江亿-我国的低碳能源转型和建筑在其中的作用

我国的低碳能源转型和 建筑在转型中的作用 江亿 清华大学建筑节能研究中心 内容提要 •我国的低碳能源结构 •光伏：集中式还是分布式？ •发展能源友好型建筑 我国的低碳能源转型 •能源问题面临三大挑战 •能源安全 •雾霾治理 •气候变化 •只有彻底改变能源结构，由目前的化石能源结构转为以可再生能 源和核能为主的低碳能源，才能全面解决上述问题 未来的低碳能源结构 •低碳能源结构能否实现？ •零碳能源主要是水电、风电(包括海上)、光电、核电，以电力为主 •我国目前水电3.8亿kW，发电1.5万亿kWh，可增加到4.5亿kW，1.8万亿 •我国目前核电0.5kW0.35kWh 2.5kW1.8 •我国目前风电2.5亿kW, 发电0.4万亿kWh， •我国目前光电2.5kW，发电0.3kWh •零碳电力目前2.55万亿kWh，约占发电总量的35% •未来需要11~12kWh电力，零碳电力应在7.5万亿kWh以上，因此， 风电、光电需要达到4万亿kWh，风电光电装机容量要达到30亿kW以上， 是目前的6倍 5 太阳能光伏电池器件成本大幅度降低 Haegel, Nancy M., et al. “Terawat-scale photovoltaics: Trajectories and chalenges.“Science356.6334 (2017): 141-143. 风电、光电的成本构成发生变化，接近煤电 •风电、光电器件与装置的成本已经飞速下降 •以太阳能光伏为例： •2000年：器件40元/W，占85%，接入5元/W，其它2元/W（安装、支架） •20201.3/W25%，接入2/W2/W •主要成本构成已经从器件本身转移到接入和安装 •在很多条件下，光电已经可以与煤电竞争： •煤电建设综合成本8元/W，十年折旧，年运行5000小时，折旧0.16元/kWh，综合0.46元 •光电建设综合成本5.3/W 1200小时，综合0.44/kWh •发展光电的主要矛盾已经从过高的器件成本转为： •足够的安装空间 •改变接入方式从而降低接入成本 •应对光电的随机变化对电网的冲击，如何解决电源与负载之间变化的时间不匹配 风电、光电是发展集中式还是分布式？ •全国大多数地区都有较充足的太阳辐射，西部 青藏高原最高值为东部沿海地区的1.5~2倍 •陆上风力资源分布集中于北方及青藏高原，不 同区域风力资源相差高达4倍 •我国未来需要30亿~40亿k 风电光电， 100 2 ，需要300~400亿 ， 3 ~4 方 地 • 西北 发3 方 •未来 550 200亿 2，¡¢£⁄ ¥ƒ50 150亿 2§20亿 2，25亿k 陆上风力资源 风电、光电是发展集中式还是分布式？ •在西部发展集中风电、光电场：需等量的水电、火电与其打捆， 成为稳定的或按照计划变化的电力；风光电：调峰电=1 1 •在 部发展分布式光电，其 电 变化，可 调峰 ， 电的成 和 •只有发展 大 分布式光电，才能实现大 可再生电力 •西 ：¡能量¢£， ⁄ ，¥ƒ转§，currency1 “«‹发 •建筑›fi：低能量¢£，fl –†，转§ ，‡· ¶•‚ •„”光电»¶成 的大…‰低，建筑›面‡·光伏的 ¿ 现 •发展风光电力的`´ ：西北集中式1/3，东部分布式2/3 建筑可接收太阳光的外表面是重要资源 •‹发可再生能源ˆ需˜¯源：˘˙¯源 •建筑¨›面 ˚为可再生能源‹发¸ 的ƒ˜¯源， 分¸ •是˝˛ˇ—能 ，ˇ 能 ，还是˝˛可¸ ›面的¸ ？ •建筑形式不同，功能不同，表面可提 的光 发电量 电 •不应 发电量 需 量 来 核建筑光 的应 • 表面 源 ， 是 •应 可 表面的 来 核 建筑 • 建筑 的挑战 • 建筑¡¢，£⁄¥ƒ的可安装光 的表面 •光 表面装§currency1 的 机“«，‹›建筑光 fifl化 光伏电池对建筑表面的影响 • 光 成的光 ？ •光 电 表面–可能†‡· 光，¶•为电力的‚„” 以»量的形式 …‰，不 ¿ ` 光´ˆ˜表面¯理， ` 不˘˙¨ ˚装§currency1 • 建筑的 ？ • ¸ 表面装§currency1 ，· ˝`˛ˇ — ， 20%˝`¶为电力， 表面的⁄»量 • ˛‡ 光表面的 »量， fl Æ， ª 的»量 不到5%´ ⁄到的电力 在 应 ，ŁØ¶•为»量，全 ”在 …‰，Œ«来º， 的»量增加 • ˛‡ 光表面的 ª建筑的»量， Ø ⁄的电力 ¨ ， 不是在 ‰»，Ł 的» •Œ« æ 建筑表面 光 currency1 ˘ ı建筑» 能， 不 ł 冷屋顶还是光伏屋顶？ • 的 Æ成 ，ª ， Ł 光¡ ， ØŒ ¡Œ ，º 在 光 ˆ可以 ›面的 量Œ ˘ æ ı，等 ł量可ø1œœß • 顶 该ª 这种 还是光伏？ •光伏：峰值发电量可ø13œß ，年发电量1 œkßh • ：夏季 œœ小时，持续1œœß ， ł量 œkßhł量 , •ø¨是15œß 的 量， COP=5，折«电力50kWh • ` · ˝`， ⁄»量 •综合 ：在 般情况 ， 先ª 顶光伏 接入方式和消纳方式是建筑光伏的关键 •低成 入光伏、合理 –†光伏电力，成为发展分布式光伏 发电的关键 •光伏经过逆变后全部上网，建筑再º电网上引入，¥ƒ环节，损 耗大、投资高 •光伏逆变后直 入楼 配电网，电网承 双向 电， 受冲击 •光电 时，‚„电力上网 • ，从电网上取电 •建筑 成为帮助–†风电光电，调节 变化的ˇ电网友好 型 载，或ˇ虚拟灵活电厂 • 光电占到电源总容量40%以上，光电都随 光同步变化，需要等容量灵 活电源平衡， 建筑能” 承担此任务，Ø是对低碳电力的巨大贡献 光伏电力的消纳 •fl –†为主 •fl 蓄存调控 •不 电网 成冲击 •城市建筑 顶光伏 般仅能提供3œ% 7œ%的建筑 电 •尽量通过当 蓄电池，协调光电与 电之˙的关系 • 入智能 电桩，为电动汽车 电是光伏电力的 佳 •楼直流微网， 转§环节，提¡灵活调节能力 •依靠楼 蓄电池取代自‚发电机和–防‚ 电源， 建筑在低碳电力系统中的作用 •目前城市电 侧巨大峰谷差在很大程£上是源于建筑 电方式 •风电光电的„机变化与 侧的 夜˙变化的不匹配，需˜巨大 的灵活电源平衡，由此决定化石能源火电在总电量中的 •变刚 电为 电，建筑可以按照需˛侧 式 其部 分 ，再 上楼 配 定 量的蓄电池，¨ 的智能 电桩， 可以 建筑在全 实现灵活调节，º 其ºˇ 变为ˇ 灵活电源 ，为电网 以大 †风电光电 结论：建筑在未来低碳能源中所处脚色 •生 能源： 分¸ ¨›面‡·光伏 • 存能源：ª 蓄电池的分布式蓄电 • 载： 源与 的关系实时–† 电力， 解电网 •依靠 ¡：变目前的刚 ¢流配电为 直流微网 •依靠£⁄机 ： 分¥ƒ主动调节§˚ 的定currency1机 •能源的 “«‹和 “合˚： • 给侧、消 侧、技术 政策机制的革命，国际«作 谢谢敬请提问 jiangyi@tsinghua.edu.cn