來源：清華大學建筑節能研究中心

江億院士：中國能源低碳轉型

4月4日上午，中國工程院院士、中建科技-清華大學“未來城市”聯合實驗室主任江億教授作為中建科技今年“院士講堂”的首講專家，應邀赴中建科技作題為“中國能源的低碳轉型”專題學術講座。

圍繞中國能源的低碳轉型主題，江億院士梳理了我國“碳達峰、碳中和”政策目標提出的背景，深入剖析了城鄉建筑用電、供熱等方面的能源需求，以及我國建筑能源逐步由燃煤火電向火-水-風-光-核組合型能源結構轉型的發展趨勢，并結合建筑行業“碳達峰、碳中和”所需面對的實施場景，提出了建筑領域“直流柔性”“光伏-充電樁一體化”“跨季節蓄熱”“農村離網系統”等切實可行的碳中和實施路徑，高屋建瓴地為建筑行業通過“碳中和”技術轉型與電力、供暖、交通、農業等行業共生共贏指明了方向。

講座后，江億院士還與中建科技-清華大學“未來城市”聯合實驗室人員進行了座談交流，為中建科技在建筑能源方面的創新轉型作了科研指導。

據悉，建筑行業的碳排放量長期占據我國碳排放總量的30%-40%，在我國實現“碳中和”的綠色發展戰略中，有著舉足輕重的重要地位。中建科技作為中建集團開展科技創新與實踐的“技術平臺、投資平臺、產業平臺”，將圍繞集團“一創五強”戰略目標，聚焦公司“一最五領先”戰略舉措，在“碳中和”領域引領技術創新迭代，堅定不移走實走強“科技型定位、差異化發展、高質量目標”的特色新路，向“最具引領力的建筑科技產業集團，成為未來城市建設發展好伙伴”的發展目標大步邁進。

建筑領域的綠色低碳轉型

中國工程院院士、清華大學江億教授近期作了題為“建筑領域的綠色低碳轉型”的報告，主要介紹了我國建筑部門相關的碳排放、低碳發展戰略、實現零碳的三大任務等方面內容。

我國建筑部門碳排放狀況

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

聚焦我國的建筑部門碳排放的情況，江億指出，優化建筑碳排放管理需要從全生命周期進行碳排放總量的核算與控制，而不是使用常用的清單法核算當年的碳排放。江億強調，在推進碳中和的過程中，一是要避免大拆大建，把建設的重點從新建轉為維修和功能提升，發展建筑低碳的延壽和功能提升技術，實現建設領域的戰略轉移；二是降低建筑運行中產生的碳排放。

實現建筑運行碳中和的路徑

一、實現能源結構的低碳化轉型

實現2060碳中和目標意味著我國能源結構需要向低碳化轉型，需要由化石能源逐漸轉向零碳能源。江億表示，零碳能源未來將主要依靠核電、水電、風電（海上和陸上發電）、光電（包括屋頂光伏）以及生物質燃氣等。按照國家資源情況，未來的能源結構將會是生物質燃料占比10%-15%，其余為核電、水電、風電、光電等電力資源。需求側則需要通過電力替代化石能源，逐步實現電氣化。

二、解決零碳能源與用電負荷的不匹配問題 

從用電側全年的情況來看，電力供需不平衡主要分為三種情況：季節差、旬差和日內差。季節差是指，春天水電、光電的發電量充足甚至高于用電量，但冬天卻會出現電力短缺的情況。對此，江億指出，采用生物質燃料、燃煤、燃氣作為燃料的火電力發電，不僅可以在冬季和其他電力不足時調峰，還可以提高供電可靠性；同時冬季采用熱電聯產方式，還可以獲得可觀的熱量供建筑冬季采暖使用。使用CCUS技術將這些火電排放的煙氣中的二氧化碳作捕捉利用封存處理。這種方式與儲氫等各種跨季節儲能方式相比，經濟性更好。

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

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

建筑運行低碳轉型的主要任務

一、建設農村零碳新型能源系統

農村零碳新型能源系統是指，農村實現基于屋頂光伏的全面電氣化，徹底告別燃煤、燃油、燃氣和秸稈。江億指出，新型農村能源系統的主要功能是充分開發利用農村各類閑置屋頂資源，發展光伏發電, 每戶裝機20KW以上。當配備一定容量的儲能后，可以實現只發電上網，不從電網取電。

對于如何推進農村零碳新型能源系統的建設，江億建議：一是建立適配的融資機制，梳理各類有關農村的補貼政策（農電、農灌、農機油，清潔取暖），集中財力，建成農村微網和生物質加工能力，實現新型能源系統公共部分的建設；二是提供政府擔保，低息貸款方式解決每個農戶家庭屋頂光伏和戶內用電系統的改造，實現農戶無償用電，解決生活、生產的全部用能，還能夠靠剩余電力上網還本付息。

二、建立城鎮建筑+充電樁的“光儲直柔”調節機制

江億指出，城鎮建筑不光是使用這些分布式光伏發電，更重要的功能是利用建筑自身的熱慣性和機電系統可靈活調節的特點、并挖掘樓內配電網通過有序充電樁連接的私家車電池、以及建筑自備的分布式蓄電，幫助電網消納外面集中的風光電，發揮消峰填谷的作用。為此，江億提出建立城鎮建筑+充電樁的“光儲直柔”新型配電系統和它的調節機制。

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

三、北方供暖熱源結構的轉型

目前，北方城鎮建筑供熱面積約為160億平方米，供熱量為50億GJ，熱量來源45%的熱電聯產余熱，40%的燃煤燃氣鍋爐，以及15%的熱泵和分散燃氣爐。那么，如何實現北方供暖熱源結構轉型？零碳熱源從哪兒來？江億指出，需要對北方建筑進行節能改造， 需要挖掘利用各類余熱資源進行供熱。同時研究開發和建成大規模跨季節儲熱系統，使春夏秋季的各類余熱也得以充分利用，才能得到足以滿足北方冬季建筑供熱的零碳熱源。

我國實現能源低碳轉型的建議

江億指出，轉型任務的核心要點是要建設零碳的新型電力系統。江億建議，我國能源的低碳轉型可分為兩步走：先電力、后其他；先交建筑交通、后工業；而電力系統又應先農村、后城市，“農村包圍城市”。第一步以新型電力系統為目標，發展私人電動車、農村新能源、以及建筑配電系統改造和智能有序充電樁系統的建設，于2035年前后建成充足的零碳電力供給系統；同時停止新建燃煤電廠和基于化石能源的新的流程工業，電力需求的增長靠新發展的零碳電源平衡，流程產業的增長（例如化工）按照新的不依靠化石能源的流程建設；對于已有的制造業，則維持其繼續生產，“制造大國”是我國經濟持續增長的保障。新型電力系統的建設還會帶動一大批相關的新興產業的發展，如風電光電產業、儲能產業、電力電子器件和直流配電、直流電器等。如此，預計到2035年之后，目前的制造業生產線將進入更新換代期，再對生產線按照新工藝新流程進行全面改造。這樣可能就更好地適合中國的狀況，從而實現最終的碳中和目標。