据北京节能环保中心数据,2022年北京建筑运行碳排放达7200万吨,占北京年总碳排放的半壁江山。为实现2030年碳达峰,中国承诺到“十四五”末期,建筑运行的碳排放总量要控制在25亿吨。在刚刚过去的2023年北京城市副中心绿色发展论坛上,中国建筑(5.070, -0.08, -1.55%)设计研究院有限公司太阳能建筑技术研究所所长鞠晓磊提出光伏助力建筑低碳化的技术路径,建议在城市副中心先行先试,打造国家绿色发展示范区。
政策频发支持副中心光伏发展据介绍,目前城市副中心绿色发展动能强劲。运河商务区和张家湾设计小镇入选全国整区(市、县)屋顶分布式光伏开发试点,国内首座近零能耗建筑能源调度中心光伏发电组实现运行,北京绿交所入驻运河商务区,碳配额和环境权益交易市场已涵盖重点排放单位超过1000家,累计成交1亿吨,成交额超34亿元。
绿色发展离不开诸多政策引导和支持。《北京市“十四五”时期城市管理发展规划》提出,研究将安装光伏设施作为城市副中心等区域新建大型公共建筑强制性要求。去年7月,市住建委启动《北京市建筑绿色发展条例立项论证申请报告(征求意见稿)》,提出城市副中心建设国家绿色发展示范区,将安装光伏设施作为强制性要求,推进近零碳排放示范工程。
北京许多地方标准也鼓励更多“阳光工程”。如北京居住建筑节能设计地方标准提出,12层以上建筑,应有不少于全部屋面水平投影面积40%的屋面设置太阳能光伏组件;绿色建筑设计地方标准则鼓励建筑幕墙系统、太阳能热水系统、太阳能光伏发电系统应与建筑协调。
随着城市副中心高质量发展步伐加快,光伏建筑迎来新一波发展契机。“充分挖掘城市副中心资源潜力,加快推进应用光伏设施,推进光伏建筑一体化(BIPV)等技术的应用”被写入《关于推进北京城市副中心高质量发展的实施方案》中。去年10月,本市发布《北京城市副中心公共机构存量屋顶太阳能利用改造工作方案》,为城市副中心存量屋顶“阳光工程”搭体系、建规则,明确实施目标和路径。截至今年年底,党政机关、卫健和教育系统将新增光伏装机规模达55兆瓦,预计年减少二氧化碳排放2万吨。《城市副中心先进制造业三年行动计划(2022—2024年)》也鼓励企业加强工业余热、余能利用,推广“光伏+工厂”模式,建设一批屋顶分布式光伏发电、光伏智能微电网等项目。
对企业因地制宜使用分布式光伏能源替代化石能源,并已完成可再生能源改造项目的申报主体,城市副中心还给予“真金白银”的补贴:根据《通州区绿色化改造提升项目补助资金管理办法(试行)》,按照项目总装机容量100KW(含)至300KW的,最高补助20万元;300KW(含)至600KW的,最高补助50万元;600KW(含)以上,最高补助100万元。
诸多标准和奖励正为城市副中心光伏建筑“铺路”。
城市副中心崛起光伏示范标杆光伏建筑如何落地?与地面电站不同,光伏与建筑的结合方式多样,它可以与屋面、立面、雨棚等不同建筑“表皮”结合。我国光伏行业世界遥遥领先,建材型光伏产品层出不穷,不同色彩、不同透光度,或是大理石、木材等不同质感的建筑材料都可以用光伏实现,城市副中心一些光伏屋顶建设项目就提供了示范案例。
台湖舞美艺术中心基地的国家大剧院光伏项目,属于城市副中心绿电工程的一部分,项目建设采用发电幕墙、阳光房、光伏屋顶等光电建筑形式,光伏发电除供给舞美基地使用外,还可以向国家电网输送剩余电能。
该项目已于2018年建成使用,光伏组件总面积约6000平方米,总装机容量604.123千瓦时。艺术交流楼中庭屋顶安装了138片光伏板,东面立面幕墙玻璃则使用了46片40%透光碲化镉组件。“以上光伏组件均采用集成形式,薄膜组件则为定制式,而安装于4号、6号和7号建筑屋顶的分布式光伏系统采用的薄膜组件则为常规非定制式。”鞠晓磊介绍,这些光伏设施充分利用了舞美基地建筑资源,既实现了能源的可持续利用,又在一定程度上美化了建筑外观。
传统的太阳能组件给人第一印象是由很多蓝黑色小方块组成的太阳能板,这种晶硅太阳能板用于建筑中,通常独立于建筑构件之外,无法达到与建筑一体化设计,难以满足建筑师对建筑形式和效果的要求。而用于城市绿心“三大建筑”之一的大运河博物馆屋架上的薄膜光伏发电玻璃,则是一种全新的光伏组件。
大运河博物馆屋顶采光点部分采用了一些透光性光伏布置。结合建筑自身大屋架特点,金属屋面上分布有364块薄膜光伏玻璃。这种玻璃可不是在普通玻璃的基础上增加薄膜电池组件,而是将建筑专用的钢化玻璃进行夹胶及中空设计后,再增设薄膜电池,实现建筑功能和发电效果的完美结合。
光伏玻璃发的电会就近汇入场馆内配电系统,其装机量为48.4千瓦,年发电量为5万至6万度,这些电可提供场馆二层东、西两个展厅的普通照明用电。因采用“自发自用,余量上网”的模式,冬天太阳光日照不足时,建筑则由市政电力供电,市电与太阳能电力有机结合、切换自如。
鞠晓磊表示,副中心的这些光伏应用为北京市乃至全国建筑光伏的发展提供了示范。
据统计,截至2022年底,全市建筑光伏发电装机容量达95.3万千瓦,光伏年发电量9.1亿千瓦时,相当于25万个家庭一年的用电量,有600余个工商业企业,300余所学校,2.5万户居民已经用上了光伏发电系统。但从全国来看,北京市分布式光伏只占全国总量的0.5%。“结合北京日照资源、建筑资源、经济发展和政策支持等条件,北京建筑光伏还有较大的发展空间。”鞠晓磊说。
城市副中心超一半用电量有望光伏满足经过鞠晓磊团队的严谨测算发现,北京城市副中心的光伏建筑发展潜力更大。
据测算,城市副中心建设用地面积约3亿平方米,仅按照分布式光伏开发强度10%计算,预计总装机3.6GW,年发电量将达到54亿千瓦时。2022年,城市副中心实际用电量84.3亿千瓦时,按照以上强度开发利用,城市副中心64%的用电量可以用光伏满足,年减碳量约326万吨。
鞠晓磊也提出一些技术路径。比如建筑光伏一定要纳入整体建筑体系中,从前期调研、选址,到概念设计、方案设计、施工图设计,各个环节同步进行,同步施工、同步验收、同步运维。“我们可以利用光伏构件本身的特点,结合不同屋顶、立面和遮阳板形态,实现建筑保温、隔热、调节室内光线等。光伏对建筑节能的贡献可能比它本身发电的贡献还要高。”鞠晓磊说。
他建议对城市副中心内太阳能资源进行全面勘查评估,按照资源禀赋、建筑类型、用能特点、周围环境等情况,准确识别各类建筑具备开发利用条件的资源潜力,对建筑光伏开发进行前瞻性布局。
城市副中心作为重点打造的国家绿色发展示范区,对于建筑低碳的要求可能要高于现行标准,他建议提出针对不同类型建筑的碳排放指标,划分等级,设置奖励机制,推动建筑节能。
同时,也可考虑将城市副中心分布式光伏纳入碳排放交易市场,以盘活建筑光伏碳资产,充分调动企业、业主对安装建筑光伏的积极性。同时建设储能设施,鼓励工业园区、产业园区在安装建筑光伏的同时,建设消纳高比例新能源、具备自调节能力的智能微电网。当然,发展建筑光伏离不开绿色金融的支持,未来可以针对建筑专项研究以建筑为本体的金融支持政策。