建筑电气化及其驱动的城市能源转型路径

导 读

深圳市建筑科学研究院在能源基金会的资助下发布了《建筑电气化及其驱动的城市能源转型路径》，探索了中国建筑电气化现状、趋势以及政策建议。

中国建筑电气化进程持续快速发展

截至 2017年，建筑用电量占全社会用电量26%，人均建筑用电量达 1186kWh，建筑电气化率 48%。对比 2001年的指标， 人均建筑用电量增长了4倍，建筑电气化率提高了29%。

中国建筑人均用电和建筑电气化率

来源：《建筑电气化及其驱动的城市能源转型路径》

中国各省市的电气化进程差异明显

建筑人均用电量与各地居民的消费水平强相关，北京、上海等一线城市的建筑人均用电量接近 3000kWh，是全国平均水平的 2 倍有多。另外，由于南北供暖需求的差异，建筑电气化率的南北差异较为明显。

中国建筑人均用电量距发达国家有明显差距

中国的建筑人均用电量距离欧美发达国家还有一定差距，中国的建筑电气化还有很大的增长潜力。但是这并不意味着中国未来的建筑人均用电量就不一定会增长到欧美国家的水平，还应考虑到用能模式的差异和能效水平的提升。

需求侧：建筑用电量和建筑电气化率提升

用电量的自然增长

建筑用电量与居民消费水平强相关，因此随着人们生活水平的提高，电器数量加使用强度均会自然增长。如果未来全国平均用电量水平向目前一线城市看齐，建筑人均用电量约 2800kWh，那么全国建筑用电量将超过4 万亿kWh。与此同时，建筑节能政策的延续会持续降低建筑供暖能耗强度，几乎抵消北方地区建筑供暖面积增加导致的能耗增长。此消彼长，建筑电气化率也会自然增长。

生活热水电能替代

对于居住建筑和公建建筑的集中式生活热水系统，由于存在热损失大的问题，采用分散式电热水器能够有效实现节能，并且促进可再生能源的利用；对于公共建筑的生活热水系统，将其从蒸汽供热系统中独立出来，采用高效电热泵作为替代热源，具有显著的节能效益。

北方城镇供暖电能替代

北方城镇集中供热管网普及，是充分利用城市内部或周边的热电联产和工业余热的基础。这些热源比电热泵等电供暖电气化技术更加高效和经济，应该作为城镇集中供暖的优选热源。再考虑到冬季光电、水电等可再生能源量减少的问题，供暖电气化技术主要用于补充供热缺口，可以在城镇集中供热中占据一定比例，但不应过分追求完全电气化。

北方农村供暖电能替代

北方农村推广空气源热泵等采暖电气化技术是替代散煤、减少大气污染物排放的有效途径。然而，单纯“煤改电”而不增强建筑保温性能会导致农户用电成本增加和农村配电网增容承压。从提高室内舒适度、降低农户的采暖成本、保障电力安全等角度出发，农村采暖电气化应该与建筑围护结构保温、建筑需求响应技术共同实施。

炊事电能替代

一方面随着城镇居民越来越多地选择在外用餐，炊事能耗从住宅向公建转移，因此需要更多关注公建炊事电气化；另一方面，居民用户的炊事习惯改变是住宅炊事电气化的难点，需要加以引导，同时推广高效电炊具，通过效率差解决价格差。

建筑电气化率提升技术途径

来源：《建筑电气化及其驱动的城市能源转型路径》

供给侧：“光、储、直、柔” 建筑新型供配电技术

建筑新型供配电技术的特征

“光”指的是在建筑场地内设置的分布式光伏发电装置，“储”在供配电系统中主要是储能电池，“柔”则是具有可调节、可中断特性的智能建筑用电设备，包括智能空调、智能照明、智能充电桩等智能化设备，“直”是指低压直流配电系统。

建筑新型供配电技术的特征的优势

“光、 储、直、柔”建筑新型供配电系统与建筑传统供配电系统相比具有显著的差别，一方面是源、 储、 荷的布局从分离到融合；另一方面终端建筑的用电需求也将从原来的刚性需求（用户用多少、电网供多少）转变为柔性需求（可中断、可调节）。另外，低压直流配电技术的应用使建筑供配电系统简单化，促进能效提升、可靠性提高和能量智能化控制的发展。

“光储柔直”建筑新型供配电技术

来源：《建筑电气化及其驱动的城市能源转型路径》

建筑电气化促进低碳发展和产业升级

2050年建筑电气化率超过90%，才有可能实现碳中和或1.5度目标。基于LBNL的建筑用能模型，本项目建立了建筑电气化情景。在建筑用能需求合理增长的前提下，建筑电力系统至少达到双 90%（即建筑电气化率90%，建筑电力供给中非化石比例 90%），同时大力推进建筑节能工作，建筑碳排放量才有可能降到5.5亿吨左右，基本满足巴黎协定2度目标的要求。而要想实现碳中和或1.5度的目标，则必须实行更激进的建筑电气化和建筑能耗总量控制政策。

2030 年建筑碳排放达峰。在电气化情景下，建筑碳排放量预计在 2030年达到高峰，建筑碳排放峰值为21亿吨二氧化碳。

大气污染物有效控制。在电气化情景下，2050年NOx和SO2排放量相比2020年分别减少了82%和 83%，相比基准情景分别减少了75%和77%。

促进建筑供配电产业升级。“光储柔直”新型建筑电力系统发展将带动其核心技术包括分布式光伏、分布式蓄电、建筑直流配电、柔性建筑能量管理、能源互联网等技术的发展。

建筑电气化的政策建议

明确建筑电气化目标。在能源、电力、可再生能源、应对气候变化、节能减排、建筑节能与绿色建筑等专项规划中予以体现。

完善技术标准规范。组织编制直流建筑、电网友好型建筑、能源互联网用户侧技术等建筑电气化相关的技术标准规范。

加强建筑电气化技术研究。研究分布式光伏、分布式蓄电、柔性用电负荷、建筑低压直流配电等技术的“光储直柔”建筑新型供用电系统。

加强建筑电气化机制研究。研究适应分布式能源和储能发展的电价机制，建筑与电动车充电桩的协同设计运行技术、建筑与城市电网的交互技术和补偿机制。

推动示范工程建设。设立新型电气化技术应用试点，规划实施高效电能替代技术和建筑新型供配电技术，试行新的政策机制。

扶持建筑新型供配电技术产业链发展。在建筑直流配电、建筑储能等产业发展前期给予财政补贴支持。

激励建筑电气化的利益相关方。加强宣传增强重要性高且影响力强的主体对于建筑电气化行业发展路径和目标的理解；加强引导重要性高但影响力弱的主体有序参与到建筑电气化过程。

□来源 |深圳建科院

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