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解析:光伏建筑推进绿色建筑发展
日期:2016-11-03   [复制链接]
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1 建筑能耗现状

随着《京都议定书》的正式生效,实现环境保护的可持续发展成为全球最强的呼声。作为世界第二大经济体的中国已经在2014年的APEC大会上向世界承诺:“到2020年,GDP二氧化碳排放比2005年下降40%—45%,非化石能源占一次能源消费的比重到15%左右,到2030年碳发放达到峰值”。虽然中国仍然是发展中国家,却一直努力承担着与自身角色相当的节能减排义务,而作为能耗大户的建筑,更是中国长期节能减排的重要领域。因此,如何降低建筑能源消耗,提高能源利用效率,实施建筑节能,是我国可持续发展亟待研究解决的重大课题。总结我国建筑能耗的现状有以下几个特点:

(1)能源总量消耗大

从2002年到2014年,我国能源消费占世界总量的比重已经由12.7%迅速攀升到29.63%,已超过美国成为世界上最大的能源生产和消费国。巨大的化石能源消耗带来的是大量温室气体的排放,给环境带来了巨大压力。

能源问题的增长与建筑能耗的升高有着密不可分的关系。在过去20年,中国建筑能耗增加了40%,而这使得中国成为仅次于美国的建筑能耗大国。

(2)占社会总用能总量比例大

西方发达国家,建筑能耗占社会总能耗的30—50%;我国建筑能耗目前已占社会总能耗的30%左右,并有逐步提高到35%的趋势。2014年全国能耗消费总量为38.4亿吨标准煤,而建筑能耗约为11.5亿吨;若加上建筑的建造及建筑材料生产过程产生的能耗,建筑全寿命周期合计占全社会总能耗的45%以上;由此可见中国建筑能耗是巨大的。

(3)能源对外依存度高

“富煤、贫油、少气”是我国能源资源最基本的国情。我国煤炭资源储量虽然高,但人均占有量极少。近年来我国的能源需求量、消耗量逐年上升,能源对外依存度也逐年上升,2014年我国石油生产2.1亿吨,但对外依存度已经达到59.6%;天然气市场供需1860亿立方米,对外依存度达30%。

(4)未来仍有可能有较大增长。

2014年3月16日,我国发布《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》,提出稳步提升我国城镇化水平和质量,其目标是到2020年底,我国常住人口城镇化率达到 60%。城镇化的发展将拓展城市新增住宅建设市场。目前,我国常住人口城镇化率约为54%,2020年前我国将有约1亿左右农业转移人口和其他常住人口在城镇落户,与此同时,大量的城市陈旧住宅也会在这段时间完成更新,所有这些势必带来更大的建筑需求。据测算,到2020年我国城乡既有建筑面积将增加到约690亿㎡,而这些建筑必然会消耗大量宝贵的能源资源。

2 光伏发展现状

为缓解迫在眉睫的能源危机,我国已在大力发展以太阳能为代表的可再生能源。据有关统计表明,全国陆地每年接收的太阳辐射能相当于24000亿吨标准煤,如果按陆地面积的1%、平均转换效率按20%计,一年可提供的能量达48亿吨标准煤,相当于2006年全国一次能源消费量(24.6亿吨标准煤)的两倍。目前,我国光伏行业发展状况主要表现为以下几点:

(1)产业化规模扩大

近年来,我国光伏产业快速发展,光伏电池制造产业规模迅速扩大,市场占有率位居世界第一位,光伏电池制造达到世界先进水平,多晶硅冶炼技术日趋成熟。有关统计显示,2013年全国光伏组件(词条“光伏组件”由行业大百科提供)总产能达到42GW,组件产量27.4GW,约占全球总产量的63.7%。

(2)光伏装机量剧增

在光伏应用方面,自2009年国家财政部等三部委采取“财政补助、科技支持和市场拉动方式”实施“金太阳示范工程”以来,我国累计实施了4期“金太阳示范工程”项目,设计装机总量超过6GW,推动了我国光伏应用市场的快速崛起、发展。据国家能源局统计,2013年我国新增光伏装机容量达12.92GW,新增装机容量首次跃居世界第一位,累计装机容量近20GW,成为全球发展最快的光伏应用市场。

2013年,国家发展改革委相继发布《分布式发电管理暂行办法》、《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》的等分布式光伏发电的产业推动政策,但实际实施效果并不明显。

(3)地区性分布失衡

由于中国特有的地理条件、日照条件以及人群居住分布等情况的制约,我国光伏发电装机总容量的70%是位于西部偏远地区的集中式大型光伏地面电站。我国能源供需分布不均衡,全国可开发水力、煤炭资源的八成分布在日照充足的西部,工业基地与人口密集地区却分布在能源短缺东部和中部。西部地区连本身既有的水电都无法消耗,只有依赖建设周期长、投资庞大、传输线损巨大的远距离西电东送。但远水难解近渴,导致西部电站并网难度增大,无法保证足额发电,大量电站被迫选择隔天发电,弃电现象严重。同时,一旦大电网出现大面积停电事故对于经济造成的损失巨大。

3 建筑分布式光伏发展现状

分布式能源在欧美等发达国家已经得到迅速发展,如丹麦、芬兰、挪威等北欧国家,分布式发电装机容量已超过总装机容量的30%,德国也达到了20%,其中80%的装机来自屋顶电站,美国已有6000多个分布式能源站,占装机总量的7.8%;分布式能源发电量占比在丹麦已达53%。

虽然分布式发光伏发电在我国起步较晚,但靠着其自身的诸多优势,正逐步受到各界的重视。然而,由于实践经验较少,在分布式光伏发电的发展过程中也遇到了一些问题。例如,我国虽然已经把分布式光伏发电在十二五能源发展规划中的10GW调整为35GW。其中,2013年全国新增分布式光伏装机容量为0.8GW,2014年全年计划新增光伏备案总规模14GW,分布式8GW,占光伏发电新增装机规模的近60%。然而,由于对市场了解不充分、预测不足、投资环境不可靠、融资困难等原因,分布式的发展速度低于预期计划,最终完成的不足3GW。

4 分布式光伏在建筑中的应用特点

随着光伏发电技术的日趋成熟,我国的光伏发电行业也在极速的发展,越来越多的光伏工程项目如雨后春笋般装机并网。我国作为人口大国,国土资源却极为稀缺。因此,分布式光伏应用的重点,不应该以占用大量土地资源的地面电站为主,而是与建筑物结合的应用形式为主,包括应用在建筑物的屋顶、墙壁、幕墙等建筑外立面(词条“建筑外立面”由行业大百科提供)上。

那么什么是光伏建筑呢?在国外,光伏建筑发展其实有两种概念:光伏系统与建筑集成(BAPV)—Building attached photovoltaic, 以及光伏建筑一体化(BIPV)-- Building integrated photovoltaic。通常的理解为:对于光伏系统与建筑物实行一体化的规划、设计、制造、安装和使用的与建筑良好结合的系统为BIPV。反之,简单的附着在建筑上,只具有发电功能的则为BAPV。而我们则理解为可以与建筑维护结构浑然一体,不可分割且不影响维护结构的其它功能,如美观性、安全性、采光性、通风性、舒适性、水密气密性等等的系统才能称之为真正的BIPV系统。在中国无论是BAPV还是BIPV我们都称之为光伏建筑,就是将光伏系统集成到建筑中的一种建筑主动式供能技术。

光伏建筑应用主要适用场所不仅仅是各类建筑物(如城市和农村的建筑屋顶、高耗能企业厂房等),还有公共设施和构筑物。可广泛的适应于住宅、商业大楼、学校、医院、机场、铁路站台顶棚、公交车站顶棚以及工厂车间的屋顶,同时还可作为建筑结构的功能部分,取代部分传统建筑构件如屋顶板、瓦、窗户、建筑幕墙(词条“建筑幕墙”由行业大百科提供)、遮雨棚等,形成分布式光伏发电系统,即发即用满足电力用户的部分用电需求,降低建筑能耗。

据统计,目前国际上分布式光伏发电系统占光伏发电的比例一般都达到67%左右,德国、美国、日本等主流国家的分布式光伏发电所占比例更是高达80%以上,与之相比,中国分布式光伏应用比例较低。而光伏主流国家经验表明,分布式光伏才是光伏行业的主战场,虽然国内市场目前仍以大型电站占绝对主导,但是未来分布式光伏潜在成长空间巨大。

5 分布式光伏在建筑中应用的优势

从建筑、技术和经济角度来看,分布式光伏在建筑中应用具备以下诸多优点:

(1)分布式光伏可在既有建筑上安装和规划,光伏组件可以有效利用围护结构表面,如屋顶或墙面,无需额外用地或增建其他设施,不需要进行土地规划和开发,且还可以满足特殊移动电源的需求,适用于人口密集的地方使用,这对于土地昂贵的城市尤其重要。

(2)分布式光伏在建筑中可原地发电、原地用电,在一定距离范围内可以节省电站送电网的投资,同时可大大降低电能在传输线路及变压器上的损耗,避免传统电力输送时的电力损失。在那些架起公共电网非常昂贵的地方。太阳能光伏发电是一个具有很高性价比的替代物。

(3)夏季白天,建筑处于高温与日照下,大量制冷设备的使用形成电网用电高峰,此时亦是光伏发电的高峰时段。分布式光伏并网系统除保证自身建筑全部或大部分用电外,还可以向电网供电,从而舒缓高峰电力需求,解决电网峰谷供需矛盾,这对于用电高峰期电力紧张的地区及无电地区极为重要,具有极大的社会效益。

(4)由于光伏阵列安装在屋顶和墙壁等外围护结构上,吸收的太阳能转化为电能,大大降低了室外综合温度,减少了墙体得热和室内空调冷负荷,既节省了能源,又利于保证室内的空气品质。

(5)在当今世界推崇的绿色建筑、超低能耗建筑、(近)零能耗建筑中,仅依靠节约降低能耗是不够的,需配备主动产能的设施,采用分布式发电是其中最直接也是效率较高一种方式。

(6)随着颜色各异、造型各异的光伏模块的诞生,不仅节约了昂贵的外装饰材料(玻璃幕墙、屋顶瓦片等),而且使建筑外观更具有魅力。

(7)由于光伏组件的模块化,光伏阵列安装起来很简便,而且可以根据建筑面积任意选择发电容量。分布式光伏安全可靠性高,特别适合远离大电网的边远农村、牧区、山区供电以及用电需求量非常大的城市地区。可根据地区的电力需求量设置不同发电容量的分布式光伏电站。

(8)建筑中分布式光伏的建设过程污染小,环保效益突出,避免了由于使用一般化石燃料发电所导致的空气污染和废渣污染。项目在发电过程中,没有噪音,也不会对空气和水造成污染。这对于环保要求越来越高的今天和未来是至关重要的。

从我国分布式光伏的发展来看,分布式光伏应用于建筑在我国有很明显的发展优势:

首先,我国的地域辽阔,可利用建筑面积数量极大。据住建部相关统计,截止2013年末,全国村镇实有房屋建筑面积373.69亿平方米,其中住宅313.31亿平方米,公共建筑24.28亿平方米,生产性建筑36.10亿平方米。屋顶的光伏安装潜力可达到2.5亿千瓦以上。而我国的建筑面积也逐年的急速增加,这对分布式光伏的建设提供了更开阔的市场前景。

其次,比起集中式电站,分布式光伏系统在建设位置选取、电能传输与规划、数据监控等方面具备明显优势,因此在世界范围内得到了广泛应用。分布式光伏的装机量占光伏发电的比例在美国已经超过了83%,而中国仅为30.3%。据光伏主流国家经验表明,分布式光伏才是光伏行业的主战场,国内市场目前仍以大型电站占绝对主导,未来分布式光伏潜在成长空间巨大。这说明中国分布式光伏的发展空间有待提高,应汲取成功者的经验,合理开发使用分布式光伏发电在建筑中的市场。

再者,根据彭博新能源财经的项目数据库统计,中国已超越德国,首次成为全球第一大光伏市场。光伏产品的价格优势明显,供应量也十分充沛,完全可以满足国内项目开发建设的需求,还可大量出口到国外市场。

6 市场前景分析

根据彭博新能源财经的项目数据库统计,中国已经成为仅次于德国的全球第二大光伏应用市场,并将在2015年成为全球第一大市场。根据中国能源局2015年1月16日发布的消息,2014年全社会用电量,并网太阳能累计达到26.52GW,同比增长67%。

从国际经验和国内发展状况看,分布式光伏发电代表着光伏产业未来的发展方向,拥有广阔的前景和光明的未来。2013年,我国(大陆地区)多晶硅产量达到8.46×104t,硅片产量为29.5GW,光伏电池产量为25.1GW,组件产量为27.4GW,均居世界榜首;同时,新增光伏装机容量12.92GW,新增装机容量首次跃居世界第一位,成为全球发展最快的光伏应用市场。

我国的光伏产业量虽然跃居世界首位,但是分布式光伏的发展力度还不够,市场仍在快速增长,数量巨大的建筑资源有待充分的利用。据国家住宅与住宅环境工程技术研究中心推算的数据,2020年我国建筑总面积将达到700亿平方米,其中可利用的南墙和屋面面积为300亿平方米,按照可用面积的20%用于安装光伏系统计算,届时可安装光伏的建筑面积约为60亿平方米。根据每20平方米安装1kW光伏系统进行计算,2020年建筑光伏最大装机容量可高达3亿kW。按中东部地区年平均利用小时数为1200小时,则2020年建筑光伏发电量约为3600亿kWh,约相当于4.5个三峡电站的全年发电量(按三峡电站2013年全年发电量828.27亿度计算)。

在欧美不断掀起双反等措施的背景下,分布式光伏发电将会越来越多地得到普及,从而创造一个充满活力与商机的新兴市场,带来良好的经济和社会效益。 
 
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来源:中国幕墙网
 
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