零碳新农村计算方法示例.pdf

503http:/零碳新农村计算方法示例（朱彬唐梅）3TANGMei(ChinaSouthwestArchitecturalDesign and Research InstituteZHUBinOO能色节绿零碳新农村计算方法示例朱彬唐梅（中国建筑西南设计研究院有限公司，成都市610042)Example of Calculation Method for Zero-carbon New CountrysideCorp.Ltd,Chengdu610042,China)Abstract:Inaccordancewiththecurrentlynationalandlocalconceptsaboutzero-carbonbuildings,nearlyzeroenergybuildings,and zeroenergy buildings，t h e c a r b o n e m i s s i o n c a l c u l a t i o nmethod for buildings in the applicable national codes,and some example of the carbon emission calculationof practical new countryside projects，t h i s a r t i c l eintroduces a calculation method for the zero-carbon newcountryside,which is suitable for actual conditions ofthe currently energy structure in China,and gives acurrently most suitable and effective system,i.e.,anAC/DC hybrid PEDF(photovoltaics,energy storage,direct current and flexibility)system,for zero-carbonnewcountrysideconstruction,anditsdetailedimplementation architecture diagram.This calculationmethod also applies to the carbon emission calculationand evaluation of other public buildings，i n d u s t r i a lbuildings,countryside buildings,etc.Keywords:zero-carbonnewcountryside;zero-carbon buildings;PV power generation;PEDF;AC/DC hybrid system;carbon emission calculation;direct carbon emission;indirect carbon emission摘要：从目前国家及地方相关零碳建筑、近零能耗建筑、零能耗建筑的概念出发，依据国家规范中的建筑碳排放计算，通过实际的新农村项目碳排放计算示例，梳理在目前国内能源结构的实际情况下，实现零碳新农村的一种计算方法，并给出在建设零碳新农村过程中目前最适合有效的一个系统一一交直流混用的光储直柔系统，以及详细的系统实施架构图。此零碳新农村的计算方法也适用于其他公共建筑、工业建筑、乡村建筑等碳排放计算及评价。关键词：零碳新农村；零碳建筑；光伏发电；光储直柔；交直流混用系统；碳排放计算；直接碳排放；间接碳排放中图分类号：TU111.19+5文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1003-8493.2023.08.0010引言目前“零碳建筑”以及“零碳乡村”的评价缺乏计算数据支撑，本文通过成都市某在建新农村的典型案例，结合现有的标准和文献给出在目前情况下如何完成零碳新农村的计算，以及交直流混用的光储直柔系统架构。1建筑碳排放计算框架（如图1所示）图1所示框架依据GB/T51366-2019建筑碳排放计算标准绘制，从框架可以看出，全过程建筑碳排放的计算是非常复杂的，涉及到建筑运行阶段、建造及拆除阶段、建材生产及运输阶段等方方面面的作者信息朱彬，男，中国建筑西南设计研究院有限公司，教授级高级工程师。唐梅，女，中国建筑西南设计研究院有限公司，高级工程师。504http:/Aug.2023Vol.42No.82023年第8 期ELECTRICITYBUILDING建筑电不同类型能源碳排放冷源能耗暖通空调热源能耗运行碳排输配系统能耗放量运行阶段碳排放计算末端空气处理设备能耗生活热水运行碳排放量照明及电梯运行碳排放量太阳能生活热水系统建筑碳排放计算可再生能源减碳量光伏系统地源热泵系统风力发电系统建筑碳汇系统减碳量各部分分项工程施工过程产生的碳排放量建造阶段建造及碳排放计算各项措施项目实施过程产生的碳排放量拆除阶段碳排放计算拆除阶段人工拆除和小型机具机械拆除使用的机械碳排放计算设备消耗的各种能源动力产生的碳排放量建材生产阶段碳排放量建材生产及运输阶段碳排放计算建材运输阶段碳排放量图1建筑碳排放计算框架Fig.1Framework for building carbon emission calculation碳排放计算。目前针对“零碳建筑”的定义，还没有相关的国家标准，只有天津市环境科学学会发布的团体标准T/CASE00-2021零碳建筑认定和评价指南对“零碳建筑”有定义。依据该标准，“零碳建筑”特指“运行阶段”碳排放计算为零或为负排放的建筑，不考虑建造、拆除阶段与建材生产、运输阶段的碳排放。2零碳乡村的评价框架（如图2 所示）a.在能源消费侧，乡村辖区的各类能源消耗总能源生产侧RE零碳乡村均衡点能源消费侧EC个可再生REEC零碳乡村生产直接生活直接植树造林能源REEC非零碳乡村能源消费能源消费图2零碳乡村的评价框架IFig.2Framework for evaluation ofzero-carbon countryside1I量用EC（En e r g y Co n s u mp t i o n）表示。b在清洁能源生产侧，清洁能源生产总量用RE（R e n e w a b l e En e r g y）表示。c实际测量中，不同能源之间存在本质的差异，因此生产端和消费端均换算为标准煤量，使测量结果更具可比性，计算结果可以直接量化反映“零碳乡村”的建设情况。d分析结果REEC时，表示该乡村清洁能源的生产量足以替代乡村能源消耗量，实现了完全碳中和的“零碳乡村”；分析结果REEC时，则未实现零碳化。3成都市某在建新农村住宅项目概况3.1项目概况项目为乡村节约耕地面积进行集中安置的新农村建设项目，总建筑面积2 347 2.2 5 m，其中住宅建筑面积为19 9 6 3.0 0 m，住宅户数为331户，住宅配套公建建筑面积为10 9 6 m；机动车辆为18 9 辆，均设置充电车位，公建附近设置专用双向充电桩。本项目住宅为多层建筑，沥青瓦屋面，屋面安装单晶硅光伏组件；配套公建为单层建筑，金属坡屋面，按BIPV设置屋面采用碲化镉光伏组件。项目地理位置为东经103.22，北纬30.15；最热月平均温度2 5.5，极端最高温度37.3，最冷月平均温度5.4，极端最低温度-5.9；年均日照小时110 0 h，年均水平面太阳总辐照量9 2 8 kWh/m。3.2用能概况3.2.1市市电项目由城市电网引来1路10 kV电源，总装机容量为2 45 0 kVA，低压配置3台变压器：其中两台变压器容量为12 5 0 kVA+800kVA，供居民和充电桩用电；另一台40 0 kVA变压器供非居民用电，设置1#、2 两个独立的变配电房。3.2.2光伏发电项目住宅屋顶安装单晶硅光伏组件，总面积2200m，光伏组件安装容量5 0 0 kWp，年发电量为430531kWh；配套公建屋顶安装碲化镉薄膜光伏组件，总面积30 0 m，光伏组件安装容量45 kWp，年发电量为38 2 8 9 kWh；本项目光伏组件安装总容量505http:零碳新农村计算方法示例（朱彬唐梅）5OO绿色节能545kWp，总的年发电量为46 8 8 2 0 kWh。光伏发电直流配电机房和储能机房设于1#变配电房。3.2.3天然气住宅厨房及生活热水能源形式采用天然气，公建热水采用电热水器。3.3光储直柔系统概况项目光伏系统采用交直流混用的光储直柔系统接线型式，系统架构图如图3所示。系统由交流母线段和市电段通过电子切换装置与光伏发电系统、储能系统、直流馈线系统等组成。当直流系统不能完全消纳光伏发电容量时，优先通过交流母线段所带负荷进行消纳，余电再上行并网；当市电故障（停电或检修）时，该交流母线段和直流母线段负荷处于离网运行模式，保证其所带负荷供电的正常运行。直流母线电压为DC750V，照明配电电压为DC220V，展示区LED屏配电电压为DC48V，直流充电机配电电压为DC750V。项目由1变配电房38 0 V低压系统引来1路市电，通过带电子切换装置的双向AC/DC变换器（2 5 0 k W）接入7 5 0 V直流母线；系统共设置11台光伏汇流箱，其中10 台汇流箱设备容量为5 0 kWp，1台汇流箱设备容量为45 kWp，光伏组件安装总容1#10#11#市电进线PV/50kW,PV/50kW,PV/45kWP1.11HLXHLXHLXQA11SPDSPDSPD10kV电网QA2QA2QA2交流母线AC380V111HOEHOEHOE电子切换装置T1T1T1TB1配电箱配电箱1冲HOE2HOE冲HOEHOE配套公建小区路灯及AdFL(Adl)FL(Adl)FL(Adl)FL1办公用电景观用电20kW40kWQA2QA2QA2QA2AC380V直流母线DC750V1Adl)Ad)Ad)(Adl)(Adl)(Adl)AdlSPDQA2QA2QA2QA2QA2QA2QA2IMQA11FLFLFLFLFLFLFL1光储直柔HOEHOE冲HOEHOE2HOE2冲HOE2HOE2AI控制单元3A并网点AC380V1TB2T2T2T3T3T3QA2QA2HOEHOECT3AFLFLHOE冲HOE计量电表QA2QA2配电箱配电箱站用电配套LED1#3#1#储能4#储能公建照明显示屏直流充电桩直流充电桩20kW/2h20kW/2h18kW50kW120kW120kW设置于1#变配电房设置于直流机房HLX汇流箱(Ad)直流单向智能电表Ad直流双向智能电表兰HOE霍尔传感器FL分流器IM直流主动绝缘监测装置图3交直流混用的光储直柔系统架构图Fig.3Architecture Diagram of AC/DC hybrid PEDFAug.2023Vol.42No.8506http:/6468820kWh15)0.85E,=HXAnK式中0.23),%。碲化镉组件取0.15；单晶硅组件取Mi组件转换效率（由制造商提供数据建屋顶30 0 m）m碲化镉公目住宅单晶硅屋顶2 2 0 0 mA计算范围内的阵组件总面积（本项0.85;K般取0.7 5光伏系统统效率系数光伏系统装机容量，kWp；ESkW标准条件下的辐照度（常数）1 001 kWhkWh/mHA（本项目取水平面阳总辐照量式中：E。光伏并网年发电量，kWh;2023年第8 期ELECTRICITYBUILDING建筑电气量5 45 kWp；设置4组2 0 kW/2h储能系统，总容量8 0 kW/2h；直流消纳负荷为配套公建照明18 kW，LED屏5 0 kW，3组直流V2G充电桩共计36 0 kW；交流消纳负荷为配套公建办公用电2 0 kW，小区路灯及景观照明40 kW。4零碳新农村碳排放计算本项目能源生产侧RE仅计算光伏发电可再生能源年减碳量；能源消费侧EC由使用天然气直接碳排放和使用市电间接碳排放构成。光伏系统的年发电量计算2 ：HAE。P KES=HAXAXniXK(1)能源生产侧RE计算9 ：RE=E,EF2(2)：EF2 一一电网平均CO,排放因子，四川省为0.525 7kgCO,/kWh4RE=E,EF2=468 820 0.525 7=246 459 kgCO2能源消费侧EC计算9 ：EC=E=(E;EF,)=EC+EC2(3)EC,=E,EF,=E.NEFI(4)EC2=EC21+EC22=E21EF2+E22EF2=SKHXEF2+EXNXEF2(5)式中：E；一建筑第i类能源年消耗量；EF;一一第i类能源碳排放因子；ECj一使用天然气的直接碳排放，kgCOz；EC2使用市电的间接碳排放，kgCO2；E一一天然气年消耗量；E。成都市平均居民年用气量，本项目取308.5m/户5 ;N一一住宅户数，本项目331户；EF一一燃气燃烧量的排放因子，本项目取2.16kg/m;EC21公建使用市电的年总耗电量；EC22住宅使用市电的年总耗电量；E21公建年耗电量；E22住宅年耗电量；S。一一公建变压器的装机容量，本项目为400kVA;Ka一一年平均负载率，本项目取值0.2；Ha年运行小时，本项目36 5 2 4=8 760 h;E。成都市居民住宅平均年用电量，30 0 0kWh（2 5 0 k Wh 月12 月）7 。EC=EC,+EC2=308.5 331 2.16+400 0.2 8 7600.5257+30003310.5257=220 565+890 430=1 110 995 kgC02零碳新农村评价：a.能源消费侧EC考虑天然气直接碳排放和使用市电间接碳排放，则：RE=246459kgCOzEC,=220565kgCO2,依据零碳新农村评价框架，评价为：零碳新农村。5结语通过以上案例计算可以看出，实现直接碳排放零碳新农村是可行的，但要实现包括使用市电在内的间接碳排放零碳新农村是非常困难的，还需要电网侧提高绿电供给占比，降低电网CO,排放因子，以及用户侧尽量降低能耗。依据现有“零碳建筑”定义，其碳排放计算涵盖直接碳排放和使用市电产生的间接碳排放。通过以上案例碳排放计算，以及现实项目中，特别是有一定规模的建筑，其用电产生的间接碳排放非常大，且远远大于直接碳排放，要满足“零碳建筑”碳排放要求几乎不可能，这样带来的后果是，全社会称得上“零碳建筑”的建筑少之又少，不利于实现双碳目标的引导宣传。笔者建议“零碳建筑”定义仅包含建筑运行直接碳排放，包含建筑运行直接碳排放和间接碳排放的建筑定义为“零产碳建筑”，包含建筑全生命周期内所有碳排放的建筑定义为“全生命周期零碳建筑”。综上所述，要实现零碳新农村、零碳建筑的目标，最核心的是能源端能源结构的转变，逐步实现能源生产侧为清洁能源，逐步实现能源消费终端电气化。参考文献1雷小苗，何继江，杨守斌，等能源转型视域下“零碳乡村”的可行性和环保性一以陕西关中C县F村为例J北京理工大学学报（社会科学版），2 0 2 0，22(5):32-41.2中国建筑标准设计研究院.15D202-4建筑一体化光伏系统电气设计与施工M北京：中国计划出版社，2 0 15.3张时聪，王珂，徐伟。低碳、近零碳、零碳公共建筑碳排放控制指标研究J.建筑科学，2 0 2 3，39(2):1-10,35.4国家统计局城市社会经济调查司中国城市建设统计年鉴2020M北京：中国统计出版社，2 0 2 1.5中国城市温室气体工作组.中中国产品全生命周期温室气体排放系数集（2 0 2 2）【M北京：中国环境出版社，2 0 2 2.6张时聪，刘常平，王珂，等零碳建筑定义及碳排放计算边界研究J建筑科学，2 0 2 2，38（12）：283-290.7胡春雨.“光储直柔”技术在“零碳”建筑中的设计与应用J安装，2 0 2 3，37 6（5)：8 0-8 2.8沈玥，王龙，俞超，等零碳建筑概念及关键技术梳理J绿色建筑，2 0 2 3，15（2)：2 1-2 4.9 中中国建筑科学研究院有限公司，中国建筑标准研究院有限公司GB/T51366-2019建筑碳排放计算标准S北京：中国建筑工业出版社，2 0 19.10 中国建筑科学研究院有限公司，河北省建筑科学研究院GB/T51350-2019近零能耗建筑技术标准S北京：中国建筑工业出版社，2 0 19.11中国建筑科学研究院有限公司，建科环能科技有限公司，上海建筑设计研究院有限公司，等GB55015-2021建建筑节能与可再生能源利用通用规范S.北京：中国建筑出版社，2 0 2 2.【12 天津市低碳发展研究中心，天津市生态环境科学研究院，天津市联合环保工程设计有限公司，等.T/CASE00-2021零碳建筑认定和评价指南S，2 0 2 1.【13中国建筑节能协会建筑能耗与碳排放数据专业委员会2 0 2 2 中国城乡建设领域碳排放系列研究报告R,2022.2023-04-24来稿二氧化碳排放力争于2 0 30 年前达到峰值，努力争取2 0 6 0 年前实现碳中和广告建设绿色城乡助力“双碳目标