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引言

為推動(dòng)綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生，黨的二十大報(bào)告明確指出要“協(xié)同推進(jìn)降碳、減污、擴(kuò)綠、增長，推進(jìn)生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展”。一方面要求“加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型”，加快推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)等調(diào)整優(yōu)化；另一方面要求“積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和”“重點(diǎn)控制化石能源消費(fèi)”“推動(dòng)能源清潔低碳高效利用”“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”。為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2030年，我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億KW以上。

本文主要從光伏建筑一體化的維度切入，對(duì)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在舊金山和北京這兩個(gè)處于同一緯度的城市在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行初步探索。

01

舊金山太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

（一）地方政策及基本情況

（1）地方政策鼓勵(lì)發(fā)展

加利福尼亞州（以下簡稱“加州”）針對(duì)10層以下的新建住宅和工業(yè)建筑制定了州法規(guī)，要求建筑物留出15％的屋頂空間，做好安裝太陽能的準(zhǔn)備。舊金山市議會(huì)轄下的公用事業(yè)委員會(huì)于2016年通過了要求10層以下新建住宅和工業(yè)建筑必須安裝太陽能（光伏發(fā)電系統(tǒng)或太陽能熱水器）的法規(guī)，且舊金山市的新法規(guī)比加州的法規(guī)更進(jìn)一步，要求最初就必須在已經(jīng)做好準(zhǔn)備的屋頂上安裝太陽能，法規(guī)從2017年1月開始實(shí)行。目標(biāo)是希望在2025年實(shí)現(xiàn)100%可再生能源用電，這項(xiàng)立法的通過標(biāo)志著該城市的目標(biāo)進(jìn)一步得以實(shí)現(xiàn)，此前舊金山15%中小型建筑已配備屋頂太陽能電池板。舊金山市為了擴(kuò)大可再生能源的導(dǎo)入，還開展了電力零售業(yè)務(wù)。在尚未推行電力零售自由化的時(shí)期，供電市場(chǎng)一直被民營電力公司壟斷，但該州2002年出臺(tái)了一條名為社區(qū)選擇集中（Community Choice Aggregation，CCA）的法規(guī)，允許地方政府針對(duì)家用、商用以及公共設(shè)施用電力需求，集中購買并提供電力。此外，還成立了NPO法人Clean Power SF，從2016年5月開始匯總社區(qū)的電力需求，并進(jìn)行電力采購，為社區(qū)成員提供兩種套餐。一個(gè)是“Green”，可再生能源所占的比例為35％；另一個(gè)名為“Super Green”，全部由可再生能源電力組成。

（2）高校云集助推技術(shù)研發(fā)

加州是全球最大經(jīng)濟(jì)體之一，是娛樂、信息、教育以及技術(shù)產(chǎn)業(yè)的國際中心，地區(qū)電子、軟件、計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)達(dá)，更是美國重要的電子工業(yè)基地硅谷的所在地，谷歌、蘋果、臉書、英特爾等企業(yè)都聚于此。地區(qū)學(xué)術(shù)氛圍濃厚，擁有斯坦福、加州理工學(xué)院、加州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)伯克利分校、加州大學(xué)圣地亞哥分校、加州大學(xué)戴維斯分校等一流理工科高校。

在能源專業(yè)領(lǐng)域，加州伯克利擁有勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室，是一個(gè)隸屬于美國能源部的國家實(shí)驗(yàn)室，從事非絕密級(jí)的科學(xué)研究。加州戴維斯分校在交通和能源方面也有詳細(xì)研究，除建筑領(lǐng)域外更是在汽車領(lǐng)域做出更多探索，零排放長途卡車運(yùn)輸技術(shù)正在開發(fā)中。加州理工學(xué)院也于近期研發(fā)出新型光子芯片，使光子量子信息處理器成為可能。龐大的高校數(shù)量及理工科專業(yè)的頂尖研究能力使得加州在技術(shù)研發(fā)上獲得更多優(yōu)勢(shì)。

（二）具體案例——Honda home

從建筑層面來說，當(dāng)?shù)卮髮W(xué)已經(jīng)嘗試更多地使用太陽能設(shè)施，以斯坦福大學(xué)中央能源設(shè)施（Central Energy Facility）為例。項(xiàng)目用金屬屏風(fēng)遮擋了重型基礎(chǔ)設(shè)施——遮陽棚架實(shí)際上是為整個(gè)建筑供電的太陽能電池陣列。此外，住宅建筑在加州戴維斯地區(qū)，也在2014年就做出了一些探索。Honda home作為獨(dú)棟的住宅建筑，房屋白天通過屋頂?shù)?span id="jfj5p5bvbzp" class='hrefStyle'>太陽能板收集能量，供晚上使用，且屋內(nèi)設(shè)置可直接監(jiān)控能源變化情況的顯示屏，使用者可以更加直觀地看到能量變化情況。Honda home的核心是家庭能源管理系統(tǒng)（Honda home energy management system），系統(tǒng)通過太陽能、房屋建筑、固定電池和電動(dòng)汽車（Honda Fit）、電網(wǎng)五個(gè)維度進(jìn)行展示和調(diào)控，系統(tǒng)引入了智能電網(wǎng)技術(shù)，積極對(duì)能源進(jìn)行管理使用，并與業(yè)主和公用事業(yè)供應(yīng)商保持溝通。在戴維斯地區(qū)，Honda home在不犧牲任何物質(zhì)條件和便利性的情況下，只消耗了同樣大小的新家一半的能源。如家庭有過剩的能源，系統(tǒng)將會(huì)將其流入電網(wǎng)用于其他地方，因此如每個(gè)家庭都配置一個(gè)家庭能源管理系統(tǒng)，電力資源將會(huì)更加可靠和便宜。

圖：Honda Home

來源：編者于加州實(shí)地拍攝

02

北京太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

（一）地方政策及基本情況

（1）建筑+光伏模式逐漸成型

2022年3月11日，住建部發(fā)布了《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》�！兑�(guī)劃》提出十四五期間節(jié)能和綠色建筑發(fā)展的目標(biāo)：城鎮(zhèn)新建居住/公共建筑能效水平提升30%/20%，完成既有建筑節(jié)能改造面積3.5億平方米以上，建設(shè)超低能耗、近零能耗建筑0.5億平方米以上等。光伏發(fā)電是建筑運(yùn)行階段實(shí)現(xiàn)節(jié)能減碳的有效方式之一。根據(jù)全國建筑能耗和碳排放結(jié)構(gòu)，建筑運(yùn)行階段能耗總量中有49%來自于電力，碳排放總量中公共建筑占比38%。建筑減碳領(lǐng)域早已被廣大企業(yè)當(dāng)作深入探索的重點(diǎn)領(lǐng)域，尤其是綠色建筑，裝配化建造方式、超低能耗建筑和近零能耗建筑、新型建材等，蘊(yùn)藏不少發(fā)展機(jī)會(huì)。推動(dòng)建筑邁向近零能耗是全球的發(fā)展趨勢(shì)，未來將會(huì)看到更多的光伏幕墻、光伏屋頂、光伏窗戶、光伏棚出現(xiàn)在人們的日常生活中。2023年5月，北京市財(cái)政局、發(fā)展改革委等四部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于印發(fā)推進(jìn)光伏發(fā)電高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施意見的通知》和《關(guān)于印發(fā)推進(jìn)光伏發(fā)電高質(zhì)量發(fā)展支持政策的通知》，制定推進(jìn)北京光伏發(fā)電高質(zhì)量發(fā)展的系列支持政策。為鼓勵(lì)社會(huì)廣泛參與，市級(jí)財(cái)政對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目給予分級(jí)分類的補(bǔ)貼支持，對(duì)光伏新技術(shù)與應(yīng)用、重點(diǎn)建筑的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目、環(huán)保類光伏發(fā)電項(xiàng)目這三類，按30%、20%、10%給予不同比例的建設(shè)投資資金支持。

（2）市管企業(yè)助力碳達(dá)峰

2022年底，北京市管企業(yè)碳達(dá)峰行動(dòng)方案出臺(tái)，從推動(dòng)構(gòu)建綠色產(chǎn)業(yè)體系、打造低碳能源體系、強(qiáng)化科技創(chuàng)新支撐等7個(gè)維度25條措施助推國有經(jīng)濟(jì)綠色低碳發(fā)展。長期以來，市管企業(yè)積極踐行綠色北京發(fā)展戰(zhàn)略，大力推進(jìn)節(jié)能降碳。此次行動(dòng)方案要求，將碳達(dá)峰碳中和納入市屬國資國企發(fā)展全局，全面融入市管企業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃，加快構(gòu)建有利于碳達(dá)峰碳中和的國有經(jīng)濟(jì)布局和結(jié)構(gòu)。新能源智能汽車、城市供熱、交通、建筑、物業(yè)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)，這些都是北京低碳發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，行動(dòng)方案分門別類提出針對(duì)性措施。在建筑領(lǐng)域，大力推廣精準(zhǔn)裝配式建筑，因地制宜推廣太陽能光伏、光熱和熱泵技術(shù)應(yīng)用，建筑領(lǐng)域?qū)⒓涌焱七M(jìn)以全周期低碳化為導(dǎo)向的綠色轉(zhuǎn)型。新建公共機(jī)構(gòu)建筑、新建廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達(dá)到50%。以企業(yè)辦公大樓、酒店商超等公共建筑為重點(diǎn)，市管企業(yè)還要率先推動(dòng)符合條件的既有建筑綠色低碳化改造。

（二）具體案例——北京大興國際機(jī)場(chǎng)

能源行業(yè)是北京市推進(jìn)綠色低碳發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng)，積極發(fā)展非化石能源，在符合條件的既有產(chǎn)業(yè)園區(qū)、辦公樓宇、工業(yè)廠房、地鐵車輛段、公交場(chǎng)站等合理布局分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。作為建筑領(lǐng)域典型案例，北京大興國際機(jī)場(chǎng)以“光伏+機(jī)場(chǎng)”的建設(shè)模式進(jìn)行了重要探索。機(jī)場(chǎng)停車樓屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)于機(jī)場(chǎng)東停車樓和西停車樓2幢建筑，安裝面積1.8萬平方米。項(xiàng)目根據(jù)建筑分布情況將整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)分為若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電電力經(jīng)直流匯流－逆變-交流匯流后，并入項(xiàng)目380V母線，所發(fā)電量自發(fā)自用，多余電量送入當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)。作為全球距離跑道最近、國內(nèi)首個(gè)飛行區(qū)跑道旁鋪設(shè)的光伏系統(tǒng)，項(xiàng)目對(duì)未來民航領(lǐng)域推進(jìn)光伏系統(tǒng)建設(shè)和可再生能源應(yīng)用的創(chuàng)新具有示范意義。

圖：北京大興國際機(jī)場(chǎng)

來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料

03

同一緯度地區(qū)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)參考借鑒

不論在美國還是國內(nèi)，建筑環(huán)境對(duì)自然環(huán)境、人類健康和經(jīng)濟(jì)有著巨大的影響，建筑能耗占比也較大。建設(shè)之初就通過采用設(shè)置太陽能電池板等綠色建筑策略，能很大限度地提高經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，發(fā)展經(jīng)驗(yàn)在同一緯度的不同城市之間也可互相借鑒。

（1）各項(xiàng)因素促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步

加州陽光充足，舊金山的平均溫度為14℃。在安裝太陽能電池板之前，所在地區(qū)的日照水平、屋頂大小和太陽能電池板的角度都很重要，這些因素對(duì)家庭供電有著巨大的影響。但需注意的是，加州由于“地廣人稀”及房屋產(chǎn)權(quán)所屬等因素，發(fā)展戶用光伏行業(yè)更具優(yōu)勢(shì)，而北京市目前則是更多還是從公共建筑、廠房和商業(yè)建筑開始推行，鼓勵(lì)企業(yè)參與。此外，以風(fēng)能、太陽能為基礎(chǔ)的能源發(fā)電受地域和天氣影響比較大，具有間接性和波動(dòng)性，其調(diào)節(jié)難度加大，需要儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行消納穩(wěn)定性等相關(guān)問題，這些因素也倒逼儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)一步提升，系統(tǒng)中引入儲(chǔ)能環(huán)節(jié)后，可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差。

（2）政策經(jīng)濟(jì)因素推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

不論是舊金山還是北京，都是經(jīng)濟(jì)較好且政策發(fā)布較為密集的前沿地區(qū)，這些因素進(jìn)一步助推太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在舊金山，受各類因素影響，太陽能發(fā)電系統(tǒng)對(duì)任何家庭來說都是一個(gè)很好的補(bǔ)充。首先，太陽能電池板能為家庭提供可再生能源，環(huán)保同時(shí)又能提高居住者舒適度和健康度。其次，降低運(yùn)營成本，安裝太陽能電池板能明顯減少電費(fèi)。再次，改善空氣和水質(zhì)、減少廢物流，同時(shí)還能減少對(duì)當(dāng)?shù)鼗�礎(chǔ)設(shè)施的壓力。安裝太陽能電池板的唯一明顯缺點(diǎn)是投資成本，而技術(shù)進(jìn)步已推動(dòng)成本大幅下降，全球太陽能光伏的平均化電費(fèi)成本由2010 年度的 0.417 美元/千瓦時(shí)大幅下降至 2021 年度的 0.048 美元/千瓦時(shí)，下降幅度達(dá)到 88%，這也使得國內(nèi)包括北京在內(nèi)的更多地市和企業(yè)加入太陽能光伏產(chǎn)業(yè)建設(shè)中來。

（3）從建筑到汽車的應(yīng)用領(lǐng)域延伸

2020年，加州成為首個(gè)在大多數(shù)新房屋的屋頂上都安裝太陽能電池板的州，這對(duì)已經(jīng)在該州良好發(fā)展的戶用光伏行業(yè)來說是一個(gè)里程碑。但是由于冠狀病毒大流行導(dǎo)致建筑業(yè)放緩，新房屋的許可減少，有可能延遲美國首次在全州范圍內(nèi)實(shí)施居民太陽能指令。即使在通常情況下，所有新建筑也要花費(fèi)數(shù)月的時(shí)間才能完全符合加州建筑能耗法規(guī)（每三年更新一次）的要求。建筑行業(yè)放緩并未影響太陽能行業(yè)發(fā)展，早在2015年加州理工學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)就開發(fā)了新的太陽能驅(qū)動(dòng)制氫設(shè)施，今年4月，加州發(fā)布了一項(xiàng)電動(dòng)計(jì)劃，穩(wěn)步提升電動(dòng)車和其他零排放汽車的銷量，計(jì)劃要求到2026年在該州銷售的35%的新乘用車以電池或氫能為動(dòng)力。在汽車保有量較高的美國，太陽能產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)從建筑領(lǐng)域開始延伸到汽車領(lǐng)域，加州在實(shí)施新法規(guī)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)以及當(dāng)?shù)匦酆竦募夹g(shù)力量支撐，為類似地區(qū)在應(yīng)用領(lǐng)域的不斷延伸提供了較為清晰的發(fā)展路徑參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]舊金山要求新建筑物必須安裝太陽能 美國首個(gè)出臺(tái)法令的大都市,光伏頭條

[2]北京大興國際機(jī)場(chǎng)投運(yùn)丨“光伏+機(jī)場(chǎng)”厲害了,廣州太陽能光伏展

[3]北京市管企業(yè)碳達(dá)峰行動(dòng)方案出臺(tái) 25條措施助推國有經(jīng)濟(jì)綠色低碳發(fā)展,北京日?qǐng)?bào)

—END—

  作者|火石創(chuàng)造 曾亞

       原文標(biāo)題 : 從舊金山到北京，同一緯度城市太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑分析