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1112kWh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1.52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300400亿 ， 3 4 方 地 西北 发3 方 未来 550 200亿 2，⁄ ƒ50 150亿 220亿 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 ， 的量 不到5 ⁄到的电力 在 应 ，Ł为量，全 ”在 ‰，Œ来， 的量增加 ˛‡ 光表面的 建筑的量， ⁄的电力 ， 不是在 ‰，Ł 的 Œ 建筑表面 光 currency1˘ ı建筑 能， 不 ł 冷屋顶还是光伏屋顶 的 成 ， ， Ł 光 ， Œ Œ ， 在 光 ˆ可以 ›面的 量Œ ˘ ı，等 ł量可1œœ 顶 该 这种 还是光伏 光伏峰值发电量可13œ ，年发电量1 œkh 夏季 œœ小时，持续1œœ ， ł量 œkhł量 , 是15œ 的 量， COP5，折电力50kWh ˝， ⁄量 综合 在 般情况 ， 先 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，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， 其ˇ 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 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 jiangyitsinghua.edu.cn