2024年6月30日，工人正在國家電網(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能發(fā)電設(shè)備。國家電網(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)隊正在進(jìn)行地源熱泵施工。國家電網(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

雄安未來之城場景匯雄安近零碳建筑技術(shù)應(yīng)用大賽上，“國家電網(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。

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，了解這個會“呼吸”的園區(qū)如何實現(xiàn)零碳。

零碳建筑怎么實現(xiàn)“零”

6月26日，雄安機(jī)器人大廈雄安未來之城場景匯展。

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，而是它能實現(xiàn)零碳運行。

2020年9月，我國明確提出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。

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

國網(wǎng)電易數(shù)字科技(雄安)有限公司展示的縮微園區(qū)，其實是他們參賽的“國家電網(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拿到了第一名。

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

國家電網(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。

這座即將投運的園區(qū)，如何實現(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)征求意見稿，零碳建筑要同時滿足幾個條件：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)過測算，創(chuàng)新中心的碳排放強(qiáng)度只有16.1kg CO2/m2a?！眹W(wǎng)電易數(shù)字科技(雄安)有限公司運營總監(jiān)徐慧明說。

這一數(shù)字是園區(qū)設(shè)計之初，在滿足室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化設(shè)計降低建筑用能需求、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的。

除了要求碳排放強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，征求意見稿還提出“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)新中心零碳實現(xiàn)路徑表。按照2015版《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，19.8萬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)新中心要想實現(xiàn)零碳，就要在這個基準(zhǔn)值上降碳。

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

從這張路徑表中可以看到：從能源利用開始，通過建筑的被動式節(jié)能和建設(shè)清潔能源站，實現(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、勢能回收電梯等，實現(xiàn)減碳量4039噸，年降碳率28.8%；通過園區(qū)高效數(shù)據(jù)機(jī)房、智慧運維管理等實現(xiàn)年減碳量1304噸，年降碳率9.3%；通過大面積的屋頂光伏發(fā)電實現(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)實現(xiàn)年減碳量8938噸。剩余的5070噸二氧化碳，通過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

實現(xiàn)零碳是一項系統(tǒng)工程，需要從一點一滴處節(jié)能減排，最重要的是實現(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。

投運后的創(chuàng)新中心，不采用市政供暖和自供熱?！斑@兩種方式都只能供熱，我們想用一種能同時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，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解決供熱制冷，不能等建筑投運后再驗證。

“2022年，我們開始在園區(qū)打井采樣做測試?！蓖蹉y介紹，他們在園區(qū)3個地塊上選擇了3個位置打井，對地質(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目。

項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，沒有檢修的可能。這就要結(jié)合土建，對施工工序合理安排?！蓖蹉y說。

測算解決的問題之一是地源熱泵地埋井的安裝深度和數(shù)量?！耙屵@些設(shè)備滿足園區(qū)供熱制冷時有一定余量，又不能余量太大造成浪費。”王銀說。

經(jīng)過仔細(xì)計算，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。

地源熱泵的運行原理是利用地下常溫土壤和地下水相對穩(wěn)定的特性，利用深埋的管路系統(tǒng)，采用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現(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)房評價標(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，是能效等級的最高級。而目前，國內(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)新中心每個房間就已經(jīng)做好了功能定位。

“細(xì)化到每個房間要安裝多少只、分別多少瓦的燈?！毙旎勖鹘榻B，整個園區(qū)共涉及1965個品類14.6萬個大小設(shè)備，全部接入園區(qū)一體化智能管控平臺。

這意味著，園區(qū)投運后，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，打造出園區(qū)智能管理、能源智慧管控和全景碳監(jiān)測“三位一體”的數(shù)字化園區(qū)能源與運營管理體系。

“投運后的創(chuàng)新中心在管理上很智能?！毙旎勖髋e例說，根據(jù)室內(nèi)的人數(shù)多少，能自動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225萬千瓦時，預(yù)計能提供園區(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)有一點很不同——對電的使用。

這里建設(shè)了國內(nèi)最大規(guī)模的園區(qū)級多端低壓柔直環(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技術(shù)：常見的交流電網(wǎng)，需要在需求側(cè)建立多個配電房或變壓器；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)，多個負(fù)荷端接入環(huán)線，相互之間不影響。

這對實現(xiàn)零碳有什么影響？

在創(chuàng)新中心的能流圖中，供給側(cè)這邊有太陽能、電網(wǎng)、地?zé)?，需求?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？

“我們想在擅長的領(lǐng)域，嘗試做一個直流電閉環(huán)應(yīng)用樣本?！倍≈居钫f。

這個樣本意義重大。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)荷方面做到了國內(nèi)領(lǐng)先。

“綠電的發(fā)電量逐年增加，這個園區(qū)樣本試驗成功，就能進(jìn)行復(fù)制推廣?！毙旎勖髡f，這意味著會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857.59萬元，這也是零碳園區(qū)帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益。

依據(jù)零碳咨詢測算數(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CCER(中國核證自愿減排量)成交均價每噸二氧化碳74.4元計算，創(chuàng)新中心園區(qū)年節(jié)約碳交易成本為66.4萬元。

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?！眲?chuàng)新中心電碳交易負(fù)責(zé)人黃文東介紹。

根據(jù)征求意見稿，零碳建筑的實現(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，后者指的是采購使用綠色電能。

“過去，需求側(cè)購電要到售電公司，購買碳排放權(quán)配額要到碳交易平臺或碳信用交易所。電碳交易平臺建成后，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。

在他們的構(gòu)想中，這個平臺不但能提供交易，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)、實時經(jīng)濟(jì)評估、持倉風(fēng)險防控、細(xì)分領(lǐng)域供需預(yù)測等服務(wù)。

“我們通過打造清潔能源低碳示范、負(fù)荷柔性互動示范、園區(qū)智慧運營示范、園區(qū)電碳交易示范，最終建造成一個零碳園區(qū)樣板。我們希望這個樣板具有可復(fù)制性，帶動更多園區(qū)減碳、降碳?！毙旎勖髡f。

記者手記

場景匯上的新“場景”

7月4日，雄安未來之城場景匯系列大賽獲獎名單公布。來自全國818家企業(yè)團(tuán)隊的1320項作品，參加了雄安國際服務(wù)機(jī)器人大賽等10項28個賽道的比賽。比賽共評出28個一等獎、81個二等獎、155個三等獎以及113個優(yōu)秀獎。

全息智能自動設(shè)計機(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，這些獲獎項目，幾乎都是業(yè)內(nèi)翹楚，也代表著科技與未來。

我們在“探訪雄安未來之城場景匯”欄目中選取報道的“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，都有一個共同點——它們在雄安新區(qū)有了應(yīng)用場景。

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”、即將投運的國家電網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)雄安創(chuàng)新中心。未來，還能從這里孵化復(fù)制，應(yīng)用到更多場景。

場景匯大賽，也為這種孵化復(fù)制提供了可能。

大賽期間，組委會結(jié)合參賽技術(shù)產(chǎn)品落地需求，邀請了各領(lǐng)域嘉賓現(xiàn)場觀摩，參與產(chǎn)業(yè)、投資對接。

被邀請對象中，有疏解央企、高校、醫(yī)院等單位，帶著需求現(xiàn)場體驗優(yōu)選新技術(shù)新產(chǎn)品；也有高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田示范區(qū)、國有農(nóng)場、國有林場等場景建設(shè)需求單位，全面深入了解參賽作品，推動示范應(yīng)用和場景打造；還有各地創(chuàng)新平臺、產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)、國家應(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)招引對接。

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

采訪中我們得知，有的參賽項目在比賽現(xiàn)場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，有望實現(xiàn)量產(chǎn)。

雄安新區(qū)也拿出了足夠的誠意，為進(jìn)一步承接好大賽成果應(yīng)用和落地轉(zhuǎn)化，出臺了一攬子創(chuàng)新支持舉措——對場景匯大賽獲獎項目納入雄安新區(qū)科技項目儲備庫，并給予項目補(bǔ)貼；對符合條件的，優(yōu)先推薦申報雄安科技計劃項目，同時率先推進(jìn)實現(xiàn)54項名單類、條件類政策免申即享。這些措施，讓各類創(chuàng)新主體來得了、留得住、發(fā)展好。

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

這，是場景匯最大的場景。