智慧低碳_零碳园区的探索与实践_臧胜.pdf

江苏建筑2022年第6期（总第225期）0引言2020年9月，在第七十五届联合国大会一般性辩论上，我国提出“碳达峰”与“碳中和”的明确目标（文中简称“双碳”目标），即承诺中国将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的目标。党中央、国务院2021年10月先后发布关于完整准确全面贯彻新发展理念 做好碳达峰碳中和工作的意见和2030年前碳达峰行动方案，作为碳达峰碳中和“1+N”政策体系中最为核心的内容，进一【臧胜】男（1962-），东南大学建筑设计研究院有限公司专业总工程师，研究员级高级工程师，从事建筑电气与智能化设计37年，参编了住房和城乡建设部住宅产业化促进中心主持编制的智慧园区智能化系统工程建设要点与技术导则，是现代建筑电气工程师手册的副主编、现代建筑电气编委。摘要当前建筑行业的碳排放总量占比全国碳排放总量的一半以上，因此建筑是实践“双碳”战略的关键战场。研究如何降低与建筑相关的碳排放对“双碳”战略目标的实现有着重要意义，文章通过对国家经济发展趋势与双碳政策的分析，以智慧与零碳两个要素作为切入点，对智慧零碳园区的趋势、特点、方案进行了阐述，最后对智慧零碳园区实践案例进行了介绍。关键词智慧；零碳；园区；数字化中图分类号 TU201.6文献标志码 A文章编号1005-6270（2022）06-0001-03Exploration and Practice of Smart Low-carbon or Zero Carbon ParksZANG Sheng1ZHAO Bo2（1.Southeast University Architectural Design and Research Institute Co.,Ltd,Nanjing Jiangsu 210096 China；2.Huawei Technologies Co.,Ltd,Shenzhen Guangdong 518020 China）Abstract：At present,the total carbon emissions of the construction industry account for more than half of thetotal carbon emissions of China,so construction is the key battlefield to carbon peak and neutrality strategy.Researching how to reduce the carbon emissions related to buildings is significant to the realization of the carbon peak and neutrality strategic targets.This paper,through the analysis of the national economicdevelopment trend and thecarbon peak and neutrality policy,with the two elements of smart and zero carbonas the starting point,elaborates the trend,characteristics and solution of the smart zero carbon park,andintroduces the cases of the smart zero carbon park.Key words：smart；zero carbon；park；digitalization智慧低碳/零碳园区的探索与实践臧胜1，赵博2（1东南大学建筑设计研究院有限公司，江苏南京2100962华为技术有限公司，广东深圳518020）1江苏建筑2022年第6期（总第225期）步明确我国实现达峰总体目标，为工业、建筑等领域的碳达峰制定了路线图。当前，我国实现“双碳”目标的挑战依然艰巨，美国、英国、法国、日本、德国等发达国家都已在2010年前实现碳达峰，如果2060年实现碳中和的目标，至少有50年以上的过渡期，而我国承诺到2030年实现碳达峰，到2060年实现碳中和，过渡期只有40年的时间。同时我国正处于工业化、现代化的高速发展期，能耗需求越来越大，而我国传统能源结构是“富煤贫油少气”，仅依靠传统能源，不符合“双碳”目标实现。因此，既要满足经济发展需要，又要实现“双碳”目标，提高传统能源利用率，发展新能源，是我们实现碳达峰碳中和的必经之路。1智慧园区中国建筑节能协会能耗专委会发布的中国建筑能耗研究报告（2020）1显示，2018年全国建筑全过程碳排放总量49.3亿tCO2，占全国碳排放比重超过51%，可见建筑是实现“双碳”战略的主战场。城市体量巨大，有老旧城市改造与新建城市交融，参与方数量众多，协调难度大，落地难度更大，就目前情况，以城市建设与管理，落实“双碳”政策不是最优方法，从城市建设角度，以作为承载生活生产的建筑群园区建设研究落实“双碳”目标是有效的和可行的。未来智慧园区白皮书数据显示，90%以上城市居民工作生活在园区，80%以上的GDP和90%以上的创新在园区内产生，我们国家的城市格局与规划基本上是以园区为“单元”。全国园区数量众多，要素高度集聚，创新活动蓬勃发展，参与方协同难度较低，是目前最适合智慧低碳/零碳研究与实践的场景，也正因为看到了园区的可实践性和研究的巨大潜力，降碳技术在园区内的应用价值开始被行业重视，智慧低碳/零碳园区开始成为落实“双碳”目标的关注热点。2智慧低碳/零碳园区实现路径智慧低碳/零碳园区是智慧、低碳/零碳、园区三者的有机结合，一方面，园区通过智能化设施与智慧化的建设实现全要素数字化聚合和全场景智慧呈现，成为一个基于数据自动决策、自主学习、自我进化的有机生命体，使气候、环境、资源、经济和文化交融，实现园区全生命周期内的安全耐久、健康舒适、生活便利、资源节约、环境宜居等目标，为人们的生产生活带来全新的体验，为社会带来新的价值。另一方面，在智慧园区基础上，在园区规划、建设、运营全生命周期中系统性融入“双碳”目标的理念，以数字化技术赋能多能互联互补、节能、减排、碳监测、碳交易、碳核算等措施，推动园区“源、网、荷、储”云化统一管理和调度，促进园区高效用能，能源绿色化转型，资源循环化利用，以及设施集聚化共享等低碳化措施，实现园区内部碳排放与吸收自我平衡，生产、生态、生活深度整合的新型智慧零碳园区。实现智慧低碳/零碳园区四大路径：园区建造采用绿色材料：2022年10月24日，财政部、住建部、工信部三部门联合发布关于扩大政府采购 支持绿色建材 促进建筑品质提升政策实施范围的通知，此文件指明了建筑业未来发展方向，即积极推广应用绿色建筑和绿色建材，大力发展装配式、智能化等新型建筑工业化建造方式，全面建设二星级以上绿色建筑，形成支持建筑领域绿色低碳转型的长效机制。“双碳”目标下，建筑业迈向绿色低碳转型。能源基础设施低碳/零碳化：根据我国传统的基础能源资源特点，属于高量碳排放的特征，如燃煤发电和供热等能源基础设施产生的排放占我国排放总量的比重约45%，且火电机组在正常服役周期将持续消耗能源，传统能源基础设施对碳排放的锁定效应明显。智慧零碳园区的新能源基础设施零碳转型亟待推进，新能源基础设施包括充分运用光伏、风能、生物能源、储能、微电网等技术，构建以可再生能源为主的低碳/零碳能源系统，并配套智能电网等基础设施，整体上优化园区能源结构，实现源头减碳。在交通方面构建以新能源车为主的交通工具，配套合理布局的充换电与加氢等基础设施，充分应用V2G、无线充电等技术；同时，构建多模式便捷的园区公共交通网络，探索打造园区内无人驾驶微循环接驳路线。建筑建设充分结合“光储直柔”、建筑光伏一体化等技术，充分采用高效节能设备，最大幅度降低建筑供暖、空调、照明等能耗。信息基础设施低碳/零碳化：随着信息技术的发展，依靠发达的网络、高速的网速，人们的活动越来越从线下向线上转移，这背后，要靠越来越多的海量计算、越来越大的数据存储及快速增长的能源消费来支撑。据加拿大麦克马斯特大学的研究预测，2040年，ICT的碳排放占全球碳排放比例将从2江苏建筑2022年第6期（总第225期）图1智慧零碳园区技术架构2007年的1.6%上升至14%，其中数据中心占全行业碳排放比例最大（45%），其次是通信网络和终端设备。信息化基础设施是园区建设的重要内容，信息化基础设施作为用电大户将迎来新一轮的“绿色革命”，设施能效提升、绿色新型基础设施建设将成为重点。生产生活低碳/零碳化：实现“双碳”目标是广泛而深刻的社会系统性变革，倡导绿色生活与工作方式对园区降碳尤为重要。宣传与支持绿色、环保、可循环产品，购置节能照明、节水器具，开展光盘行动，减少使用一次性筷子、纸杯、塑料袋等制品并推广全生物降解塑料包装，普及垃圾分类回收，优先步行、骑行或乘坐公共交通工具出行，倡导以上各类绿色生活方式将为建设智慧零碳园区提供重要支撑。生产方面，“双碳”目标将推动生产领域产业变革、技术革命，生产领域的零碳转型是一项多维、立体的系统工程，除生产相关基础设施转型升级外，还涉及绿色低碳技术装备应用、能源资源利用效率提升、终端电气化清洁化等重点任务。以传统行业为例，生产企业需推动厂内锅炉、电机、风机等重点用能设备系统节能改造、电气化转型，针对高炉炼钢、熟料烧成等传统高耗能高排放环节开展煤炭替代、氢能应用等技术创新，而对于能源与资源利用，需推动废钢、污泥等固废作为原料实现资源循环利用、生产余热余压实现能源梯级利用。3智慧低碳/零碳园区智能化技术架构智慧低碳/零碳园区智能化技术层面，是以数字平台为核心，通过“无处不在的连接和数字平台”推动园区的数字化转型。智慧低碳/零碳园区的技术架构如图1所示，分为四层。智慧应用层：以园区以及入驻成员为管理对象，从人、车、楼宇、设施等维度，对园区内所有生活设施、产能设施、用能设施在运行阶段的碳排放、能源消费、能源利用效率进行检测、统计、核算。通过选取时间段、能耗种类、排放种类等条件，获取不同类别的总排放量、排放强度、排放变量等指标监测结果，以折线图、直方图、饼形图和表格等形式进行显示，并将分别作出总排放、排放对比、单位产品排放等结果分析。基于碳排放大数据预测与分析能力，开发基于组织的碳资产管理与交易功能，通过碳交易管理平台与区域碳交易平台进行对接，实时掌握区域碳资产交易价格信息等，助力园区入驻成员与外部市场进行碳资产交易，支撑达成“双碳”目标。数字平台层：作为智慧低碳/零碳园区方案的核心，支持能效管理引擎、故障诊断引擎、能源调度引擎等核心服务，支撑碳管理业务快速开发，降低应用开发成本。数字平台包括IaaS服务、PaaS服务、核心服务，IaaS服务提供数字平台及应用部署所属的计算、存储、网络等资源，PaaS服务则将IOT、大数据、视频、AI、GIS、BIM等技术部件进行预集成，核心服务对IT/OT设备/子系统进行预集成。在此基础上，进行多业务数据融合，实现统一的管理和运营，通过对行业的理解，沉淀核心场景业务流程，通过统一服务开放服务能力和接口，加速上层业务应用创新。智能联接层：支持广域与局域、有线与无线、宽带与窄带、电缆与光纤等多种类的网络接入能力，满足园区内丰富设备与系统的接入，并提供业务自动发放、网络多维可视、质量智能检测、流量智能调优等管理能力，实现网络的可视化、可度量、可自愈、可演进，支撑园区业务的平稳运行。智能交互层：包含业务终端或子系统以及对业务终端或子系统进行采集、控制的终端设备，通过IEC101、IEC104、DL476、Modbus、Bacnet等 行 业 标准协议，接入全种类楼宇子系统、光伏、储能、充电等能源设备，实现对系统和设备的数据融合及协同高效运营，执行数字平台下发的控制指令。通过对控制终端的控制逻辑编排或部署计算服务，实现园区设备/子系统的联动、调度控制及边缘业务处理。4案例介绍2022年6月1日，以国网江苏电力盐城微碳慧能科创产业园项目为实践案例申报的智慧零碳园区方案,从996份申报项目中脱颖而出，荣获WSIS2022冠军奖。（下转第13页）3江苏建筑2022年第6期（总第225期）盐城微碳慧能科创产业园位于盐城市盐都区物流园区内，用地面积10.5万m2。园区建设是以“多能互联互补、智能智慧低碳”为目标，此次获奖方案由华为与国网江苏电力盐城供电分公司深入探索合作，以零碳管理为业务主逻辑，基于能源转型、零碳转型和数字化转型的三元发展模型，在园区内构建“源、网、荷、储”四位一体的能源供消体系，在园区内建设分布式能源站、分布式屋顶光伏、光伏压感发电步道、交直流充电桩、多能智慧路灯、交直流智能微网、智慧园区平台及园区智能化系统等。园区运营充分利用先进的能源互联网、大数据、云服务平台等信息化技术，对供能、输能、用能全链条进行能源管理、调度、交易，构建新型供能用能生态链，实现供能侧的多能互补和用能侧终端一体化，实现绿色低碳、安全高效、可持续发展要求。打造了智慧能源管理、智慧零碳管理和智慧园区管理三大场景应用，通过精准预测新能源发电能力，智能调节新能源发电、储能和用电设备，在新能源系统发电高峰期，进行储能和用能平衡；在新能源发电系统发电低谷期，储能发电（或放电），满足用能需求，从而实现高效率新能源消纳。通过碳足迹监测与追踪实现碳资产全生命周期管理，为实现碳中和提供数据支撑；通过数字平台连接海量设备与系统，实现实时感知、统一管控，以及人、物、碳、能、荷联动和决策优化，构建起集能源设备实时监测、碳排放全景管理、智慧便捷通行管理、微电网智能协调控制等多功能于一体的微碳慧能科创产业园。方案落地后，园区内新能源发电系统得到高效应用，通过供能侧多能互补和用能侧终端一体化，每年可节约电能约300万kWh，为智慧型、低碳型园区建设提供了示范样本，为构建绿色、低碳、安全、高效的现代能源体系作出贡献。5结语智慧低碳/零碳园区不是一蹴而就，是分阶段、动态演进的，从智慧园区起步，通过分布式新能源推进节能增效，强化碳排放主动管理，逐步发展到近零碳智慧园区(趋零碳)；进一步构建零碳智慧能源系统，通过多能互补和能效提升，基于园区全生命周期碳管理及市场交易实现闭环，支撑碳排大数据及商业模式优化，最终实现智慧零碳园区（净零碳）。园区建设需要从零碳、能源和数字化三个维度出发，结合当地能源资源禀赋及自身发展策略选择不同的阶段目标和演进路径。智慧零碳园区建设需从能源转型、零碳转型和数字化转型三个维度协同推进，一张蓝图绘到底，规划建设运营一体化。通过能源转型实现综合能源生产、输送、消费、调度/交易的全价值链闭环，通过零碳转型实现园区碳排放全生命周期管理及优化，通过数字化转型实现能源清洁化转型、资源高效化运营。参考文献1中国建筑节能协会.中国建筑能耗研究报告R.2020.为人创造更好的工作、生活环境作为优化设计工作的首要目标。在相关设计与实践中，要采用科学的方法，充分运用专业辅助分析工具，从建筑全生命周期的角度出发，创造性、综合性地运用多种低碳健康建筑技术，并将其与建筑设计进行充分结合，确保技术的有效性。在建筑竣工并投入运营之后，还应该持续关注其在真实应用场景下的实际能耗表现。借助智慧能源运维平台、大数据分析等方法，及时掌握建筑的实际能耗与室内环境信息，从而真正实现建筑的低碳健康、智慧高效的运行。参考文献1国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知：国发202123号A.2021.2中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见A.中共中央，国务院，2021.3魏一鸣，余碧莹，等.中国碳达峰碳中和时间表与路线图研究J.北京理工大学学报（社会科学版），2022，24（04）：13-26.4中国建筑节能协会能耗统计专委会，中国建筑能耗研究报告（2021）R.2021.5朗诗集团，等.2019年中国室内环境健康舒适体验研究报告R.2019.6 2021中国商业建筑碳中和实施路径研究报告R.亿欧智库，2021.7上海市住房和城乡建设管理委员会，等.上海市国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测及分析报告R.2021.（上接第3页）13