“雙碳”背景下的生態(tài)智慧城市建設(shè)與發(fā)展探討

段貴嬌，石杰，游志紅，溫純

（幾何智慧城市科技（廣州）有限公司）

1 引言

“雙碳”，即碳達(dá)峰與碳中和的簡稱。碳達(dá)峰是指某個(gè)地區(qū)或行業(yè)的與化石能源相關(guān)的二氧化碳排放量（以年為單位），在某個(gè)年份達(dá)到歷史最高值，隨后進(jìn)入持續(xù)下降的過程。而碳中和指國家在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過碳清除、碳儲(chǔ)存等方式實(shí)現(xiàn)正負(fù)抵消，達(dá)到相對(duì)“零排放”。生態(tài)智慧城市是在智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)上，以生態(tài)環(huán)境技術(shù)應(yīng)用為導(dǎo)向，融入生態(tài)自然環(huán)境要素，建立起來的高效節(jié)能、和諧、健康、可持續(xù)發(fā)展的人類宜居環(huán)境[1]。本文重點(diǎn)探討“雙碳”政策推動(dòng)下，生態(tài)智慧城市的建設(shè)與發(fā)展。

2 “雙碳”目標(biāo)與生態(tài)智慧城市建設(shè)目標(biāo)一致性與差異性

“雙碳”目標(biāo)是達(dá)到相對(duì)“零排放”，城市是“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的最大應(yīng)用場景。2018年，我國二氧化碳排放量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中發(fā)電和供熱占比51%，工業(yè)占比28%，建筑占比6%?？梢娚鷳B(tài)智慧城市建設(shè)成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略全面展開的強(qiáng)有力抓手。

“雙碳”目標(biāo)與生態(tài)智慧城市建筑在城市建筑節(jié)能方面是一致的，但生態(tài)智慧城市建設(shè)同時(shí)注重城市大環(huán)境、家居健康環(huán)境，城市美化與人體健康，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)節(jié)能與環(huán)境統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧，這是二個(gè)目標(biāo)的差異性。只有理解和認(rèn)識(shí)到兩個(gè)目標(biāo)的一致性與差異性，確立它們彼此依存的關(guān)系，才能更好地落實(shí)“雙碳”目標(biāo)、建設(shè)生態(tài)智慧城市。

3 “雙碳”目標(biāo)與生態(tài)智慧城市相互推動(dòng)，共同發(fā)展

3.1 生態(tài)智慧城市建設(shè)為“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)

我國智慧城市建設(shè)經(jīng)過二十余年的發(fā)展，不少城市已經(jīng)完成城市底層數(shù)字技術(shù)，數(shù)字城市、智慧城市建設(shè)成就巨大。2016年生態(tài)智慧城市概念提出，2018年生態(tài)智慧城市開始建設(shè)示范項(xiàng)目，示范性項(xiàng)目建設(shè)在建筑節(jié)能方面大量使用節(jié)能高效材料和創(chuàng)新工藝，而且在城市智慧化管理數(shù)字孿生系統(tǒng)中融入低碳思維，智慧城市建設(shè)融入生態(tài)理念，朝生態(tài)智慧城市發(fā)展。尤其是“能源大腦”系統(tǒng)，融合了城市可持續(xù)轉(zhuǎn)型最終需要的整體性規(guī)劃和設(shè)計(jì)，已經(jīng)在實(shí)踐中展現(xiàn)出與政府服務(wù)和城市治理結(jié)合的優(yōu)勢。例如，成都天府新區(qū)已搭建天府“能源智慧大腦”，不僅全程追蹤天府新區(qū)的“碳足跡”，精準(zhǔn)計(jì)算每個(gè)行業(yè)和單位的碳排放量、趨勢和規(guī)律，還能進(jìn)行能源分配，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能。“能源大腦”系統(tǒng)為城市建設(shè)落實(shí)“雙碳”目標(biāo)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

3.2 “雙碳”目標(biāo)加速生態(tài)智慧城市建設(shè)

3.2.1 “雙碳”目標(biāo)助力實(shí)現(xiàn)城市建筑產(chǎn)能

“雙碳”政策的提出提升節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，即建筑領(lǐng)域不再是單純的節(jié)能，更重要是建筑產(chǎn)能。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，目前我國建筑物的能源消耗占總體能源消耗的一半以上，建筑物的節(jié)能減排已成為我國能源問題中最亟待解決的問題之一[2]。因此，在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的過程中，重中之重是控制化石能源總量，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)——光伏發(fā)電/風(fēng)力發(fā)電等。建筑的節(jié)能主要有近零能耗建筑、零能耗建筑、產(chǎn)能建筑和被動(dòng)房等，其中產(chǎn)能建筑對(duì)節(jié)能的要求最高。何為產(chǎn)能建筑，就是通過與可再生能源發(fā)電發(fā)熱連接，每年建筑物產(chǎn)生的、及其附近建筑使用的可再生能源大于建筑物消耗的能量的一類建筑。它類似于零能耗建筑，但產(chǎn)能建筑中可再生能源產(chǎn)出量相對(duì)更高，不僅滿足建筑自身需求，還可向外部輸送功能。綠色建筑在全生命周期體現(xiàn)了節(jié)能、節(jié)水和節(jié)材等特性，全面實(shí)施綠色建筑將為城市“碳中和”提供重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，將風(fēng)能、太陽能光伏與建筑一體化，通過城市有機(jī)物發(fā)電、地?zé)崤c地質(zhì)儲(chǔ)能，以及立體園林建筑、“魚菜共生”等模式，可發(fā)揮綜合減排作用，助力城市“碳中和”。

3.2.2 “雙碳”目標(biāo)推動(dòng)城市建筑技術(shù)革命

打造綠色健康、舒適節(jié)能、生態(tài)融合的產(chǎn)品，逐漸成為國內(nèi)企業(yè)的“軟實(shí)力”。企業(yè)積極參與超低能耗建筑、綠色建筑的發(fā)展，不僅是踐行社會(huì)責(zé)任的表現(xiàn)，也是產(chǎn)品力突圍、實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的新途徑。克而瑞分析指出，“雙碳”目標(biāo)對(duì)綠色建筑領(lǐng)域提出了全新的挑戰(zhàn)，也擴(kuò)展了綠色建筑的外延，催生出全新的機(jī)遇，相信未來將有更多企業(yè)加碼建筑產(chǎn)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。綠色新能源成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”的動(dòng)力，推動(dòng)了我國城市建筑技術(shù)革命。分布式光伏技術(shù)得到飛躍式發(fā)展，為建筑節(jié)能到建筑產(chǎn)能提供了強(qiáng)有力的保障。

分布式光伏與建筑聯(lián)系緊密，“光伏+”各種應(yīng)用場景的分布式項(xiàng)目，包括光伏+交通、光伏+加油站、光伏+屋頂?shù)龋渲形蓓旊娬緸橹饕獞?yīng)用方式。分布式光伏與建筑的結(jié)合方式目前包括BAPV與BIPV兩種。其中BAPV（building-attached photovoltaics）指的是附著在建筑物上的光伏組件，這些光伏組件的主要功能是光伏發(fā)電，既不承擔(dān)建筑物的功能，也不破壞或削弱原有建筑物的功能?，F(xiàn)在已建設(shè)的大多數(shù)光伏建筑一體化指BAPV。BIPV(Buildingintegrated photovoltaics)是指光伏與建筑物同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工和安裝并與建筑物相結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)，也稱為“構(gòu)建型”和“建材型”建筑光伏，其既具有光伏發(fā)電功能，又能承擔(dān)建筑構(gòu)件和建筑材料的作用，更好與建筑物融為一體。

BAPV多用于存量建筑，BIPV多用于新建建筑。從施工流程上來看，BAPV也稱為建筑后光伏，即主要集中在建筑施工完成后附著在建筑物上，它的安裝、安全性、支撐系統(tǒng)需要考慮周全，會(huì)增加建筑負(fù)載。而BIPV本身即為建筑材料，是集中在建筑施工流程中，本身能起到透光、遮風(fēng)擋雨和隔熱等功能，主要應(yīng)用于新建建筑或整體大規(guī)模翻新建筑。

與集中式光伏相比，分布式光伏有一些優(yōu)點(diǎn)。

1）類型多樣化，易于建設(shè)維護(hù)

分布式光伏電站既可以集中電站開發(fā)，又可以在屋頂上開發(fā)，適用范圍廣；建設(shè)規(guī)模一般在10MWp以下，系統(tǒng)相對(duì)簡單，集成度高，施工難度小，建設(shè)工期短，并且由于系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，通常采用“就地?zé)o人（或少人）維護(hù)，區(qū)域遠(yuǎn)程集控”的管理模式，能顯著降低運(yùn)行維護(hù)成本[4]。

2）系統(tǒng)線損較小，節(jié)能環(huán)保

集中式光伏電站發(fā)出的電經(jīng)高壓并網(wǎng)，將電輸送到更高的電壓等級(jí)，最終輸送到華東等地區(qū)，以實(shí)現(xiàn)西電東輸；分布式光伏一般來說發(fā)的電就地并網(wǎng)，補(bǔ)充當(dāng)?shù)氐碾娏?，供?dāng)?shù)丶案浇挠秒娪脩羰褂??？梢姺植际焦夥到y(tǒng)不存在遠(yuǎn)距離輸送線路損失，也不存在棄光問題。

雖然分布式光伏項(xiàng)目單體規(guī)模較小，但全國可開發(fā)總體規(guī)模較大，對(duì)降低我國化石燃料使用量具有顯著促進(jìn)作用，有助于降低能源轉(zhuǎn)化利用過程的污染物、粉塵和溫室氣體排放。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測，到2025年，我國光伏行業(yè)新增裝機(jī)量將達(dá)到110GW，同比2020年增長128.22%。而分布式光伏在整縣推進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)提升的情況下，有望獲得較快發(fā)展。分布式光伏快速發(fā)展，將實(shí)現(xiàn)我國城市建筑節(jié)能向建筑產(chǎn)能轉(zhuǎn)變。

3.3 “雙碳”目標(biāo)對(duì)生態(tài)智慧城市建設(shè)提出新挑戰(zhàn)

“雙碳”目標(biāo)對(duì)我國城市建設(shè)著眼于建筑產(chǎn)能，突出城市降低碳排放，有利于傳統(tǒng)污染物和溫室氣體排放的協(xié)同治理，使環(huán)境質(zhì)量改善與溫室氣體控制產(chǎn)生顯著的協(xié)同增效作用。但對(duì)生態(tài)智慧城市提出新挑戰(zhàn)。

3.3.1 傳統(tǒng)的生態(tài)智慧城市建筑系統(tǒng)難以滿足“雙碳”目標(biāo)發(fā)展

傳統(tǒng)的生態(tài)智慧城市建筑體系注重建筑節(jié)能，“雙碳”目標(biāo)下生態(tài)智慧城市需要實(shí)現(xiàn)從建筑節(jié)能到建筑產(chǎn)能轉(zhuǎn)變。不僅要求生態(tài)智慧城市建筑從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、材料轉(zhuǎn)變，“能源智慧大腦”應(yīng)具備全程追蹤“碳足跡”，精準(zhǔn)計(jì)算每個(gè)行業(yè)和單位的碳排放量、趨勢和規(guī)律，并能進(jìn)行能源分配，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，同時(shí)具備新能源建設(shè)、運(yùn)行、蓄能管理等綜合技術(shù)。生態(tài)智慧城市建筑系統(tǒng)六大體系應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以適應(yīng)新形勢下發(fā)展需要。

3.3.2 “雙碳”目標(biāo)將帶給生態(tài)智慧城市建設(shè)新的環(huán)境與安全課題

“雙碳”目標(biāo)下生態(tài)智慧城市需實(shí)現(xiàn)從建筑節(jié)能到建筑產(chǎn)能轉(zhuǎn)變。分布式光伏快速建設(shè)與發(fā)展，給未來生態(tài)智慧城市建設(shè)可能帶來環(huán)境與安全課題。

1）城市光污染

2020年我國頒布了《關(guān)于報(bào)送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點(diǎn)方案的通知》，規(guī)定縣級(jí)中心城鎮(zhèn)以上城市分布式光伏面積達(dá)到城市屋面面積50%以上，對(duì)于人口少、面積大的小型城鎮(zhèn)影響不大，但初步研究表明對(duì)于人口密度強(qiáng)、城市建筑密度高的大城市，分布式光伏可能產(chǎn)生光污染，盡管這種光污染對(duì)城市居民生活及健康影響不大，但對(duì)于空間光污染是否影響該城市區(qū)域空間的通訊/通航，均有待進(jìn)一步研究分析。

2）城市氣象

過度的分布式光伏產(chǎn)生熱島現(xiàn)象，對(duì)該城市氣象影響較大，可能產(chǎn)生雷暴天氣以及系列惡劣天氣。

3）人居健康

生態(tài)智慧城市建設(shè)目標(biāo)是節(jié)能減排，與“雙碳”目標(biāo)一致，但生態(tài)智慧城市更關(guān)注人居環(huán)境與健康，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧統(tǒng)一。建筑產(chǎn)能，特別是分布式光伏大面積安裝在城市屋面，對(duì)人居環(huán)境與健康是否有影響，是生態(tài)智慧城市建設(shè)未來發(fā)展最大挑戰(zhàn)。

4）城市污染

大面積分布式光伏安裝在城市建筑屋面，光伏板長期積塵，如何清洗并確保光伏發(fā)電效率也是需要關(guān)注的方向。

5）安全隱患

安全隱患主要包括：屋面分布式光伏發(fā)電承重隱患以及清潔過程中的安全隱患。

4 結(jié)論

我國當(dāng)前正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加快推進(jìn)時(shí)期，產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展尚不平衡、不充分，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的時(shí)間緊、任務(wù)重?！半p碳”目標(biāo)的提出為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。持續(xù)推進(jìn)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，深度發(fā)掘“雙碳”目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，開辟我國“雙碳”經(jīng)濟(jì)的新模式。

分析和探討本問題，有助于正確理解“雙碳”目標(biāo)與生態(tài)智慧城市建設(shè)目標(biāo)的一致性、差異性，辯證看待兩個(gè)目標(biāo)相互依存、相互推動(dòng)關(guān)系，以及生態(tài)智慧城市在“雙碳”背景下發(fā)展將面臨新的挑戰(zhàn)，從而從思想上準(zhǔn)備，從技術(shù)上儲(chǔ)備。推動(dòng)我國生態(tài)智慧城市建設(shè)創(chuàng)新和發(fā)展。實(shí)現(xiàn)“堅(jiān)持以人民為中心，協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)增長、民生保障、節(jié)能減排，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中促進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型、在綠色轉(zhuǎn)型中實(shí)現(xiàn)更大發(fā)展”的偉大宏偉目標(biāo)。