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引言

為推動綠色發(fā)展，促進人與自然和諧共生，黨的二十大報告明確指出要“協(xié)同推進降碳、減污、擴綠、增長，推進生態(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”，加快推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、交通運輸結(jié)構(gòu)等調(diào)整優(yōu)化；另一方面要求“積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和”“重點控制化石能源消費”“推動能源清潔低碳高效利用”“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”。為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，預(yù)計到2030年，我國風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億KW以上。

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

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）地方政策鼓勵發(fā)展

加利福尼亞州（以下簡稱“加州”）針對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備。舊金山市議會轄下的公用事業(yè)委員會于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)更進一步，要求最初就必須在已經(jīng)做好準備的屋頂上安裝太陽能，法規(guī)從2017年1月開始實行。目標是希望在2025年實現(xiàn)100%可再生能源用電，這項立法的通過標志著該城市的目標進一步得以實現(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期，供電市場一直被民營電力公司壟斷，但該州2002年出臺了一條名為社區(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，并進行電力采購，為社區(qū)成員提供兩種套餐。一個是“Green”，可再生能源所占的比例為35％；另一個名為“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、計算機行業(yè)發(fā)達，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驗室，是一個隸屬于美國能源部的國家實驗室，從事非絕密級的科學(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。

（二）具體案例——Honda home

從建筑層面來說，當?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。項目用金屬屏風遮擋了重型基礎(chǔ)設(shè)施——遮陽棚架實際上是為整個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作為獨棟的住宅建筑，房屋白天通過屋頂?shù)?span id="thdtrhbldzz3" 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、固定電池和電動汽車（Honda Fit）、電網(wǎng)五個維度進行展示和調(diào)控，系統(tǒng)引入了智能電網(wǎng)技術(shù)，積極對能源進行管理使用，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)將會將其流入電網(wǎng)用于其他地方，因此如每個家庭都配置一個家庭能源管理系統(tǒng)，電力資源將會更加可靠和便宜。

圖：Honda Home

來源：編者于加州實地拍攝

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》。《規(guī)劃》提出十四五期間節(jié)能和綠色建筑發(fā)展的目標：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)電是建筑運行階段實現(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)當作深入探索的重點領(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，蘊藏不少發(fā)展機會。推動建筑邁向近零能耗是全球的發(fā)展趨勢，未來將會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)推進光伏發(fā)電高質(zhì)量發(fā)展實施意見的通知》和《關(guān)于印發(fā)推進光伏發(fā)電高質(zhì)量發(fā)展支持政策的通知》，制定推進北京光伏發(fā)電高質(zhì)量發(fā)展的系列支持政策。為鼓勵社會廣泛參與，市級財政對光伏發(fā)電項目給予分級分類的補貼支持，對光伏新技術(shù)與應(yīng)用、重點建筑的分布式光伏發(fā)電項目、環(huán)保類光伏發(fā)電項目這三類，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)助力碳達峰

2022年底，北京市管企業(yè)碳達峰行動方案出臺，從推動構(gòu)建綠色產(chǎn)業(yè)體系、打造低碳能源體系、強化科技創(chuàng)新支撐等7個維度25條措施助推國有經(jīng)濟綠色低碳發(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，大力推進節(jié)能降碳。此次行動方案要求，將碳達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)建有利于碳達峰碳中和的國有經(jīng)濟布局和結(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)展的重點領(lǐng)域，行動方案分門別類提出針對性措施。在建筑領(lǐng)域，大力推廣精準裝配式建筑，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以全周期低碳化為導(dǎo)向的綠色轉(zhuǎn)型。新建公共機構(gòu)建筑、新建廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達到50%。以企業(yè)辦公大樓、酒店商超等公共建筑為重點，市管企業(yè)還要率先推動符合條件的既有建筑綠色低碳化改造。

（二）具體案例——北京大興國際機場

能源行業(yè)是北京市推進綠色低碳發(fā)展的主戰(zhàn)場，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，北京大興國際機場以“光伏+機場”的建設(shè)模式進行了重要探索。機場停車樓屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)于機場東停車樓和西停車樓2幢建筑，安裝面積1.8萬平方米。項目根據(jù)建筑分布情況將整個發(fā)電系統(tǒng)分為若干個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電電力經(jīng)直流匯流－逆變-交流匯流后，并入項目380V母線，所發(fā)電量自發(fā)自用，多余電量送入當?shù)嘏潆娋W(wǎng)。作為全球距離跑道最近、國內(nèi)首個飛行區(qū)跑道旁鋪設(shè)的光伏系統(tǒng)，項目對未來民航領(lǐng)域推進光伏系統(tǒng)建設(shè)和可再生能源應(yīng)用的創(chuàng)新具有示范意義。

圖：北京大興國際機場

來源：網(wǎng)絡(luò)公開資料

03

同一緯度地區(qū)發(fā)展經(jīng)驗參考借鑒

不論在美國還是國內(nèi)，建筑環(huán)境對自然環(huán)境、人類健康和經(jīng)濟有著巨大的影響，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)濟和環(huán)境效益，發(fā)展經(jīng)驗在同一緯度的不同城市之間也可互相借鑒。

（1）各項因素促進技術(shù)進步

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，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，鼓勵企業(yè)參與。此外，以風能、太陽能為基礎(chǔ)的能源發(fā)電受地域和天氣影響比較大，具有間接性和波動性，其調(diào)節(jié)難度加大，需要儲能系統(tǒng)進行消納穩(wěn)定性等相關(guān)問題，這些因素也倒逼儲能技術(shù)進一步提升，系統(tǒng)中引入儲能環(huán)節(jié)后，可以有效地實現(xiàn)需求側(cè)管理，消除晝夜間峰谷差。

（2）政策經(jīng)濟因素推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展

不論是舊金山還是北京，都是經(jīng)濟較好且政策發(fā)布較為密集的前沿地區(qū)，這些因素進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)對任何家庭來說都是一個很好的補充。首先，太陽能電池板能為家庭提供可再生能源，環(huán)保同時又能提高居住者舒適度和健康度。其次，降低運營成本，安裝太陽能電池板能明顯減少電費。再次，改善空氣和水質(zhì)、減少廢物流，同時還能減少對當?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是投資成本，而技術(shù)進步已推動成本大幅下降，全球太陽能光伏的平均化電費成本由2010 年度的 0.417 美元/千瓦時大幅下降至 2021 年度的 0.048 美元/千瓦時，下降幅度達到 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，這對已經(jīng)在該州良好發(fā)展的戶用光伏行業(yè)來說是一個里程碑。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數(shù)月的時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)院科研團隊就開發(fā)了新的太陽能驅(qū)動制氫設(shè)施，今年4月，加州發(fā)布了一項電動計劃，穩(wěn)步提升電動車和其他零排放汽車的銷量，計劃要求到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，加州在實施新法規(guī)方面的豐富經(jīng)驗以及當?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：

[1]舊金山要求新建筑物必須安裝太陽能 美國首個出臺法令的大都市,光伏頭條

[2]北京大興國際機場投運丨“光伏+機場”厲害了,廣州太陽能光伏展

[3]北京市管企業(yè)碳達峰行動方案出臺 25條措施助推國有經(jīng)濟綠色低碳發(fā)展,北京日報

—END—

  作者|火石創(chuàng)造 曾亞

       原文標題 : 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