BD半岛建筑领域是温室气体排放的重要来源。做好建筑领域的节能降碳,对我国实现“双碳”目标意义重大。深圳市深汇通能源科技发展有限公司(简称“深汇通能源科技”)引入先进技术和设备,搭建智慧能源管理平台,统筹产、配、用、储等环节,实现能源的高效利用,助力30年老建筑蛇口大厦“蝶变”为深圳市第一个由既有高层办公建筑改造的近零能耗和近零碳建筑,为各地既有建筑的节能降碳改造提供了有益参考。
根据中国建筑节能协会和重庆大学联合发布的《2023中国建筑与城市基础设施碳排放研究报告》,2021年,我国房屋建筑全过程(不含基础设施建造,下同)能耗总量为19.1亿吨标准煤当量,占全国能源消费的36.3%;全国房屋建筑全过程碳排放总量为40.7亿吨,占全国能源相关碳排放的38.2%。其中,建筑运行阶段碳排放量为23.0亿吨,占全国的21.6%。
“双碳”目标下,绿色发展成为建筑行业可持续发展的“必答题”。既有建筑的节能降碳改造存在多个难题。第一,既有建筑建成年代不一,在进行节能改造时要首先评估结构、抗震和防火等安全因素,并根据评估结果确定是否在实施节能改造的同时开展安全改造。第二,由于建造年代不同,既有建筑实施的节能标准不一,围护结构热工性能、供暖空调设备、系统能效均不同。在制定节能改造方案前,应根据建筑现状进行节能诊断,且相当一部分建筑因年代久远、设计资料缺失,需要进行大量的现场专项检测。第三,既有建筑的内部空间布局与朝向已经确定,且很多空间处在使用状态中,存在改造协调难、施工受限大、场地狭小、工期较长等情况。
基于上述难点,蛇口大厦安全隐患综合整治暨近零能耗建筑项目(简称“蛇口大厦项目”)以安全隐患综合整治为切入口,积极探索大厦近零能耗和近零碳排放实施路径,取得良好效果。项目改造后,实现建筑综合节能率75.08%,建筑本体节能率30.16%,可再生能源利用率为47%。蛇口大厦项目已取得国家级近零能耗建筑设计标识,并入围广东省碳达峰碳中和试点建设项目、深圳市近零碳排放区第二批试点项目等。
蛇口大厦建成于1994年,为了让老建筑焕发新生机,实现近零能耗和近零碳排放的“蝶变”,深汇通能源科技引入大量国内先进技术与装备,项目呈现出“五大亮点”。
一是“智慧能源管理平台”BD半岛。这是项目运行的“大脑”,通过强弱电一体化,实现大厦电源侧、用电侧、储能侧等系统互联互通。结合光储直柔技术,一方面柔性调节本地电源侧可再生能源,另一方面无感调控暖通空调、照明、新风、充电桩等负荷,形成源荷互动模式,提高可再生能源就地消纳率,平缓优化用电曲线,从而降低能耗、减少碳排放。
二是BIPV(光伏建筑一体化)技术。蛇口大厦实施BIPV改造,在主楼立面、附楼屋面、裙楼屋面、主楼塔尖区域采用碲化镉光伏发电玻璃。光伏系统装机容量共320.2kWp,年发电量31.48万千瓦时,采用自发自用、余电上网模式,最大程度利用可再生能源。利用薄膜电池外观友好的特点,打造“南海拾贝”第六立面亮点。
三是直流配电技术。蛇口大厦在示范层建设直流配电网约80kW 48VDC,直流负荷包括直流照明、直流空调、直流电动窗帘等。主楼塔尖光伏发电容量约33kW直接供电,就地灵活利用新能源。减少交直流转换环节,降低电力传输损耗。应用直流能源调控技术,提高能源利用率约5%。
四是200kWh储能小屋。储能小屋的配置,为具有天然波动性的光伏发电提供了缓冲,为用电负荷及电动汽车充电设施提供了更好的电力保障。通过对光储系统进行实时动态调节,在谷时充电、峰时和平时放电,既能提高新能源消纳比例,又能柔性调节用电负荷,节约外购电成本。据测算,依托储能设施进行负荷能源调优后,蛇口大厦光伏就地消纳率达95%以上,外购电成本节省超30%。
五是有序充电、虚拟电厂等用能侧创新。新型电力系统建设背景下,传统供能侧和用能侧的区分正在被打破。例如,新能源汽车快速增长的充电需求对电网造成冲击,但新能源汽车的储能潜力也逐步显现BD半岛。蛇口大厦配备480kW全液冷超充、车网互动功能(V2G)快充和交流慢充设施,依托智慧能源管理平台,与建筑用能负荷调节相结合,动态调节不同组别用户的充电功率,实现有序充电。这既能避免出现用电负荷过高等安全隐患,也可将建筑的余量能源调配给充电桩,满足更多车辆的充电需求。虚拟电厂则是通过先进的信息通信、物联网、自动控制等技术,对建筑的分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式资源进行聚合和协调优化,让蛇口大厦从传统的用能方转化为一个特殊电厂,参与电网运行和电力市场,助力电网“削峰填谷”。
近年来,我国对建筑行业绿色低碳发展的重视程度日益提高,中央和地方出台了一系列相关政策文件。住房和城乡建设部2022年印发的《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》提出,到2025年,完成既有建筑节能改造面积3.5亿平方米以上,建设超低能耗、近零能耗建筑0.5亿平方米以上。在既有建筑方面,要力争到2025年,全国完成既有居住建筑节能改造面积超过1亿平方米;“十四五”期间,累计完成既有公共建筑节能改造2.5亿平方米以上。
我国既有建筑存量巨大。结合上述规划目标来看,既有建筑、尤其是既有公共建筑节能改造的潜力可观。通过既有建筑绿色化改造,能使旧建筑满足新需要,让“老旧”空间鲜活起来。可以预见的是,未来较长一段时间,我国将处于新建绿色建筑与既有存量建筑绿色化改造并行的阶段。尽管面临很多困境,但新材料、新设备的涌现,以及数字技术等新技术的引入为既有建筑节能降碳改造带来更多可能性。
蛇口大厦项目位于夏热冬暖地区BD半岛。作为既有高层办公建筑进行近零能耗、近零碳排放改造的成功经验,蛇口大厦项目对环境类似地区屋面空间受限、空调系统运行不佳、围护结构热工性能不佳的既有建筑改造具有重要的示范参考意义。
深汇通能源科技以打造大湾区一流综合能源服务运营商为目标,以蛇口大厦项目、四海公园立体停车库光储直柔项目、南山智造(红花岭基地)智慧园区集中供冷项目等示范项目为引领,致力于为用户提供充(换)电设施、分布式光伏、新型储能、集中供冷、建筑节能、绿色交通、智慧停车库等综合能源及配套系统业务投资、建设及运营一体化解决方案。(作者：董时珊、雷文芝)