“雙碳”背景下的生態智慧城市建設與發展探討

段貴嬌，石杰，游志紅，溫純

（幾何智慧城市科技（廣州）有限公司）

1 引言

“雙碳”，即碳達峰與碳中和的簡稱。碳達峰是指某個地區或行業的與化石能源相關的二氧化碳排放量（以年為單位），在某個年份達到歷史最高值，隨后進入持續下降的過程。而碳中和指國家在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量，通過碳清除、碳儲存等方式實現正負抵消，達到相對“零排放”。生態智慧城市是在智慧城市建設的基礎上，以生態環境技術應用為導向，融入生態自然環境要素，建立起來的高效節能、和諧、健康、可持續發展的人類宜居環境[1]。本文重點探討“雙碳”政策推動下，生態智慧城市的建設與發展。

2 “雙碳”目標與生態智慧城市建設目標一致性與差異性

“雙碳”目標是達到相對“零排放”，城市是“雙碳”目標實現的最大應用場景。2018年，我國二氧化碳排放量統計數據，其中發電和供熱占比51%，工業占比28%，建筑占比6%。可見生態智慧城市建設成為實現“雙碳”戰略全面展開的強有力抓手。

“雙碳”目標與生態智慧城市建筑在城市建筑節能方面是一致的，但生態智慧城市建設同時注重城市大環境、家居健康環境，城市美化與人體健康，重點強調節能與環境統一，實現人與自然和諧，這是二個目標的差異性。只有理解和認識到兩個目標的一致性與差異性，確立它們彼此依存的關系，才能更好地落實“雙碳”目標、建設生態智慧城市。

3 “雙碳”目標與生態智慧城市相互推動，共同發展

3.1 生態智慧城市建設為“雙碳”目標實現奠定了基礎

我國智慧城市建設經過二十余年的發展，不少城市已經完成城市底層數字技術，數字城市、智慧城市建設成就巨大。2016年生態智慧城市概念提出，2018年生態智慧城市開始建設示范項目，示范性項目建設在建筑節能方面大量使用節能高效材料和創新工藝，而且在城市智慧化管理數字孿生系統中融入低碳思維，智慧城市建設融入生態理念，朝生態智慧城市發展。尤其是“能源大腦”系統，融合了城市可持續轉型最終需要的整體性規劃和設計，已經在實踐中展現出與政府服務和城市治理結合的優勢。例如，成都天府新區已搭建天府“能源智慧大腦”，不僅全程追蹤天府新區的“碳足跡”，精準計算每個行業和單位的碳排放量、趨勢和規律，還能進行能源分配，實現建筑節能。“能源大腦”系統為城市建設落實“雙碳”目標提供技術基礎。

3.2 “雙碳”目標加速生態智慧城市建設

3.2.1 “雙碳”目標助力實現城市建筑產能

“雙碳”政策的提出提升節能標準，即建筑領域不再是單純的節能，更重要是建筑產能。

據有關數據表明，目前我國建筑物的能源消耗占總體能源消耗的一半以上，建筑物的節能減排已成為我國能源問題中最亟待解決的問題之一[2]。因此，在實現碳達峰、碳中和的過程中，重中之重是控制化石能源總量，構建以新能源為主體的新型電力系統——光伏發電/風力發電等。建筑的節能主要有近零能耗建筑、零能耗建筑、產能建筑和被動房等，其中產能建筑對節能的要求最高。何為產能建筑，就是通過與可再生能源發電發熱連接，每年建筑物產生的、及其附近建筑使用的可再生能源大于建筑物消耗的能量的一類建筑。它類似于零能耗建筑，但產能建筑中可再生能源產出量相對更高，不僅滿足建筑自身需求，還可向外部輸送功能。綠色建筑在全生命周期體現了節能、節水和節材等特性，全面實施綠色建筑將為城市“碳中和”提供重要貢獻。同時，將風能、太陽能光伏與建筑一體化，通過城市有機物發電、地熱與地質儲能，以及立體園林建筑、“魚菜共生”等模式，可發揮綜合減排作用，助力城市“碳中和”。

3.2.2 “雙碳”目標推動城市建筑技術革命

打造綠色健康、舒適節能、生態融合的產品，逐漸成為國內企業的“軟實力”。企業積極參與超低能耗建筑、綠色建筑的發展，不僅是踐行社會責任的表現，也是產品力突圍、實現綠色轉型的新途徑。克而瑞分析指出，“雙碳”目標對綠色建筑領域提出了全新的挑戰，也擴展了綠色建筑的外延，催生出全新的機遇，相信未來將有更多企業加碼建筑產業的綠色可持續發展。綠色新能源成為實現“雙碳”的動力，推動了我國城市建筑技術革命。分布式光伏技術得到飛躍式發展，為建筑節能到建筑產能提供了強有力的保障。

分布式光伏與建筑聯系緊密，“光伏+”各種應用場景的分布式項目，包括光伏+交通、光伏+加油站、光伏+屋頂等，其中屋頂電站為主要應用方式。分布式光伏與建筑的結合方式目前包括BAPV與BIPV兩種。其中BAPV（building-attached photovoltaics）指的是附著在建筑物上的光伏組件，這些光伏組件的主要功能是光伏發電，既不承擔建筑物的功能，也不破壞或削弱原有建筑物的功能。現在已建設的大多數光伏建筑一體化指BAPV。BIPV(Buildingintegrated photovoltaics)是指光伏與建筑物同時設計、同時施工和安裝并與建筑物相結合的光伏發電系統，也稱為“構建型”和“建材型”建筑光伏，其既具有光伏發電功能，又能承擔建筑構件和建筑材料的作用，更好與建筑物融為一體。

BAPV多用于存量建筑，BIPV多用于新建建筑。從施工流程上來看，BAPV也稱為建筑后光伏，即主要集中在建筑施工完成后附著在建筑物上，它的安裝、安全性、支撐系統需要考慮周全，會增加建筑負載。而BIPV本身即為建筑材料，是集中在建筑施工流程中，本身能起到透光、遮風擋雨和隔熱等功能，主要應用于新建建筑或整體大規模翻新建筑。

與集中式光伏相比，分布式光伏有一些優點。

1）類型多樣化，易于建設維護

分布式光伏電站既可以集中電站開發，又可以在屋頂上開發，適用范圍廣；建設規模一般在10MWp以下，系統相對簡單，集成度高，施工難度小，建設工期短，并且由于系統運行相對穩定，通常采用“就地無人（或少人）維護，區域遠程集控”的管理模式，能顯著降低運行維護成本[4]。

2）系統線損較小，節能環保

集中式光伏電站發出的電經高壓并網，將電輸送到更高的電壓等級，最終輸送到華東等地區，以實現西電東輸；分布式光伏一般來說發的電就地并網，補充當地的電量，供當地及附近的用電用戶使用。可見分布式光伏系統不存在遠距離輸送線路損失，也不存在棄光問題。

雖然分布式光伏項目單體規模較小，但全國可開發總體規模較大，對降低我國化石燃料使用量具有顯著促進作用，有助于降低能源轉化利用過程的污染物、粉塵和溫室氣體排放。根據中國光伏行業協會預測，到2025年，我國光伏行業新增裝機量將達到110GW，同比2020年增長128.22%。而分布式光伏在整縣推進、經濟效益持續提升的情況下，有望獲得較快發展。分布式光伏快速發展，將實現我國城市建筑節能向建筑產能轉變。

3.3 “雙碳”目標對生態智慧城市建設提出新挑戰

“雙碳”目標對我國城市建設著眼于建筑產能，突出城市降低碳排放，有利于傳統污染物和溫室氣體排放的協同治理，使環境質量改善與溫室氣體控制產生顯著的協同增效作用。但對生態智慧城市提出新挑戰。

3.3.1 傳統的生態智慧城市建筑系統難以滿足“雙碳”目標發展

傳統的生態智慧城市建筑體系注重建筑節能，“雙碳”目標下生態智慧城市需要實現從建筑節能到建筑產能轉變。不僅要求生態智慧城市建筑從規劃、設計、施工技術、材料轉變，“能源智慧大腦”應具備全程追蹤“碳足跡”，精準計算每個行業和單位的碳排放量、趨勢和規律，并能進行能源分配，實現建筑節能，同時具備新能源建設、運行、蓄能管理等綜合技術。生態智慧城市建筑系統六大體系應進行相應調整，以適應新形勢下發展需要。

3.3.2 “雙碳”目標將帶給生態智慧城市建設新的環境與安全課題

“雙碳”目標下生態智慧城市需實現從建筑節能到建筑產能轉變。分布式光伏快速建設與發展，給未來生態智慧城市建設可能帶來環境與安全課題。

1）城市光污染

2020年我國頒布了《關于報送整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》，規定縣級中心城鎮以上城市分布式光伏面積達到城市屋面面積50%以上，對于人口少、面積大的小型城鎮影響不大，但初步研究表明對于人口密度強、城市建筑密度高的大城市，分布式光伏可能產生光污染，盡管這種光污染對城市居民生活及健康影響不大，但對于空間光污染是否影響該城市區域空間的通訊/通航，均有待進一步研究分析。

2）城市氣象

過度的分布式光伏產生熱島現象，對該城市氣象影響較大，可能產生雷暴天氣以及系列惡劣天氣。

3）人居健康

生態智慧城市建設目標是節能減排，與“雙碳”目標一致，但生態智慧城市更關注人居環境與健康，實現人與自然和諧統一。建筑產能，特別是分布式光伏大面積安裝在城市屋面，對人居環境與健康是否有影響，是生態智慧城市建設未來發展最大挑戰。

4）城市污染

大面積分布式光伏安裝在城市建筑屋面，光伏板長期積塵，如何清洗并確保光伏發電效率也是需要關注的方向。

5）安全隱患

安全隱患主要包括：屋面分布式光伏發電承重隱患以及清潔過程中的安全隱患。

4 結論

我國當前正處于工業化和城鎮化加快推進時期，產業和區域經濟發展尚不平衡、不充分，實現“雙碳”目標的時間緊、任務重。“雙碳”目標的提出為我國經濟社會發展帶來了新的機遇。持續推進新一輪科技革命和產業變革，深度發掘“雙碳”目標的經濟價值，開辟我國“雙碳”經濟的新模式。

分析和探討本問題，有助于正確理解“雙碳”目標與生態智慧城市建設目標的一致性、差異性，辯證看待兩個目標相互依存、相互推動關系，以及生態智慧城市在“雙碳”背景下發展將面臨新的挑戰，從而從思想上準備，從技術上儲備。推動我國生態智慧城市建設創新和發展。實現“堅持以人民為中心，協調好經濟增長、民生保障、節能減排，在經濟發展中促進綠色轉型、在綠色轉型中實現更大發展”的偉大宏偉目標。