珠海横琴供电局线路工区大楼碳中和建筑实施路径研究

魏国艳 葛鑫 陈建福 李敏 曾杰 李建标 蔡宏彪 刘加根 WEI Guoyan GE Xin CHEN Jianfu LI Min ZENG Jie LI Jianbiao CAI Hongbiao LIU Jiagen

在双碳目标推动下，建筑既需提高自身减碳能力，又需挖掘负荷柔性调节能力及与城市电网进行友好互动的能力。为打造碳中和建筑示范项目，珠海横琴供电局线路工区大楼基于当地气候特点，积极采取节能降碳技术以实现建筑低能耗运行，降低建筑自身碳排放。同时应用光储直柔系统，配置适量储能设备，提高建筑柔性负荷调节能力及电网互动能力，并结合碳抵消措施实现净零碳运行。

碳中和；建筑节能；电力交互

0 引言

我国民用建筑运行能耗占全国能源消耗的21%，其产生的碳排放占全国碳排放的19%，可见，建筑领域是实现全国“双碳”目标的重要领域[1]。为有序推进碳中和建筑实践与高质量发展，中国城市科学研究会及中国房地产业协会组织编制《碳中和建筑评价导则》（第一版），为建筑碳中和路径与结果提供评价依据，进而推动建筑提高自身碳减排能力，鼓励建筑应用可再生能源，引导建筑领域碳中和技术的创新发展，为社会整体碳中和作出贡献[2]。

在“双碳”目标驱动下，未来新型电力系统将逐渐以新能源供给为主体，但新能源供给电力具有波动性，供给侧与终端侧需求难以匹配。建筑作为新型电力系统的重要终端用户，既需提高自身碳减排能力，又需具备柔性用能能力，且可主动适应新型电力系统变化特点，以实现建筑与电网之间的友好互动，帮助解决电网供需平衡与调节问题[3]。

光储直柔技术是实现建筑领域碳中和的重要技术路径[4]。通过发展屋顶光伏等分布式可再生能源，挖掘建筑区域的各类储能调蓄资源，利用直流供配电技术提高建筑自身减碳能力，同时实现与电网友好的柔性能量交互。

珠海横琴供电局线路工区大楼在碳中和目标推动下提高自身减碳能力，同时挖掘负荷柔性调节能力及与城市电网进行友好互动的能力，为碳中和提供可行路径。

1 项目概况

珠海横琴供电局线路工区大楼位于广东省珠海市横琴新区风吹罗带路东侧、祥顺路南侧、祥云路北侧。项目总用地面积8887.05m2，总建筑面积14047.17m2，地上建筑面积10863.02m2，地下建筑面积3184.15m2，地上8层，地下1层，建筑高度33.61m。项目采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，包括办公室、会议室、餐厅、值班室等主要功能用房（见图1）。

1 项目实景

为打造碳中和建筑示范，项目开展相关技术研究，提出适用于建筑碳中和的实施路径与技术路线。基于被动优先、主动优化、积极应用可再生资源的设计原则，项目在满足室内环境参数基础上，顺应气候特征与场地条件，利用被动式设计降低空调、照明需求；通过主动式技术提高能源设备与系统效率，降低能源消耗。结合能源管理系统监测建筑运行能耗，充分利用可再生能源、蓄能、碳汇及碳抵消措施，使建筑全生命周期内减碳量大于或等于建筑运行过程全部碳排放量，进而实现碳中和。

2 碳中和实施路径

2.1 需求侧降碳措施

需求侧降碳是推进绿色低碳发展的首要任务。根据项目所在地域气候特点，综合采用多项节能降碳措施，共降低建筑能耗410781kW·h/a，减少碳排放262.04tCO2/a，从而在建筑需求侧控制碳排放强度。

项目位于夏热冬暖地区，长夏无冬且夏季高温高湿，空调供冷时间较长，空调系统能耗普遍偏高。项目在保证室内舒适度的同时，注重建筑隔热通风性能，进而缩短空调供冷时间，减少空调供冷负荷[5-6]。根据气候特点，项目采用多项被动式节能技术，提升了围护结构热工性能。设置天窗与中庭，促进热压通风，采用光导管为地下空间引入自然采光，降低建筑空调、照明系统用能需求，同时采用高效冷源机组与直流系统进行节能降碳（见图2，3）。项目需求侧降碳措施如表1所示。

表1 需求侧降碳措施

2 天窗

3 光导管

为实现一体化管理，项目搭建零碳建筑能量管理系统(见图4），对建筑系统运行能耗进行数据采集，并对运行状态进行实时监控，保证项目低能耗稳定运行。根据能量管理系统数据统计，项目运行能耗强度为42.87kW·h/（m2·a），相较于GB/T 51161—2016《民用建筑能耗标准》中夏热冬暖地区A类党政机关办公建筑非供暖指标约束值65.00kW·h/（m2·a）[7]降低了22.13kW·h/（m2·a）。

4 零碳建筑能量管理系统界面

2.2 供给侧降碳措施

降低供给侧碳排放需推进清洁能源使用，减少对传统能源的依赖。为降低供给侧碳排放并实现与电网之间友好互动，项目搭建光储直柔系统。光储直柔技术具有高效、灵活、可控等特征，可深度挖掘建筑用能柔性调控能力，为电网提供资源。

2.2.1 太阳能光伏系统

珠海市全年日照为1991.8h，全年水平面太阳总辐射量为4651.6MJ/m2，属于太阳能资源丰富带III类地区，太阳能光伏发电应用潜力较高。基于新能源应装尽装的设计原则，项目设置屋顶光伏及充电桩车棚BIPV光伏系统（见图5，6）。根据监测数据统计，太阳能光伏系统年发电量为212142kW·h，可实现100%消纳，可再生能源电力替代率达20.86%。

5 屋顶太阳能光伏系统

6 充电桩车棚BIPV

2.2.2 储能系统

基于全量接纳太阳能光伏系统周末余电容量的配置原则，项目设置磷酸铁锂电池储能设备，总容量为600kW·h（见图7）。在建筑运行期间，利用平、峰、谷电价时段有序充放电以减少运行成本。根据数据监测，储能系统每日可实现两充两放，储能系统在谷价时段（0—8：00）与平价时段（12：00—14：00）进行储电，在峰价时段（10：00—12：00及14：00—19：00）进行放电，用以调节建筑市电用量需求，建筑负荷调节能力达62.29%。

7 储能系统

2.2.3 充电桩系统

场地内设置44个充电机动车位，同时建设充电站，充电站内含直流双向充电桩20座（2座120kW直流充电桩、18座40kW直流充电桩），如图8所示。项目通过直流充电桩将电动汽车接入建筑配电系统，利用有序充电与V2G技术将建筑与电动汽车协同，并与电力系统实现互动。

8 充电桩系统

2.3 碳排放抵消措施

由于场地内空间有限，项目基于应装尽装原则，最大化利用太阳能光伏系统，但可再生能源系统难以覆盖建筑全部用能，为实现碳中和，项目需借助碳抵消措施。

2.3.1 绿色电力

针对场外新能源交易的可行性与经济性进行分析，项目提出优先购买绿电，不足部分购买国内GEC绿证的交易策略。通过售电公司在南方区域统一电力交易平台代理采购绿电，并借助中国绿色电力证书认购交易平台购买GEC绿证。项目在运行期间购买绿电、绿证共805481kW·h，抵消运行碳排放513.82tCO2。

2.3.2 景观固碳

项目种植适应当地气候及土壤条件的植物，采用乔、灌、草相结合的复层绿化措施，既提高了绿化美观性，又提高了单位空间绿量。根据《碳中和建筑评价导则》（第一版），绿容率考虑乔、灌、草不同植物类型的立体植被效果，可实现较好的生态效益和碳汇量。场地内种植53棵冠层稀疏类乔木，场地周边种植灌木隔离带，根据《碳中和建筑评价导则》（第一版）中公式计算，绿容率达0.5021。项目通过绿色植物进行固碳释氧，提高了生态系统的碳吸收与碳储存能力，增加了景观碳汇，减少了碳排放。

3 结语

项目运用被动式与主动式节能降碳技术、光储直柔技术及碳排放抵消措施，实现建筑运行净碳排放量-0.38tCO2。根据《碳中和建筑评价导则》（第一版）规定，建筑运行阶段碳中和净碳排放量应小于等于0。项目达到碳中和运行状态，获得运行阶段碳中和建筑金级评价认证。

项目尝试联动建筑与电力两大行业，既挖掘了建筑行业减碳潜力，又探索了电力行业在建筑领域的脱碳机遇，协同帮助电网完成调节任务，促进电力系统供需平衡，对同步实现建筑零碳化与电力零碳化具有重要意义。