来源：清华大学建筑节能研究中心

江亿院士：中国能源低碳转型

4月4日上午，中国工程院院士、中建科技-清华大学“未来城市”联合实验室主任江亿教授作为中建科技今年“院士讲堂”的首讲专家，应邀赴中建科技作题为“中国能源的低碳转型”专题学术讲座。

围绕中国能源的低碳转型主题，江亿院士梳理了我国“碳达峰、碳中和”政策目标提出的背景，深入剖析了城乡建筑用电、供热等方面的能源需求，以及我国建筑能源逐步由燃煤火电向火-水-风-光-核组合型能源结构转型的发展趋势，并结合建筑行业“碳达峰、碳中和”所需面对的实施场景，提出了建筑领域“直流柔性”“光伏-充电桩一体化”“跨季节蓄热”“农村离网系统”等切实可行的碳中和实施路径，高屋建瓴地为建筑行业通过“碳中和”技术转型与电力、供暖、交通、农业等行业共生共赢指明了方向。

讲座后，江亿院士还与中建科技-清华大学“未来城市”联合实验室人员进行了座谈交流，为中建科技在建筑能源方面的创新转型作了科研指导。

据悉，建筑行业的碳排放量长期占据我国碳排放总量的30%-40%，在我国实现“碳中和”的绿色发展战略中，有着举足轻重的重要地位。中建科技作为中建集团开展科技创新与实践的“技术平台、投资平台、产业平台”，将围绕集团“一创五强”战略目标，聚焦公司“一最五领先”战略举措，在“碳中和”领域引领技术创新迭代，坚定不移走实走强“科技型定位、差异化发展、高质量目标”的特色新路，向“最具引领力的建筑科技产业集团，成为未来城市建设发展好伙伴”的发展目标大步迈进。

建筑领域的绿色低碳转型

中国工程院院士、清华大学江亿教授近期作了题为“建筑领域的绿色低碳转型”的报告，主要介绍了我国建筑部门相关的碳排放、低碳发展战略、实现零碳的三大任务等方面内容。

我国建筑部门碳排放状况

建筑碳排放是指建筑物在与其有关的建材生产及运输、建造及拆除、运行阶段产生的温室气体排放的总和，以二氧化碳当量表示。放眼全球，世界通常是将碳排放分为工业、交通和建筑运行，而对建筑部门的碳排放核算主要是从全生命周期各个阶段所产生的碳排放进行分类核算与控制。其中，工业碳排放包括了建材的生产和盖房子的过程，交通碳排放包括了建筑材料的运输。

聚焦我国的建筑部门碳排放的情况，江亿指出，优化建筑碳排放管理需要从全生命周期进行碳排放总量的核算与控制，而不是使用常用的清单法核算当年的碳排放。江亿强调，在推进碳中和的过程中，一是要避免大拆大建，把建设的重点从新建转为维修和功能提升，发展建筑低碳的延寿和功能提升技术，实现建设领域的战略转移；二是降低建筑运行中产生的碳排放。

实现建筑运行碳中和的路径

一、实现能源结构的低碳化转型

实现2060碳中和目标意味着我国能源结构需要向低碳化转型，需要由化石能源逐渐转向零碳能源。江亿表示，零碳能源未来将主要依靠核电、水电、风电（海上和陆上发电）、光电（包括屋顶光伏）以及生物质燃气等。按照国家资源情况，未来的能源结构将会是生物质燃料占比10%-15%，其余为核电、水电、风电、光电等电力资源。需求侧则需要通过电力替代化石能源，逐步实现电气化。

二、解决零碳能源与用电负荷的不匹配问题 

从用电侧全年的情况来看，电力供需不平衡主要分为三种情况：季节差、旬差和日内差。季节差是指，春天水电、光电的发电量充足甚至高于用电量，但冬天却会出现电力短缺的情况。对此，江亿指出，采用生物质燃料、燃煤、燃气作为燃料的火电力发电，不仅可以在冬季和其他电力不足时调峰，还可以提高供电可靠性；同时冬季采用热电联产方式，还可以获得可观的热量供建筑冬季采暖使用。使用CCUS技术将这些火电排放的烟气中的二氧化碳作捕捉利用封存处理。这种方式与储氢等各种跨季节储能方式相比，经济性更好。

旬差是指受天气（连阴天、静风天）的影响，每日的供电量存在差异。对此，江亿指出，解决旬日内总量的变化可以使用水电和抽水蓄能、空气压缩储能、以及化学储能等调蓄方式解决，当然也包括通过调峰火电提供供电保障。

日内差是指光伏电力的日内逐时变化，在一天24小时中，白天的发电量通常会高于晚上的发电量，导致晚高峰电力不足。对此，江亿指出，水电和抽水蓄能电站可以解决20%的日内差问题，但主要还是依靠化学储能，即各类电池，比如电动车的电池、建筑的“光储直柔”调节、电池储能系统等。

建筑运行低碳转型的主要任务

一、建设农村零碳新型能源系统

农村零碳新型能源系统是指，农村实现基于屋顶光伏的全面电气化，彻底告别燃煤、燃油、燃气和秸秆。江亿指出，新型农村能源系统的主要功能是充分开发利用农村各类闲置屋顶资源，发展光伏发电, 每户装机20KW以上。当配备一定容量的储能后，可以实现只发电上网，不从电网取电。

对于如何推进农村零碳新型能源系统的建设，江亿建议：一是建立适配的融资机制，梳理各类有关农村的补贴政策（农电、农灌、农机油，清洁取暖），集中财力，建成农村微网和生物质加工能力，实现新型能源系统公共部分的建设；二是提供政府担保，低息贷款方式解决每个农户家庭屋顶光伏和户内用电系统的改造，实现农户无偿用电，解决生活、生产的全部用能，还能够靠剩余电力上网还本付息。

二、建立城镇建筑+充电桩的“光储直柔”调节机制

江亿指出，城镇建筑不光是使用这些分布式光伏发电，更重要的功能是利用建筑自身的热惯性和机电系统可灵活调节的特点、并挖掘楼内配电网通过有序充电桩连接的私家车电池、以及建筑自备的分布式蓄电，帮助电网消纳外面集中的风光电，发挥消峰填谷的作用。为此，江亿提出建立城镇建筑+充电桩的“光储直柔”新型配电系统和它的调节机制。

所谓“光储直柔”，“光”是指在建筑表面安装光伏发电，“储”是指在建筑内布置分布式蓄电以及通过智能充电桩，充分利用停车场的电动车内蓄电池资源，“直”是指建筑内实行直流配电，“柔”是指让建筑成为电网的柔性负载。江亿提出，通过建立城镇建筑与充电桩的“光、储、直、柔”系统，可以使建筑成为柔性用电的灵活负载。

三、北方供暖热源结构的转型

目前，北方城镇建筑供热面积约为160亿平方米，供热量为50亿GJ，热量来源45%的热电联产余热，40%的燃煤燃气锅炉，以及15%的热泵和分散燃气炉。那么，如何实现北方供暖热源结构转型？零碳热源从哪儿来？江亿指出，需要对北方建筑进行节能改造， 需要挖掘利用各类余热资源进行供热。同时研究开发和建成大规模跨季节储热系统，使春夏秋季的各类余热也得以充分利用，才能得到足以满足北方冬季建筑供热的零碳热源。

我国实现能源低碳转型的建议

江亿指出，转型任务的核心要点是要建设零碳的新型电力系统。江亿建议，我国能源的低碳转型可分为两步走：先电力、后其他；先交建筑交通、后工业；而电力系统又应先农村、后城市，“农村包围城市”。第一步以新型电力系统为目标，发展私人电动车、农村新能源、以及建筑配电系统改造和智能有序充电桩系统的建设，于2035年前后建成充足的零碳电力供给系统；同时停止新建燃煤电厂和基于化石能源的新的流程工业，电力需求的增长靠新发展的零碳电源平衡，流程产业的增长（例如化工）按照新的不依靠化石能源的流程建设；对于已有的制造业，则维持其继续生产，“制造大国”是我国经济持续增长的保障。新型电力系统的建设还会带动一大批相关的新兴产业的发展，如风电光电产业、储能产业、电力电子器件和直流配电、直流电器等。如此，预计到2035年之后，目前的制造业生产线将进入更新换代期，再对生产线按照新工艺新流程进行全面改造。这样可能就更好地适合中国的状况，从而实现最终的碳中和目标。