智库访谈丨张永炜：智能物联2.0时代，如何用数字化手段助力“双碳”目标的实现？

5月21日晚，我们有幸邀请到了中国建筑科学研究院绿色低碳软件事业部总经理，中国绿色建筑委员会委员兼软件学组秘书长 张永炜，做客《智能物联2.0：行业应用新篇章》直播栏目，为我们带来了一场《智能物联2.0时代，如何用数字化手段助力“双碳”目标的实现？》的主题探讨。
以下根据直播访谈内容整理：
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数字化技术助力绿色低碳

智次方：您如何看待云计算、大数据、物联网、人工智能和区块链等技术与绿色低碳发展之间的关系？

张永炜：

绿色低碳发展是在以人为本的基础上，人与自然和谐共生。当下绿色低碳发展主要涉及两个方面：提效和替代。

在提效方面，从产品层面来看，我们可以通过提高优化设备性能与优化策略来降低能耗与碳排放，如空调和风机等设备，通过提升设备性能，从而能源利用效率。

在替代方面，尤其是在建筑行业，我们正进入电气化+时代。这主要是指用清洁能源替代化石燃料的直接排放。例如，在发电侧，我们使用更多的可再生能源来替代传统化石能源。在实际项目中，我们如何利用电力设备替代传统的燃气和煤炭等能源，通过降低综合碳排放来提高能源效率，这是我们目前阶段的主要工作。

然而，替代并非易事。特别是在实现预定目标方面，例如光伏系统的应用。目前，我们重点关注的是分布式光伏。过去，国家通过政策补贴和鼓励并网等措施来支持分布式光伏的发展。然而，随着光伏产业的不断进步，我们现在更倾向于鼓励自建、自发、自用的方式。这主要是因为，如果将光伏电力并网销售，电价可能只有0.35元/度，而分布式光伏发电的稳定性和投资回报率存在问题。此外，分布式光伏对现有电网的冲击也是不容忽视的。实际上，电网需要为分布式光伏提供更多的负荷，而这些负荷可能并没有得到有效解决。这导致分布式光伏对国家电网构成了压力。

因此，光伏系统需要考虑如何实现自发自用。这是一个相对复杂的问题。目前，光伏行业在设计层面过于粗放，不能有效分析光伏系统逐时发电量，例如假设没有考虑不同时刻建筑的遮挡情况，仅根据太阳辐射量粗略估算光伏发电能力。然而，如果我们要实现自发自用，这些假设就不再适用了，因为气象条件是不断变化的。

在建筑上应用光伏时，我们面临遮挡问题，如光伏板之间的遮挡和建筑与光伏板之间的遮挡，这会影响光伏发电效率。因此，我们需要借助数字化和智能化技术来评估和感知当前状态，比如通过获取气象条件来预测下一阶段的辐射量，通过性能模拟和建筑太阳高度角模拟来判断遮挡情况。这样，我们对供给侧的发电能力评估将更加准确。

需求侧也同样存在不确定性。建筑的能耗，如空调、照明等，受多种因素影响，包括建筑本身的保温节能措施、低碳要求以及天气环境。此外，人员的入住率也会影响能耗。物业管理水平也关系到如何准确有效地分析供需平衡。

目前，我们普遍通过监测来获取长期数据，然后利用物联网技术、大数据、云计算和人工智能来分析下一阶段的能耗。通过智能调控，我们可以提高光伏系统的利用率。这是大数据、云计算、物联网技术和人工智能在光伏系统中的典型应用场景。这不仅适用于光伏系统，还包括数字机房、集中能源站等更大规模的应用，都涉及到对供需平衡的控制和调配。

总之，绿色低碳发展需要物联网、数字化技术的支持。

在建筑领域，我们同样见证了一些实际应用的进展。
从2023年到2024年，我们已经陆续完成了几个光储直柔项目。这些项目对于在供电不便的地区，例如拉萨等地，它们在施工过程中提供了临时电源的解决方案。在工业厂区中也可以引入标准的光储直柔系统来解决临时供电问题，这是一种典型的应用场景。

此外，在智慧运维领域，数字化和智能化技术也发挥着重要作用。现在有大量的老旧小区需要改造或运营管理。数字化管理的一个典型例子是危房沉降位移监测。这是一种AIoT技术，能够实时监测建筑的形变情况，并通过互联网将数据传输给我们。这大大减少了社区网格员的工作量，提高了监测的准确性。过去，网格管理员需要定期检查建筑的状况，而肉眼判断是非常困难的。现在，通过设备监控，我们可以更有效地进行管理。

建筑领域的低碳发展

智次方：中国建筑节能协会2021年底发布的《中国建筑能耗与碳排放研究报告》显示，2019年建筑能耗总量及碳排放总量占全社会总量达一半左右。因此，推进建筑全生命周期脱碳，对于实现我国 “双碳”目标具有重要意义。想请张老师分享一下，建筑领域有哪些减碳方案？哪些方案是需要长周期推进的？哪些方案是可以短期见效的？

张永炜：

首先我们需要明确碳排放的核算逻辑。碳排放主要分为直接碳排放、间接碳排放和隐含碳排放。直接碳排放指的是一次能源消耗，如燃油、燃气和煤炭等。间接碳排放则涉及电力和供热消耗。这两类碳排放与建筑行业密切相关。隐含碳排放的范围更广，它包括建筑材料的生产、运输等过程中产生的排放。不同建筑、不同结构和类型，隐含碳排放的比例也不尽相同，可能从30%到50%不等。因此，在核算碳排放时，我们需要明确核算边界，了解我们所在的行业实际消耗了多少碳。

建设行业中考虑隐含碳排放的问题，是为了鼓励我们在建筑设计和管理时选择低碳设计与技术、降低碳排放。这涉及到从源头降碳问题，比如在生产过程中，我们使用的是什么材料，这些材料的选择和设计都会影响到最终的碳排放。

在绿色节能和低碳标准中，我们会考虑使用何种材料来降低碳排放。例如，通过增加保温层和提高空调效率，可以降低建筑运行过程中的碳排放。然而，这些措施也会产生隐含碳排放。因此，我们需要考虑性价比，寻找平衡点。

在建筑行业中，我们已经从单一的建筑碳排放检测，发展到社区、园区，甚至低碳城市的规划和设计。这个发展过程非常迅速。

关于绿色低碳的周期性问题，我认为首先，低碳政策是一项利国利民的大政策，对未来和我们的后代都具有重要意义。同时，它也是一个能源安全问题，关乎如何在不同时期保障能源供应和应用的安全。

短期内，我们主要通过相关的标准和政策来实施低碳措施。例如，我们现在有光伏应用面积比30、40、50等要求，这些要求规定了不同建筑类型上光伏的使用量。这些措施旨在短期内保障建筑的设计、施工和运营管理。

然而，随着行业的发展，要求也在不断提高。从最早的节能30%到现在的近零能耗建筑，国家对我们的行业提出了越来越严格的约束性要求。

目前，节能设计标准是强制性的，新建、改建、扩建项目都必须遵守。一些地区已经实现了80%的节能率，而其他地区可能在65%左右。同时，我们还鼓励建设近零能耗或零碳建筑。
长期来看，建筑行业在实现低碳转型的过程中，有几个关键的转变方向。

首先，电气化是一个重要的转变，但它并非易事。电气化不仅仅是简单地使用电力，而是需要不同的设备和系统来支持电气化改造。例如，上海的超低能耗项目就涉及到了如何使用热泵来替代传统的燃气供暖系统供热。

此外，随着可再生能源发电占比的不断提升，自发自用的模式也面临挑战。除了供需两侧的问题，还需要考虑设备如何满足这些需求。一些设备，如照明和电脑，本身就是直流电，是否可以减少转换过程以提高实际应用效率，这也是行业正在探索的问题。包括直流空调或光伏空调在内的新技术，正在探索直接使用直流电，避免转换过程，以提高用电效率。

总的来说，建筑行业的低碳转型是一个长期的过程，需要不断的研究、实践和改进。

光伏能源的挑战与前景

智次方：作为可再生能源的代表性技术，光伏能源的应用对于双碳目标的实现至关重要，但是光伏能源在现实应用中面临种种问题。比如前期的高投入，回报周期长，而且维护成本高，请问张老师如何看待这些问题？

张永炜：

分布式光伏作为光伏产业的重要组成部分，近年来在我国发展迅速。与传统的集中式光伏电站相比，分布式光伏主要依托建筑物，如屋顶，进行光伏发电。据查阅的资料显示，分布式光伏的装机量占新增光伏装机总量的一半左右，这表明民间和社会各界对光伏发电的参与度极高。

从2021年到2023年，分布式光伏的新增装机量呈现出逐年增长的趋势。2021年新增装机量为2,929万千瓦，2022年达到5,111万千瓦，而到了2023年，这一数字飙升至9,629万千瓦。尽管分布式光伏的增长迅猛，但由于集中式光伏的快速发展，分布式光伏在总装机量中的占比略有下降，从2021年的53%降至2023年的45%。

之前的政策鼓励住宅、办公和政府机关以及工业厂房等不同类型建筑的屋顶安装光伏板，目标分别是30%、40%和50%的屋顶面积。这些政策旨在鼓励各类建筑采用分布式光伏，实现全行业的脱碳和降碳目标。

然而，随着2022年国家光伏补贴政策的取消，光伏发电企业需要更加关注经济效益和投资回报。尽管如此，光伏组件和原材料价格的下降，使得光伏发电的成本也随之降低。这为光伏发电的商业化提供了更多可能性。

光伏发电的经济性与能源价格和应用方式密切相关。目前，我国并网电价大约为每度电0.35元，而居民用电价格在0.4元左右，工业用电价格则高达每度电1元左右。这样的价格差异为光伏发电提供了巨大的市场空间。通过自发自用、余电上网或储能等手段，可以提高光伏系统的经济价值。

近期，一些地方政府，如河南、雄安新区等地，提出了鼓励自发自用而非并网的政策。这是因为分布式光伏的电流和电压不稳定，发电量和输配功率较小，对电网的压力较大。随着电动车的普及，社区和小区的电力负荷需求增加，需要扩容。通过更好地协调和平衡这些因素，可以降低投入成本，提高光伏发电的应用效率。

从长远来看，光伏发电具有其独特的价值和投资回报的合理性。此外，碳汇和绿色能源的价值也不容忽视。随着政策的完善和市场的成熟，分布式光伏的长期价值将更加显著。

光伏系统的维护也是一个重要议题。保持光伏板表面的清洁对于提高发电效率至关重要。目前，已有多种清洗技术和材料的研发正在进行中，如不粘污材料和自动清洗机器人，这些技术的发展将有助于提高光伏系统的维护效率，降低维护成本。

未来可以集中行业资源，尤其是利用人工智能（AI）和物联网（IoT）技术，来提升维护效率并降低成本。

建筑行业的数字化与工业化

智次方：当前建筑行业的 “新两化融合”推进过程中存在哪些问题？

张永炜：

在建筑行业中，我们所讨论的新两化主要是指信息化、数字化与工业化的融合过程。近年来，尽管建筑行业的数字化和智能化水平尚处于较低水平，这一行业仍被形象地描述为“傻大笨粗”。然而，随着劳动力成本的上升和对生产力要求的提高，建筑行业在信息化、数字化和智能化方面正面临越来越多的挑战。

建筑工业化是我们重点关注的一个领域，过去十年中，我们已经推动了装配式建筑的发展，这包括混凝土与钢结构等不同结构形式，就像制造汽车一样高效地建造房屋。

信息化和数字化的关键在于建立建筑的数字模型，这不仅仅是一个几何表达，更重要的是将信息整合其中。这包括建筑的拓扑结构、项目之间的关系、空调系统以及材料、性能和设备运行数据等。这些数据应该融入到数字化、信息化建设中去。

在装配式建筑领域，我们已经展示了工业化的成果。从结构计算到深化的装配式构件设计，再到工厂生产，这一过程涉及到配金、排场等生产工艺等多个环节。通过数字化技术和生产设备的结合，显著提高了生产效率和质量，逐步实现了构建的产品化。尽管这一过程可能充满挑战，但随着行业的不断发展，我们相信装配式设备将变得更加成熟。

此外，建筑产品的标准化和模块化也是我们关注的重点。例如，门窗的标准化和模块化可以简化替换过程，提高生产效率，并降低成本。这种工业化生产方式将提升建筑产品的质量，同时降低生产成本。

目前，这一领域仍在发展之中，已经取得了一些成果，但仍有许多工作正在进行中。这不仅涉及到传统的建筑设计、施工和运维企业，还包括产品企业，需要整个建筑相关领域的共同努力。数字化的重要性不言而喻，标准数据的传递是推动业务发展的关键。

总的来说，建筑行业的信息化和工业化是一个复杂而漫长的过程，需要全行业的共同努力和不断的技术创新。