城镇住宅建筑碳减排是实现建筑领域“双碳”目标的关键。一方面,城镇住宅建筑运行碳排放存量仍然巨大,2022年城镇居住建筑运行碳排放达到8.9亿吨,占全国建筑运行碳排放总量的40%左右。另一方面,随着城镇化的进一步发展和人民日益增长的美好生活需要,城镇住宅建筑运行碳排放预计未来仍会持续保持刚性增长。如何平衡建筑碳减排目标以及满足人民日益增长的美好生活需要,在实现城镇住宅人均建筑能耗上升的同时,稳妥有序保持碳排放下降已经成为实现建筑部门碳减排任务的重要挑战之一。
建筑电气化是优化能源消费结构的重要手段,国家发改委等十部门联合发布的《关于进一步推进电能替代的指导意见》明确提出“加快推动建筑领域电气化”。城镇住宅建筑电气化的推进受区域地理气候和资源禀赋影响,能源供给和消费结构呈现出典型的区域异质性。同时,现行建筑能源消费模式具有很强的路径依赖特征,产生明显的碳锁定效应。因此,为避免“一刀切”或“运动式”减碳,应因地制宜推进建筑电气化。
■■ 现状及问题
一是城镇住宅建筑电气化呈区域不平衡态势。各地区城镇住宅建筑电气化的发展基础具有较大区域差异性。从总体电气化水平来看,城镇住宅建筑电气化率呈现出“南高北低、东高西低”的空间格局。这是由于北方城镇受地理气候因素影响,需要大量集中供热,目前集中供暖热源仍以煤与燃气为主,制约了该地区城镇住宅建筑电气化发展。据测算,除北京外,其余集中供暖区域的省市城镇住宅建筑电气化率均在30%以下。从能源用途分项来看,空间采暖、炊事和生活热水电气化率在各省市之间也存在巨大差异。在炊事方面,全国炊事电气化率已经处于较高水平,全国均值为70.39%;分户采暖方面,西北地区是需要提升电气化率的重点区域,陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆分户采暖平均电气化率仅为21.44%,不足全国平均水平的一半;生活热水方面,四川和安徽两省生活热水电气化率均不到30%,远低于全国平均水平。总体而言,受到地理气候因素和资源禀赋的影响,各地区城镇住宅建筑电气化的基础存在较大差异,这对各地区制定建筑电气化发展目标提出挑战。
二是城镇住宅建筑电气化受电力供给系统和能源效率双重制约。随着建筑电气化的进一步发展,电力碳排放强度已经成为影响城镇住宅建筑碳排放总量的关键,城镇住宅建筑电气化的脱碳效果严重依赖于清洁电力供给系统。就各区域电网电力脱碳速度来看,实现城镇住宅建筑电气化的关键时间节点还未完全到来。研究显示,各地区分户采暖电气化关键时间点分布于2031年至2034年间;同时,高效节能电器的推广是实现脱碳电气化的关键因素。就现阶段的电力碳排放强度而言,大规模电力替代反而会引起碳排放上升,电气化的减碳效应几乎全部由能源设备的能效提升实现,能效提升还能使脱碳电气化的关键时间点提前。综上所述,电力脱碳和电器能效提升是实现城镇住宅建筑脱碳电气化的关键因素,如何根据实际电力脱碳水平和高效节能电器普及率制定相应的电气化目标,是推进城镇住宅建筑电气化的重要任务。
三是建筑电力替代与其他清洁能源利用缺少有效协同。电力属于高品位能源,在建筑能源消费过程中使用清洁能源将会更有能源效率。例如,在集中供暖地区,可充分利用工业余热作为热力来源;在太阳能丰富的地区,充分利用光热作为炊事和生活热水能源来源,将比电加热更能提升能源利用效率。目前,相关政策仅提出加快建筑电力替代的指导性意见,因此在建筑电气化的过程中,倘若不充分考虑能源利用效率,很可能出现为了完成建筑电气化率的既定目标而强行采用电力供能的情况,例如在原本适合采用太阳能热水器地区推广电热水器,这将造成巨大的资源浪费。因此,科学合理的建筑能源系统应当由多能互补的清洁能源系统构成。这表明,完全的电气化并不是建筑的最终发展目标。对于各地区而言,建筑电气化应当充分考虑各地区可利用清洁能源的资源条件,不能为了提升建筑电气化率而强行要求各建筑用能都实现全面电气化。
■■ 对策建议
第一,打造多能互补的清洁供暖系统,提高北方地区清洁取暖率。建议对于西北、东北和华北等由于集中供暖而导致城镇住宅建筑电气化率较低的区域,提高清洁取暖率、调整热源结构,推进集中供暖电气化和工业余热供暖体系,因地制宜、因时制宜地推进北方地区清洁取暖工程。同时,积极推广地热供暖、生物质清洁供暖、太阳能供暖等技术应用;根据电力资源、电网能力积极推进各种类型的电供暖;完善工业余热供暖体系,继续做好工业余热供暖工作;作为平衡成本和环境的方式,对没有资源条件的地区暂时以清洁燃煤作为基础性热源使用。
第二,大力推广高能效家电设备,推动相关产业提质升级。对于华中地区、华东部分电气化水平中等的地区,例如四川、安徽,考虑到不可能完全按照关键时间节点立即大幅度提升建筑电气化率,因此城镇住宅建筑电气化工作应当提前部署,在电力脱碳水平还未完全达到电气化的关键阈值之前,侧重推广高效节能家电等设备,鼓励居民加快淘汰低效落后用能设备,发挥脱碳电气化的能效提升作用。统筹重点能源终端技术更换工作,在生活热水用能技术上全面推广电加热和光热设备,并完善相关废旧产品回收利用规范。相关金融机构可为相关企业研发制造高能效产品设备提供信贷支持,引导和支持企业主动实施技术工艺升级、提升产品能效水平,为高效家电研发保驾护航。
第三,畅通“绿电”通道,应用碳捕捉技术加快电力脱碳。对于南方、华东地区等城镇住宅建筑电气化水平较高的区域,例如福建、广东等,应充分发挥电气化率高的优势,加快电力脱碳速度,加快城镇住宅建筑降碳。同时,进一步优化电源结构,加快发展东南沿海风电建设,深入推进“三江流域”大型水电基地建设,稳步推动藏东南地区水电开发;推进规模化碳捕集利用与封存技术研发、示范和产业化应用,发挥“火电+CCS”技术优势;打通清洁电力输送通道,加快长途输电系统建设,协调各区域电力清洁化发展水平。
第四,转变建筑用能角色,大力发展“光储直柔”建筑。对于建筑部门自身而言,进一步推广光伏建筑一体化技术,实现建筑用能向建筑产能、储能的角色转变。建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。大力发展分布式光伏技术,充分利用城镇屋顶闲置空间进行光伏发电,将分布式光伏纳入电网系统,满足建筑用能本身需求同时向外部输出额外电能;大力发展建筑储能技术,将城市建筑作为分布式储能“蓄电池”,消纳光伏、风电等,实现能源充分利用;大力发展直流电建筑,提高光伏利用效率;大力发展建筑柔性用电机制,加强建筑用电可中断、可调节能力。
(徐鹏鹏系重庆大学城乡建设与发展研究院副院长、教授;刘贵文系重庆大学副校长、教授;魏亿钢系北京航空航天大学副教授)
