一、建筑業(yè)在“雙碳”領域的政策、技術和市場趨勢
1、政策方面:以綠色建筑建材等傳統(tǒng)節(jié)能手段為基礎點,以清潔能源為支撐點,以CCUS為布局點,多點齊發(fā),協(xié)同推進
2020年7月,住房和城鄉(xiāng)建設部等多個部委聯(lián)合印發(fā)《綠色建筑創(chuàng)建行動方案》,其中明確提出,到2022年,當年城鎮(zhèn)新建建筑中綠色建筑面積占比達到70%,星級綠色建筑持續(xù)增加,裝配化建造方式占比穩(wěn)步提升,綠色建材應用進一步擴大,綠色住宅使用者監(jiān)督全面推廣。
2020年9月,國家主席習近平在第75屆聯(lián)合國會議上首次提出“雙碳”目標:“中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”,由此“3060”雙碳發(fā)展目標應運而生。
2021年2月,國務院發(fā)布《關于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導意見》,明確了到2025年,綠色產(chǎn)業(yè)比重顯著提升,綠色創(chuàng)新體系更加完善,基礎設施綠色化水平不斷提高,到2035年,綠色產(chǎn)業(yè)規(guī)模邁上新臺階。文件同時要求,通過堅持節(jié)能優(yōu)先、提高可再生能源利用比例,加快儲能技術研發(fā),開展CCUS試驗示范等措施推動能源低碳轉型,通過打造綠色公路、鐵路等提升基礎設施綠色發(fā)展水平。
2021年10月,中共中央、國務院引發(fā)了《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》,標志著“雙碳”目標指引下的國家頂層設計方案更趨完善,明確了構建更完善的綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費比重(風能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能、地熱能)、降低二氧化碳排放水平、提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力等五個方面。
2021年10月,中共中央、國務院印發(fā)《關于推動城鄉(xiāng)建設綠色發(fā)展的意見》,要求到2035年,城鄉(xiāng)建設全面實現(xiàn)綠色發(fā)展,碳減排水平快速提升。其中,重點要求建設高品質(zhì)綠色建筑,大力發(fā)展裝配式建筑、推動智能建造和建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展,加強建筑材料循環(huán)利用,推廣節(jié)能低碳節(jié)水用品,推動太陽能、再生水應用,倡導綠色裝修,鼓勵選用綠色建材、家具、家電。
2021年10月,《2030年前碳達峰行動方案》發(fā)布,提出了到2025年,非化石能源消費比重達到20%左右,到2030年,非化石能源消費比重達到25%左右。方案還提出了十大行動方案,包括:大力發(fā)展新能源;加強新型基礎設施節(jié)能降碳;加快提升建筑能效水平;加快優(yōu)化建筑用能結構,推進農(nóng)村建設和用能低碳轉型;推進產(chǎn)業(yè)園區(qū)循環(huán)化發(fā)展,加強大宗固廢綜合利用,健全資源循環(huán)利用體系。
2022年3月11日,住建部發(fā)布《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》,目標是到2025年,城鎮(zhèn)新建建筑全面執(zhí)行綠色建筑標準,完成既有建筑節(jié)能改造面積3.5億平方米以上,建設超低能耗、近零能耗建筑0.5億平方米以上,裝配式建筑占當年城鎮(zhèn)新建建筑的比例達到30%,全國新增建筑太陽能光伏裝機容量0.5億千瓦以上,地熱能建筑應用面積1億平方米以上,城鎮(zhèn)建筑可再生能源替代率達到8%,建筑能耗中電力消費比例超過55%。
2022年6月,《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(2022-2030)》發(fā)布,文件提出,到2025年實現(xiàn)重點行業(yè)和領域低碳關鍵核心技術重大突破;到2030年,研究突破一批碳中和前沿和顛覆性技術,形成一批低碳技術解決方案和綜合示范工程。并形成十大行動方案:能源綠色低碳轉型;低碳與零碳工業(yè)流程再造;建筑交通低碳零碳技術攻關;負碳及非二氧化碳減排技術能力提升;前沿顛覆性低碳技術創(chuàng)新、低碳零碳技術示范行動、雙碳管理決策支撐。
梳理國家政策脈絡,可以看出“雙碳”目標下,國家正在圍繞三條主線全力攻堅碳達峰,其一是在已近具備一定基礎的綠色建筑、綠色建材等方向實現(xiàn)碳排放降低;其二是全力發(fā)展清潔能源,實現(xiàn)對傳統(tǒng)化石能源的替代;其三是布局CCUS為碳吸收打下基礎。
2、技術方面:圍繞減碳、零碳、負碳技術來推進“雙碳”目標達成
減碳技術主要集中在目前正在積極推進的節(jié)能減排領域,包括綠色建筑、裝配式建筑、綠色建材等。其中綠色建筑、電氣化改革正在扮演重要角色。綠色建筑方面,將圍繞節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材等方面開展;建筑行業(yè)全面電氣化改革也是重點,因為建筑電氣化對建筑業(yè)實現(xiàn)碳中和貢獻占比達到30%;值得一提的是節(jié)能建材,其減排難度較大。
零碳技術主要集中在清潔能源的使用方面,例如光伏發(fā)電、風電、水電、生物質(zhì)能、核電等領域,通過清潔能源代替化石能源實現(xiàn)減碳。幾大清潔能源類型中,光伏發(fā)電、風電有望成為零碳主力軍,“光儲直柔”有望異軍突起。光伏發(fā)電方面:我國目前處于世界領先位置,截至2021年9月,我國光伏裝機規(guī)模是2.78億千瓦,連續(xù)六年排名世界第一,到2030年將達到12億千瓦以上,而且全世界太陽能組件的85%都是由中國生產(chǎn)。風能發(fā)電方面,由于風能主要集中分布在我國三北地區(qū)(華北、東北、西北),因此無法經(jīng)濟發(fā)達的東部地區(qū)的用能需求,因此海上風電有可能扮演重要角色,截至2021年6月底,我國海上風電的裝機容量超過11GW(吉瓦),位居全球第一。
減碳和零碳技術主要是聚焦在“減少碳排放”,而負碳技術核心在于“增加碳吸收”,就是技術固碳(CCUS),通過人工的手段和方法捕捉空氣中的二氧化碳,然后在存儲及再利用。目前CCUS的主要問題在于成本較高,技術還不夠成熟。
此外,大數(shù)據(jù)分析、云計算、人工智能等數(shù)字化技術也將作為支撐性技術,支持雙碳目標的達成。例如:利用大數(shù)據(jù)分析預測風能的變化,進而調(diào)整風機參數(shù);涉及建筑全生命周期的碳排放數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測;城市基礎設施物聯(lián)網(wǎng)運維平臺等。
3、市場趨勢:綠色經(jīng)濟前景廣闊,傳統(tǒng)行業(yè)加快并購整合
在碳中和的發(fā)展背景下,未來新能源行業(yè),尤其是光伏發(fā)電、風電、水電、核電將迎來高速發(fā)展期,目前光伏發(fā)電成本已經(jīng)下降了90%以上,風電成本下降了70%,到2050年,預計70%的電力都將來自風電和光電,同時由于風電和光電受氣候、地域的影響,供電不穩(wěn)定,因此儲能技術將與其組合使用將形成終極能源提供方案。根據(jù)中金公司預測,到2060年,國內(nèi)風電、光伏發(fā)電、核電裝機將較2019年增長7倍(1660吉瓦)、35倍(7332吉瓦)、7倍(386吉瓦),并催生儲能裝機達到電力裝機的近30%。其中:光伏新增裝機20萬億元,風電新增裝機14萬億元,核電新增裝機5萬億元,儲能新增裝機7萬億元,國內(nèi)清潔能源行業(yè)將受益于總價值102萬億元的綠色能源投資。
綠色建材、節(jié)能技術系統(tǒng)相關的行業(yè)和企業(yè)也將迎來發(fā)展機遇期。其中,建筑節(jié)能玻璃、建筑保溫材料、輕型建筑材料(例如石膏板)預計將有突出表現(xiàn)。根據(jù)賽迪咨詢的預測,2022-2024年中國綠色建材產(chǎn)業(yè)規(guī)模將以15.7%的年均復合增長率快速發(fā)展,到2024年產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望突破17000億元。
根據(jù)2021年中國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中國CCUS年度報告》,2030年碳達峰時,CCUS技術的年二氧化碳吸收量要達到0.2~4.08億噸,2060年碳中和時,要達到10~18.2億噸,而我國目前示范項目加上實驗性項目,總計才達到0.03億噸,與目標還有很大差距,因此CCUS技術的發(fā)展有非常廣闊的市場空間。
同時,對于傳統(tǒng)的鋼鐵、水泥、電解鋁等碳排放大戶將會加速行業(yè)整合。污染大、產(chǎn)能低的企業(yè)或者加速轉型,或者被市場加速出清,而具備規(guī)模效應、技術和資本優(yōu)勢的行業(yè)龍頭將加速收購兼并速度,行業(yè)集中度將加快攀升。
二、建筑業(yè)碳中和發(fā)展進程
建筑行業(yè)是碳排放“大戶”。2021年我國建筑行業(yè)碳排放總量49億噸,占全國碳排放總量的51%,同時,隨著我國城鎮(zhèn)化水平的不斷提高以及“3060”雙碳目標的時間緊迫性,建筑行業(yè)的的碳減排任重而道遠,為此,需要明確降碳減碳的行動路線圖,根據(jù)目標推演以及我國《2030年前碳達峰行動方案》,可看出建筑行業(yè)碳中和大致分為三個階段:即到2035年,建筑部門的煤炭,天然氣消費量達峰,碳排放在2035年左右達峰;2035~2050年建筑部門大幅度降低碳排放;2050~2060年實現(xiàn)深度脫碳。
第一階段(2021~2035年):實現(xiàn)建筑部門的煤炭、天然氣消費量達峰,實現(xiàn)建筑部門碳排放的達峰。
碳中和路徑對應的關鍵策略為提升電氣化率,淘汰家庭煤炭和天然氣使用,提高建筑物能效,優(yōu)化建筑用能結構,大力推廣綠色建材的使用,同時加強大宗固廢綜合利用。
具體策略主要包括:持續(xù)提高建筑節(jié)能設計標準,完善家電能效標準和標簽計劃;推廣光伏發(fā)電與建筑一體化;推廣風能、水電、熱泵、生物質(zhì)能、地熱能、太陽能等,尤其提高分布式光伏發(fā)電和高效生物質(zhì)利用技術在農(nóng)村建筑中的應用。提高建筑終端電氣化水平,建設集光伏發(fā)電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的“光儲直柔”建筑。大規(guī)模翻新老舊建筑。推廣綠色低碳建材,其中在傳統(tǒng)建材方面,嚴禁新增水泥熟料、平板玻璃產(chǎn)能;提高電力、天然氣應用比重,鼓勵使用粉煤灰、工業(yè)廢渣、尾礦渣等作為原料或水泥混合材;加強新型膠凝材料、低碳混凝土、木竹建材等低碳建材產(chǎn)品研發(fā)應用;大力發(fā)展裝配式建筑,推廣鋼結構住宅,強化綠色設計和綠色施工管理。提升建筑與基礎設施智能化水平,推廣供熱計量收費和合同能源管理,開展公共建筑能耗限額管理。推動固廢物質(zhì)再利用,推廣廢棄路面材料原地再生利用。推進秸稈高值化利用,完善收儲運體系,嚴格禁燒管控。
預計該階段,農(nóng)村住宅煤炭使用將逐步被禁止,建筑材料行業(yè)最早在2025年前全面實現(xiàn)碳達峰,水泥等行業(yè)在2023年前率先實現(xiàn)碳達峰。預計到2025年裝配式建筑新增面積達到10.69億平米,建筑部門整體的電氣化率達到50%以上。到2025年,城鎮(zhèn)新建建筑全面執(zhí)行綠色建筑標準。到2025年,城鎮(zhèn)建筑可再生能源替代率達到8%,新建公共機構建筑、新建廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達到50%。到2025年,大宗固廢年利用量達到40億噸左右,到2030年,年利用量達到45億噸左右。2030年綠色建筑面積在新建面積中的占比達90%以上。
第二階段(2036~2050年):大幅度降低碳排放。
以生物質(zhì)、不產(chǎn)生額外碳排放的工業(yè)余熱以及太陽能熱等替代建筑部門的電力需求,繼續(xù)推進建筑行業(yè)電氣化率的提升。
具體策略包括:實現(xiàn)因地制宜的開發(fā)高效的熱泵技術提高供暖電氣化率;進一步提升新建建筑中光伏一體化建筑和被動式建筑比例;繼續(xù)推廣太陽能熱水技術和分布式光伏技術在農(nóng)村和城市建筑中的應用等。預計該階段,2050年北方城市集中供暖系統(tǒng)將實現(xiàn)完全脫碳,新增建筑實現(xiàn)零碳排放;此外,2050年,建筑部門整體的電氣化率將達到85%。住宅和商用建筑的烹飪將實現(xiàn)100%的電氣化。
第三階段(2051~2060年):深度脫碳,實現(xiàn)碳中和目標。
深度脫碳的關鍵在于電力的脫碳和負排放技術(CCUS、BECCS、DACCS)。對于無法實現(xiàn)零碳排放的部分,通過碳匯和負排放技術實現(xiàn)建筑部門的碳中和目標。
三、碳中和技術路徑
總體而言,碳中和技術發(fā)展路線是按照減碳,零碳、負碳來漸次展開。即按照節(jié)能減排技術(減碳)、綠色能源技術(零碳)、新興技術(負碳)和數(shù)字化技術來展開。但值得一提的是:這三個發(fā)展階段并不是按照時間先后順序嚴格區(qū)分的,例如:發(fā)展綠色建筑和太陽能發(fā)電是并行的,而綠色建筑本身也包含太陽能發(fā)電技術。
1、節(jié)能減排技術
(1)電氣化應用
電氣化代替化石燃料的使用是節(jié)能減排的重要手段,到2050年,使用電氣化的減排量預計會占到總減排量的20%,所以建筑行業(yè)全面電氣化改革勢在必行,從手段上來看,取代空調(diào)采暖的分散式的電動熱泵、全電氣化爐灶、電動熱泵熱水器等都是可選方案。
(2)建筑節(jié)能(綠色建筑技術)
主要通過采取綠色建筑的相關技術和材料實現(xiàn)節(jié)能。主要包含:
1)場地的可重復利用技術
例如在建筑密度較高的城市或場所,通過將建筑屋頂種植成綠色花園,建筑體外立面由爬藤植物組成,將整個建筑體“綠色化”。
2)節(jié)約用水技術
在建筑體內(nèi)采用雨水回收與再利用構建系統(tǒng)化的建筑體節(jié)水系統(tǒng),降低了市政給排水的壓力。除了建筑體內(nèi),建筑體外也可以考慮設計下凹式綠地、雨水斷接和景觀水體。例如:對于下凹式綠地,可做好豎向設計,使屋面、地面、廣場的雨水能夠通過重力流的形式進入綠地,最大限度地收納雨水。對于雨水斷接,就是把雨水管接入地面生態(tài)設施,利用這些設施進行入滲;對于景觀水體,除了利用水生動植物對水體進行凈化,還可以通過人工施氯的方式對水體進行凈化。
3)節(jié)能技術
采用自然通風、自然采光、太陽能輻射等節(jié)能技術。比如我國徽派建筑、嶺南建筑通過小天井、閣樓圍合形成通風廊道來實現(xiàn)避暑,中東的建筑通過風塔實現(xiàn)空氣對流來降溫解暑;使用LED燈代替白熾燈實現(xiàn)節(jié)能;家庭空調(diào)使用變頻空調(diào)代替定頻空調(diào);公共建筑空調(diào)采用調(diào)適技術,包括磁懸浮高效冷機、變頻螺桿高效冷機和高效制冷機房系統(tǒng)等。
4)節(jié)能建材
綠色低碳節(jié)能建材具備低能耗、環(huán)保、耐用等特點,目前應用較多的是綠色墻體材料、保溫隔熱材料和綠色裝飾材料。舉例來說,水泥是建筑材料里資源消耗量非常大的建筑材料,而隨著現(xiàn)代材料技術的快速發(fā)展,生態(tài)水泥應運而生,生態(tài)水泥是由火山灰以及鋼鐵渣等廢棄物組成,與傳統(tǒng)水泥材料相比,它能夠在制備過程中減少40%的二氧化碳排放量;玻璃也是主要的建筑裝飾材料,但傳統(tǒng)玻璃既不能隔熱又不能保溫,而真空玻璃就具備隔熱、保溫、降噪的功效,綠色真空玻璃還能夠利用太陽光對室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié),進而減少空調(diào)和取暖設備的使用;漢麻混凝土可以用生物纖維等綠色環(huán)保材料替代石灰石原料,降低水泥熟料系數(shù);高延性混凝土(HDC)與超高性能混凝土(UHPC)可以通過加入不同新型材料提高混凝土硬度,提高耐久度。目前,綠色建材已經(jīng)在廣泛推廣使用,預計2025年綠色建材應用比例約將達到60%。發(fā)展方向上,能源節(jié)約型的綠色建筑材料(生產(chǎn)過程中降低能耗)和資源節(jié)約型的綠色建材(資源與材料的減少使用)將是節(jié)能建材應用主流。
(3)裝配式建筑
裝配式建筑因為采取預制部件集成的建筑,因此可以實現(xiàn)標準化大生產(chǎn),可以節(jié)省大量腳手架、木材、模板等資源的使用,并大幅度減少建筑廢棄物的產(chǎn)生,全生命周期減碳目標相對于常規(guī)性的施工方式,減碳排放超過40%,預計到2025年,裝配式建筑相較于現(xiàn)澆建筑可減少碳排放2663萬噸。
(4)建筑垃圾回收再利用
對于建筑物拆除產(chǎn)生的廢棄物進行回收與再利用,例如:對于碎石類、土石方類建筑垃圾,可采用地基填埋、鋪路等方式提高再利用率。對于混合類建筑垃圾,比如水泥硬塊和房屋拆除物等,可以通過顎式移動破碎機進行破碎篩分(水泥硬塊、鋼材等),再用于混凝土生產(chǎn)的原材料或道路基礎回填骨料等。
(5)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展體系
通過材料的節(jié)約使用、回收再利用等手段實現(xiàn)低碳環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展道路。例如:采用抗沖切剪刀釘系統(tǒng)技術,使得建筑樓層更薄但更安全可靠,并能夠減少混凝土的使用量。
此外,建筑行業(yè)如果能和其他行業(yè)互通互聯(lián),共同發(fā)展,也將帶來更多的低碳發(fā)展空間,例如:服裝行業(yè)里部分廢舊的紡織品(棉、麻、毛類紡織品、混紡類紡織品、單一成分的合成纖維類廢舊紡織品等)通過物理、化學再利用技術,可應用于制造地板,防水卷材,保溫材料等建筑材料。
2、綠色能源技術
(1)建筑光伏發(fā)電
是將建筑體與光伏發(fā)電相結合的能源利用方式,太陽能電池連接并封裝在不同的基材上構成組件,組件經(jīng)串并聯(lián)方式組成光伏方陣,光伏方陣輸出的直流電經(jīng)經(jīng)過直流匯流、逆變,轉變?yōu)榻涣麟姴⑷腚娋W(wǎng)。光伏發(fā)電技術可以分為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng),而并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是分布式光伏發(fā)電的重要形式,并按照與建筑的結合方式,分為光伏建筑集成(BIPV)和光伏建筑附加(BAPV),光伏發(fā)電是21世紀最具前途的綠色清潔能源,節(jié)能效益非常明顯,尤其是BIPV更是市場熱點。
(2)風能
建筑體可以消納周邊的風力來實現(xiàn)能源供應。例如廣州的珠江城大廈,在建筑體內(nèi)設置風力發(fā)電機,借助于風力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電,珠江城大廈每年可實現(xiàn)發(fā)電10萬度。風力發(fā)電在偏遠地區(qū)應用更為適宜,通過風力發(fā)電機,并借助儲電系統(tǒng)將風能儲存起來,在用電量超負荷時啟用風能發(fā)電。
(3)生物質(zhì)能
主要用在供熱和供電,包括沼氣、生物質(zhì)發(fā)電、燃料乙醇、生物柴油等。生物質(zhì)能應用技術有兩類:一是將生物質(zhì)能轉化為電力,二是生物質(zhì)能轉化為優(yōu)質(zhì)燃料,比如油和氫等。生物質(zhì)能分布分散,來源廣泛,但在整個建筑市場中針對生物質(zhì)能的應用率并不高,因此其未來應用潛力很大。目前有應用生物質(zhì)天然氣為建筑體供氣,生物質(zhì)能冷熱電聯(lián)產(chǎn)為建筑體供電、供熱和制冷等。
(4)地熱能
地熱能是存儲于地球內(nèi)部的巨大清潔能源。目前我國地熱資源可采儲量是煤炭的2.5倍,因此地熱能正日益受到各經(jīng)濟領域的重視,其中也包括建筑行業(yè),尤其是地源熱泵技術,能開發(fā)利用蘊藏在淺層地下的地熱能源以滿足建筑體的供暖和供電需求。
(5)光儲直柔
有望成為零碳能源的重要支柱。“光”是指利用建筑表面發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng);“儲”是用電低谷時將剩余電量進行儲存、用電高峰時釋放電量;“直”是采用直流供電系統(tǒng)來代替交流供電系統(tǒng);“柔”是指柔性調(diào)節(jié)建筑體的用電需求。“光儲直柔”實現(xiàn)了建筑用電的自主調(diào)節(jié),降低了用電量,促進了綠色減碳。2021年6月,首個“光儲直柔”示范項目——中建綠色產(chǎn)業(yè)園辦公樓投入運營,該項目每年節(jié)約用電超過10萬千瓦時,相當于節(jié)約標準煤約33噸,減少碳排放超47%。
(6)氫能建筑
利用氫能實現(xiàn)發(fā)電、供熱等能源需求,其本質(zhì)是基于燃料電池熱電聯(lián)系統(tǒng)的綠色氫能的高效利用,其中儲氫技術是關鍵。日本開發(fā)了一種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),通過天然氣制取氫氣,再將氫氣注入燃料電池中發(fā)電,發(fā)電時產(chǎn)生的熱能還可以供應熱水和供電,資源利用率可達90%。我國株洲高新區(qū)動力谷自主創(chuàng)新園,以“基于合金儲氫的燃料電池動力系統(tǒng)技術”為核心,實現(xiàn)能源利用率85%。
(7)儲能技術
儲能技術就是通過設備將產(chǎn)生的能量存儲起來,在需要時再進行釋放的技術,儲能技術是解決可再生能源間歇性和不穩(wěn)定性的重要舉措,對實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。儲能技術有很多種:抽水儲能、壓縮空氣儲能、化學電池(鋰電子電池、鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池儲等)、超級電容器、飛輪儲能、超導儲能等。目前除了抽水儲能,其他儲能技術還未實現(xiàn)大規(guī)模應用,主要原因在于技術不成熟和成本過高。因此未來的儲能技術,將采用智能化系統(tǒng)控制、儲能技術優(yōu)化、復合儲能系統(tǒng)組合應用的方式來實現(xiàn)。例如:將超級電容器和蓄電池組合使用的復合儲能系統(tǒng)就能實現(xiàn)高功率和高儲能容量。根據(jù)2021年7月國家發(fā)改委、國家能源局下發(fā)的《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》,到2025年,我國將實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉變,累計裝機規(guī)模30GW以上,2030年實現(xiàn)全面市場化發(fā)展。
3、新興技術
(1)碳捕捉、利用、封存CCUS
CCUS按照技術流程分為為二氧化碳的捕集、輸送、利用與封存。捕集是將CO2分離出來,輸送是將CO2運送到可利用或封存場地的過程;利用是指資源化的利用過程(地質(zhì)利用、化工利用、生物利用等);封存是指將捕集的CO2注入深部地質(zhì)儲層,實現(xiàn)CO2與大氣隔絕。CCUS是實現(xiàn)化石能源低碳化唯一技術選擇,是鋼鐵水泥低碳化可行性技術選擇。總體來看,CCUS是未來實現(xiàn)碳吸收的終極趨勢,有海外機構預測,CCUS有望解決全球62%的二氧化碳排放。
從技術發(fā)展成熟度來看,目前CCUS的技術發(fā)展瓶頸主要在碳捕捉階段,而該階段的核心問題是技術水平要求高、成本高,解決碳捕捉的成本問題是實現(xiàn)CCUS的商業(yè)化的關鍵因素。目前我國CCUS技術能力相對落后,只有一個大型CCUS項目在投資建設,就是內(nèi)蒙古包鋼集團的CCUS全產(chǎn)業(yè)鏈示范工程,該項目總投資25億元,有望成為我國的CCUS發(fā)展的樣本工程。
從技術發(fā)展階段來看,針對碳捕捉,第一代技術(燃燒后捕集技術、燃燒前捕集技術、富氧燃燒技術)發(fā)展較快,但缺乏廣泛應用的示范性工程經(jīng)驗;第二代技術(如新型膜分離技術、新型吸收技術、新型吸附技術、增壓富氧燃燒技術等)仍處于實驗室研發(fā)或小試階段,技術成熟后其能耗和成本會比成熟的第一代技術降低30%以上,有望于2035年前后實現(xiàn)大規(guī)模推廣應用。針對碳輸送技術,罐車和和船舶運輸已達到商業(yè)化應用階段,海底管道運輸尚處于研究階段;針對碳利用和封存技術,地浸采鈾技術已經(jīng)達到商業(yè)應用階段,EOR(強化石油開采)已處于工業(yè)示范階段,EWR(強化咸水開采)已完成先導性試驗研究,ECBM(驅替煤層氣)已完成中試階段研究,礦化利用已經(jīng)處于工業(yè)試驗階段,強化天然氣、強化頁巖氣開采技術尚處于基礎研究階段。
(2)生物質(zhì)能碳鋪集、封存BECCS
屬于CCUS的細分類,該項技術發(fā)展的問題也是成本較高,目前技術水平也不成熟。但從碳潛力和碳成本綜合來看,其未來有較大的發(fā)展?jié)摿Γ型蔀闇p碳的關鍵性技術。據(jù)國際能源署預計,到2050年和2070年,BECCS技術將抵消全球能源碳排放的7%(10億噸二氧化碳)和30%(27億噸二氧化碳)。技術方面,目前很多先進的生物質(zhì)能利用技術,如纖維素乙醇、F-T合成生物燃料和生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術,都屬于研發(fā)示范階段,大規(guī)模使用還有待時日。
(3)直接空氣碳捕獲與封存DACCS
屬于CCUS的細分類,成本高于BECCS。目前DACCS的一噸二氧化碳的封存成本約200美元,而CCUS只有約70美元,因此降本是DACCS廣泛使用的最大障礙。技術方面,DAC需要兩個過程:吸收/吸附大氣中的二氧化碳,以及從吸收/吸附劑中分離CO2。而開發(fā)出高效、低成本、耗能少的過濾器/過濾溶液/吸附材料是關鍵(目前尚屬研發(fā)階段),此外,改進空氣捕集裝置,提高CO2捕集率也是技術突破與降低成本的關鍵。目前全球只有15家DACCS工廠,例如:加拿大的CarbonEngineering公司通過使用堿性溶液捕獲CO2,然后將該混合溶液加熱至高溫以釋放CO2,以便將其儲存。瑞士Climeworks技術在小型模塊化反應器中使用胺吸附劑來捕獲二氧化碳,總體來說,DACCS的發(fā)展?jié)摿Ψ浅4螅€有很長的一段商業(yè)化道路要走。
4、數(shù)字化技術
建筑產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉型對于實現(xiàn)“雙碳”目標至關重要,尤其是當前前沿的數(shù)字化技術(5G、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡等)在應用,將全面改造建筑企業(yè)的發(fā)展模式和運行邏輯。例如:通過數(shù)學建模、仿真優(yōu)化,同時結合機器學習、專家系統(tǒng),全面優(yōu)化企業(yè)的業(yè)務運營(節(jié)省材料物資的使用、降低成本、降低能源消耗、降低運營支出),例如:在規(guī)劃設計階段,可以利用人工智能分析和生成總平圖;在施工階段,人工智能可以協(xié)助現(xiàn)場施工,并進行項目管理,比如通過人工智能進行各種材料測試、材料清單檢查和設備檢查,并實時監(jiān)測現(xiàn)場材料使用,并提示做好安全防護措施等,龍頭房企碧桂園已經(jīng)開發(fā)出了智能隨動式布料機、混凝土機器人、外墻噴涂機器人、外墻錯臺打磨機器人等多款機器人及輔助職能設備,極大的提升了施工作業(yè)效率。
四、結語
到2030年達到碳達峰之際,在不到8年的時間里,我國將初步建立清潔能源發(fā)展體系,產(chǎn)業(yè)結構取得重大調(diào)整,一大批綠色低碳技術將大規(guī)模應用推廣,建筑業(yè)等重點耗能行業(yè)的能源利用率將達到國際先進水平;到2060年達到碳中和之際,我國非化石能源比例將由現(xiàn)在的20%提高到80%,由此可見,我國雙碳目標的實現(xiàn)有著巨大的挑戰(zhàn)性,目前,在國家層面,“中國科學院科技支撐碳達峰碳中和行動計劃”的戰(zhàn)略性科技發(fā)展舉措已經(jīng)啟動,同時結合各行業(yè)轉型發(fā)展的迫切壓力,相信相關科技創(chuàng)新和技術變革將加快突破、發(fā)展和推廣,各行業(yè)人員也會加快行動。相信不久的將來,我國的雙碳目標定會順利實現(xiàn)。