隨著城鎮化進程加速，建筑業規模不斷擴大。目前，我國城鄉建筑面積超過640億平方米，且尚有100億平方米以上的建筑處于施工階段。與之相伴的是大量二氧化碳排放——每年，由建筑運行帶來的碳排放達到20億噸以上，蓋房子還間接導致鋼鐵、水泥等制造領域排碳16億-18億噸。截至2019年，建筑部門相關碳排放已占到全社會排放總量的38%左右。
在碳達峰、碳中和目標下，作為僅次于工業的排放大戶，建筑部門該如何減碳？帶著這一問題，記者采訪了中國工程院院士、清華大學建筑節能研究中心主任江億。
電力熱力供應是碳排放主要來源
做飯炊事、燒煤取暖、使用燃氣熱水器……這些看似平常的生活小事，實際上都與碳排放密切相關。燃煤、燃氣的直接燃燒，一年帶來二氧化碳排放約6億噸。江億認為，未來通過全面電氣化，可減少這部分化石能源用量，實現零碳不存在技術、經濟難題，真正的難題在于建筑運行帶來的“間接排放”。
“2019年，我國建筑運行用電量為1.89萬億千瓦時，約占全社會用電總量的1/4，其中70%左右來自燃煤、燃氣發電，因支撐建筑運行所排放的二氧化碳高達11億噸。隨著全面電氣化，其他各類燃料的直接應用均轉為電力，建筑用電量將持續增加。”江億表示，若按照未來建筑規模750億平方米計算，用電總量將在當前的基礎上翻倍，“這是建筑領域最主要的排放來源，亦是減排難點。”
由于北方城鎮普遍采用集中供熱，熱力供應也帶來大量排放。江億指出，我國北方城鎮供暖面積現為150億平方米，其中約40%的熱量由燃煤、燃氣鍋爐提供，熱電聯產電廠占比50%，其余來自不同的電動熱泵。“各類鍋爐帶來的碳排放量約5.5億噸，熱電聯產和熱泵供熱，也要分攤一部分電廠排放的二氧化碳。未來，北方城鎮供暖面積將進一步增加到200億平方米，減少熱力導致的碳排放也是重點。”
江億提出，建筑領域要大幅減碳，首先需降低用能需求。在建筑規模不斷擴大的基礎上，節能是實現低碳的首要條件。“必須提倡節約型生活方式，提高用電效率。美、日、韓等國都曾因需求增長，而出現建筑用電瘋漲的現象，我們要提前避免。”
新增建筑用電應全部來自風電光電
除了“節流”，更重要的是“開源”。江億表示，能源轉型是從以化石能源為基礎的碳基能源系統，轉為以可再生能源為基礎的零碳能源系統，進而帶動終端用能方式徹底改變。
“建筑部門要放棄一些過去曾積極推廣、依賴于化石能源的用能方式，比如煤改氣，以燃氣為主的熱電冷三聯供等。”江億認為，以水電、風電、光電及生物質發電作為主要電源，以少量燃煤燃氣電力作為補充，同時依靠碳捕集和貯存技術回收發電排放的二氧化碳，建筑行業即有可能實現碳中和。
面對日益增長的用電需求，這些零碳電力夠不夠用？從哪里來？江億坦言，受到種種制約，核電、水電及生物質燃料發電均有發展上限，因此建筑新增用電最好全部由風電、光電來提供。“風電、光電屬于低密度能源，需要大量安裝空間。這些土地在西北荒漠等地并不難找，但從邊遠地區集中長途輸電到東部負荷密集區，面臨巨大調峰難題。因此不必一味舍近求遠，利用城鄉建筑屋頂空間，以及其他可接受太陽輻射的建筑外表面，發展分布式光伏是很好的選擇。”
江億給記者算了一筆賬：目前，我國城鄉建筑可利用的屋頂空間約250億平方米，另有部分可利用的零星空地。農村建筑層數低、各類屋頂多，風光裝機容量可達20億千瓦，年發電2.5萬億千瓦時是目前生活用電的2.5倍，可滿足農民生活、生產、交通用電。城鎮建筑安裝量約4億千瓦，每年發電5000億千瓦時，約占建筑用電的15%。加上東部海上風電、城市周邊風光基地等資源，城鎮建筑用電也有保障。“關鍵問題是，如何讓建筑有效消納這些根據天氣狀況而變化的零碳電力？”
由消費者轉為產消儲“三位一體”
江億進一步稱，基于上述減排路徑，建筑功能也要相應變化——由單純的能源消費者，轉為支持大規模風光接入的貢獻者，集用能、產能、蓄能“三位一體”，從而協助消納風電、光電，解決風光的間歇性、波動性問題。
如何實現？江億提出一種“光儲直柔”新型配電系統的概念。具體包括：利用建筑表面，發展光伏發電；連接鄰近停車場的智能充電樁，并在建筑內部配置部分蓄電池，形成較大蓄電能力；建筑內部采用直流配電，通過直流電壓變化傳遞對負載用電的需求；變過去剛性用電方式為柔性，使建筑用電與風電光電聯動。“風、光發電多即多用，并蓄存多余電力。在發電少、不發電的情況下，則靠蓄電裝置、電動汽車的電池和負載調節維持建筑運行。由此，構成一個容量巨大的分布式虛擬蓄能系統，平衡電源與需求變化。”
“未來，我國至少擁有3億輛以上電動汽車。統計顯示，同時處于行駛狀態的車輛一般不超過20%，相當于80%的車輛都在停車場內。按照目前配置，每輛車有50-70千瓦時蓄電池，這些車輛若能與充電樁連接，后者再接入鄰近建筑的‘光儲直柔’系統，每天擁有200億千瓦時蓄電能力。”江億進一步論述該方式的可行性，新建“光儲直柔”建筑，只需在原有投資的基礎上增加100元/平米，加上充電樁建設、電動汽車補貼等費用，新增投資的靜態回收年限約12年，處于經濟合理范圍內。
江億認為，在2030年前，每年對5億-10億平方米建筑進行“光儲直柔”改造，讓其成為帶有充電樁的柔性建筑，不僅可有效解決建筑本身用電變化導致的峰谷差，預計還能消納70%的新增風電、光電。“因建設改造量巨大，必須從現在開始加速，否則建筑行業減排壓力更大。”
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