直流负 54 载可控设备,每年光伏发电量 4.84 万 kWh,可使建筑总能耗比改造前降低7%,年节约用电量 4.84 万 kWh,每年减少二氧化碳排放 22 吨。(4)光储直柔系统架构光储直柔系统架构 本项目计划设计建设一套“光储直柔”系统,实现建筑低压直流配用电技术、电动车 V2G 技术,以及建筑与电网柔性互动技术综合应用,通过实验示范对相关技术进行检验。本项目光储直柔系统采用单极结构,直流母线电压采用DC750V/DC375V/DC48V 三级。“光储直柔”系统整体结构如下图 3-22 所示。图3-22 光储直柔系统拓扑结构示意图(5)系统配置系统配置 本项目拟建设的“光储直柔”系统以直流组网电源为核心,通过直流连接光伏阵列、分布式储能、单向和双向 V2G 充电桩、直流空调、直流照明以及直流展示区的直流电器等设备,其中光伏部分分为两个区域,办公楼屋顶光伏组件通过交流逆变器直接与办公楼交流配电系统相连接,容量为 32kWp,篮球场车顶光伏与消防室西立面光伏接入直流系统中,容量为 21kWp。表3-6光储直柔系统容量配置序号序号 名称名称 规格规格/功能功能 1 直流组网电源直流组网电源 AC380V/DC750V:100kW DC750V/DC375V:60kW 2 光伏发电光伏发电 交流光伏 32kWp 直流光伏 21kWp 3 分布式储能分布式储能 13.2kWh/10kW 钛酸锂电池 55 4 V2GV2G 充电桩充电桩 单向柔性充电桩,1 桩 2 枪20kW 双向 V2G 充电桩,1 桩 2 枪20kW 5 直流电器直流电器 直流电器设备总功率:约 53kW DC750V,空调室外机:3*13.02kW DC375V,新风室外机:2*6.2kW DC375V,新风室内机:2*0.35kW DC48V,空调室内机:0.672kW 6 直流路灯智能箱直流路灯智能箱 供电电压 48V,功率 2.5kW 直流组网电源 直流组网电源是“光储直柔”各部分单元的能量核心,由直流组网电源建立750Vdc 和 375Vdc 两级开放式直流母线,电网额定功率 60kW,配置10kW/13.2kWh 锂离子电池储能,接入实际光伏 21kWp,满足 1 个 20kW V2G充电终端、1 个单项充电终端、25.71kW/750V 直流空调、2.5kW/375V 直流照明供电、直流新风系统 6.72kW 要求,并预留 10kW/375V 直流电器供电功率。直流组网电源是“光储直柔”系统的控制核心,采用一体化设计,利用直流母线实现市电、光伏和储能等多种电源高效互联和灵活控制,支持开放直流母线,为直流设备提供安全、可靠和高质量供电。直流组网电源内部集成控制、管理、保护、计量、监测、展示等功能,适应用户侧应用特点,采用功率主动响应技术等实现负荷柔性调节和稳定运行。光伏发电单元 光伏发电单元拟计划布置于 6 楼透明行政楼屋顶、6 楼花池周围、篮球场车棚,以及篮球场消防室西立面,布置一定规模的光伏池板,拟计划接入“光储直柔”系统的光伏装机容量为 21kWp,位置采用多组串接入形式,每一组串开路电压设计为 600VDC650VDC,在光伏池板安装位置就近布置光伏变换器(PVC),集中汇流后统一接入直流组网电源 750VDC 直流母线,计划接入交流测系统容量为 32kWp,位置位于 6 楼透明行政楼屋顶、6 楼花池周围,逆变器布置于支架下端。分布式储能单元 分布式储能单元主要用于实现平抑波动和暂态功率调节功能,在孤岛情况 56 下,还可以为重要负荷提供应急或后备供电。分布式储能单元按照“光储直柔”系统容量的 10%设计,考虑建筑消防安全和平抑波动应用对电池循环寿命的要求,采用户外安装方式,优先采用钛酸锂电池,容量 10kW/13.2kWh,接入至直流组网电源 750VDC 直流母线。V2G 充电桩 计划划出 2 个停车位做为电动车停车位,布置 1 个具备 V2G 功能的充电桩,1 个单向直流柔性充电桩,充电终端功率额定充电功率均为 20kW,合计功率 40kW。单向柔性充电桩为 2 个停车位电动汽车进行充电,单向柔性充电桩均接入至直流组网电源 750Vdc 直流母线,并接受直流组网电源的柔性控制。双向充电桩具有 1 个充电终端,双向充电桩为 2 个停车位电动汽车进行充电,双向充电桩接入至直流组网电源 750Vdc 直流母线,并接受直流组网电源的柔性控制和功率双向流动。直流空调展示 项目在 3 楼建筑内安装光伏直驱变频多联式空调 3 台和 1 台光伏直驱变频多联式新风机组,其中:多联式空调外机功率为 6.79kW*3,直流新风系统最大功率为 6.79kW,合计 27.16kW。直流多联式空调室外机和直流多联式新风机组室外机接入直流 750V 母线,与直流用电设备共同实现“光储直柔”技术目标。直流照明系统 项目在 3 楼建筑内改造 28 栈灯具,采用直流 48V 供电,总共功率约为1.68kW,项目配置 2.5kW 直流照明电源。(6)经济性分析经济性分析 本项目光储直柔系统总投资 362.62 万元,其中光储直柔电源设备、储能、直流照明系统、直流空调、薄膜光伏、传感器等设备 338.76 万元,施工安装费用 23.86 万元。3 3.2.2.5.5 深圳茜坑水厂光储直柔项目深圳茜坑水厂光储直柔项目 (1)项目概况项目概况 深圳市龙华区茜坑水厂综合楼为茜坑自来水厂新厂区内一栋新建办公楼,总建筑面积 23163.29 平方米。地上十层,主要为会堂,会议,办公,值班,食堂等。地下三层,主要为车库及设备房。建筑效果图如图 3-23 所示。57 图3-23 综合楼建筑效果图(2)项目目标项目目标 综合考虑既有建筑近零碳改造技术示范和南网科技项目新技术实验示范要求,开展光储直柔近零碳建筑技术、建筑低压直流配电技术、建与筑电网柔性光储直柔近零碳建筑技术、建筑低压直流配电技术、建与筑电网柔性互动技术、电动车与电网互动技术互动技术、电动车与电网互动技术的综合应用示范和验证。具体如下:光储直柔建筑,针对以新能源为主体新型电力系统对城市电网的要求,充分利用城市建筑既有条件,通过增加光伏发电装机容量和电动车直接消纳等通过增加光伏发电装机容量和电动车直接消纳等方式主动降低碳排放方式主动降低碳排放,同时利用电动车充电和空调等负荷的柔性控制,改善建筑负荷参与电网需求响应的性能;低压直流配用电,采用直流连接光伏、电动车充电桩、储能和直流电器,发挥直流系统效率优势,降低光伏发电、储能和电动车充电等用电环节间的损耗,提高光伏发电利用效率;电网电网-建筑建筑-光伏光伏-电动车多元互动,电动车多元互动,充分发挥低压直流系统高效和灵活的特点,针对用户侧电网电能质量治理、高品质供电、负荷特性优化等多样化需求,构建更加简洁灵活的多元互动关系,提升综合能源服务内涵和收益;直流安全可靠用电,采用 IT 接地、特低电压和智能化保护等措施,更好地满足民用建筑对用电安全性能的要求,利用储能提高重要负荷的供电可靠性,改善用户体验;支持开放接入的直流系统智能控制和保护策略,基于通用变换器模块采 58 取模块化方式组合,利用复合节点控制、暂态功率补偿和最简单保护技术,解决开放直流母线系统复杂工况、多变换器功率协调控制和故障保护问题,提高系统的稳定性和可靠性;功率主动响应,利用直流母线电压变化传递功率需求信息,实现分布式发电、储能和用电设备主动响应,简化用户侧能量管理和功率调节实现方式,更好地适应建筑场景应用的要求;综合监控,对系统的总体运行情况进行集中监控,通过指标显示系统的整体运行状态,具备控制策略开放接口,满足建筑负荷柔性控制和 V2G 技术研究和实验分析要求。(3)预期效果预期效果 光储直柔系统主要通过采用光伏系统接入直流系统方式,同时接入直流负载可控设备,每年光伏发电量 36.9 万 kWh,年节约电费 51.6%,每年减少二氧化碳排放 44%。(4)光储直柔系统架构光储直柔系统架构 本项目计划设计建设一套“光储直柔”系统,实现建筑低压直流配用电技术、电动车 V2G 技术,以及建筑与电网柔性互动技术综合应用,通过实验示范对相关技术进行检验。本项目光储直柔系统采用单极结构,直流母线电压采用DC750V/DC375V/DC48V 三级。“光储直柔”系统整体结构如下图 3-24 所示。图3-24 光储直柔系统拓扑结构示意图 59(5)系统配置系统配置 本项目拟建设的“光储直柔”系统以直流组网电源为核心,通过直流连接光伏阵列、分布式储能、单向和双向 V2G 充电桩、直流空调、直流照明以及直流展示区的直流电器等设备,其中光伏部分分为两个区域,综合楼屋顶光伏组件接入直流系统中,容量为 184.8kWp,综合楼旁沉淀水池光伏组件接入直流系统中,容量为 184.8kWp。表3-7光储直柔系统容量配置序号序号 名称名称 规格规格/功能功能 1 直流组网电源直流组网电源 AC380V/DC750V:300kW DC750V/DC375V:90kW 2 光伏发电光伏发电 直流光伏 369.6kWp 3 分布式储能分布式储能 320kWh/80kW 铅酸固态蓄电池 4 V2GV2G 充电桩充电桩 双向 V2G 充电桩,10 桩 2 枪20kW 5 直流电器直流电器 直流电器设备总功率:约 567.0kW DC750V,空调室外机:277kW DC375V,新风室外机:13kW DC375V,照明:145kW DC375V,信息机房:120kW DC48V,空调室内机:12kW 直流组网电源 直流组网电源是“光储直柔”各部分单元的能量核心,由直流组网电源建立750Vdc 和 375Vdc 两级开放式直流母线,电网额定功率 90kW,配置80kW/320kWh 铅酸固态电池储能,接入实际光伏 369.6kWp,满足 10 个 20kW V2G 充电终端、277kW/750V 直流空调、145kW/375V 直流照明供电、13kW/375V 直流空调供电、120kW/375V 信息机房供电要求。直流组网电源是“光储直柔”系统的控制核心,采用一体化设计,利用直流母线实现市电、光伏和储能等多种电源高效互联和灵活控制,支持开放直流母线,为直流设备提供安全、可靠和高质量供电。直流组网电源内部集成控制、管理、保护、计量、监测、展示等功能,适 60 应用户侧应用特点,采用功率主动响应技术等实现负荷柔性调节和稳定运行。光伏发电单元 光伏发电单元布置于综合楼屋顶、沉淀池水池上方,接入“光储直柔”系统的光伏装机容量为 369.6kWp,位置采用多组串接入形式,每一组串开路电压设计为 600VDC650VDC,在光伏池板安装位置就近布置光伏变换器(PVC),集中汇流后统一接入直流组网电源 750VDC 直流母线。分布式储能单元 分布式储能单元主要用于实现平抑波动和暂态功率调节功能,在孤岛情况下,还可以为重要负荷提供应急或后备供电。分布式储能单元按照“光储直柔”系统容量的 20%设计,考虑建筑消防安全的要求,优先采用固态铅酸电池,容量 80kW/320kWh,接入至直流组网电源750VDC 直流母线。V2G 充电桩 划出 10 个停车位做为电动车停车位,布置 10 个具备 V2G 功能的充电桩,充电终端功率额定充电功率均为 20kW,合计功率 200kW。双向充电桩具有 1 个充电终端,双向充电桩为 2 个停车位电动汽车进行充电,双向充电桩接入至直流组网电源 750Vdc 直流母线,并接受直流组网电源的柔性控制和功率双向流动。直流空调展示 项目在每层楼的公共区域设置直流新风机及多联机,其中:多联式空调外机功率为 277kw,直流新风系统最大功率为 0.86kW,合计 17.2kW。直流多联式空调室外机和直流多联式新风机组室外机接入直流 750V 母线,与直流用电设备共同实现“光储直柔”技术目标。直流照明系统 项目在建筑内采用全直流照明,采用直流 375V 供电,总共功率约为145kW。(6)经济性分析经济性分析 本项目光储直柔系统总投资 505.37 万元,其中光储直柔电源设备、储能、直流照明系统、直流空调、薄膜光伏、传感器等设备 470 万元,施工安装费用 61 35.37 万元。3 3.2.6.2.6 国创中心光储直柔实验室项目国创中心光储直柔实验室项目 (1)项目概况项目概况 国家高端智能家电创新中心位于山东省青岛市崂山区松岭路 169 号国际创新园。单层面积 1000,本次可改造区域为办公楼 14 层的办公楼部分,可改造区域总建筑面积约 4000 平方米。建设光储直柔实验室-多功能零碳智慧区域,打造家庭侧绿色智慧能源应用展示场景,提供光储直柔系统和柔性家电等设备的开发验证平台,支撑柔性家电产业升级,并为生态链伙伴提供高效智慧的能源供应和相关增值服务。建筑现状立面图如下图所示。图3-25 建筑现状立面图(2)项目目标项目目标 项目整体目标是加速 HEMS、光储、柔性家电等智慧家庭能源关键技术的突破,为产业化落地提供有力的支撑。综合考虑零碳建筑示范和光储直柔实验室示范,开展家庭能源管理技术、柔性家电及光储家电关键技术、建筑光储直柔技术等的综合开发、应用、示范、验证。家庭能源管理系统。进行光伏、储能、负荷预测和控制。搭建模拟家庭实际运行场景,进行光伏、储能、柔性家电的集控监测及云端调控,实时显示系统运行状态,达到建筑负荷柔性控制、从而实现削峰填谷的目的。62 实验室搭建 HEMS 开发测试平台,通过 HEMS 实验室的测试设备与仪器,实现光伏、储能、柔性家电运行数据采集与分析。柔性家电。研发可蓄能/可时移柔性家电,实现家电柔性调控,也即对柔性可控负荷进行调节(如空调、热水器等),可以在电力高峰时期减少系统负荷压力,在电力低谷时期增加负荷,实现电力系统的稳定可靠。同时,实验室搭建柔性家电开发与控制平台,对柔性家电的柔性调节功能(蓄能、时移等)进行仿真测试,进行电控板、关键部件、整机产品的功能调试和室温环境下基本性能测试,确保产品性能 光储家电。光储家电实现光伏、储能、家电集成,研究多模式供电控制、安全供电、稳定运行、高效转换和热控制等应用技术,开发满足电压波动的光储家电产品并进行关键模块及家电测试。实验室搭建光、储技术开发和产品性能评估服务平台,进行基本性能、安规、环境适应性等测试:使用 Matlab、Simulink 和 Simscape,进行新能源系统架构建模、执行并网规范研究、以及新能源和储能系统的控制仿真;搭建“光储直柔”系统实验室。增加光伏发电装机容量,电力就地消纳(储能、充电桩等),同时通过电动汽车和可柔性调度负载(空调、热水器、热泵、洗衣机等)的响应,实现能源调控,从而达到减碳节能的效果。低压直流配电。对太阳能光伏、电动车充电桩、储能设备以及柔性直流家电进行电气连接。减少供电环节能量损耗,提高光伏用电效率。同时,电系统采用 IT 接地形式,采用直流灭弧、过流、过压保护技术;储能、市电、光伏、空气能等多能互补,共同实现供电的可靠性与安全性。光储充一体化建设。电网、柔性家电、光伏、充电桩多元互动,共同搭建综合能源智慧解决方案,实现电网侧-用户侧的电能供给品质优化,构建灵活互动关系,获取能源服务收益。(3)预期效果预期效果 实现多家庭场景模拟设备、家庭、微网多层次关键技术开发与检测。通过电能-储能-光电-空气能-光热-燃气多能互补,满足用户需求的前提下实现新能源高效利用。每年光伏发电量 14 万 kWh,年节约用电量 14 万 kWh,每年减少二氧化碳排放 64 吨。63(4)光储直柔系统架构光储直柔系统架构 本系统以交流 380V、220V、110V 和直流 750V、375V、48V 进行交直流联合供电,并通过 HEMS 与家电设备的智慧互联实现供用能的交互控制。整体能源电气系统框架如下图所示:图3-26 实验室电气框架图(5)系统配置系统配置 本项目拟建设的“光储直柔”系统以家庭能源管理系统和柔性家电为核心,通过直流组网电源连接光伏阵列、分布式储能、充电桩以及示范运行区的直流电器等设备,实现家庭场景的能源供给与调控。表 3-8 光储直柔系统容量配置 序号序号 名称名称 规格规格/功能功能 1 直流组网电源直流组网电源 AC380V/DC750V:100kW DC750V/DC375V:40kW 2 光伏发电光伏发电 直流光伏 100kWp 光储家电 10kWp 3 分布式储能分布式储能 30kW/60kWh 磷酸铁锂电池 64 4 充电桩充电桩 DC/DC 30kW 5 直流家电直流家电 DC375V直流家电 约26.7kW DC48V直流家电 约2.7kW 直流组网电源 直流组网电源由 750Vdc 和 375Vdc 两级开放式直流母线组成,电网额定功率 40kW,配置 60kWh 锂离子电池储能,接入实际光伏 100kWp,满足 1 个 30kW 充电桩、32.7kW 直流家电等功率要求,并预留一定的 DC375V 直流电器供电功率。直流电源利用直流母线实现市电、光伏和储能等多种电源高效互联和灵活控制,为直流设备提供安全、可靠和高质量供电。伏发电单元 光伏发电单元拟计划布置于国创楼顶,拟计划接入“光储直柔”系统的光伏装机容量为 100kWp,用于直流家电等设备供能。计划单独接入光储家电侧装机容量为 10kWp。分布式储能单元 分布式储能单元主要用于实现平抑波动和暂态功率调节功能,在孤岛情况下,还可以为重要负荷提供应急或后备供电。选用 60kWh 磷酸铁锂电池,接入至直流组网电源 750VDC 直流母线。充电桩 充电终端功率额定充电功率 30kW,接入至直流组网电源 750Vdc 直流母线,并接受直流组网电源的柔性控制。直流家电展示 项目在示范运行区安装直流设备及功率如下表,总功率 29.38 kW。其中,吊灯、笔记本电脑等采用 48V 直流供电,总计 2.68kW;空调、油烟机,电磁炉等采用 375V 直流供电,总计 26.7kW。表 3-9 示范运行区家电及功率 65 序号序号 供电电压供电电压 家电家电 总总功率功率/W W 1 DC48V 吊灯 1080 2 笔记本电脑 100 3 吸尘器 1500 4 DC375V 油烟机 220 5 电磁炉 3400 6 电饭煲 600 7 烤箱 3280 8 咖啡机 1450 9 冰箱 300 10 空调 7000 11 电视机 190 12 饮水机 1475 13 电热水器 3300 14 洗衣机 500 15 热泵 5000 (6)经济性分析经济性分析 本项目光储直柔的光伏、储能、直流家电、测试设备等设备概算 400 万元,总体费用(含基建费:光伏、充电桩、实验室施工等工程费)共计 1000 万。四、光储直柔工程案例集编制光储直柔工程案例集编制 4.1 4.1 案例集编制背景与进展案例集编制背景与进展 4 4.1.1.1.1 编制背景编制背景 构建以新能源为主体的“光储直柔”建筑新型能源系统是实现建筑能源系统转型升级的重要方向,也是实现我国“双碳”战略目标的关键技术途径。近年来,国家出台了关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见、2030 年前碳达峰行动方案等一系列支持“光储直柔”建筑发展的政策,为“光储直柔”建筑的发展指明了方向,全国各地也陆续开始了“光储直柔”建筑项目建设,建成了一批“光储直柔”建筑示范工程。为了解我国“光储直柔”建筑技术研究和实践探索的动态,总结梳理“光储直柔”建筑技术研究和成功案例实践经验,为规模化推动“光储直柔”建筑发展提供技术支撑和实践经验参考,项目组依托中国建筑节能协会光储直柔专业委员会开展了建筑“光储直柔”案例征集、调研及案例集编写工作。4 4.1.2.1.2 编制进展编制进展 66 案例集编制过程与进展情况如下:2022 年 3 月-5 月,开展了建筑“光储直柔”案例网络问卷征集,共收集了69 个建筑“光储直柔”案例项目信息,其中:运行阶段 26 个、施工阶段 12个、设计阶段 13 个、意向阶段 18 个。问卷征集的光储直柔建筑案例基本信息详见附件 2。2022 年 6 月-8 月,重点选取运行阶段的 26 个建筑案例和 1 个即将完成施工的建筑案例开展文案调研,收集了 27 个项目的文字介绍资料。2022 年 8 月-9 月,综合考虑项目建筑类型代表性、项目资料完整性、项目运行效果及项目特色等多方面因素,从已收集文字介绍的 27 个项目案例中筛选17 个典型案例开展现场调研考察与数据核实。2022 年 10 月-12 月,开展建筑光储直柔技术与工程案例书稿撰写,包括背景与意义、现状与趋势、方法与技术、探索与实践四个章节,重点对 17 个典型建筑案例特征进行分析,总结建筑光储直柔工程案例建筑与技术应用特征,探讨了建筑光储直柔技术发展路径,同时开展了项目建设者及专家访谈,倾听建设者及专家对于光储直柔建筑规模化发展的建议,完成建筑光储直柔技术与工程案例(征求意见稿)。2023 年 1 月-3 月,开展建筑光储直柔技术与工程案例征求意见及修改完善,完成建筑光储直柔技术与工程案例(送审稿),并提交出版社。2023 年 3 月-6 月,开展建筑光储直柔技术与工程案例出版校审与排版设计,并于于 2023 年 6 月底在中国建筑工业出版社出版,书籍封面及目录见附件 3。67 图 4-1 案例集编制进展 4.2 4.2 光储直柔建筑案例特征分析光储直柔建筑案例特征分析 4 4.2.2.1 1 建筑分布特征建筑分布特征 (1)项目位置项目位置分布分布 从太阳能资源分布来看,位于太阳能资源很丰富地区的建筑占 24%,太阳能资源丰富地区的建筑占 76%;从气候区域分布来看,严寒寒冷地区的建筑占47%,夏热冬冷地区的建筑占 29%,夏热冬暖地区的建筑占 24%。可见建筑建筑“光储直柔”适用于我国大部分地区,尤其是太阳能资源很丰富的“光储直柔”适用于我国大部分地区,尤其是太阳能资源很丰富的严寒寒冷严寒寒冷地区地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷地区(除四川盆地)(除四川盆地)及夏热冬暖地区。及夏热冬暖地区。图 4-2 光储直柔建筑案例位置分布 图 3-25 项目气候区域分布 丰富严寒寒冷,24%夏热冬冷,29%夏热冬暖,24%很丰富严寒寒冷,24h(2)建筑建筑类型分布类型分布 从建设类型来看,新建“光储直柔”建筑占 47%,既有建筑直流化改造的“光储直柔”建筑占 53%;从建筑功能来看,办公建筑数量最多,占 53%,其次是农村住宅建筑,占 24%;再次是产业园区(厂房 办公),占 12%,校园建筑和商场建筑各占 6%。可见,建筑“光储直柔”系统正在逐步从新建建筑扩展到既有建筑、从城市办公建筑推广至商业建筑、校园、产业园区及农村住宅建筑。图 4-3 光储直柔建筑类型分布(3)项目规模分布)项目规模分布 建筑面积500m2的建筑数量占 24%;建筑面积在 500 m23000m2的占35%;建筑面积在 3000 m25000m2的占 12%;建筑面积在 5000 m210000m2的占 18%;建筑面积10000 m2的占 12%。可见,虽然目前“光储直柔”建筑项目以中小型示范建筑为主,但已有部分产业园区、大型商业综合体建筑开始应用“光储直柔”系统,建筑规模达几十万平方米数量级,说明“光储直柔”建筑应用规模正在从中小型单体建筑向校园、产业园区规模化应用发展。69 图 4-4 光储直柔案例建筑面积分布(4)直流负载类型)直流负载类型 调研的“光储直柔”建筑案例中,88%的建筑采用了直流空调、直流照明,71%的建筑采用了直流监测展示设备(大功率展示屏、服务器等)及其他小功率直流设备(直流办公设备、冰箱、饮水机、电风扇、无线充电器等),65%的建筑采用了其他大功率直流设备(微波炉、电磁炉、烧水壶等),59%的建筑采用了直流充电桩,12%的建筑采用了直流生产线设备(主要是工业园区厂房建筑)。可见,建筑中的照明、空调、IT 类办公设备及监测展示设备、家用电器及充电桩可以率先直流化,主要是由于这些用电设备的内部结构本身是直流驱动的或者变频器是直流驱动的,具备直流化的良好基础条件。图 4-5 建筑直流用电设备类型分布 综上所述:从太阳能资源利用角度来看,“光储直柔”系统对我国大部分0 0%直流充电桩直流空调室外机直流生产线其他大功率设备监测展示设备直流空调室内机直流照明其他小功率设备建筑直流设备类型分布建筑直流设备类型分布 70 区域都适用,尤其是太阳能资源很丰富的北方严寒寒冷地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷(除四川盆地)及夏热冬暖地区。从建筑类型和建筑规模来看,建筑“光储直柔”系统正在逐步从新建建筑扩展到既有建筑,从城市办公建筑推广至商业建筑、校园、产业园区及农村住宅建筑,从中小型的单体建筑向校园、产业园区规模化应用发展。从负载直流化的成熟度来看,建筑中的照明、空调、IT 类办公设备及监测展示设备、家用电器及充电桩可以率先直流化。4 4.2.2.2 2 技术特征分析技术特征分析 (1)光伏技术应用特征)光伏技术应用特征 调研的建筑全部采用了太阳能光伏技术,并采用与市政电网并网连接方式。从光伏组件安装位置来看:平面安装(建筑屋顶或地面停车棚)的比例为100%,同时在建筑屋顶和立面安装(玻璃幕墙或外墙)安装的仅 12%。主要是由于屋面接收到的太阳辐射量大、光伏发电量大,且屋面光伏组件成本较低,投资收益高。从光伏系统形式来看:71%的建筑采用 BAPV(光伏附着在建筑上)的形式,53%的建筑采用了 BIPV(光伏建筑一体化)形式。主要是由于 BAPV 形式光伏组件及安装成本较低,但随着光伏技术的发展进步,光伏组件的效率逐步提高且成本逐渐下降,BIPV(光伏建筑一体化)将成为未来发展趋势。从光伏组件类型来看:82%的建筑采用了单晶硅双面高效组件,18%的建筑采用了多晶硅组件,12%的建筑采用了碲化镉薄膜组件。主要是由于单晶硅双面组件效率较高,单位组件面积发电量较大;薄膜组件主要是为了兼顾建筑屋顶或立面玻璃采光及色彩的需要,单位组件面积发电量较低。71 图 4-6 光伏技术应用特征(2)储能技术应用特征)储能技术应用特征 采用电池储能的建筑有 15 栋,占建筑总数量的 88%;采用冰蓄冷的建筑有1 栋,占 6%;有 1 栋建筑未采用储能系统。在采用电池储能的建筑中,53%的建筑采用磷酸铁锂电池,24%的建筑采用钛酸锂电池,6%的建筑采用铅酸电池,6%的建筑采用铅碳电池和钛酸锂电池。可见,电化学储能已成为建筑储能的主要形式,磷酸铁锂、钛酸锂等锂离子电池是建筑中应用较广泛的电化学储能类型。磷酸铁锂的电池额定容量在 20kWh717kWh 之间,额定功率在8kW400kW 之间,额定充放电小时率在 0.5h5h;钛酸锂电池的额定容量在6.6kWh1600kWh 之间,额定功率在 3.3kW560kW 之间,额定充放电小时率在0.1h3h;铅碳电池的 20 小时率额定容量为 140kWh,最大放电功率为120kW,充放电小时率在 1h20h;铅酸电池的 10 小时率额定容量为 150kWh,最大放电功率为 120kW,充放电小时率在 4h10h。因此,储能系统设计时宜根据不同的储能系统配置目的,综合考虑储能电池的技术性能及经济性合理选择电池类型,对于消纳光伏、削峰填谷等能量型储能系统,宜选择能量密度高、放电时间较长的电池;对于参与调峰调频电力辅助服务等功率型储能系统,宜选择功率密度大、放电时间较短的电池。图 4-7 储能系统应用类型分布 72 图 4-8 不同储能电池的额定容量、功率及平均放电时间(3)直流配电系统技术特征)直流配电系统技术特征 建筑直流配电系统拓扑结构以单极系统为主(占 80%),个别建筑采用了双极系统用于实验探索研究。建筑直流配电系统的电压层级以两个电压层级为主(73%),不超过三个电压层级,且电压主要集中在三个区间段,即:第一个层级在 375V750V,主要为光伏、电池储能、直流充电桩、直流空调室外机及直流生产线设备等大功率设备供电;第二个层级在 220V375V,主要为其他大功率直流设备(主要指微波炉、电磁炉、烧水壶等)、直流监测展示设备(大功率展示屏、服务器等);第三个层级在 48V220V,主要为直流空调室内机、直流照明及其他小功率设备(直流办公设备、冰箱、饮水机、电风扇、无线充电器等)供电。可见,直流配电系统的拓扑结构、电压层级和电压等级的选择与系统接入的直流设备的类型、额定功率及电压范围存在较大的相关性。当建筑直流用电设备的类型较少、额定功率及电压范围差异不大时,宜选择单级拓扑结构;反之,当建筑直流用电设备的类型较多、额定功率及电压范围差异较大时,可选择双极拓扑结构或根据实际情况增加电压层级。总体原则是:一是用尽可能少的电压等级满足尽可能多的用电设备需求;二是大功率用电设备尽可能选择工作电压范围的较大值,降低电流,减小线缆截面积和线路损耗;三是人员活动区域的小功率设备,尽可能选择工作电压范围的较小值,避免电击事故可能带 73 来的人身伤害。(a)拓扑结构和电压层级 (b)不同直流设备额定电压 图 4-9 建筑直流配电系统拓扑结构与电压分布 4 4.2.3.2.3 发展路径讨论发展路径讨论 图 4-10 是建筑光伏本地消纳率(光伏年发电量中供建筑本地消纳的电量/光伏年发电量)、光伏自给率(光伏年发电量中供建筑本地消纳的电量/建筑年用电量)分布图。从图可知:城市办公、商场建筑的用电负荷需求大,建筑屋顶空间资源有限,光伏年发电量通常小于建筑年用电量,光伏发电采用自发自用、本地消纳方式,“光储直柔”系统设计时需重点关注“储”和“柔”,充分利用建筑分布式储能、电动车及柔性负荷等灵活性资源,跟随电网需求主动调节建筑负荷,降低市政电网用电负荷峰谷差,在保障电网供电安全性、可靠性和稳定性的同时,提高建筑光伏本地消纳比例。农村建筑由于用电负荷需求较小,且有大量的建筑屋顶及庭院空间铺设太阳能光伏板,建筑光伏年发电量通常大于建筑年用电量,光伏发电采用自发自用、余电上网方式。“光储直柔”系统设计时需重点关注建筑光伏本地消纳和上网输出问题,针对光伏本地消纳问题,可通过推动农村用能电气化,发展光伏 电动车、农用电机具等“光伏 ”系统,促进本地光伏消纳,助力实现零碳建筑,针对余电上网输出问题,可通过建设村级直流配电网和蓄电蓄热设施,实现不同台区之间的电力优化调度,优化匹配不同用户的发电资源与用电需求,将多余的光伏电力在电网需要的时候集中上网,不仅有助于提高电网可靠性,提高电网中绿色电力比例,还能使用户获得一定的电力需求响应经济激 74 励。产业园区工业厂房及办公建筑,由于存在 24h 运转的生产线负荷,单纯采用光伏系统无法满足建筑用电负荷需求,完全采用储能来平抑供需差异的经济性较差,通常需要从电网取电,但光伏发电量是否上网取决于光伏发电量与建筑用电量的大小。对于中小型厂房建筑由于有大量的建筑屋顶空间铺设光伏板,光伏年发电量远大于建筑年用电量,光伏发电采用自发自用、余电上网消纳方式;大型工业厂房园区由于用电负荷需求大,光伏年发电量远小于建筑年用电量,光伏发电采用自发自用、本地消纳方式。图 4-10 建筑光伏本地消纳率、光伏自给率分布 图 4-11 是建筑与电网交互入口 AC/DC、光伏 DC/DC、储能 DC/DC、直流负载的容量配比关系。从图 4-11 可知:城市办公、商业建筑中光伏发电采用自发自用、本地消纳方式,配置储能系统的目的主要是解决日内建筑用电负荷需求与电力供应不平衡的问题,具有的目标包括促进建筑光伏本地消纳、电力负荷削峰填谷经济运行或参与电网柔性调节。因此,对于城市办公、商业建筑的储能 DC/DC 容量配置,需要根据不同的储能配置目的和优化目标,在进行建筑用电负荷与光伏发电功率逐时预测的基础上,进行典型日光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡分析,按照日平衡原则来配置储能容量。建筑与电网交互入口AC/DC 变换器容量需根据典型日从电网取电功率(从电网取电功率=建筑用电 75 负荷功率-光伏发电功率-储能放电功率)来配置,在合理配置储能容量的情况下,可以适当降低 AC/DC 变换器容量,本次调研的办公和商业建筑案例的AC/DC 变换器容量比直流用电设备功率降低 0e%,平均降低了 39%。农村住宅建筑光伏发电采用自发自用、上网输出为主方式,储能配置的目的也是为了解决日内供需不平衡问题,促进建筑光伏本地消纳,减少大量光伏发电上网对电网的影响。因此,储能 DC/DC 容量也需要根据典型日光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡分析,按照日平衡原则来配置。由于农村住宅建筑光伏发电以上网输出为主,建筑与电网交互入口的 AC/DC 变换器容量需要根据典型日光伏发电上网功率(光伏发电上网功率=光伏发电功率-建筑负荷功率-储能充电功率)来配置。产业园区建筑需要综合考虑园区可用于安装光伏的空间资源和用电负荷特性,分析典型日光伏发电功率与建筑用电负荷的关系,合理确定光伏消纳方式。储能 DC/DC 容量根据典型日光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡关系来配置。AC/DC 变换器容量与建筑光伏发电量、建筑用电负荷的关系及建筑光伏消纳方式有关,当园区光伏发电量远大于建筑用电量时,光伏发电以上网输出为主,AC/DC 变换器容量需要根据上网的光伏功率来配置;当园区光伏发电量远小于建筑用电量,光伏发电采用“自发自用、本地消纳”方式时,AC/DC 变换器容量需根据典型日从电网取电功率来配置,在合理配置储能容量的情况下,可以适当降低建筑 AC/DC 变换器容量。76 图 4-11 电网、光伏、储能、直流负载容量配比关系 4 4.2.4.2.4 案例小结案例小结 通过对调研的“光储直柔”建筑案例数据分析,得出以下结论:(1)“光储直柔光储直柔”系统系统的的适宜适宜应用场景应用场景:从太阳能资源利用角度来看,“光储直柔”主要适用于我国大部分地区,尤其是太阳能资源很丰富的北方严寒寒冷地区和太阳能资源丰富的夏热冬冷(除四川盆地)和夏热冬暖地区。从建筑类型和建筑规模来看,建筑“光储直柔”系统正在逐步从新建建筑扩展到既有建筑,从城市办公建筑推广至商业建筑、校园、产业园区及农村住宅建筑,从中小型的单体建筑向校园、产业园区规模化应用发展。从负载直流化的成熟度来看,建筑中的照明、空调、IT 类办公设备及监测展示设备、家用电器及充电桩可以率先直流化。(2)光伏技术应用特征:)光伏技术应用特征:调研的建筑均采用了太阳能光伏技术,并采用与市政电网并网连接方式,光伏系统形式以 BAPV(光伏附着在建筑上)形式为主,主要是由于 BAPV 形式光伏组件及安装成本较低,但随着光伏技术的发展进步,光伏组件的效率逐步提高且成本逐渐下降,BIPV(光伏建筑一体化)将成为未来发展趋势。光伏组件安装方式以平面安装(建筑屋顶或地面停车棚)为主,且多采用高效单晶硅双面组件,主要是由于水平面上接收到的太阳辐射量大,单晶硅双面组件效率高,单位面积发电量较大,且单晶硅组件成本较 77 低,投资收益高。(3)储能技术应用特征:)储能技术应用特征:调研的“光储直柔”建筑储能系统以电池储能为主,电池类型以磷酸铁锂电池为主,其次为钛酸锂电池,最后是铅酸电池和铅碳电池,说明电化学储能已成为建筑储能的主要形式,磷酸铁锂、钛酸锂等锂离子电池是建筑中应用较广泛的电化学储能类型。储能系统设计时宜根据储能系统设计目的和应用场景不同,综合考虑储能电池的技术性能及经济性合理选择电池类型,对于消纳光伏、削峰填谷等能量型储能系统,宜选择能量密度高、放电时间较长的电池,对于参与调峰调频电力辅助服务等功率型储能系统,宜选择功率密度大、放电时间较短的电池。(4)直流直流配电系统技术特征:配电系统技术特征:调研的建筑直流配电系统拓扑结构以单极系统为主,电压层级以两层为主,不超过三个层级。直流配电系统的拓扑结构、电压层级和电压等级的选择,与系统接入的直流电源(光伏、储能)和直流用电设备的类型、额定功率、工作电压范围存在较大的相关性。当建筑直流用电设备的类型较少、额定功率及电压范围差异不大时,宜选择单级拓扑结构,反之,可根据项目实际情况选择双极拓扑结构或根据实际情况增加电压层级。总体原则:一是用尽可能少的电压等级满足尽可能多的用电设备需求;二是大功率用电设备尽可能选择工作电压范围的较大值,降低电流,减小线缆截面积和线路损耗;三是人员活动区域的小功率设备,尽可能选择工作电压范围的较小值,避免电击事故可能带来的人身伤害。(5)“光储直柔”系统容量配置:)“光储直柔”系统容量配置:建筑中储能系统配置的目的主要是解决日内建筑用电负荷需求与电力供应不平衡的问题,主要的优化目标通常有节能减排(提高光伏本地消纳比例)、经济性(基于分时电价削峰填谷运行)、电网友好性(减小建筑光伏发电上网对电网的影响,参与电力需求响应及辅助服务提高供电可靠性等)。储能系统设计时,需综合考虑不同的优化目标,在进行建筑用电负荷、光伏发电功率逐时预测的基础上,选取典型日进行光伏发电、用电负荷、市政电网及储能充/放电功率四者的能量平衡分析,按照日平衡原则来配置储能容量。建筑与电网交互入口 AC/DC 变换器容量与建筑光伏发电量、建筑用电负荷的关系及建筑光伏消纳方式有关,对于光伏发电采用自发自用、本地消纳方式的城市建筑,AC/DC 变换器容量需根据典型日从电网取电功 78 率来配置,对于光伏发电采用自发自用、上网输出为主方式的农村建筑,AC/DC 变换器容量需根据典型日光伏发电上网功率来配置。(6)建筑“光储直柔”系统发展路径:建筑“光储直柔”系统发展路径:由于城市和农村建筑的用电负荷需求和可再生能源资源条件的差异,决定了其“光储直柔”系统设计时的关注点应有所不同。城市建筑用电负荷需求量大,建筑屋顶空间资源有限,建筑光伏年发电量通常小于建筑年用电量,光伏发电宜采用自发自用、本地消纳方式。城市建筑“光储直柔”系统设计时需重点关注“储”和“柔”,充分利用建筑分布式储能、电动车及柔性负荷等灵活性资源,实现“荷随源动”,在保障电网供电安全性、可靠性和稳定性的同时,提高建筑光伏本地消纳比例,并通过参与电力市场交易获得额外经济收益。农村建筑用电负荷需求量较小,建筑屋顶及庭院为光伏敷设提供了充足的空间,光伏年发电量通常大于建筑年用电量,光伏发电宜采用自发自用、余电上网方式。农村建筑“光储直柔”系统设计时需重点关注建筑光伏本地消纳和上网输出问题,一方面可通过推动农村用能电气化,发展光伏 电动车、农用电机具等“光伏 ”系统,促进本地光伏消纳,助力实现零碳建筑,另一方面可通过建设村级直流配电网和蓄电蓄热设施,进行不同台区之间的电力优化调度和不同用户的发电资源与用电需求的优化匹配,将多余的光伏电力在电网需要的时候集中上网,提高电网可靠性和绿色电力比例,同时使用户获得一定的电力需求响应经济收益。4.3 4.3 部分部分项目情况简介项目情况简介 4 4.3.1.3.1 典型办公建筑典型办公建筑南京国臣办公楼南京国臣办公楼 (1)项目概况)项目概况 南京国臣办公楼位于江苏省南京市江宁高新园区福英路 1001 号联东 U谷,共 2 栋建筑(9 号-10 号楼),建筑高度约 20 米,地上 3 层,总建筑面积约2000 平方米,地上 2000 平方米,地上 1 层为展厅,2 层和 3 层为办公区域。79 图 4-12 项目实景图(2)建设目标)建设目标 本项目以实现建筑低碳和全直流运行为目标,通过对楼宇交流配电系统及用电设备进行直流化改造,开展了楼宇直流配电系统的网络架构、系统保护、传输能效、电能质量、安全防护、潮流控制及直流设备优化控制等方面的应用研究与探索,实现了楼宇全直流配电及负荷全直流用电。同时,在 9 号楼及 10号楼建筑屋顶安装分布式光伏系统降低建筑碳排放,并增加电池储能系统和充电桩调节建筑用能供需平衡,是对建筑“光储直柔”系统进行的一次较为全面的应用探索,为后续实际推广应用“光储直柔”系统提供了理论支撑和实践经验参考。(3)建设内容)建设内容 本项目“光储直柔”系统的建设内容包括:建筑光伏系统、储能系统、直流配电系统和柔性控制系统。直流配电系统采用交流电网、光伏、储能多种能源接入,为楼宇的供电可靠性提供保障;母线电压采用 DC600V,新能源发电直接消纳,减少能量变换层级、降低线路损耗,实现高效消纳;通过双向直流充电桩、分布式储能,平抑建筑用电峰谷波动、提高供电可靠性,同时具备电网侧需求响应能力;通过电压带调节,实现了无通讯、自适应的控制;系统运行数据可观、可测、可控,给楼宇智能化提供基础条件。项目建设内容及规模见图 4-13。80 图 4-13 项目建设内容 (4)光储直柔系统架构)光储直柔系统架构 直流配电系统采用单级母线架构,配电系统设计容量为 80kW。太阳能电池阵列经汇流箱汇流后,通过光伏 DC/DC 变换器接入 DC600V 直流母线;铅酸电池储能系统通过双向 DC/DC 换流器接入 DC600V 直流母线;光伏发电优先供直流负荷消纳,光伏发电剩余时可给储能充电或是并入 AC380V 低压母线侧供交流负荷消纳;光伏发电不足时,由市电、储能补充供电。4 台 12kW 的空调设备通过主动式保护装置或一体化直流配电单元接入 DC600V 直流母线。直流充电桩通过 DC/DC 变换器接入 DC600V 直流母线。直流 DC600V 母线通过DC/DC 变换器转换为 DC220V 直流电,为室内照明、办公电脑、投影仪、冰箱、电磁炉、饮水机等用电设备供电。图 4-14 配电系统拓扑结构示意图 4 4.3.2.3.2 典型办公建筑典型办公建筑上海碳索能源办公楼上海碳索能源办公楼 81(1)工程概况)工程概况 上海碳索办公楼“光储直柔”改造工程位于上海市闵行区春光路 99 弄,项目占地面积 2000 平方米,建筑面积 1287 平方米,建筑高度约 12 米,地上三层,其中一层为会议室及展厅,二层三层为办公室。本项目“光储直柔”系统应用范围为整栋大楼,应用建筑面积 1287 平方米,其中一层照明系统和空调系统为全直流系统,二层三层用电为光伏发电逆变成交流电供电。图 4-15 项目实景图(2)建设目标建设目标 本项目“光储直柔”系统建设积极响应国家“双碳”发展战略,遵循“以人为本、安全健康、绿色低碳、智慧高效”的基本原则,采用“光储直柔”新型电力系统关键技术,实现建筑楼宇高效消纳可再生能源、低压安全直流用电、精准响应电网需求,推动城市能源互联网建设,形成“光充储用”一体化及多能互补协同优化的全直流智慧建筑应用辐射示范。具体建筑目标为可再生能源渗透率(可再生能源配置功率与市电功率配置比例)不低于 25%,年节电率(年可再生能源供电量占全年建筑用电量之比)不低于 15%,综合节能率(设备改造前后节能量与改造前设备电耗量之比)不低于 10%。(3)建设内容建设内容 本项目“光储直柔”系统的建设内容包括:建筑光伏系统、风电系统、储能系统、建筑直流配电系统、直流用电设备及“光储直柔”监控系统,建设内容示意图见图 4-16。82 图 4-16 项目建设内容(4)光储直柔系统架构光储直柔系统架构 本系统采用电能路由器集成方案,电能路由器提供三级母线电压,一级母线为 DC750V,二级母线为 DC375V,三级末端供电系统为低压 DC48V。对于光伏、储能、风力发电机及电动车充电桩等大功率设备,接入 DC750V 母线,分体式空调设备接入 DC375V 母线,室内照明及直流办公设备接入 DC48V 母线。图 4-17 直流配电系统拓扑结构图 4 4.3.3.3 3 典型产业园区典型产业园区大江东杭州格力产业园大江东杭州格力产业园 (1)项目概况)项目概况 大江东杭州格力产业园位于杭州市大江东产业集聚区临江高新技术产业园 21.6kW 光伏 2kW 风电 2 台 40kW 充电桩 设置于 1F 储能 50kWh 83 内,园区总用地面积 908354.95m2,建筑总面积 796591.86m2,地上建筑面积794307.36m2,地下建筑面积 2284.50m2。园区建筑功能以生产厂房为主,配套建设办公楼、员工宿舍及食堂等功能。本项目依托江东柔直示范工程,搭建了杭州直流配电网示范区的主干网架“一套主干”,在此基础上不断扩建和规划,并结合杭州大江东产业集聚区格力电器(杭州)有限公司产业园和氢电耦合示范等项目和工程,打造直流配网应用“四大场景”:直流写字楼场景、直流工厂场景、直流家居场景、氢电耦合场景,覆盖了直流技术在日常生产生活应用的各个领域。目前,直流写字楼、直流工厂、光伏小屋已初步建成并投入运行。表 4-1 项目基本信息表 建设分期建设分期 土地面积(土地面积(m2)土地面积(亩)土地面积(亩)建筑面积(建筑面积(m2)一期一期 343022 514.53 127241 二期二期 230482 345.72 234469 2.5期期 158508 237.76 188026 三期三期 176343 264.51 246856 合计合计 908355 1362.52 796592 (2)建设目标建设目标 杭州格力产业园依托“五环五化”的建设指导思想,全力打造技术领先、品质卓越、绿色生态、人文关怀、生产智造的行业领先的“自动化、敏捷化、智能化、定制化、信息化”的“智慧直流工厂”,建设浙江首个直流楼宇及工厂全区应用示范系统。(3)建设内容建设内容 本项目“光储直柔”系统建设内容包括:柔性直流配电系统、分布式光伏系统、分布式储能系统、光储充驿站、光储空高效空调系统,打造直流办公、直流工厂、直流家居及氢电耦合四大直流应用场景。84 图 4-18 项目建设内容示意图(4)光储直柔系统架构光储直柔系统架构 本项目由江东高压直流变电站引直流专线到园区,建设 10KV/DC375V 直流变电站,在园区内搭建柔性直流供电配网及直流末端负荷应用,实现工业园区直流配网应用示范。主要建设内容包括:A.建设一座直流 10kV 转DC375V 的 2MW 变流站。B.搭建园区DC375V/DC 200V/DC 24V 直流配电工程,主要包含直流暖通系统、直流照明系统、直流办公系统。园区直流配电系统采用双极母线架构,光伏系统、储能系统、直流空调室外机、直流生产线等大功率用电设备接入DC375 V 直流母线,通过 DC/DC 变换器转换成DC200V,供户用储能、分体空调和 DC400V 插座等中等功率用电设备使用,再通过 DC/DC 变换器转换成DC24V,供 DC48V 插座、展厅低压直流电器、空调内机和直流照明使用。C.建设直流“零碳健康家”生态体验展厅。D.与氢电直流系统互通互济。85 图 4-19 柔性直流配电网拓扑结构图 4 4.3.3.4 4 典型农村住宅典型农村住宅R R-CELLSCELLS 小屋小屋 (1)项目概况)项目概况“R-CELLS:一生的健康生态住居”为天津大学参加 2022 年第三届中国国际太阳能十项全能竞赛的作品,项目荣获综合排名第一名、能源能效第一名、互动体验第一名、能源自给第一名、室内环境第一名、清洁取暖/制冷第一名、宣传推广第一名、建筑设计第一名、工程建造第一名、市场潜力第二名、成功挑战 48 小时离网的好成绩。项目位于张家口市张北县德胜村,占地面积 400 平方米(含室外平台和景观),建筑面积为 160 平方米,地面上一层。建筑功能为住宅,并基于“定制 预制”的模块化设计,具有适应不同功能的潜力。“光储直柔”系统应用于整栋建筑,并在场地东南角设有双向直流充电桩。86 图 4-20 项目外立面实景图(拍摄者:黄维旻)(2)建设目标建设目标 本项目“光储直柔”系统建设积极响应国家“双碳”发展战略,采用“光储直柔”的新型建筑能源系统,以第三届中国国际太阳能十项全能竞赛评分标准为评价指标,实现零碳建筑可再生能源高效利用,源荷储灵活互动运行,建设集“产、学、研、用”于一体的“光储直柔”零碳建筑。(3)建设内容建设内容 本项目“光储直柔”系统的建设内容包括:建筑光伏系统、储能系统、直流建筑光伏系统、储能系统、直流配电系统和能源管理系统。配电系统和能源管理系统。建筑光伏系统建筑光伏系统采用 BIPV 和 PV-T 光伏系统,采用单晶硅、碲化镉光伏组件,安装于建筑屋顶,光伏系统总装机容量 35.4 kWp。储能系统储能系统采用电化学储能,电池采用磷酸铁锂储能电池,储能容量为 99.84kWh,充放电功率 20kW,放电深度 90%。直流配电系统直流配电系统采用单级母线架构,建筑分布式光伏通过DC/DC 变换器接入 DC240V 直流母线,储能系统通过 DC/DC 双向变换器接入,外部电网通过 AC/DC 变换器接入直流母线。用户侧设置 87 DC220V/DC48V/AC220V 三种电压等级,通过整流/逆变设备为交直流用电设备供电。能源管理系统能源管理系统主要监测“光储直柔”系统的电流、电压、功率等运行状态数据、电量及碳排放和室内温度、相对湿度、二氧化碳浓度及照度等环境参数,可以实现根据设定的能源调度策略自动进行设备状态远程控制。图 4-21 光储直柔系统应用范围 (4)光储直柔系统架构光储直柔系统架构“光储直柔”系统采用单级母线架构,光伏和储能系统经 DC/DC 变换后可直接接入 DC240V 母线,给空调、计算机及部分办公设备供电;DC48V 为屋内照明和部分办公设备供电;部分交流负荷通过逆变电源 220VAC 供电。系统采用浮地设计,DC240V 侧配置低压直流主动安全监控装置(LAP)进行直流绝缘及漏电流监测,并配置了直流集中式微机保护和漏电流保护装置。系统具备监测和计量功能,系统的运行情况可通过网口或者串口通讯方式传送到展厅和其它显示终端。光储直柔系统在双向变换器内配置相应保护设备,可实现直流过压保护,直流短路保护,交流过压保护,极性反接保护以及模块温度保护。同时配备直流漏电流保护器,保护时间(工频)10ms。88 图 4-22 交直流配电系统拓扑示意图 五、执行情况总结执行情况总结 本课题围绕城市建筑光储直柔系统的研究,从系统构建方法和示范工程应用推广两个方面开展研究工作,具体包括城市建筑光储直柔技术方案、光储直柔工程方案咨询和工程案例集编制等三项具体活动。项目执行周期为 2022 年 8月至 2023 年 9 月,目前已完成城市建筑光储直柔技术方案、完成光储直柔工程方案咨询 6 项,并完成光储直柔案例集的编制和出版。本项目得到了能源基金会和多位行业专家的支持,执行进展顺利,完成任务书约定的工作计划。活动一城市建筑光储直柔技术方案。项目组以形成“只进不出”的城市光储直柔技术方案为目标,首先以城市片区(配电台区)为研究对象,分析了不同片区建筑规划条件下,区域分布式屋顶光伏的安装、利用潜力,明确了城市高密度的城市形态下,区域屋顶光伏的安装容量上限和本地消纳能力;其次分析了配电台区负荷形态对配电台区一次能源利用效率和配电线路损耗的影响,再次针对某城市规划片区进行了案例分析,确定区域光伏安装容量和本地自消纳能力,确定了需要配置储能进行光伏消纳的重点项目。通过上述配电台区层面的研究,明确了城市条件下“只进不出”光储直柔技术方案的光伏消纳目标,并结合实际工程项目规划和设计对区域“光储直柔”系统应用进行方案规划,形成经济合理的光储直柔配置方案。活动二光储直柔工程方案咨询。项目组依托中国建筑节能协会光储直柔专 89 业委员会,组建了跨行业的专家智库,通过征集行业内工程示范案例,邀请专家库内专家对技术方案进行论证,共组织三期“光储直柔工程技术方案专家论证会”,分别对 6 项光储直柔示范工程进行了专家论证。该 6 项光储直柔示范工程分别对应了商业建筑、教育建筑、居住建筑和既有办公建筑改造等建筑类型,从多方面反映了光储直柔技术在不同类型建筑中应用的难点。活动三光储直柔建筑案例集编制。为了总结梳理“光储直柔”建筑技术研究和成功案例实践经验,为规模化推动“光储直柔”建筑发展提供技术支撑和实践经验参考,项目组依托中国建筑节能协会光储直柔专业委员会开展了建筑“光储直柔”案例征集、调研及案例集编写工作。通过全国范围内的案例征集和重点项目的现场调研,本次共选择了 16 个案例示范工程,分别代表了不同气候区、不同建筑类型的光储直柔应用案例。案例集编制邀请了项目建设者和行业内专家总计 80 余人参与案例集编制,形成了广泛的影响力。整体来说,本项目得到了能源基金会和多位行业专家的支持,执行进展顺利,完成任务书约定的研究任务。后继,将进一步结合实际工程应用,凝练研究成果,扩大研究成果影响力。90 附件附件 1 1:工程方案咨询会专家意见:工程方案咨询会专家意见 91 92 93 94 95 96 附件附件 2 2:工程案例:工程案例项目项目调研清单调研清单 序序号号 项目名称项目名称 建筑类型建筑类型 建设阶段建设阶段 项目地点项目地点 建筑面建筑面积积(m)1 深圳未来大厦 办公建筑 运行阶段 广东深圳 6259 2 东莞南区局办公楼直流楼宇改造 办公建筑 运行阶段 广东东莞 1950 3 上海市科委直流微电网技术的智慧建筑能源系统应用示范 办公建筑 运行阶段 上海市 2000 4 中建湖滨设计总部 办公建筑 运行阶段 四川成都 78700 5 深交所广场(营运中心)办公建筑 运行阶段 广东深圳 270000 6 国家能源集团 BIPV中心 办公建筑 运行阶段 北京 1063 7 直流负荷舱 办公建筑 运行阶段 江苏南京 200 8 联东 U谷园区光储直柔楼宇 办公建筑 运行阶段 江苏南京 1200 9 五方零碳楼 居住建筑 运行阶段 河南郑州 400 10 雄安淀上翡翠直流零碳健康家 居住建筑 运行阶段 河北雄安 150 11 深圳国际低碳城光伏未来屋 居住建筑 运行阶段 深圳龙岗 15 12 江苏同里智慧直流别墅 居住建筑 运行阶段 江苏苏州 500 13 杭州萧山直流智慧家居体验馆 居住建筑 运行阶段 浙江杭州 80 14 南京江北新区人才公寓 居住建筑 运行阶段 江苏南京 2400 15 庄上村光储直柔示范 居住建筑 运行阶段 山西芮城 7000 16 泰州经济开发区总部经济园 其他(工厂、办公)运行阶段 江苏泰州 6000 17 芮城新能源装备产业园 其他(工厂、办公)运行阶段 山西芮城 8000 18 上海长三角可持续发展研究院 科教文卫建筑 运行阶段 上海 1000 19 清华大学建筑节能研究中心 办公建筑 运行阶段 北京 3000 20 北京首都体育学院田径馆“光储直柔”示范项目 科教文卫建筑 运行阶段 北京 3000 21 北京昊天碳中和公园“光储直柔”示范项目 其它公园 运行阶段 北京 64000 22 深圳未来大厦 R1“光储直柔”办公建筑 运行阶段 广东深圳 6000 23 广州光使者科技应用有限公司智慧光伏驿站 科教文卫建筑 运行阶段 江西景德镇 64 24 大同未来能源馆 科教文卫建筑 运行阶段 山西大同 29998 97 序序号号 项目名称项目名称 建筑类型建筑类型 建设阶段建设阶段 项目地点项目地点 建筑面建筑面积积(m)25 宁夏自治区固原市原州区头营镇陶庄社区项目 其它 运行阶段 宁夏固原 200 26 大江东格力光储直柔示范工厂 其他(工厂、办公)运行阶段 浙江杭州 796638 27 菡恬书屋光储直柔项目 科教文卫建筑 施工阶段 江苏江阴 100 28 光合能源 5.8MW智能微电网与柔性直流供电系统装备示范 其它工业产业园 施工阶段 湖北咸宁 42420 29 鼓浪屿大德记开关电站智慧直流 办公建筑 施工阶段 福建厦门 200 30 浙江湖州鲁能公馆“光储直柔”酒店公寓 施工阶段 浙江湖州 4000 31 武汉特斯联智慧产业园光储直柔示范项目 科教文卫建筑 施工阶段 湖北武汉 5000 32 苏州阳澄湖科创园“光储直柔”示范项目建设 办公建筑 施工阶段 江苏苏州 2755 33 大上海时代广场办公楼 办公建筑 施工阶段 上海 30000 34 中石油西南总部大楼 办公建筑 施工阶段 四川成都 125000 35 临沂市河东区文体教育中心 科教文卫建筑 施工阶段 山东临沂 50396 36 华为数字能源技术有限公司安托山园区 其它办公建筑 酒店公寓 施工阶段 广东深圳 126300 37 人民银行光储直柔项目 办公建筑 施工阶段 山西芮城 1600 38 东夭村光储直柔项目 办公建筑 施工阶段 山西芮城 1200 39 国网延庆基地综合能源项目 其它科研楼,中央厨房,实验室等 设计阶段 北京 设计中 40 某高速公路服务区办公楼 办公建筑 设计阶段 某高速 2000 41 杭州格力光储直流屋项目 其它办公、早餐点 设计阶段 浙江杭州 252 42 贵阳光储直柔零碳示范空间项目 商业建筑 设计阶段 贵州贵阳 600 43 苏州东吴黄金建筑光储直柔 办公建筑 设计阶段 江苏苏州 31800 44 雄安未来城市科技发展中心 办公建筑 设计阶段 河北雄安 12000 45 横琴供电局线路工区大楼直流供用电系统建设工程 办公建筑 设计阶段 珠海 13962 46 中节能富阳环保产业园 办公建筑 设计阶段 浙江杭州 3770 98 序序号号 项目名称项目名称 建筑类型建筑类型 建设阶段建设阶段 项目地点项目地点 建筑面建筑面积积(m)47 青岛奥帆中心博物馆直流改造 科教文卫建筑 设计阶段 山东青岛 3500 48 哈工大(深圳)校区原研究生院 B栋光储直柔零碳建筑 科教文卫建筑 设计阶段 广东深圳 5000 49 三里屯太古里北区直流微电网工程 15号楼 商业建筑 设计阶段 北京 2141.51 50 国网江苏电科院科研实验用房工程 科教文卫建筑 设计阶段 江苏南京 29195 51 负碳厂区综合能源耦合技术研究和示范验证 其它光伏车棚 设计阶段 天津 1836 52 潞电低碳智慧园区建设 其它 意向阶段 北京 13000 53 北京煤热院西单办公区“光储直柔”示范项目 商业建筑 意向阶段 北京 3000 54 国网新能源云电碳协同示范工程 科教文卫建筑 意向阶段 浙江湖州 1000 55 香洲 商业建筑 意向阶段 广东珠海 500 56 深圳万科中心 商业建筑 意向阶段 广东深圳 1000 57 深圳翠湖零碳文体公园 科教文卫建筑 意向阶段 广东深圳 1500 58 东莞国际商务区中心公园 科教文卫建筑 意向阶段 广东东莞 300 59 广州太古汇 办公建筑 意向阶段 广东广州 1800 60 昌平供电局数据中心 其它 意向阶段 北京 1800 61 沈阳别墅 居住建筑 意向阶段 辽宁沈阳 203 62 万科商业广场光储直柔 居住建筑 意向阶段 上海 待定 63 芮城县整县分布式光伏 居住建筑 意向阶段 山西芮城 待定 64 永济市园区分布式光伏 居住建筑 意向阶段 山西永济 待定 65 蔚县整县分布式光伏 居住建筑 意向阶段 河北蔚县 待定 66 南乐县整县分布式光伏 居住建筑 意向阶段 河南南乐 待定 67 南中轴国际文化科技园 商业建筑 意向阶段 北京 待定 68 颐堤港二期光储直柔 商业建筑 意向阶段 北京 待定 69 深圳示范片区国际交流中心 商业建筑 意向阶段 广东深圳 待定 99 附件附件 3 3:光储直柔工程案例集封面和目录:光储直柔工程案例集封面和目录 100 101 102

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