BIPV未来发展空间分析-何涛

BIPV未来发展空间分析 何 涛 教授级高工 中国建筑科学研究院环能院 太阳能应用研究中心主任 国家建筑节能质量监督检验中心 太阳能实验室主任 国际标准化组织太阳能委员会 系统分委会（ ISO TC180 SC4）主席 2020.1.15 北京 首届 BIPV专题技术研讨会 1 2 1. 政策基础 2. 技术经济基础 3. 应用潜力 4. 效益分析 5. 问题与发展方向 6. 建议与思考 目 录 CONTENTS 1 政策基础 3 20151950s 建筑方针 适用、经济、 在可能条件下注意 美观 2016 建筑方针 适用、经济、 绿色、 美观 《 中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见 》 2016年 2月 6日 中央城市工作会议 2015年 12月 20日至 21日 2019 绿色建筑评价标准 2019年 3月发布 1 政策基础 4 2016 建筑方针 适用、经济、 绿色、 美观 《 中共中央、国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见 》 2016年 2月 6日 2019 绿色建筑评价标准 2019年 3月发布 （十二）推广建筑节能技术。 提高建筑节能标准，推 广绿色建筑和建材。支持和鼓励各地结合自然气候特 点，推广应用地源热泵、水源热泵、太阳能发电等新 能源技术，发展被动式房屋等绿色节能建筑。完善绿 色节能建筑和建材评价体系，制定分布式能源建筑应 用标准。分类制定建筑全生命周期能源消耗标准定额。 可再生能源发电 是实现“绿色”建筑目标的重要技术手段 5 ◼ 具体目标： ✓ 到 2020 年 ， 城镇新建建筑能效水平比 2015年提升 20%， 部分地区及建筑门窗等关键部位建筑节能标准达到 或接近国际现阶段先进水平 。 ✓ 城镇新建建筑中绿色建筑面积比重超过 50%， 绿色建材应用比重超过 40%。 ✓ 完成既有居住建筑节能改造面积 5 亿平方米以上 ， 公共建筑节能改造 1 亿平方米 ， 全国城镇既有居住建筑中 节能建筑所占比例超过 60%。 ✓ 城镇可再生能源替代民用建筑常规能源消耗比重超过 6%。 ✓ 经济发达地区及重点发展区域农村建筑节能取得突破 ， 采用节能措施比例超过 10%。 ◼ 主要任务： （ 一 ） 加快提高建筑节能标准及执行质量 。 ✓ 加快提高建筑节能标准 。 … 积极开展超低能耗建筑 、 近零能耗建筑建设示范 ， 提炼规划 、 设计 、 施工 、 运行 维护等环节共性关键技术 ， 引领节能标准提升进程 ， 在具备条件的园区 、 街区推动超低能耗建筑集中连片建 设 。 鼓励开展零能耗建筑建设试点 。 ✓ 开展超低能耗小区 （ 园区 ） 、 近零能耗建筑示范工程试点 ， 到 2020 年 ， 建设超低能耗 、 近零能耗建筑示范项 目 1000 万平方米以上 。 到 2020 年 ， 建设超低能耗 、 近零能耗建筑示范项目 1000 万平方米以上 。 ➢ 《 建筑节能与绿色建筑发展 “ 十三五 ” 规划 》 （ 住房城乡建设部 2017 年 2 月 ） 1 政策基础 6 日本： 2030建 筑节能路线图 欧美等发达国家相继提出了 2020、 2030年近 /净零能耗建筑发展目标，并开展了技术集成专项研究与示范。 推动建筑迈向近零能耗是全球的发展趋势。 欧盟： 20-20-20！ 英国： 2019年公共建筑达到零碳； 德国 ： 2020年 新建建筑达到近零能耗 美国： 2030年 达到净零能耗 丹麦： 2020年后居住建筑全年 冷热需求降低至 20kWh/m2 韩国： 2025年居 住建筑达到零碳 ➢ 超低 /近零能耗建筑发展 1 政策基础 7 ➢ 超低 /近零能耗建筑发展 90’s •Initiation of Passive House Concept 90’s-2006 •Development of Building Energy Efficiency Codes 2010～ •Towards Higher Building Energy Efficiency Standard 从 90年代开始 ， 各气候区的建筑节 能设计标准逐步完成 ， 节能要求随 着标准修编不断提高 。 1986年 ， 建设部与瑞典建筑研究 委员会：中瑞 （ 典 ） 科技合作协 议 --利 用 被 动 太 阳 能 技 术 开 展 “ 节能住宅 ” 设计技术研究 住房和城乡建设部和德国交通 、 建设和城市发展部共同签署了 《 关于建筑节能与低碳生态城市 建设技术合作谅解备忘录 》 ， 推 动了被动房在中国的进一步发展 。 8 超低能耗建筑 近零能耗建筑 零能耗建筑 产能建筑 大幅降低供暖供冷需求 ， 提高能源设备与系统效率 ， 以更少的能源消耗 提供舒适室内环境的建筑 。 基准建筑能耗 建筑用能需求 可再生能源 最大幅度降低供暖供冷需求 最大幅度提高设备与系统效率 利用可再生能源 以最少的能源消耗 提供舒适室内环境的建筑物 。 最大幅度降低供暖供冷需求 最大幅度提高设备与系统效率 可再生能源全年供能大于等于 建筑物全年全部用能的建筑 。 近零能耗或零能耗建筑基础上 建筑舒适性优异 可再生能源供能量明显大于建 筑能耗 ,多余产能可用于传统 建筑能耗之外的生活 、 生产用 能 。 ◼ 近零能耗建筑技术标准 ◼ 2019年 1月发布 ， 9月起 实施 ◼ 第一部国家标准 ◼ 结合我国已有工程实践 ， 明确了 我国超低能耗建筑 、 近零能耗建 筑 、 零能耗建筑定义 、 以及不同 气候区技术指标及设计 施工 、 运 行和评价技术要点 。 ➢ 超低 /近零能耗建筑发展 9 2011年 11月 7日，德国第一个产能建筑， 可再生能源发电量是用能量的 2倍 Apple Park，屋顶光伏 17MW，满足 75%电力需求，其余来自其他可再生能源 CABR近零能耗示范建筑 • 中德生态园被动房示范工程 • 山东城建学院超低能耗绿色建筑示范项目 • 龙湖高碑店列车新城（一期 30万 m2） • 《 海南省环岛旅游公路驿站建设技术导则 》 • 《 青岛市绿色建筑与超低能耗建筑发展专项规划 》 • 《 蚌埠市超低能耗（近零能耗）建筑发展专项规划 》 • … 10 ➢ 建筑能耗不断降低 ， 可再生能源在建筑能源系统中的作用愈发明显 被动式建筑设计降低负荷 • 合理的建筑朝向 • 高性能围护结构 • 自然采光、通风 • … 高性能设备削减用能需求 • 供暖空调耗电 • 照明耗电 • 通风耗电 • … 可再生能源供能满足用能需求 • 太阳能供热制冷 • 太阳能光伏发电 • … • 近零能耗建筑的冷 、 热负荷通过被动式设计 、 遮阳 、 热回收等技术实现大幅降低以后 ， 如何满足用电用能需求成为 更关键的技术因素 。 BIPV系统成为实现近零能耗建筑必不可少的一部分 。 11 ➢ 光伏发电效率屡创新高 太阳能单晶硅电池、薄膜 电池、钙钛矿电池效率进 一步提高。 产业化太阳能单晶硅电池 效率超过 21%，多晶硅电 池效率达到 19.2% ~ 20.3% 《 中国新能源发电分析报告 -2019》 12 ➢ 光伏发电经济性改善 Source: Yan JY, etc. City-level analysis of subsidy-free solar photovoltaic electricity price, profits and grid parity in China[J]. Nature Energy, 2019, 4:709-717 2019年光伏项目竞价中， Ⅰ 类、 Ⅱ 类、 Ⅲ 类资源区的加权平均电价 资源区 项目规模 (万 kW) 规模占比 指导电价(元 /kWh) 中标电价(元 /kWh) 降幅(元 /kWh) Ⅰ 类资源区 189.922 10% 0.4 0.329 0.071 Ⅱ 类资源区 218.4139 12% 0.45 0.371 0.079 Ⅲ 类资源区 1043.9956 77% 0.55 0.459 0.091 在中国所有的 344个城市，工商业太阳能光伏系统能够以低 于电网供电的成本发电。在其中 22%的城市中，并网太阳能 发电系统的发电成本也低于煤电。 2000-2018年光伏发电成本下降超过 90% 13 北京某办公建筑： • 建筑面积： 4000m2 • 楼层数： 4 • 非供暖能耗指标： 76.7 kW.h/(m2.a) ； 《 民用建筑能耗标准 》 GB/ T 51161- 2016规定的 约束值： 80 kW.h/(m2.a) • 可安装光伏面积： 400m2； 提示： GB/ T 51161规定： • 建筑能耗指标实测值应包括建筑运行中使用的由建 筑外部提供的全部电力 、 燃气和其他 化石能源 ， 并应符合下列规定 : • 1 通过建筑的配电系统向各类电动交通工具提供的 电力 ， 应从建筑实测能耗中扣除 ; • 2 • 3 安装在建筑上的太阳能光电 、 光热装置和风电装 置向建筑提供的能源不应计入建筑实测能耗中 。 14 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 %kW h 建筑用电量 自电网电量 发电量 并网电量 光伏占建筑用电比例 应用软件模拟分析全年发电与用电量平衡： 15 自发自用 ， 余电上网 or 全额上网 ？ 2019年 4月 30日，《国家发展改革委关于完善光伏发电上网 电价机制有关问题的通知》 （ 发改价格〔 2019〕 761号 ） • “自发自用、余电上网”的工商业分布式项目，补贴标准 为按照全发电量补贴 0.10元 /度； • “全额上网”模式按集中式电站分资源区指导价（ 0.40、 0.45、 0.55元 /度）进行补贴。 • 北京市商业用电价格在 1.2元 /kWh左右 年发电量 kWh 年耗电量 kWh 用电价格 元 /kWh (暂按平 均价格 ) 建筑年耗 电全部购 自市电 （元） 补贴 （元） 实际电费 （元） 节省比率 自发自用 余电上网 75740 306600 0.85 260610 7574 198482 23.8% 全额上网 75740 306600 0.85 260610 34083 226527 13.1% 16 潜力分析： 1 BIPV发电量对建筑能源系统扰动不大 包含建筑空调、通风、照明、生活热水、电梯、办 公设备以及建筑内供暖系统的热水循环泵电耗、供 暖用的风机电耗等建筑所使用的所有能耗照明耗电 • 绝大多数为电耗。 • 除夏季空调能耗外，其他能耗相对稳定 • 与工作时间相关性强 • 与太阳辐照相关性也强。 2 屋顶可安装面积与建筑面积比例 • 4层 建筑 =PV满足非供暖能耗的 1/5 • 15层以下 ➔PV比例 0.07平方米 /建筑面积 既有建筑应用 BIPV潜力 • 我国既有建筑面积 600亿平米 。 • 可安装太阳能光伏电池 近 30亿平米，约 400 GWp 新建建筑应用 BIPV潜力 • 我国每年新建建筑面积 20亿平米 。 • 可安装太阳能光伏电池 近 1.5亿平米，约 20 GWp 17 • BIPV的日发电量占建筑总能耗的比例较低 • 对建筑内部电网冲击小 • 以市电做备用电源 +少量储能 (数小时 ) • 可有效实现 就地 、 及时消纳 • 不强求并网 ， 经济性好 ， 可不依赖补贴 • 投资回收期 5年 • 良好的可持续发展前景 简单的总结： 为光伏市场带来更大的市场空间 19.6 27 34 42 47 7.7 21 24.4 24 11.4 0 10 20 30 40 50 2015H1 2016H1 2017H1 2018H1 2019H1 GWp 我国组件产量 我国新增装机 Source:王勃华 . 光伏行业 2019年上半年回顾与下半年展望 18 1 建筑节能贡献 据统计，我国建筑总耗电量 约 1.4万 亿 kWh。 替代 建筑总耗电量的 10%=替代标准煤逾 4000万 吨 /年 2 促进产业结构调整和供给侧改革 有效调动科研、制造等各领域的创新积极性，实现高质量发展，促进产业结构调整和供给侧改革。 3 增加就业、稳定增长 按照包含组件、逆变器、安装等系统造价 0.5万元 /kWp计算，新增产业规模可达 1万亿元 涉及从业人员 数百万人 ，是稳增长、促就业的有效方式。 19 • 欧洲标准 -…与建筑结合， …组件能够提供 建筑构件 功能 • 我国与建筑结合没有明确标准定义 • 传统 建筑构件应该达到何种技术要求，技术标准体系 已经相对完善 。 • 墙、柱、门、窗、瓦、 … • 但是 兼具发电功能的构件 ，原有构件标准是否完善，是否完全适用， 还要研究 。 • 以国家标准 《 建筑设计防火规范 》 GB 50016-2014 （ 2018版）为例。 20 1 应 全面 符合 8字方针 适 用 ✓ 与建筑模数协调； ✓ 安全性； ✓ 经济性； ✓ 热工属性； ✓ 通风和负荷影响； ✓ 楼宇控制； ✓ 屋面排水； ✓ …… 建筑 结构 强电 弱电 供暖空调 给排水 施工 应进一步完善建筑体系中的 标准、检测、认证制度 从特别关注满足国际标准、国际知名机构的检测与认证，转向还要满 足我国特色的工程建设行业的规定和习惯： 1、 GB 50000系列，工程建设国家标准，住建部、国家标准委。 2、施工图审查制度 -设计师终身负责制。 4、建筑材料设备的见证取样检测、绿色建材认证、建筑施工验收制度 … 21 1 应 全面 符合 8字方针 经 济 用 高效、平价的光伏组件实现 经济、可靠的光伏系统 22 1 应 全面 符合 8字方针 美 观 多样化产品 、 与建筑师合作 ， 美观不美观多由建筑师 、投资人和业主决定 ， 不能只是制造商自说自话 。 23 2 转变观念 ◼ 光伏系统的性能化设计： ◆ 建筑可供安装太阳能的面积有限 ◆ 分析温度、入射角修正、负荷等因素影响 ◆ 功率还要和面积和安装位置结合起来，效率、日 /年平均效率或日 /年发电量 23 倾角 月份 0º 10º 20º 30º 40º 50º 60º 70º 80º 90º 1 0.61 0.82 0.9 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 2 0.79 0.88 0.92 0.95 0.96 0.96 0.97 0.96 0.96 0.95 3 0.89 0.93 0.95 0.96 0.96 0.96 0.96 0.95 0.93 0.89 4 0.94 0.95 0.96 0.96 0.96 0.95 0.94 0.91 0.86 0.78 5 0.96 0.96 0.97 0.96 0.96 0.95 0.92 0.88 0.79 0.65 6 0.96 0.96 0.96 0.96 0.95 0.94 0.91 0.85 0.75 0.55 7 0.97 0.97 0.97 0.97 0.96 0.95 0.92 0.87 0.79 0.62 8 0.96 0.97 0.97 0.97 0.97 0.96 0.95 0.91 0.86 0.75 9 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.97 0.96 0.95 0.92 0.88 10 0.88 0.93 0.95 0.96 0.97 0.97 0.97 0.96 0.95 0.94 11 0.76 0.87 0.93 0.95 0.97 0.97 0.98 0.98 0.97 0.97 12 0.46 0.77 0.89 0.94 0.96 0.97 0.98 0.98 0.98 0.98 北京地区不同安装倾角 下 每月入射角影响系数 RIA 24 2 转变观念 ◼ 建筑贡献率： ◆ 以建筑稳定的基本负荷作为主要目标，减少储能，以市电为备用电源； ◆ 公共建筑日间用电为主，具有优势； ◆ 商业电价高，补贴退出，平价或低价水平后，可能是非常好的应用方式。 0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0% 50.0% 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1月 1日 1月 2日 1月 3日 1月 4日 1月 5日 1月 6日 1月 7日 1月 8日 1月 9日 1月 10 日 1月 11 日 1月 12 日 1月 13 日 1月 14 日 1月 15 日 1月 16 日 1月 17 日 1月 18 日 1月 19 日 1月 20 日 1月 21 日 1月 22 日 1月 23 日 1月 24 日 1月 25 日 1月 26 日 1月 27 日 1月 28 日 1月 29 日 1月 30 日 1月 31 日 建筑耗电（ kWh/天 ) 发电量（ kWh/天 ) 贡献率 25 1 开展示范工程建设 选取典型地区、典型建筑开展示范工作，积累经验，为推广打下基础。 2 开展专项技术研究 对专项技术问题开展技术研究，形成成熟、完整、先进的技术体系。 3 开展标准规范编制 符合我国 建筑行业要求和习惯 的成套技术，标准规范体系，检测认证制度。 4 开展规模化推广 在全国各地有序开展规模化应用，实现我国建筑节能的更高水平发展。 一个对政策依赖性不强，靠市场需求发展起来的行业 必然有广阔的发展空间 以上问题的解决，需要国家的大力支持和产业的不断努力！ 26 “中国光伏行业协会光电建筑专业委员会”成立 随着光伏发电成本逐年下降 ， 我国光伏市场近年来持续快速发展 ， 而分布式光 伏发电凭借应用场景灵活 、 开发周期短等优势 ， 装机潜力巨大 ， 发展前景广阔 。 同 时近零能耗 、 零能耗等更高节能水平绿色建筑逐步应用和普及 ， 高效 、 智能化的光 伏发电系统成为新时期重要的建筑能源形式 ， 推动我国建筑从传统的耗能用户逐步 转向产能的光电建筑 。 为了促进光伏行业与建筑行业的深度融合 ， 更好地规范 、 引 导光电建筑市场的健康发展 ， 推动相关产品技术创新和质量提升 ， 中国光伏行业协 会拟筹备成立光电建筑专业委员会 ， 并于 2020年 2月 18日举办成立大会 。 敬请关注！ 27 中国建筑科学研究院有限公司 China Academy of Building Research 1953年成立 ， 全国建筑行业最大的综合性研究和开发机构 ， 我国最早从事建筑节能相关工作的研究机构 。 建筑环境与能源研究院 Institute of Building Environment and Energy 以建筑环境 、 建筑能源 、 建筑节能 、 绿色建筑 、 智能建筑等领域的应用研究和技术开发为主 ， 致力于解决暖通空调 、 建筑声光 热工程中的关键技术问题 。 技术水平在建筑节能应用领域居国内领先地位 ， 是国家建筑节能工作的重要技术支撑单位 。 在建筑节能 、 供暖空调 、 生物医药净化 、 建筑声环境 、 建筑光环境 、 可再生能源建筑应用 、 建筑幕墙门窗等领域有较高知名度 。 28 ◼ 承担国家科技研究项目 ◼ 研究编制国家级标准和规范 ◼ 建筑技术研发 ◼ 建筑设备和产品的设计和制造 ◼ 国家级建筑工程质量监督与检测 ◼ 城乡规划、建筑设计、技术咨询 ◼ 中国建筑节能政策、技术体系咨询 ◼ 北方地区冬季清洁取暖 IBEE科技创新 检测评估 标准 编制 技术 服务 标准与质检 住房城乡建设 部建筑环境与 节能标委会 全国建筑幕墙 门窗标委会 全国建筑节能 标委会 全国暖通空调 及净化设备标 委会 中国工程建设 标准化协会建 筑环境与节能 专委会 全国声学标委 会建声分会 标准化技术 委员会 B 1 B 4 B 3 B 2 国家空调质量监督检验中心 国家建筑幕墙门窗质量监督检验中心 国家太阳能热水器质量监督检验中心 国家建筑节能监督检验中心 国际化 国际标准化组织 /光与照明和建筑环境 设计联席官员 (ISO/TC205TC274) 国际标准化组织 /建筑环境设计 (ISO/TC205) 加强学术和标准化工作的国际化 环能院承担 3个 国外机构中国代表、 5个 ISO/TC(SC)国内技术对口单位工作。 国际标准化组织 /制冷与空调 /空调 和热泵的测评 (ISO/TC86/SC6) 国际标准化组织 /空气和其他气 体的净化设备 (ISO/TC142) 国际能源署储能委员会 (IEA-ECES) 中国国家代表 国际能源署太阳能供热制冷委员 会 (IEA-SHC)中国国家代表 国际照明委员会 (CIE)第五分部 室外照明委员会中国代表 国际标准化组织 /太阳能技术委员会 / 太阳能系统分委会 (ISO/TC180/SC4)