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程愚：“雙碳”目標(biāo)、碳中和本質(zhì)上是全社會的能源轉(zhuǎn)型，用大規(guī)模可再生能源替代化石能源，以應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

數(shù)據(jù)顯示，2023年中國可再生能源裝機(jī)容量占全國總裝機(jī)容量約50%，然而，同年非水可再生能源（主要是風(fēng)能和太陽能）發(fā)電量目前僅占中國總電力消耗的約16%。（圖1，注：來源國家能源局等，不同統(tǒng)計(jì)口徑數(shù)據(jù)略有差異）煤炭為主的化石能源發(fā)電比例為61%。2023年，全球非水可再生能源占比約13%，煤炭為主的化石能源發(fā)電比例為61%，仍然占主導(dǎo)地位，這就是新能源存在的“消納難題”。目前化石能源發(fā)電仍然是主導(dǎo)地位，無論是電網(wǎng)還是建筑部門，都應(yīng)該在提高可再生能源消納比例方面加大力度。

圖1

程愚：在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，供給側(cè)和需求側(cè)是兩個重要的概念，它們在技術(shù)、政策和管理上各有側(cè)重點(diǎn)，甚至有時相互矛盾。電力作為一種特殊的大宗商品，通過電網(wǎng)以接近光速傳輸至用戶。現(xiàn)代電網(wǎng)是保障電力傳輸?shù)母呒夹g(shù)裝備和復(fù)雜系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，電網(wǎng)通常只負(fù)責(zé)紅線外的區(qū)域（供給側(cè)），而用戶則負(fù)責(zé)紅線內(nèi)的區(qū)域（需求側(cè)）。電網(wǎng)需要保證高度安全，而用戶則要求便捷的用電體驗(yàn)。與此同時，可再生能源的波動性往往對電網(wǎng)的穩(wěn)定性構(gòu)成挑戰(zhàn)，這正是供需矛盾的一個重要方面。

以現(xiàn)代城市能耗特點(diǎn)看：《World Cities Report 2024》全球城市面積僅占土地面積的3%，卻容納了56%的人口，貢獻(xiàn)了80%以上的GDP，并產(chǎn)生了超過70%的碳排放。目前中國城鎮(zhèn)化率超過66%，在我國東南沿海，如環(huán)渤海、長三角、粵港澳灣區(qū)等，高密度的人口和產(chǎn)業(yè)集聚，造成了城市這些呈“高密度能耗”的特點(diǎn)，同時因本地電力生產(chǎn)不足，需要從內(nèi)陸電力調(diào)入而呈“能源輸入型城市”的特點(diǎn)。

新能源消納的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個方面：一是高密度城市中的光伏發(fā)電對建筑自身能耗的貢獻(xiàn)較低，因此大量電力仍需依賴外部電網(wǎng)供應(yīng)；二是電網(wǎng)出于安全考慮，難以集中和大規(guī)模接納可再生能源。建筑部門以為用了“光”加“儲”就可解決建筑零碳能源問題，但預(yù)期和實(shí)際差異很大：

建筑光伏（含BIPV和BAPV）“裝機(jī)容量”不等于“發(fā)電量”。除了氣象因素，城市建筑朝向和遮擋也是對發(fā)電量影響較大的因素，在高密度發(fā)展（特別是高層高密度）城市中，單位土地面積上的建筑總面積較高，屋頂利用系數(shù)相較小，外墻利用可能性上升但遮擋也加強(qiáng)，利用率下降。曾有估算，假設(shè)光伏安裝充分情況下，容積率3.0密度城市“近零能耗”建筑場景，建筑紅線范圍內(nèi)發(fā)生的能耗約55%需市電接入。

化學(xué)儲能的物質(zhì)基礎(chǔ)受限，網(wǎng)絡(luò)上有視頻提到全球五年的電池產(chǎn)量“僅夠東京使用3天”，這一說法在理論上成立。然而，建筑儲能仍具有廣闊前景，包括熱水儲能、空調(diào)冷凍水儲能、數(shù)字化負(fù)荷儲能及建筑光伏發(fā)電資源等應(yīng)用。根據(jù)國際能源署等機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，建筑能耗中，照明約占10%-20%，空調(diào)占40%-60%，熱水占10%-15%，其他動力占10%-20%（見圖2）。

圖2

建筑的“荷”與“源”具有同構(gòu)性，意味著建筑的能耗需求和能源供給系統(tǒng)在時間、空間等維度上存在一定的匹配關(guān)系，兩者相輔相成、相互協(xié)調(diào)。通過優(yōu)化建筑的能源管理，可以實(shí)現(xiàn)建筑能效的提升，同時促進(jìn)可再生能源的有效利用。

理想的方式是“以荷為儲”。通過電力需求響應(yīng)（Demand Response, DR）和靈活負(fù)荷管理的方式，實(shí)現(xiàn)大量分布式結(jié)構(gòu)、靈活調(diào)度、儲能結(jié)合的微電網(wǎng)。微電網(wǎng)能確保綠電在本地（紅線范圍內(nèi)）高比例消納，同時不損害電網(wǎng)的安全可靠。虛擬電廠（Virtual Power Plant, VPP）技術(shù)是一種能夠在不增加額外裝機(jī)容量的情況下，通過靈活調(diào)度和協(xié)調(diào)多個微電網(wǎng)單元的發(fā)電和負(fù)荷，參與電力市場的價(jià)格互動，從而優(yōu)化能源供需平衡的綜合應(yīng)用。

針對“雙碳”愿景電力能源部門提出新型電力系統(tǒng)目標(biāo)“安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合”框架體系。在此系統(tǒng)中，城市居民和產(chǎn)業(yè)存在大量可調(diào)控負(fù)荷，如建筑光伏、空調(diào)、電動車、熱水和儲能電池等。這些資源不再是單純的“消費(fèi)者”，而是既消耗電能又可生產(chǎn)電能的“產(chǎn)消者”。因此，建筑部門需要站在新型電力系統(tǒng)積極參與者角度，發(fā)展“電網(wǎng)交互式高能效建筑”。

程愚：“電網(wǎng)交互式高能效建筑”（Grid-Interactive Efficient Buildings, GEB）也有翻譯為“互動型高效建筑”，作為一種新興的建筑能源管理理念，已在美國、歐洲（德國、荷蘭、英國）、加拿大、澳大利亞、日本等地得到了廣泛關(guān)注和實(shí)踐，其技術(shù)路線主要包括：

第一，建筑電氣化，取消天然氣等一次能源（這好像電動汽車）本地運(yùn)營期碳排放為零，電力外購自電網(wǎng)，同時做到最大程度減少電耗，提升用電效率。

第二，建筑產(chǎn)能化，有條件盡可能安裝太陽能光伏發(fā)電，實(shí)現(xiàn)一定程度的可再生能源供給，并優(yōu)先本地消納或儲能，抵消外購電網(wǎng)用電量。

第三，能管數(shù)智化（數(shù)字化、智能化）。新能源加入電力市場后，需要滿足“可測量、可報(bào)告、可審計(jì)”（MRV）等計(jì)量指標(biāo)，以確保其可追溯性和透明度。同時，由于新能源的波動性和間歇性，解決“源”與“荷”之間的復(fù)雜交互問題需要依賴智能化手段。數(shù)字化技術(shù)不僅是優(yōu)化能源管理、提升能源效率的基礎(chǔ)，也是推動碳補(bǔ)償與碳交易的關(guān)鍵支撐。聯(lián)合國及其相關(guān)機(jī)構(gòu)在多個報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，數(shù)字化、人工智能（AI）和大數(shù)據(jù)技術(shù)具有提升能源效率、減少碳排放和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的巨大潛力。

第四，建筑與電網(wǎng)柔性交互。通過智能電網(wǎng)與智能建筑的協(xié)同工作，優(yōu)先消納可再生能源，削峰填谷，減少電網(wǎng)碳排放因子?！叭嵝浴斌w現(xiàn)為電網(wǎng)的靈活性，新型電力系統(tǒng)追求的不是穩(wěn)定，而是動態(tài)平衡；“交互”體現(xiàn)在建筑為電網(wǎng)賦能，在提高能源利用效率的同時，推動綠色低碳能源發(fā)展，并推動電力脫碳（Decarbonization）。

綜合起來具有高效、互聯(lián)、智能、柔性的特點(diǎn)。（見圖3，注：參考美國能源部資料）

圖3

程愚：這些年與國內(nèi)在該領(lǐng)域先進(jìn)的機(jī)構(gòu)展開合作，對技術(shù)前景充滿期待。

比如我們和武漢大學(xué)教授合作，他們采用自主研發(fā)的“電力型智慧控制器”，給所有用電設(shè)備賦予IP地址，實(shí)現(xiàn)了電力物聯(lián)網(wǎng)、強(qiáng)電智能化、工業(yè)AI人工智能主動尋優(yōu)，顯示出高比例節(jié)能減碳實(shí)際效果。典型案例是武漢大學(xué)智慧能管系統(tǒng)技術(shù)改造，通過控制器改造構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)能源管控系統(tǒng)，提高用電安全，同比節(jié)能超50%（武漢大學(xué)后勤集團(tuán)確認(rèn)），在用電高峰智能柔性切換，產(chǎn)生相當(dāng)于12兆瓦裝機(jī)容量的數(shù)字化虛擬電廠。另一個城市更新項(xiàng)目，通過物聯(lián)網(wǎng)和人工智能控制，將既有酒店能源管控系統(tǒng)效率提高一倍，并由于能管數(shù)字化滿足MRV標(biāo)準(zhǔn)的便利，僅運(yùn)行一年就通過碳交易獲得了《組織碳中和》證書。

我們合作在安徽蚌埠某智慧制造園區(qū)，通過高效換熱技術(shù)結(jié)合AI智慧管控，對超過700間宿舍和管理用房做到了全谷電蓄熱，提供生活熱水。實(shí)現(xiàn)了和電網(wǎng)的柔性交互，客觀降低了碳排放因子，也為客戶節(jié)約了大量運(yùn)行費(fèi)用。（圖4）另外在上海、深圳、青海等地有些尚在前期或進(jìn)行中的項(xiàng)目，采用先進(jìn)的控制器和人工智能管理系統(tǒng)，按照“電網(wǎng)交互式高能效建筑”打造，相信在未來會有很好的效果。

圖4