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江亿：“碳中和”需要减少建筑运行的直接碳排放

2021-03-29

中国电源产业网

导语：中国工程院院士、清华大学建环专业教授江亿在《碳中和与建筑设备》主题报告中提出，低碳转型是我国社会经济发展的战略决策，减少建筑运行的直接碳排放，减少建筑运行的间接二氧化碳排放。

碳达峰、碳中和成为当下“热词”。为应对气候变化，中国政府明确提出2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标，从相对减排到绝对减排，进而零排放，为全球应对气候变化作出更大贡献。暖通空调系统作为建筑中当之无愧的能耗大户，与“碳中和”的目标实现息息相关。占据公共建筑建筑物能耗50%-60%的暖通空调系统，其节能降耗显然已成为关系国计民生的大事。

南方热泵两联供的热火朝天、北方“煤改电”的如火如荼、磁悬浮的广泛应用、高效机房系统的快速发展等等，都可以看出目前暖通空调行业已经大踏步地走在了“碳中和”的道路上。

中国工程院院士、清华大学建环专业教授江亿在《碳中和与建筑设备》主题报告中提出，低碳转型是我国社会经济发展的战略决策，减少建筑运行的直接碳排放，减少建筑运行的间接二氧化碳排放。

低碳转型是我国社会经济发展的战略决策

1. 2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和

2. 碳中和：温室气体排放总量小于碳汇吸收总量

3. 途径：

（1）由可再生能源替代化石能源，不可替代部分采用CCUS回收二氧化碳；

（2）可再生能源主要是水电、风电、光电、核电以及生物质能。

4. 零碳转型的挑战

（1）终端用能应尽可能用电力高效地替代燃料，尽可能减少对燃料的需求；

（2）风电光电占总电量50%，占发电总功率70%以后，如何协调电源侧与用电侧随时间变化的不同步性？如何使源与荷之间由刚性连接转为柔性连接？

减少建筑运行的直接碳排放

1. 直接碳排放：由于燃烧或是能源导致的CO2的直接排放

2. 建筑运行相关的直接碳排放：全面电气化，不再使用燃料

（1）炊事燃气：气改电，用各种电炊具做饭，取消燃气；

（2）生活热水燃气：气改电，热泵热水器，电热热水器；

（3）蒸汽锅炉（医院、宾馆、洗衣房等）：取消蒸汽管网，电热蒸汽发生器；

（4）小型热水锅炉：多种形式的热泵；

（5）采暖燃气壁挂炉：空气源热泵；

（6）北方集中供热热源：

①工业余热、核电余热；

②调峰火电热电联产，排烟通过CCUS回收二氧化碳；

③取消采暖用燃煤燃气锅炉。

减少建筑运行的间接二氧化碳排放

1. 建筑实现全面电气化，电力要从目前的煤电为主转为绿电

2. 绿电：核电、水电、风电、光电、生物质发电

3. 我国目前绿电占总电量30%，2030年达到一半，2045年全部绿电

4. 电量比例：核电15%，水电20%，风光电50%，生物质和火电15%

5. 风电光电装机容量：将由目前的4亿kW增长到40~50亿kW

6. 风电光电的布局：

（1）三分之一为在西北的集中光电风电基地，大功率远程输送；

（2）三分之二在中东部，利用屋顶、零星空地、分布式发电；优先自发自用；

（3）22亿kW屋顶光伏：城市35亿m2光伏，4亿kW；农村150亿m2光伏18亿kW。

建筑“光储直柔”配电系统

光储直柔系统的智能柔性负载

1. AC/DC根据要求的输入电功率控制直流母线电压

2. 各个末端根据母线电压开环方式调节用电功率或充放电速率

3. 光伏的DC/DC根据光伏侧电流变化，调节变压比，以最大程度接收光电

4. 蓄电池的调控

（1）根据母线电压，高过U0+⊿U时充电，低于U0-⊿U时蓄电；

（2）智能控制：检测母线电压一天内的变化，识别其规律，得到一天内需要充电和放电的时间段，从而优化安排充放电轻度，保证在最需要充电时有足够的空余容量，在最需要放电时，由足够的电量。

5. 充电桩的调控

（1）单向充电桩：只在母线电压高于U0+⊿U后充电，根据母线电压决定充电电流；

（2）双向充电桩：当母线电压低于U0-⊿U后，从汽车电池取电为建筑供电。

6. 变频空调的控制

设0~1之间的柔性调节设定值。当柔性调节为0时，根据空调工况调控，不根据母线电压做任何改变；当柔性调节为1时，深度柔性调节，根据母线电压增大或减少输出冷量，室温也略有升高或降低。

7. 变频风机、水泵的调节

设0~1之间的柔性调节设定值，根据性设定值和母线电压变化，修订风机水泵转速：n=n0*k*(V-375)。

8. 蓄热式电热热水器

自学习一天内母线电压变化规律和热水使用规律，在满足热水供应的前提下优化加热时间和功率。

9. 冰箱的柔性调节

自学习一天内母线电压的变化规律，根据冰箱内温度变化，优化压缩机开启周期，使其尽可能在母线电压高峰时段运行。

10. 整个系统只有入口处AC/DC由电网调度设置每个时刻的电功率（电功率/最大值/最小值），其它用电设备不需要集中控制，也不需要通讯连接，仅根据母线电压和自己的调节意愿，调节瞬时用电功率

11. 只有这样才能适合建筑内多种用电设备，各自有不同需求的状况，既实现需求侧响应，又不会影响各个装置的正常使用

12. 目前一些试图对建筑内各个设备进行统一优化调控，实现用电需求侧响应的尝试，很难解决多个使用者及设备提供商之间的需求、责任等矛盾，优化调控系统成为各类矛盾的聚集点

13. 优化各种用电终端的智能调控算法，可极大程度提高建筑电力柔性程度，从而减少对蓄电池容量的需求，降低投资

14. 各类建筑用电设备的需求侧响应的智能调控水平，将成为未来建筑设备智能化发展的新方向和竞争点。

编辑：中国电源产业网

来源：江亿/新基建之窗

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