僅依靠太陽(yáng)能，就能夠實(shí)現建筑內包括采暖、供電等在內的全部能源供給。如今，這一愿景正在天津的中新天津生態(tài)城惠風(fēng)溪智慧能源小鎮內成為現實(shí)。
碳達峰、碳中和是我國對世界做出的莊嚴承諾?！吨袊ㄖ芎难芯繄蟾?2020)》顯示，我國建筑全生命周期碳排放量約占全國碳排放總量的51%。因此，建筑全生命周期減碳，對實(shí)現“雙碳”目標意義重大。
“天津作為能源消費型城市，正在探索多渠道共同發(fā)力，結合城市更新，加大分布式非碳能源的利用比例。”天津社會(huì )科學(xué)院資源環(huán)境與生態(tài)研究所研究員牛桂敏介紹，近年來(lái)，天津市城鎮新建建筑中綠色建筑面積占70%以上。“天津在建筑全生命周期減碳方面已經(jīng)做出了一些探索。”
“零碳小屋”這樣實(shí)現
屋外氣溫逼近零攝氏度，走進(jìn)位于中新天津生態(tài)城惠風(fēng)溪智慧能源小鎮的“0+小屋”，一陣暖意襲來(lái)。
“全屋恒溫、恒濕，所有能源供給全部依靠太陽(yáng)能，包括采暖。” “0+小屋”的建設者之一、國網(wǎng)天津濱海公司營(yíng)銷(xiāo)部工作人員賀瑞介紹，這座極具代表性的零能耗智慧建筑，其本身的可再生能源年產(chǎn)能大于或等于建筑全年的全部用能，總體能夠不依賴(lài)外部能源輸入，達到“零能耗”。
從外觀(guān)看，這座面積130多平方米的小屋通體白色，屋頂和小屋門(mén)口布滿(mǎn)太陽(yáng)能光伏板，甚至門(mén)邊上的垃圾桶也是由光伏板制成的。正是這些太陽(yáng)能光伏板承擔了小屋的所有能源供給。
“我們充分考慮了屋頂結構、光照角度和周邊環(huán)境，優(yōu)化系統設計，安裝了60片共計20千瓦的光伏板。在光照條件較好的情況下，這套光伏系統每天可發(fā)60度電，全年能夠發(fā)電20000度以上，充足的可再生能源，還可實(shí)現余電上網(wǎng)，成為區域分布式電源。”賀瑞說(shuō)。
除此之外，建筑主體本身也做了特殊處理。為保證建筑的氣密性和隔熱性，盡可能減少建筑本體能量損耗，建筑圍護結構采用巖棉保溫材料，屋面構造為高抗壓強度的擠塑聚苯板和防冷橋墊塊，門(mén)窗采用三層真空玻璃及鋁包木復合材料，充分保障氣密性和保溫性，達到節能的目的。
走入屋內，智能家居也為這座智能小屋帶來(lái)了新的生活模式。“開(kāi)啟居家模式。”一句指令便打開(kāi)了照明和窗簾。“小屋中能量路由器這個(gè)‘智慧’大腦指揮著(zhù)屋內的能源高效運轉。”賀瑞說(shuō)，“能量路由器的儲能裝置，通過(guò)對電網(wǎng)、光伏、儲能以及家用電器之間的能量傳輸進(jìn)行智能控制，達到節能的效果。”
零能耗智慧建筑建設成本是否難以承受?賀瑞為《經(jīng)濟參考報》記者算了一筆賬：零能耗智慧建筑節省了燃氣和熱力管網(wǎng)等配套設施投資約3.2萬(wàn)元;建筑用能每年能夠節省電費、燃氣費、取暖費約1.8萬(wàn)元;此外，在滿(mǎn)足建筑本體能源消耗的情況下，還可向電網(wǎng)輸送電量1萬(wàn)千瓦時(shí)/年，每年產(chǎn)生收益約0.9萬(wàn)元。
“零能耗智慧建筑建設成本雖然較同面積普通建筑建設成本高，但通過(guò)節約能耗以及發(fā)電產(chǎn)生的效益，這部分成本可以收回來(lái)。”賀瑞說(shuō)。
“零碳智慧碼頭”這樣運轉
2021年12月15日上午，位于天津港北疆港區C段智能化集裝箱碼頭北側的兩臺風(fēng)機葉片緩緩啟動(dòng)，全球首座“智慧零碳”碼頭智慧綠色能源系統順利并網(wǎng)發(fā)電。這是我國港口首個(gè)“風(fēng)光儲一體化”智慧綠色能源項目，標志著(zhù)中國“雙碳”示范性港口建設達到了新高度。
“通過(guò)智慧綠色能源系統建設，天津港北疆港區C段智能化集裝箱碼頭成為全球首個(gè)100%使用電能、電能100%為風(fēng)電光伏等綠色電能，且綠色電能100%自產(chǎn)自足的‘智慧零碳’碼頭。”國網(wǎng)天津濱海公司營(yíng)銷(xiāo)部市場(chǎng)室副主任汪宗達介紹，天津港北疆港區C段智能化集裝箱碼頭建設了“風(fēng)、光、儲、荷”一體化智慧綠色能源系統，采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”模式，每年總發(fā)電量可達2330.2萬(wàn)千瓦時(shí)。
“項目將節約標煤約7340噸，減少二氧化碳排放約2萬(wàn)噸，真正實(shí)現了碼頭100%使用電能、電能100%來(lái)自風(fēng)電光伏、綠色電能100%自產(chǎn)自足。”汪宗達說(shuō)。
巨輪靠泊岸邊，一輛輛無(wú)人駕駛電動(dòng)集卡相繼駛來(lái)，熟練穿梭在碼頭與堆場(chǎng)之間，自動(dòng)化軌道橋也同步啟動(dòng)，在無(wú)人駕駛電動(dòng)卡車(chē)到來(lái)之際，穩穩地完成吊裝……
據介紹，C段智能化集裝箱碼頭共有3個(gè)20萬(wàn)噸級泊位，實(shí)現了真正基于A(yíng)I的智能水平運輸管理系統、車(chē)路協(xié)同的超L4級無(wú)人駕駛、“5G+北斗”融合創(chuàng )新全場(chǎng)景泛在智能以及碼頭運營(yíng)全過(guò)程零碳排放的全領(lǐng)域深度融合。
不僅如此，碼頭裝卸設備、水平運輸設備、生產(chǎn)輔助設備等全部采用電力驅動(dòng)，能源消耗100%來(lái)源于“風(fēng)光儲一體化”系統，采用先進(jìn)能源監測技術(shù)，對碼頭各類(lèi)能源消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)統計分析。以先進(jìn)的作業(yè)工藝為突破，將傳統裝卸工藝與自動(dòng)化作業(yè)完美結合，能耗較傳統自動(dòng)化集裝箱碼頭下降17%，率先實(shí)現在能源生產(chǎn)和消耗兩側的二氧化碳“零排放”。
“零碳建筑”這樣發(fā)展
登上中新天津生態(tài)城不動(dòng)產(chǎn)登記中心的樓頂，就可以看到整棟建筑頂層表面鋪滿(mǎn)了光伏發(fā)電板，層疊如鱗甲，在陽(yáng)光的照射下熠熠生輝。
這是天津市首個(gè)經(jīng)認定的“零碳”建筑示范項目。“整個(gè)中心建筑面積3467平方米，已經(jīng)完全實(shí)現了能耗的‘自給自足’，可每年減少二氧化碳排放329噸，相當于種樹(shù)3000棵。”中新天津生態(tài)城建設局相關(guān)負責人于曉明介紹，該建筑通過(guò)對太陽(yáng)能、地熱能、風(fēng)能等可再生能源的綜合利用，最終實(shí)現零碳運行。據測算，整棟建筑每年可節約17.2萬(wàn)度電，能源自給率達112%。
不久前，《天津市節能“十四五”規劃》出臺實(shí)施。預計到2025年，天津市萬(wàn)元地區生產(chǎn)總值能耗將比2020年下降14.5%。“十四五”期間，全市城鎮新建建筑中綠色建筑面積占比100%，中心城區綠色出行比例達到75%。“‘十四五’時(shí)期，天津市通過(guò)實(shí)施十大重點(diǎn)工程，認真落實(shí)能耗雙控制度，促進(jìn)節能降耗，推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，助力實(shí)現碳達峰、碳中和。”天津市發(fā)改委相關(guān)負責人說(shuō)。
如今，零能耗智慧建筑成果也在天津其他地方逐步推廣。在天津市北辰區大張莊智慧能源小鎮，智慧樓宇的清潔能源用能占比超過(guò)40%、建筑綜合能源利用效率提升19%，每年節約樓宇用能成本100多萬(wàn)元。
“近年來(lái)天津在減碳方面做了不少探索，但想要進(jìn)一步避免無(wú)效的能源資源浪費和碳排放，還需要多渠道持續發(fā)力。”牛桂敏介紹，城市發(fā)展的剛性建設需求可能會(huì )給建筑碳總量控制帶來(lái)不小壓力，除此之外，還要面臨既有建筑的節能降碳提升改造壓力。“要從源頭嚴控、增量添綠、存量變綠、末端嚴防等方面協(xié)同發(fā)力，實(shí)現超低能耗建筑、裝配式建筑向標準化、規?；?、系列化方向發(fā)展。”
