中国工程院院士江亿： 让建筑成为新能源电力生产者

随着城镇化进程加速，建筑业规模不断扩大。目前，我国城乡建筑面积超过640亿平方米，且尚有100亿平方米以上的建筑处于施工阶段。与之相伴的是大量二氧化碳排放——每年，由建筑运行带来的碳排放达到20亿吨以上，盖房子还间接导致钢铁、水泥等制造领域排碳16亿-18亿吨。截至2019年，建筑部门相关碳排放已占到全社会排放总量的38%左右。

在碳达峰、碳中和目标下，作为仅次于工业的排放大户，建筑部门该如何减碳？带着这一问题，记者采访了中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿。

电力热力供应是碳排放主要来源

做饭炊事、烧煤取暖、使用燃气热水器……这些看似平常的生活小事，实际上都与碳排放密切相关。燃煤、燃气的直接燃烧，一年带来二氧化碳排放约6亿吨。江亿认为，未来通过全面电气化，可减少这部分化石能源用量，实现零碳不存在技术、经济难题，真正的难题在于建筑运行带来的“间接排放”。

“2019年，我国建筑运行用电量为1.89万亿千瓦时，约占全社会用电总量的1/4，其中70%左右来自燃煤、燃气发电，因支撑建筑运行所排放的二氧化碳高达11亿吨。随着全面电气化，其他各类燃料的直接应用均转为电力，建筑用电量将持续增加。”江亿表示，若按照未来建筑规模750亿平方米计算，用电总量将在当前的基础上翻倍，“这是建筑领域最主要的排放来源，亦是减排难点。”

由于北方城镇普遍采用集中供热，热力供应也带来大量排放。江亿指出，我国北方城镇供暖面积现为150亿平方米，其中约40%的热量由燃煤、燃气锅炉提供，热电联产电厂占比50%，其余来自不同的电动热泵。“各类锅炉带来的碳排放量约5.5亿吨，热电联产和热泵供热，也要分摊一部分电厂排放的二氧化碳。未来，北方城镇供暖面积将进一步增加到200亿平方米，减少热力导致的碳排放也是重点。”

江亿提出，建筑领域要大幅减碳，首先需降低用能需求。在建筑规模不断扩大的基础上，节能是实现低碳的首要条件。“必须提倡节约型生活方式，提高用电效率。美、日、韩等国都曾因需求增长，而出现建筑用电疯涨的现象，我们要提前避免。”

新增建筑用电应全部来自风电光电

除了“节流”，更重要的是“开源”。江亿表示，能源转型是从以化石能源为基础的碳基能源系统，转为以可再生能源为基础的零碳能源系统，进而带动终端用能方式彻底改变。

“建筑部门要放弃一些过去曾积极推广、依赖于化石能源的用能方式，比如煤改气，以燃气为主的热电冷三联供等。”江亿认为，以水电、风电、光电及生物质发电作为主要电源，以少量燃煤燃气电力作为补充，同时依靠碳捕集和贮存技术回收发电排放的二氧化碳，建筑行业即有可能实现碳中和。

面对日益增长的用电需求，这些零碳电力够不够用？从哪里来？江亿坦言，受到种种制约，核电、水电及生物质燃料发电均有发展上限，因此建筑新增用电最好全部由风电、光电来提供。“风电、光电属于低密度能源，需要大量安装空间。这些土地在西北荒漠等地并不难找，但从边远地区集中长途输电到东部负荷密集区，面临巨大调峰难题。因此不必一味舍近求远，利用城乡建筑屋顶空间，以及其他可接受太阳辐射的建筑外表面，发展分布式光伏是很好的选择。”

江亿给记者算了一笔账：目前，我国城乡建筑可利用的屋顶空间约250亿平方米，另有部分可利用的零星空地。农村建筑层数低、各类屋顶多，风光装机容量可达20亿千瓦，年发电2.5万亿千瓦时是目前生活用电的2.5倍，可满足农民生活、生产、交通用电。城镇建筑安装量约4亿千瓦，每年发电5000亿千瓦时，约占建筑用电的15%。加上东部海上风电、城市周边风光基地等资源，城镇建筑用电也有保障。“关键问题是，如何让建筑有效消纳这些根据天气状况而变化的零碳电力？”

由消费者转为产消储“三位一体”

江亿进一步称，基于上述减排路径，建筑功能也要相应变化——由单纯的能源消费者，转为支持大规模风光接入的贡献者，集用能、产能、蓄能“三位一体”，从而协助消纳风电、光电，解决风光的间歇性、波动性问题。

如何实现？江亿提出一种“光储直柔”新型配电系统的概念。具体包括：利用建筑表面，发展光伏发电；连接邻近停车场的智能充电桩，并在建筑内部配置部分蓄电池，形成较大蓄电能力；建筑内部采用直流配电，通过直流电压变化传递对负载用电的需求；变过去刚性用电方式为柔性，使建筑用电与风电光电联动。“风、光发电多即多用，并蓄存多余电力。在发电少、不发电的情况下，则靠蓄电装置、电动汽车的电池和负载调节维持建筑运行。由此，构成一个容量巨大的分布式虚拟蓄能系统，平衡电源与需求变化。”

“未来，我国至少拥有3亿辆以上电动汽车。统计显示，同时处于行驶状态的车辆一般不超过20%，相当于80%的车辆都在停车场内。按照目前配置，每辆车有50-70千瓦时蓄电池，这些车辆若能与充电桩连接，后者再接入邻近建筑的‘光储直柔’系统，每天拥有200亿千瓦时蓄电能力。”江亿进一步论述该方式的可行性，新建“光储直柔”建筑，只需在原有投资的基础上增加100元/平米，加上充电桩建设、电动汽车补贴等费用，新增投资的静态回收年限约12年，处于经济合理范围内。

江亿认为，在2030年前，每年对5亿-10亿平方米建筑进行“光储直柔”改造，让其成为带有充电桩的柔性建筑，不仅可有效解决建筑本身用电变化导致的峰谷差，预计还能消纳70%的新增风电、光电。“因建设改造量巨大，必须从现在开始加速，否则建筑行业减排压力更大。”