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我国建筑用能(不包括农村非商品生物质能源的建筑用能)一直维持在社会总能耗的20%~25%。
时间:2016-08-08 10:06来源:未知 作者:admin 点击:
2000年到2010年,建筑年运行商品用能从2.89亿tce(吨标准煤)增到了6.77亿tce。在今后持续“城镇化”发展的背景下,中国建筑能耗可能会达到
什么样的程度?我国建筑节能的目标是什么?怎样从现在起,为实现这一目标而努力?这些都是迫切需要回答的问题。
    近年来在社会各界的共同努力下,我国在建筑节能领域取得了许多成绩,尤其是北方城镇单位面积采暖用能,已有了明显的下降。建筑节能工作在一定程度减缓了我国建筑能耗随城镇建设发展而持续高速增长的趋势。然而,我国建筑总能耗还在不断攀升:2000年到2010年,建筑年运行商品用能从2.89亿tce(吨标准煤)增到了6.77亿tce。在今后持续“城镇化”发展的背景下,中国建筑能耗可能会达到什么样的程度?我国建筑节能的目标是什么?怎样从现在起,为实现这一目标而努力?这些都是迫切需要回答的问题。
    这一问题也是国内外能源和气候变化领域的研究者非常关注的问题。国内外有大量的研究,通过各种预测模型试图对中国未来的建筑能耗进行预测:世界能源组织(IEA)发布的世界能源展望(Wor ld EnergyOutlook)指出,到2030年,中国总能耗将达到58.1亿tce,其中建筑能耗将达到15.2亿tce,政府的节能减排政策和能源价格将是影响能源消耗的主要因素,要实现全球碳减排目标,未来中国建筑能耗应该控制在11亿tce以内。而另一份报告(Energy TechnologyPerspectives 2010)则指出,提高技术水平是中国实现建筑节能的主要解决途径。
    美国能源情报署(EIA)研究则指出,中国未来(2030年)能耗将达到64.04亿tce,建筑能耗达到12.93亿tce,总能耗高于IEA的预测结果,而建筑能耗则低于后者。
    美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)长期研究中国的建筑能耗,他们认为目前中国建筑用能在总能耗的比例还较低,仅为20%左右,未来将增长到30%。周南等指出到2020年,中国建筑能耗总量将达到10亿tce,而城镇化是引起住宅能耗增长的主要因素,建筑面积和设备拥有量的增长将带来非住宅类城镇建筑能耗的增加。
    国内一些机构也做了分析:《2020中国可持续能源情景》研究指出,到2020年,中国能源总需求将在23.2~31.0亿tce之间,建筑能耗在4.7~6.4亿tce之间。实际上,2010年我国社会能源消耗已经达到了32.5亿tce,建筑能源消耗6.77亿tce,也已经超过其预期目标。还有文献指出,未来中国建筑总量将达到910亿m2 ,甚至1180亿m2 ,相当于在目前建筑量的基础上增长1~2倍,由此也将导致建筑运行能耗大幅度提高。
    已有的这些研究试图预测中国未来能耗发展状况,给出政策或技术方面的建筑节能建议。 实际上,未来建筑能耗水平取决于我们目前和今后一段时间的工作。我们的任务不是去预测未来,而是从我国未来可以获得的能源总量和环境容量条件出发,从社会经济发展各方面对能源的需求出发,得到未来我国可以用于建筑运行的能源总量。以这一总量为天花板,探讨如何分配各类建筑运行能耗,从而为我们建筑节能工作明确具体的定量目标和约束上限,并进一步研究如何在这些用能上限的约束下,实现城乡建设发展和社会进步对建筑环境不断提高的需求,给出我国建筑节能工作的技术路线图。本文试图从这一思路出发,给出了我们的初步研究成果。
 
一、未来我国建筑用能总量的上界
    能源消耗总量受到全球资源和环境容量的限制,从地球人拥有同等的碳排放和能源使用的权力出发,可以得出未来全球人均碳排放量和化石能源利用量的上限;而从我国的能源资源、经济和技术水平以及可能从国外获得的能源量等情况来分析,也可以得到我国未来发展可以利用的能源上限。从这一总量出发,进一步结合我国社会与经济发展用能状况,可以得出我国未来能为建筑运行提供的能源总量。本节分别从这样几个分析角度出发,“自上而下”地对我国未来可以容许的建筑能耗上限进行估计。这应该是我们建筑节能工作要实现目标的用能上限。
 
1、碳排放总量的限制
    碳排放的主要来源是化石能源的使用,IEA研究表明,由于化石能源使用产生的碳排放量约占人类活动碳排放总量的80%。减少化石能源使用量,是减少碳排放的重要途径。2010年,世界能源使用形成的碳排放总量为304.9亿吨,中国碳排放占22.3%,人均碳排放量已超过世界平均水平。我国温室气体排放的大量增加,已经引起世界各国的关注,要求我国尽快控制碳排放的呼声越来越高。
    “碳减排”的目标是多少?IPCC组织指出,为保护人类生存条件需控制地球平均温度升高不超过2K。为达到这一目的,应逐步控制二氧化碳排放量:
 
(1)到2020年,CO2排放总量达到峰值400亿吨,由于能源使用产生的碳排放约为320亿吨,按照目前的化石能源结构,约为156亿tce化石能源的碳排放;根据联合国预测,2020年全球人口将达到76.6亿计算,人均化石能源消耗约为2tce。而目前美国人均化石能源消耗为9.8tce,为该值的5倍,中国为人均化石能源消耗为2.2tce,也已超过了这个值。
 
(2)到2050年,CO2排放总量应减少到2000年的48%~72%,这就意味着,除非调整能源结构,大量使用可再生能源或核能,否则化石能源使用量还要必须大幅度不断降低。
     中国是以煤炭为主要一次能源的国家,煤的碳排放系数是化石燃料中最高的,更应该严格控制化石能源使用总量。根据全球碳排放控制目标,如果未来中国人口达到14.5亿,化石能源消耗总量应控制在29.5亿tce;除化石能源外,当前常用的能源类型还包括核能、太阳能、风能、水能以及生物质等可再生能源资源,根据中国工程院研究,通过大力发展核能和可再生能源,未来核能有可能占一次能源的10%左右,可再生能源占到20%左右。考虑到这些非碳能源的贡献,从碳排放总量的限制推算,未来我国一次能源消耗总量上限应该是42亿tce。

2、我国可获取能源总量限制
    2010年,我国一次能源消费总量已达到32.5亿tce。其中煤炭约占68%,石油占19%,天然气占4.4%,核电、水电和风电占8.6%。其中石油的对外依存度已经超过50%。水电、核电、风电的发展受资源、技术和经济水平的限制,很难在短期内替代化石能源成为主要能源。
    我国传统化石能源资源总量丰富,但人均能源资源占有量少,煤炭、石油、天然气人均占有量分别为世界的2/3,1/6和1/15。在我国城镇化进程中,能源供应量成为发展的瓶颈。一方面,受能源资源赋存量、生产安全、水资源和生态环境、土地沉降、技术水平和运输条件的限制,我国煤、石油和天然气等化石能源年生产量有限;另一方面,国内生产难以满足快速增长的消费要求,能源供应对外依存度逐步提高。然而,能源进口量受能源生产国、运输安全和能源市场价格等多方面因素的制约,进口量很容易受到冲击,因而不能通过扩大进口满足国内能源需求。
    我国用能量超快增长的发展势头难以持续,必须进行重大调整,必须对化石能源进行总量控制。根据中国工程院研究,到2020年,我国有较大可靠性的能源供应能力为39.3~40.9亿tce。
    如果考虑对我国温室气体排放和环境制约的因素,我国能源供应能力还将受到很大的影响,多数非化石能源,水电和核电供应能力已经难以再扩大,其他可再生能源的发展仍然面临多方面未决的技术障碍。因此,从我国能源供应能力来看,2020年,我国能源消耗量不应超过40亿tce。
 
3、中国建筑用能总量上限
    受碳排放和可获得的能源量的共同约束,未来我国能源消耗总量的应该在40亿tce以下。这不是一个暂时的约束,而将是长远发展要求的目标:从全球碳减排目标来看,未来碳排放量要逐年减少,化石能源用量也应逐年减少;我国能源赋存有限,能源技术短期内难以取得重大突破,因而难以支持不断增长的能源需求。为履行大国义务,同时保障我国能源安全和可持续发展要求,控制能源消耗总量势在必行。
     在国家能源消耗总量的约束下,建筑能源使用也应该实行总量控制。目前,我国建筑能源消耗约占社会总能耗的20%,而发达国家建筑能耗占社会能耗的30%~40%。是不是中国的建筑能耗也能占到总能耗的30%以上呢?
    从我国社会经济结构来看,工业(特别是制造业)是中国发展的动力(2000以来,第二产业占GDP的比例在45%~48%),生产和制造加工对能源的需求量大,工业用能量约占国家总能耗的65%以上。在未来很长一段时间内,制造业还将是支撑我国发展的重要经济部门,工业用能还将占我国能源消耗量的主要部分,逐年增长的态势短期内不会改变(近年来工业用能增长率持续在5%)。另一方面,我国目前交通用能仅占全社会总能耗的10%左右,无论从用能比例还是人均交通用能,都远低于OECD国家水平。随着现代化发展,交通用能比例一定会有所提高。
     我国建筑用能(不包括农村非商品生物质能源的建筑用能)一直维持在社会总能耗的20%~25%。在保证我国各部门经济建设健康发展的情况下,不断提高工业用能能效,维持工业用能在目前基础上增长不超过10%,交通用能不超过目前的2倍,未来建筑能耗最多只能维持在社会能耗的25%以下。
     综合以上,由于碳排放总量和能源供应量的约束,我国国家用能总量用在40亿tce以内;考虑工业生产、交通和人民生活发展需要,建筑能耗总量应该在10亿tce以内,这一用能总量不包括安装在建筑物本身的可再生能源(如太阳能光热、太阳能光电、风能等)。
 
二、怎样实现我国建筑用能总量控制的目标
    1、影响城镇建筑用能总量因素
    在明确建筑用能总量上限后,接着要回答的问题是,能否实现以及怎样实现这个总量控制目标?
建筑用能总量为:建筑用能总量=用能强度×总拥有量
    用能强度是指单位建筑面积用能,总拥有量则是指总的建筑面积。所以要研究未来建筑用能总量,就需要分别研究未来可能的建筑用能强度的变化和建筑总量的变化。由于城市和农村建筑使用状况,环境条件等都不相同,所以用能强度也不同,于是还需要分别考虑城镇和农村的建筑用能强度和建筑总量的变化。到2030~2040年,中国人口将达到高峰14.7亿,城镇化率将达到70%,城镇人口可能增加到10亿,而农村人口将逐渐减少到4.7亿,这是我国社会发展,城镇化建设的大趋势。由此也将导致城乡建筑总量出现较大的变化。
 
(1)建筑面积总量
    建筑面积总量控制是实现建筑节能目标的重要内容。在城镇化的背景下,城镇住宅和非住宅类城镇建筑面积将进一步增长。然而,受土地和环境资源的约束,未来建筑面积总量不能无限增长。另一方面,建筑面积增长引起建筑能耗增加,在能耗总量约束下,为保障建筑能够正常运行,建筑规模也应存在上限。
    可以看出,亚洲国家和地区与欧美等早期发展起来的发达国家人均建筑拥有量有很大不同,其中既有土地状况的原因,更有可从海外获取资源规模的原因。从目前世界政治和经济格局看,我国这样的大国很难依靠大量进口满足我国发展的各种资源需求,而我们拥有的各类人均资源大部分又远低于世界平均水平,因此我国的经济发展必须建立在节约资源的基础上。房屋建设是高资源消耗型产业,从资源环境条件来看,我国未来的发展不可能走欧美国家的模式,而应该参照亚洲的发达国家或地区发展模式。像日本、韩国、新加坡,人均建筑面积都是在40m2左右,我国也应把人均量控制在这个范围。如果控制在40~45m2之间,按照未来14.7亿人口计算,总的建筑规模应该约为600亿m2。
    目前,我国建筑总量已经达到453亿m2,其中,城镇住宅约144亿m2,城镇公共建筑约79亿m2,农村建筑约230亿m2。 按照总量600亿m2的规划,未来城镇人均住宅面积应基本维持在当前24m2/人的水平,城镇住宅总面积将达到240亿m2,可以增加量为90~100亿m2;未来人均非住宅类建筑面积达到人均12m2/人,非住宅类城镇建筑总的建筑面积达到120亿m2,可以增加量为40亿m2;农村人口减少,建筑面积在目前230亿m2的基础上略有增加,到达240亿m2。这样总建筑面积才有可能控制在600亿m2。
    这样,未来城镇民用建筑增加总量不超过150亿m2,这一过程如果在15~20年完成,则每年不包括既有建筑的拆除,新增城镇建筑面积应控制在8~10亿m2以内,这是从我国城镇发展与我国的土地与资源条件出发所得出的约束条件,也是我们考虑建筑能耗总量时的基本出发点。
 
(1)用能强度
    用能强度因建筑用能类型不同而表现出明显的差异。产生用能强度差异的原因包括:城乡居民用能方式和用能类型的差异,非住宅类城镇建筑与住宅建筑使用方式差异,南北地区冬季采暖方式和强度的差异。根据用能特点,建筑用能可以分为北方城镇采暖,城镇住宅(不含北方采暖),非住宅类城镇建筑(不包括北方采暖)和农村建筑等四种类型。
    ①北方城镇采暖用能,指的是历史上法定要求建筑采暖的省、自治区和直辖市的冬季采暖能耗,包括各种形式的集中采暖和分散采暖。按照热源系统形式的规模和能源种类分类,包括各种规模的热电联产、区域燃煤或燃气锅炉、小区燃煤或燃气锅炉、热泵集中供热等集中采暖方式,以及户式燃气炉、小煤炉,空调分散采暖和直接电加热等分散采暖方式。采暖能耗除热源用能外,还包括水泵、风机等各类采暖辅助设备用能。
    ②城镇住宅(不含北方采暖)用能,指的是除了北方地区的采暖能耗外,城镇住宅所消耗的能源。从终端用能类型来看,主要包括家用电器、空调、照明、炊事、生活热水以及夏热冬冷地区(非法定采暖地区)的冬季采暖能耗,使用的主要商品能源种类是电力、燃煤、天然气、液化石油气和城市煤气等。
    ③非住宅类城镇建筑(不含北方采暖)用能,指的是除了北方城镇采暖用能外,非住宅类城镇建筑内由于各种活动产生的能耗,包括空调、照明、电器、炊事、电梯、各种服务设施以及夏热冬冷地区(非法定采暖地区)非住宅类城镇建筑的冬季采暖能耗,使用的主要商品能源种类是电力、燃气、燃油和燃煤等。
    ④农村住宅用能,指的是农村家庭生活所消耗的能源,从终端用能途径上,包括炊事、采暖、降温、照明、热水、家电。农村住宅使用的主要能源种类是电力、燃煤和生物质能(秸秆、薪柴)。由于本文主要针对商品能源,因此农村生物质非商品能源的建筑用能不包括在本文计算中。对于不同的用能类型,节能技术和用能规划的预期也不同。下面将分别阐述各类用能的现状和节能技术,从实际出发,分析在节能技术和措施可行的情况下,未来我国各类建筑用能总量可能达到的节能目标。

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