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2024年6月30日，工人正在國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心樓頂安裝太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備。國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心供圖

2023年6月，國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心建設(shè)團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行地源熱泵施工。國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心供圖

閱讀提示

雄安未來(lái)之城場(chǎng)景匯雄安近零碳建筑技術(shù)應(yīng)用大賽上，“國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心智慧零碳園區(qū)建設(shè)方案”在近零碳建筑及園區(qū)解決方案賽道角逐中拿到了一等獎(jiǎng)。

近零碳和零碳，一字之差，但技術(shù)難度卻提高了很多。

記者探訪了這一建設(shè)方案的落地版——國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心，了解這個(gè)會(huì)“呼吸”的園區(qū)如何實(shí)現(xiàn)零碳。

零碳建筑怎么實(shí)現(xiàn)“零”

6月26日，雄安機(jī)器人大廈雄安未來(lái)之城場(chǎng)景匯展。

有的展位展示的是最新研發(fā)的技術(shù)，有的是產(chǎn)品，國(guó)網(wǎng)電易數(shù)字科技(雄安)有限公司的展位上擺放的是一座縮微園區(qū)模型。

吸引人的不是園區(qū)的建筑造型，而是它能實(shí)現(xiàn)零碳運(yùn)行。

2020年9月，我國(guó)明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)，低碳、降碳成為我們生產(chǎn)生活中的一部分。

事實(shí)上，工業(yè)制造、日常出行……人的活動(dòng)幾乎都會(huì)產(chǎn)生碳排放。不可移動(dòng)的建筑，在建造、使用甚至拆除過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生碳排放。而節(jié)約能源、減少碳排放的建筑被稱為“會(huì)‘呼吸’的建筑”。

國(guó)網(wǎng)電易數(shù)字科技(雄安)有限公司展示的縮微園區(qū)，其實(shí)是他們參賽的“國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心智慧零碳園區(qū)建設(shè)方案”(以下簡(jiǎn)稱“建設(shè)方案”)的落地版。

值得一提的是，這一方案以零碳概念參加雄安近零碳建筑技術(shù)應(yīng)用大賽近零碳建筑及園區(qū)解決方案賽道決賽時(shí)拿到了第一名。

不管是從達(dá)標(biāo)條件還是實(shí)際操作上，零碳比近零碳實(shí)現(xiàn)起來(lái)都更難。

國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心，位于雄安新區(qū)啟動(dòng)區(qū)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)園北部，目前已進(jìn)入裝修階段，明年投運(yùn)。

這座即將投運(yùn)的園區(qū)，如何實(shí)現(xiàn)零碳？

零碳建筑并不是不產(chǎn)生碳排放。

根據(jù)《零碳建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(征求意見(jiàn)稿)》，建筑按碳排放指標(biāo)可以分為低碳建筑、近零碳建筑和零碳建筑三類。

根據(jù)征求意見(jiàn)稿，零碳建筑要同時(shí)滿足幾個(gè)條件：零碳建筑的碳排放強(qiáng)度應(yīng)滿足近零碳公共建筑碳排放強(qiáng)度，經(jīng)碳抵消后的年碳排放總量不大于零；在實(shí)現(xiàn)近零碳建筑基礎(chǔ)上，可結(jié)合碳排放權(quán)交易和綠色電力交易等碳抵消方式等。

按照創(chuàng)新中心所處位置的氣候條件，對(duì)照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新中心達(dá)到近零碳的碳排放強(qiáng)度應(yīng)不高于19kg CO2/m2a(千克二氧化碳每平方米每年)。

“經(jīng)過(guò)測(cè)算，創(chuàng)新中心的碳排放強(qiáng)度只有16.1kg CO2/m2a?！眹?guó)網(wǎng)電易數(shù)字科技(雄安)有限公司運(yùn)營(yíng)總監(jiān)徐慧明說(shuō)。

這一數(shù)字是園區(qū)設(shè)計(jì)之初，在滿足室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低建筑用能需求、提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率、充分利用可再生能源和建筑蓄能降下來(lái)的。

除了要求碳排放強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，征求意見(jiàn)稿還提出“零碳建筑必須滿足經(jīng)碳抵消后的年碳排放總量不大于零”。

徐慧明拿出一張創(chuàng)新中心零碳實(shí)現(xiàn)路徑表。按照2015版《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，19.8萬(wàn)平方米建筑面積的創(chuàng)新中心，年碳排放基準(zhǔn)值為14008噸二氧化碳。

創(chuàng)新中心要想實(shí)現(xiàn)零碳，就要在這個(gè)基準(zhǔn)值上降碳。

在設(shè)計(jì)之初，大到取暖制冷，小到一盞燈的照明用電，都被計(jì)算到園區(qū)碳排放中。園區(qū)在實(shí)現(xiàn)能源清潔供應(yīng)、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、降低能源消費(fèi)成本的同時(shí)，對(duì)碳排放能減能降的地方精打細(xì)算，逐項(xiàng)瘦身。

從這張路徑表中可以看到：從能源利用開始，通過(guò)建筑的被動(dòng)式節(jié)能和建設(shè)清潔能源站，實(shí)現(xiàn)園區(qū)暖通空調(diào)系統(tǒng)年減碳量2400噸，年降碳率17.1%；通過(guò)采用高效節(jié)能調(diào)光燈具和智能照明系統(tǒng)，以及全電廚房、勢(shì)能回收電梯等，實(shí)現(xiàn)減碳量4039噸，年降碳率28.8%；通過(guò)園區(qū)高效數(shù)據(jù)機(jī)房、智慧運(yùn)維管理等實(shí)現(xiàn)年減碳量1304噸，年降碳率9.3%；通過(guò)大面積的屋頂光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)年減碳量1195噸，年降碳率8.5%。

零碳目標(biāo)走到這一步，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)年減碳量8938噸。剩余的5070噸二氧化碳，通過(guò)綠電交易或碳交易抵消，最終將園區(qū)年排放的14008噸二氧化碳降至零。

零碳建筑如何節(jié)能減排

實(shí)現(xiàn)零碳是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要從一點(diǎn)一滴處節(jié)能減排，最重要的是實(shí)現(xiàn)加和減。加是增加綠電用量，抵消碳排放，減是減少能耗，降低碳排放。

投運(yùn)后的創(chuàng)新中心，不采用市政供暖和自供熱。“這兩種方式都只能供熱，我們想用一種能同時(shí)解決供熱和制冷并且低碳的方式?！眲?chuàng)新中心清潔冷熱能源站技術(shù)負(fù)責(zé)人王銀說(shuō)，最終他們選用了淺層地源熱泵+蓄能系統(tǒng)。

熱泵提取自然界中的能量，不但效率高，而且是目前比較清潔、經(jīng)濟(jì)的能源方式。

盡管在設(shè)計(jì)之初，清潔能源站的方案就由清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心、中國(guó)建筑科學(xué)研究院熱泵與蓄能研究中心、北京市建筑設(shè)計(jì)研究院股份有限公司等多家單位出謀劃策，但這一方案是否能在降碳的同時(shí)解決供熱制冷，不能等建筑投運(yùn)后再驗(yàn)證。

“2022年，我們開始在園區(qū)打井采樣做測(cè)試?！蓖蹉y介紹，他們?cè)趫@區(qū)3個(gè)地塊上選擇了3個(gè)位置打井，對(duì)地質(zhì)條件、地下水溫、熱響應(yīng)數(shù)據(jù)等進(jìn)行了為期一年的測(cè)試收集。

2023年，創(chuàng)新中心開工。它也成為雄安新區(qū)首批采用淺層地源熱泵的項(xiàng)目。

項(xiàng)目最先施工的不是地基，而是清潔能源站中的地源熱泵地埋井。

“地源熱泵地埋井安裝在建筑底板下，必須一次性設(shè)置好，沒(méi)有檢修的可能。這就要結(jié)合土建，對(duì)施工工序合理安排?！蓖蹉y說(shuō)。

測(cè)算解決的問(wèn)題之一是地源熱泵地埋井的安裝深度和數(shù)量。“要讓這些設(shè)備滿足園區(qū)供熱制冷時(shí)有一定余量，又不能余量太大造成浪費(fèi)?！蓖蹉y說(shuō)。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算，最終，創(chuàng)新中心建筑底板下打了1130口直徑25厘米的地?zé)峋@些井間隔4米至6米，深度大于等于130米。

“冷和熱，是建筑里的主要可調(diào)控負(fù)荷之一。”王銀說(shuō)。

地源熱泵的運(yùn)行原理是利用地下常溫土壤和地下水相對(duì)穩(wěn)定的特性，利用深埋的管路系統(tǒng)，采用熱泵原理，通過(guò)少量的高位電能輸入，實(shí)現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移，與建筑物完成熱交換。

冬季，熱泵機(jī)組從地源(淺層水體或巖土體)中吸收熱量，向建筑物供暖；夏季，熱泵機(jī)組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到地源中，向建筑物供冷。

地源熱泵系統(tǒng)的效果怎么樣呢？

王銀以制冷效果舉例，根據(jù)《高效空調(diào)制冷機(jī)房評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，創(chuàng)新中心的冷源系統(tǒng)季節(jié)能效比在5.5-5.6之間，是能效等級(jí)的最高級(jí)。而目前，國(guó)內(nèi)大部分制冷機(jī)房能效比都在3.0左右。

節(jié)能的不僅有這些。

在規(guī)劃之初，創(chuàng)新中心每個(gè)房間就已經(jīng)做好了功能定位。

“細(xì)化到每個(gè)房間要安裝多少只、分別多少瓦的燈?！毙旎勖鹘榻B，整個(gè)園區(qū)共涉及1965個(gè)品類14.6萬(wàn)個(gè)大小設(shè)備，全部接入園區(qū)一體化智能管控平臺(tái)。

這意味著，園區(qū)投運(yùn)后，借助“大云物移智鏈”并協(xié)同數(shù)字孿生等先進(jìn)技術(shù)，能將園區(qū)中分散的物理基礎(chǔ)設(shè)施、信息集成設(shè)施全部連接起來(lái)，打造出園區(qū)智能管理、能源智慧管控和全景碳監(jiān)測(cè)“三位一體”的數(shù)字化園區(qū)能源與運(yùn)營(yíng)管理體系。

“投運(yùn)后的創(chuàng)新中心在管理上很智能?！毙旎勖髋e例說(shuō)，根據(jù)室內(nèi)的人數(shù)多少，能自動(dòng)控制溫度高低和燈光亮度，減少碳排放。

地源熱泵系統(tǒng)和能源智慧管控等應(yīng)用減少了碳排放，創(chuàng)新中心還安裝了大量的光伏發(fā)電設(shè)備，用綠電來(lái)抵消碳排放。

“園區(qū)建筑的頂部全部安裝了光伏發(fā)電。”創(chuàng)新中心綠色低碳研究專員胡向遠(yuǎn)介紹，園區(qū)光伏的總裝機(jī)量為2.15兆瓦，其中光伏屋頂2.12兆瓦，光伏發(fā)電地磚32.4千瓦。這些光伏設(shè)備一年的發(fā)電量能達(dá)到225萬(wàn)千瓦時(shí)，預(yù)計(jì)能提供園區(qū)年用電量(不含充電樁用電量)的20.9%左右。

可推廣的零碳樣本

作為國(guó)家電網(wǎng)的能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，和其他的零碳園區(qū)有一點(diǎn)很不同——對(duì)電的使用。

這里建設(shè)了國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的園區(qū)級(jí)多端低壓柔直環(huán)網(wǎng)。

創(chuàng)新中心多端低壓柔直環(huán)網(wǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)人丁志宇這樣解釋這項(xiàng)技術(shù)：常見(jiàn)的交流電網(wǎng)，需要在需求側(cè)建立多個(gè)配電房或變壓器；多端低壓柔直環(huán)網(wǎng)是引入園區(qū)的環(huán)狀直流電網(wǎng)，多個(gè)負(fù)荷端接入環(huán)線，相互之間不影響。

這對(duì)實(shí)現(xiàn)零碳有什么影響？

在創(chuàng)新中心的能流圖中，供給側(cè)這邊有太陽(yáng)能、電網(wǎng)、地?zé)幔枨髠?cè)這邊有直流充電樁、全電廚房等。

我們?nèi)粘Ｊ褂玫亩际?20伏的交流電，為什么創(chuàng)新中心要用直流電？

“我們想在擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，嘗試做一個(gè)直流電閉環(huán)應(yīng)用樣本。”丁志宇說(shuō)。

這個(gè)樣本意義重大。首先，光伏發(fā)電產(chǎn)生的電是直流電，打造園區(qū)級(jí)多端低壓柔直環(huán)網(wǎng)，創(chuàng)新中心的光伏發(fā)電就能原地消耗。其次，需求側(cè)端的充電樁只能用直流電，新能源汽車充電都需要將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，但這一過(guò)程有6%的損耗。直流電直供充電樁，就減少了這部分損耗。再次，園區(qū)級(jí)多端低壓柔直環(huán)網(wǎng)能將園區(qū)柔性可調(diào)負(fù)荷提升至園區(qū)尖峰負(fù)荷的37%，在高比例新能源接入和高比例可調(diào)節(jié)負(fù)荷方面做到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。

“綠電的發(fā)電量逐年增加，這個(gè)園區(qū)樣本試驗(yàn)成功，就能進(jìn)行復(fù)制推廣?！毙旎勖髡f(shuō)，這意味著會(huì)有更多的地方減少更多的碳排放。

零碳的標(biāo)準(zhǔn)高，是否意味著投資高、收益低？

徐慧明給記者算了一筆賬，每年園區(qū)降低系統(tǒng)成本857.59萬(wàn)元，這也是零碳園區(qū)帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益。

依據(jù)零碳咨詢測(cè)算數(shù)據(jù)，創(chuàng)新中心園區(qū)年降低碳排放總量為8938噸，按照2024年北京碳交易市場(chǎng)CCER(中國(guó)核證自愿減排量)成交均價(jià)每噸二氧化碳74.4元計(jì)算，創(chuàng)新中心園區(qū)年節(jié)約碳交易成本為66.4萬(wàn)元。

在園區(qū)降低系統(tǒng)成本總量中，清潔供暖、電力交易等組成部分都是節(jié)約成本，只有碳交易服務(wù)一項(xiàng)雖然總量不高，但屬于服務(wù)收益。

“碳交易服務(wù)指的是我們正在著手籌建的電碳交易服務(wù)平臺(tái)。”創(chuàng)新中心電碳交易負(fù)責(zé)人黃文東介紹。

根據(jù)征求意見(jiàn)稿，零碳建筑的實(shí)現(xiàn)，可結(jié)合碳排放權(quán)交易和綠色電力交易等碳抵消方式。前者指的是碳排放權(quán)配額和CCER，后者指的是采購(gòu)使用綠色電能。

“過(guò)去，需求側(cè)購(gòu)電要到售電公司，購(gòu)買碳排放權(quán)配額要到碳交易平臺(tái)或碳信用交易所。電碳交易平臺(tái)建成后，就相當(dāng)于開了一家綜合能源‘商店’，能為需求側(cè)提供‘電、碳、證’一攬子服務(wù)?！秉S文東說(shuō)。

在他們的構(gòu)想中，這個(gè)平臺(tái)不但能提供交易，還能為需求側(cè)提供資源聚合、多品種策略組合、零售套餐服務(wù)、實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)評(píng)估、持倉(cāng)風(fēng)險(xiǎn)防控、細(xì)分領(lǐng)域供需預(yù)測(cè)等服務(wù)。

“我們通過(guò)打造清潔能源低碳示范、負(fù)荷柔性互動(dòng)示范、園區(qū)智慧運(yùn)營(yíng)示范、園區(qū)電碳交易示范，最終建造成一個(gè)零碳園區(qū)樣板。我們希望這個(gè)樣板具有可復(fù)制性，帶動(dòng)更多園區(qū)減碳、降碳。”徐慧明說(shuō)。

記者手記

場(chǎng)景匯上的新“場(chǎng)景”

7月4日，雄安未來(lái)之城場(chǎng)景匯系列大賽獲獎(jiǎng)名單公布。來(lái)自全國(guó)818家企業(yè)團(tuán)隊(duì)的1320項(xiàng)作品，參加了雄安國(guó)際服務(wù)機(jī)器人大賽等10項(xiàng)28個(gè)賽道的比賽。比賽共評(píng)出28個(gè)一等獎(jiǎng)、81個(gè)二等獎(jiǎng)、155個(gè)三等獎(jiǎng)以及113個(gè)優(yōu)秀獎(jiǎng)。

全息智能自動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)器人、復(fù)雜地下空間環(huán)境下高效智能排水清淤成套裝備研發(fā)、鋼網(wǎng)架珍珠巖復(fù)合保溫外墻板在超低能建筑中的應(yīng)用等，這些獲獎(jiǎng)項(xiàng)目，幾乎都是業(yè)內(nèi)翹楚，也代表著科技與未來(lái)。

我們?cè)凇疤皆L雄安未來(lái)之城場(chǎng)景匯”欄目中選取報(bào)道的“北斗+室分”定位導(dǎo)航解決方案、土壤養(yǎng)分伽馬能譜分析儀、國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心零碳園區(qū)建設(shè)方案，都有一個(gè)共同點(diǎn)——它們?cè)谛郯残聟^(qū)有了應(yīng)用場(chǎng)景。

這些前沿技術(shù)，分別應(yīng)用到即將上線的雄安行App地下導(dǎo)航欄目、正在建設(shè)中的“伏羲農(nóng)場(chǎng)”、即將投運(yùn)的國(guó)家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心。未來(lái)，還能從這里孵化復(fù)制，應(yīng)用到更多場(chǎng)景。

場(chǎng)景匯大賽，也為這種孵化復(fù)制提供了可能。

大賽期間，組委會(huì)結(jié)合參賽技術(shù)產(chǎn)品落地需求，邀請(qǐng)了各領(lǐng)域嘉賓現(xiàn)場(chǎng)觀摩，參與產(chǎn)業(yè)、投資對(duì)接。

被邀請(qǐng)對(duì)象中，有疏解央企、高校、醫(yī)院等單位，帶著需求現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)優(yōu)選新技術(shù)新產(chǎn)品；也有高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田示范區(qū)、國(guó)有農(nóng)場(chǎng)、國(guó)有林場(chǎng)等場(chǎng)景建設(shè)需求單位，全面深入了解參賽作品，推動(dòng)示范應(yīng)用和場(chǎng)景打造；還有各地創(chuàng)新平臺(tái)、產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)、國(guó)家應(yīng)急產(chǎn)業(yè)示范基地、空天產(chǎn)業(yè)園區(qū)等，參加產(chǎn)業(yè)招引對(duì)接。

同時(shí)，組委會(huì)還邀請(qǐng)了有投資意向的央企股權(quán)投資部門和投資基金、河北省級(jí)產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)基金、河北省屬國(guó)企相關(guān)投資公司、雄安產(chǎn)投基金等單位。

采訪中我們得知，有的參賽項(xiàng)目在比賽現(xiàn)場(chǎng)就有多家意向方洽談合作，還有的參賽產(chǎn)品得到幾家投資公司青睞，有望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

雄安新區(qū)也拿出了足夠的誠(chéng)意，為進(jìn)一步承接好大賽成果應(yīng)用和落地轉(zhuǎn)化，出臺(tái)了一攬子創(chuàng)新支持舉措——對(duì)場(chǎng)景匯大賽獲獎(jiǎng)項(xiàng)目納入雄安新區(qū)科技項(xiàng)目?jī)?chǔ)備庫(kù)，并給予項(xiàng)目補(bǔ)貼；對(duì)符合條件的，優(yōu)先推薦申報(bào)雄安科技計(jì)劃項(xiàng)目，同時(shí)率先推進(jìn)實(shí)現(xiàn)54項(xiàng)名單類、條件類政策免申即享。這些措施，讓各類創(chuàng)新主體來(lái)得了、留得住、發(fā)展好。

場(chǎng)景匯雖然已經(jīng)閉幕，但科技創(chuàng)新和場(chǎng)景應(yīng)用卻在加速。

這，是場(chǎng)景匯最大的場(chǎng)景。