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          產能建筑期待走向能源產銷一體化

          光熱光電建材的技術進步仍需突破

          2021-12-20 11:08:59

            1994年,德國弗萊堡出現了一棟神奇的房子——向陽屋。

            向陽屋由太陽能建筑大師羅爾夫·迪希設計,整體被安裝在一個圓形底座上,以太陽為焦點可以繞中軸旋轉360度。白天時,房子會以每小時15度的速度追隨太陽轉動,讓屋頂上的太陽能面板充電;當太陽下山后,房子便反向轉動,回到初始位置。

            最難得的是,向陽屋屋頂的雙軸追蹤式光伏發電板一年產生電量可達9000千瓦時,是其消耗電量的5倍。從這一角度來說,向陽屋是最早的產能建筑。

            產能建筑,顧名思義,指的是所產生的能量超過其自身運行所需要能量的建筑,尤其是可再生能源的產出量,不僅能夠滿足建筑自身需求,還可以向外部供能。在建筑低碳節能標準不斷提高的大背景下,產能建筑的崛起是大勢所趨的。

            產能建筑是建筑節能最高目標

            自上世紀80年代以來,中國一直在推動建筑節能發展,并取得了非常好的成績。以采暖能耗為例,我國城鎮居住建筑的采暖能耗在本世紀初達到最高,每平方米約消耗35公斤標煤,目前已經降至15公斤。

            我國建筑運行能耗占社會終端能耗的三分之一以上,建筑運行階段的碳排放占全國能源消費總量的21.9%,是能源消耗和碳排放的“大戶”。在“雙碳”目標的大背景下,建筑節能刻不容緩。國際歐亞科學院院士、住房和城鄉建設部原副部長、中國城市科學研究會理事長仇保興直言不諱:“建筑是所有的人都必須擁有的,中國建筑的節能是整個碳中和體系中最需要攻克的?!?/p>

            盡管當前建筑節能的成效顯著,但仍不足以滿足現實的需要。據了解,我國建筑節能是以1980年至1981年的建筑能耗為基礎。第一步節能是節能30%的標準。第二步節能是節能50%的標準。第三步節能是節能75%的標準。但中國建筑節能協會常務副秘書長鄒燕青表示,按照這“三步走”的步驟,建筑行業要到2040年才能實現碳達峰目標,嚴重制約“雙碳”目標的實現。

            在此情況下,建筑行業提出了從超低能耗建筑到近零能耗建筑,再到產能建筑的“三步走”方針。其中,產能建筑是建筑節能發展的最高目標。隨著近年來我國建筑節能發展日益“百花齊放”,產能建筑也逐漸進入公眾視野。

            從政策上來看,隨著近零能耗建筑的蓬勃發展和“雙碳”目標的推進,“十四五”期間,從中央到地方將對產能建筑的產業培育提供更大支持,產能建筑發展將更加有優勢。

            產能建材亦有可行性

            對于建材行業來說,最關注的問題是:既然有產能建筑,可否有產能建材?

            “當然可以?!闭憬磷有履茉纯萍加邢薰径麻L唐玉敏直截了當地表示,在“雙碳”背景下,新建建筑的低耗低碳已經成為共識和標準,既有建筑同樣可以通過技術實現能耗的達標和低碳。針對既有建筑的改造,應該在建筑材料上做研究,運用具有能量、足以實現自給自足的建材,不僅可以實現改造目標,還可以為其他需要提供能源?!岸谶@個改建過程中,以吸收太陽能能量的光電光熱建材當是主要技術支撐?!?/p>

            提高可再生能源的利用率是產能建筑由能源“消費者”變身“生產者”的關鍵。作為理想能源,人類已經在太陽能發電和光熱利用方面奮斗了100多年。近幾年,光伏發電越來越成為時尚能源,并逐步成為產能建材的典型代表。而將光伏發電與建筑的有機融合,使建筑在節能的基礎上實現增能,有利于實現產能建筑。

            隨著“雙碳”目標的推進,作為光伏發電的典型應用場景,光伏建筑一體化概念愈發火熱。所謂光伏建筑一體化,是指將太陽能發電產品集成并作為建筑組成部分的技術。與附著在建筑物上的太陽能光伏發電系統不同,光伏建筑一體化是將電池作為建筑物外部結構的一部分,既具有發電功能,又具有建筑材料的功能。

            不過,光伏發電也存在一些問題——由于在發電過程中光伏組件會產生熱,發電效率也會受到影響,這也是全球光伏行業10多年來一直亟待解決的難題。針對這一問題,浙江柿子新能源科技有限公司研發了全光能系統,利用異聚態聚熱板原理提煉打造了“能量調控背板”來代替原有的光伏背板,既節約成本,又讓光伏組件性能得到了提升。據了解,通過不同應用場景的測試,全光能系統可提高發電10%以上,總能量是單純光伏發電量的5倍以上,達到了太陽光的全譜利用,削峰降溫的效果可使整個光伏發電系統使用壽命延長25%左右。

            產能建筑并非遙不可及

            由于起步晚、發展時間短,產能建筑的實現較為困難,但并非遙不可及。

            作為最先將產能建筑變為現實的國家,德國對產能建筑的研究和實踐頗為深刻。以產能型公共建筑為例,由于公共建筑的高耗能問題比較突出,所以產能公共建筑的設計難度也更大。而作為世界上第一座“能源盈余”的公共建筑,德國弗萊堡市政廳每年在空調、通風和熱水供給方面的基本能源需求量僅為45千瓦時/平方米,是同類現代辦公建筑能源需求量的40%,其余多出來的能量則會被用于城市的電網系統。

            由于國內外主流建筑模式有所區別,產能建筑之外,國內對“產能建筑群”模式的探索較為深入。在滿足建筑功能需求和外觀的基礎上,通過各類被動式、主動式節能技術集成,充分發揮清潔能源、可再生能源和傳統能源的綜合利用能力,結合智能微電網、儲能、輸配等技術的聯合應用,將建筑產生的能量超過其自身使用的盈余部分并入區域能源網絡,再按需分配,最終實現建筑群“產能”的目標。

            以首批“吃螃蟹”的代表省份江蘇為例,南京市江北新區人才公寓是國內首個分布式光伏直流微網與住宅社區結合的示范項目。該項目借助直流供配電和儲能技術,實現可再生能源的就地消納,用于照明、儲能、電動車充電、空調及其他電器設備等。從實際運行情況看,單位建筑面積用電約51千瓦時/平方米,而光伏發電為113.07千瓦時/平方米,真正實現了“能源產銷一體化”。

          中國建材報記者:劉芳芳

          責編:丁濤

          校對:張健

          監審:韓鳳鳳


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