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零碳社区智能三联供储能站助推双碳目标实现

发表时间:2021-06-26 10:03

在人类的发展过程中,从-未停止过对能源的探索。从传统的石油、煤炭等化石能源,到风能、水能、核能、太阳能等等。作为世界第-二大能源消费国,在驾驭能源的路上,中国人一直没有松懈,如何在有限的碳排放份额下保持经济增长,是中国面临的巨大挑战。大力发展新能源产业,将是中国解决能源环境问题,实现双碳目标,履行对国-际社会承诺的重要突破之一。新能源具有资源潜力大、环境污染低、可持续利用的特点,将成为人与自然和谐发展的重要能源。

       零碳社区是未来建筑发展的必然趋势


       积极应对气候变化,控制温室气体排放,已经成为了人类共识。巴黎气候大会上,中国承诺将于2030 年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现,2030 年单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005 年下降 60%~65%。据统计,建筑领域广义碳排放( 包含建筑产业和建筑用能) 占到了社会碳排放总量的 35%左右。发展绿色低碳的建筑技术,显著降低建筑全生命周期碳排放,是未来建筑发展的必然趋势。

   对于零碳建筑,目前尚无统一的定义,一般是指在建筑的全生命周期中,建筑的综合碳排放为零的建筑。零碳社区是指在通过在社区内发展低碳经济,创新低碳技术,改变生活方式,减少城市的温室气体排放,形成结构优化、循环利用的物质循环体系,形成健康、节约、低碳的生活方式和消费模式,最终实现社区零能量消耗、零碳排放。

“零碳”社区包括多种解读:①社区在全生命周期内各系统产生的碳排放为净零;②社区在全生命周期内各系统产生的剩余少量碳排放通过场地内的电补偿万式中和;③社区在运行阶段各系统产生的碳排放为净零;④社区在运行阶段各系统产生的剩余少量净碳排放通过场地内的电补偿方式中和;⑤社区在运行阶段的能源需求由通过场地内的无碳排放的新能源满足,能源消耗产生的碳排放为净零。

京都议定书的签订为里程碑,世界各国都从此开始重视建筑碳减排的相关工作。英国、德国、日本等发达国家都出台了建筑近零能耗和低碳排放的政策,开展了一系列零碳建筑和零碳社区的实践。

在国内方面,虽然目前直接针对建筑碳排放的政策和标准相对较少,但也涌现出一批零碳建筑的成功案例。包括香港的“零碳天地”、上海世博会零碳馆、天津生态城公屋展示中心、宁波诺丁汉大学可持续建筑研究中心等。但由于技术原因及制造成本较高,这些低碳建筑只停留在概念阶段,还只是实验建筑或示范建筑,尚不具备商业推广的价值

而我们的零碳社区智能三联供储能站以一种颠覆式的存在出现。为什么叫零碳社区智能三联供储能站?它包含四个层面的意思:一是它可以真正意义上实现零碳社区零碳村(项目以社区或自然村为单位),将建筑能源需求转向太阳能、浅层地热能等新能源,建筑在使用过程中也不会排放二氧化碳及非二氧化碳温室气体;二是,它可实现智能化管理及智能调控;三是它可实现冷、热、电三联供,更便捷的满足居民多场景需求。四是它核心功能储能,在储能上以突破性技术,实现长-久储能、灵活储能、跨季节储能,打破太阳能不稳定、不可控的问题,让太阳能的综合利用全面提升。

突破技术壁垒,让零碳社区成新型社区标准


在理论上,项目以上海嘉定某大型综合社区为研究对象,在分析建筑的负荷特性和太阳能产能、冷热电供能介质储能、化学储能技术外部应用条件的基础上结合当地的电价、设备负荷率以经济、环保和节能性综合指标对社区供能系统进行配置优化研究给出系统的配置方案。由于供能系统设计原则的选择、方案的配置及相应的运行策略受冷、热、电负荷逐时数据的影响,为了预测建筑在制冷季或制热季的逐时负荷项目将建立建筑模型,按照房间的使用功能和朝向将建筑划分为不同的热区,探索在夏热冬冷地区实现该类型零碳建筑的技术路径,模拟得到建筑的全年逐时冷热负荷开展建筑全生命周期的碳排放预评估研究,能够为同类建筑的设计提供参考。

在实际应用上,本项目配套设施均已获得设专利支持,突破了技术壁垒,从产能、储能、供能、用能各个方面去实现零碳。

首先在产能上,储能站核心收能系统为太阳能光伏光热一体机,在能量来源上即采用清洁的太阳能,该设备采用一面光伏板,一面集热管的设计,并且反光板可根据太阳光照方向来调整,反光板将射向集热管外侧的太阳光反射至集热管,从而保证了太阳热水器的各根集热管全天中任一时段都能获取充足的光照,显著提升热水器的集热效果,使得发电及集热效率提升50%,即单位时间内,制热更快,发电更多,因而可降低单位能源获取成本。系统设备在产生介质能的同时即可进行发电,如夏季需要大量冷,通过大数据需求分析,可以根据未来一周的天气情况,储存足够本社区用的冷能,其它时间即可进行发电;同理在冬季需要大量热能,当储存足够的热能后,系统便进行发电,春秋两季也多以发电为主,因而该项目可以获得较多的电能。

在储能上,项目电化学储能采用磷酸铁铿电池系统,该电池能量密度是铅酸电池的2一4倍、容量使用范围SOC%可达900lc、充放电倍率可到1C,循环寿命大于 5000次,并且该电池为东立废弃电池(电池还有80%蓄能能力,但不能再用于电动车电池,用于储能站储能没问题),随着电池成本的快速下降,该储能项目中的化学储能成本更低,因而竞争力更强。另一方面我们还采用介质储能,在真空保温水箱加特定介质下,可实现长-久保温(至少半年不掉温),能实现跨季节储能,技术突破带来的是效率提升,竞争力提升。

在能源供应上,零碳能源系统下建筑的功能从单纯地用能转为产能、蓄能、用能三位一体,该项目能实现以太阳能为主要能源的冷热电三联供,建筑光伏应用,建筑蓄能,建筑柔性用电。首先是供电,因为项目光伏光热设备产生冷能及热能的同时可产生电能,供电能更强,可满足居民自用、商用及并网调峰。在供冷供热上,该项目使用新风系统,夏季以供冷为主,冬季以供热为主,大型制冷机组、大型热泵涡流换热器+室内机等配套设施,通过热量置换,以集中形式进行供冷供热,达到制冷及制热效果,减少能源消耗的同时,还减少二氧化碳及非二氧化碳温室气体的排放。

在用能上,光伏发电在用户端是柔性用电,一方面可自发自用,以直流的形式供给给居民照明、生活、娱乐、学习办公室使用,还可以给周边商业使用,比商业用电价格低很多,另一方面余电上网平衡电网系统中的高峰用电需求。在用热水上哪怕阴雨天同样有热水使用。在制冷及采暖上,项目下新风系统比空调、暖气片或煤炭为能源的集中供暖气更清洁。

该零碳社区通过打破技术壁垒,能做到建筑全生命周期零碳产能、零碳用能、零碳排放,并且还能减少非二氧化温室气体排放,是契合双碳目标的未来社区形态。这将给未来建筑的营造、改造、运行、维护等都带来巨大的变化,让零碳社区从体验馆变为实际存在。

   该项目下,能做到更高的效率,成本更低,光采暖价值即可对应20年收回项目建设费用,其他电费收益、供冷收益均为纯收益,商业价值更高,因而更具市场竞争力。未来该零碳社区将从试点项目到不断扩展,不断爆发,成为新型社区的标准。

低碳社区,不是一个口号,而是伴随着双碳目标下的一个发展趋势。未来,兴邺零碳社区智能三联供储能站将遍地开花,让经济可持续发展,让人类的幸福感全面提升。


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