PDF《分布式可再生能源建筑应用》

仲继寿 鞠晓磊 鲁永飞 国家住宅与居住环境工程技术研究中心 北京

100044 摘要 随着我国建筑能耗的快速增长,其占社会总能耗的比重也在快速提高,建筑作为节 能减排的重要载体,其与可再生能源的结合对于国家调整能源结构、实施国家能源战略、 满足能源日益增长的需求等具有重要意义.

我国分布式可再生能源建筑应用历经从无到 有、由点连线、由线到面3个阶段、近10 年的发展,已经进入了区域化、规模化发展的新阶 段,国家和地方的相关政策、法规和标准体系建设成效显著.我国分布式可再生能源建筑 应用还具有非常大的发展潜力,为了实现

2020 年可再生能源在建筑领域消费比例占建筑能 耗15% 以上的目标,需要从发展路径、技术创新和政策创新等多方面推动分布式可再生能 源建筑应用的发展. 关键词 分布式,可再生能源建筑应用,太阳能,浅层地热 DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2016.02.008

1 分布式可再生能源建筑应用的战略意义 1.1 分布式可再生能源建筑应用的背景 1.1.1 我国建筑总耗能呈现上升趋势 建筑耗能已经与工业耗能、交通耗能并列,成为我国能源消耗的

3 个 耗能大户 .与 此同时,建筑能耗占社会能耗的比重正以每年 1% 的增速快速发展. (1)我国总建筑面积增长与总建筑能耗增长为正相关(图1). (2)人民生活水平不断提高和全球气候变化的影响.我国夏热冬冷地区用于电力制冷 采暖的电力消耗从

1996 年的不到

1 亿千瓦时,增长至

2010 年的 390亿千瓦时.2013 年城镇 住宅能耗(不含北方采暖)达1.85亿吨标准煤,占建筑总能耗的 24.5%[1] . (3)产业结构调整带来建筑用能的提高.我国服务业呈现快速发展趋势,写字楼、商 场等各种规模的公共建筑数量迅速增长,建筑能耗总量也随之快速增长.2013 年公共建筑 分布式可再生能源建筑应用 发展路径与政策导向* *资助项目:中科院学部咨 询项目 大力发展分布式可 再生能源应用和智能微网 修改稿收到日期:2016年1 月19日 专题:分布式可再生能源和智能微网 The Distributed Renewable Energy and Smart Micro Grid System 院刊

217 面积约为 99亿平方米,占建筑总面积的17.7%,能耗(不 含北方采暖)为2.04亿吨标准煤,占建筑能耗的 26.9%. 2000―2013 年公共建筑面积增加了

2 倍,平均单位面积 能耗从

2001 年的 18.3 kgce/m2 增至

2013 年的21.3 kgce/ m2 ,是增长最快的建筑用能类型[1] (表1). 表1 我国2013年建筑能耗 用能分类 宏观参数 (面积/户数) 电力消耗 (亿千瓦时) 总商品能耗 (亿tce) 能耗强度 北方城镇供暖 120亿 平方米

92 1.81 15.1 kgce/m2 城镇住宅 (不含北方地区供暖) 2.57 亿户

5302 1.85

723 kgce/户 公共建筑 (不含北方地区供暖)

99 亿平方米

6324 2.11 21.3 kgce/m2 农村住宅 1.62 亿户

1614 1.79

1 102 kgce/户 合计 13.6 亿人约

545 亿平方米

13 332 7.50

551 kgce/人(4)农村建筑用能增长迅速.农村建筑用能消费 总量不断增加,生活用能已经超过生产用能.农村年人 均生活用能消费量从

2000 年的

76 kgce 增长至

2013 年的

284 kgce,增速高于全国年人均生活用能消费增速. 1.1.2 城镇化进程带给可再生能源分布式利用的窗口期很短 国家统计局发布,2003 年我国城镇化率为 40.53%,

2014 年我国城镇化率为 54.77%.以人为核心的新型城镇 化进程会更快,规模化利用可再生能源的窗口期很短. 1.1.3 新农村建设和农业现代化对能耗基数影响还未显现 农村住房节能和乡村环境质量刚刚获得各级政府 的重视,绿色农房的概念尚未兴起,农村生活方式城市 化现象却在蔓延.新农村建设的另一特点是我国地域广 大,气候特征、资源分布、经济水平和技术条件差异 大. 1.1.4 高比例可再生能源建筑利用是可行的 (1)现阶段成熟的太阳能热利用技术(包括各类太 阳能热水系统和空气源热泵)已经完全能够解决生活热 水问题,约占住宅运行能耗的 10%. (2)采用被动太阳能采暖或降温的建筑技术,至少 可以节约建筑运行能耗 10% 以上. (3)充分利用天然采光、自然通风策略可降低建筑 运行能耗 5% 以上. (4)屋顶或墙面安装光伏构件,可解决建筑使用能 耗的 5%. 以上合计可实现可再生能源综合贡献率 30% 以上. 随着我国建筑节能理念的普及和能源价格机制的形成, 建筑运行能耗基数会降低,其贡献率还会更高. 1.1.5 建筑是可再生能源分布式应用的最佳载体 按照目前的发展速度,我国

10 年内总建筑面积可能 会达到 800亿平方米.按照现在的节能标准和运行能耗水 平,建筑总运行能耗将接近 11亿吨标准煤,这将对我国 能耗结构产生明显的影响.因此,节能减排、开源节流 是降低建筑运行能耗的唯一出路. 分布式能源系统是相对传统的集中式供能能源系统 而言的.分布式能源系统是直接面向用户,根据用户需求 就地生产供应,具有多种功能,可满足多重目标的中、小 型能量转换需求.建筑作为分布式可再生能源系统的天然 载体和就地消纳者,是可再生能源最佳的集成对象. 同时我们还应清醒地认识到,我国18亿亩有效耕地 面积的红线是不可逾越的.沙漠距离能源负荷中心远, 会大大影响可再生能源应用的技术经济性能.我国可利 用土地资源的限制,也让建筑必然也必须成为可再生能 源利用的重要载体. 1.2 分布式可再生能源建筑应用具有重要的战略意义 (1)我国是世界上太阳能资源最丰富的国家之一, 地表水、浅层地下水和土壤中可采集的低温能源也十分 图1总建筑面积与总建筑能耗增长情况

600 500

400 300

200 100

0 8

7 6

5 4

3 2

1 0

1996

1997

1998 1999

2000 2001

2002

2003 2004

2005 2006

2007 2008

2009 2010

2011 2012

2013 总建筑能耗(亿标准煤) 总建筑面积(亿平方米)

218 2016年.第31卷.第2期 丰富,利用潜力巨大.推进分布式可再生能源建筑应用 是调整能源结构、保证国家能源安全的重要举措之一. (2)利用太阳能、浅层地能等可再生能源可以解决 建筑的采暖空调、通风降温、热水供应、室内照明、电 动汽车等对能源的需求,实现对常规能源的替代. (3)推进分布式可再生能源建筑应用是满足能源需 求日益增长,改善人民生活质量,提高建筑用能效率, 有效缓解我国能源供需矛盾的现实要求. (4)推进可再生能源建筑应用能够成为实现 保增 长、扩内需、调结构 的有效途径.

2 国外相关研究及应用现状 欧盟

1997 年通过了欧洲议会白皮书――《未来能 源:可再生能源》,提出到

2010 年可再生能源在一次能 源中的比例提高到12%.德国率先推出了 千栋光伏屋顶 计划 ,到1997 年完成了近万套屋顶光伏系统;

瑞典每 年40% 的建筑科研经费用于可再生能源建筑应用研究;

瑞士建立了世界上最大的海水源热泵站,用于区域供热. 美国提出了 千万太阳能屋顶提案 ,计划至2020年 全国安装

1 000 万套光伏系统,占全国总发电量的 15%;

同时美国安装的地源热泵数量位居世界第一.日本预计 到2020 年,太阳能光伏发电装机容量将突破

28 吉瓦,日 本企业还推出了专门为独立别墅设计的小型建筑用土壤源 热泵,高效节能,推动了地源热泵系统在日本的应用.

3 我国分布式可再生能源建筑应用发展 3.1 发展历程 3.1.1 第一阶段(2006―2008年):起步阶段,从无到 有、实现突破

2006 年,财政部、原建设部两部委下发《建设部财 政部关于推进可再生能源在建筑应用的实施意见》,全 面启动可再生能源在建筑领域的规模化应用示范工作. 截至

2008 年底,实施了4 批可再生能源建筑应用示范项 目,共371 项,示范面积达

4 049 万平方米,光伏发电示 范装机容量 6.2 兆瓦,项目覆盖全国. 3.1.2 第二阶段(2009―2010 年):推广阶段,由点连 线、深入发展 2009年,我国启动了 太阳能屋顶计划 ,开展太 阳能光电建筑应用示范,支持太阳能光伏产业,财政补 贴项目合计

111 个. 3.1.3 第三个阶段(2011 年至今):铺开阶段,由线到 面、全局展开

2011 年3月,住建部和财政部再次联合发出《关于 进一步推进可再生能源建筑应用的通知》,要求切实提 高太阳能、浅层地能、生物质能等可再生能源在建筑用 能中的比重,开展可再生能源建筑应用集中连片推广. 截至

2012 年底,合计实施

386 个可再生能源建筑 应用示范项目;

608 个太阳能光电建筑应用示范项目, 总装机容量约

864 兆瓦;

可再生能源建筑应用示范城 市93 个,农村地区示范县

198 个、示范区

6 个、示范镇

16 个,8 个太阳能综合利用省级示范、25 个省级推广和

21 个科技研发及产业化项目.中央财政补助资金支持 太阳能热水应用建筑面积 2.8 亿平方米,地源热泵应用 面积 1.7 亿平方米,地源热泵与太阳能复合技术应用面 积0.8 亿平方米. 3.2 相关法规与政策 各地积极制定本地区节能行政法规,多个省市出台 了建筑节能条例或办法,提出在居住建筑中强制应用太 阳能热水系统,政府投资的公共建筑应至少利用一种可 再生能源等政策(图2). 各地在总体发展目标的约束下,因地制宜,分别针 图2部分省市出台的可再生能源建筑强制应用政策 《北京市太阳能热水器系统城 镇建筑应用管理办法》 《浙江省建筑节能管理办法》 《深圳市深圳经济特区建筑节 能条例》 《湖北省民用建筑节能条例》 《湖南省民用建筑节能条例》 《安徽省民用建筑节能办法》 《江苏省建筑节能管理办法》 《上海市建筑节能条例》 强制太阳能热水系统使用 政府投资的公........