2021年11月,《零碳中国·零碳校园蓝皮书》执行摘要在2021国际碳中和与绿色投资大会上正式发布。
《蓝皮书》对我国高校碳排放现状和高校发展情况进行了统计和梳理,对不同校园规模、所处地区、人口密度、校园建筑类型等的能耗和碳排放特点进行了分析,提出从规划与生态、能源与资源、环境与健康、运行与管理和教育与推广等五个方面进行零碳校园的整体规划,并从建筑、水资源、集中供暖、道路交通、可再生能源利用等方面提出校园碳减排的实施路径,为零碳校园评价体系提供了参考和借鉴。
随着高等教育的日渐普及,校园建筑在数量上迅速增长,而近年来多数高校开展基建工程,扩大空调等设施使用范围,现代的校园不再局限于教学活动,与社会的相互交流也在一定程度上影响着校园建筑的能源消耗水平。
将光伏空调带入校园不仅有助于推动环保节约型校园的建设,也可以让学生对新能源有更加直接的认识,激发学生研究新能源的热情。
设计方案介绍校园建筑按照使用功能可以分为教学楼、图书馆、教职工及学生宿舍、食堂、体育馆等。
由于不同的学校中校园建筑的面积、利用及特点各不相同,各个院校可以根据自身的建筑特色制定不同的设计方案。
本文以华南地区某大学校园为例,选择独栋建筑楼为研究对象,采用单位面积能源消耗指标对校园建筑群的能耗进行评估,具体情况如下表1所示:评估结果显示,校园建筑能耗人均使用量已经高于全国人均能源消耗,若校园建筑与光伏空调相结合不仅能实现光伏电就地消纳、减少其日常用电成本,还可以利用绿色环保的技术解决校园建筑用电量大用电复杂的问题,提供现代化节能与舒适的校园环境。
本文将以该校教学楼为例,此类建筑的特点是建筑相对规整,拥有较广阔的屋顶,结构好,用电量稳定,同时周围环境空旷,能接受良好的太阳能辐射,实现光伏发电的较大发电效率。
该教学楼主体建筑面积约为5000m2,顶楼可铺设光伏组件有效面积为800m2。
考虑建筑特性及应用需求,单块光伏板面积为2.2平方米;考虑铺设面积修正系数后单块光伏板占地面积2.75平方米,实际铺设光伏板(450W/块)数量256块,光伏总装机容量为115.2kW,可满足8套光伏(储)直流空调系统装机需求。
绿色校园按照每天3.88小时峰值日照时间,综合考虑光伏组件效率、变流器效率、灰尘及雨雪遮挡损失、组件串并联匹配损失、弱光损失及其他项损失等因素,综合效率约为86%,综上可得光伏(储)直流空调系统第一年系统发电量高达140.3MW·h。
光伏系统与空调系统结合在一起,不仅可以制冷效果好,还可实现光伏电能自发自用,减少空调系统的运营费用,余电还可供给室内照明使用。
系统设计选型相关参数如下表2所示:光伏(储)直流空调系统在校园中的应用优势1互利互惠,实现能源效益最大化一方面,校园建筑楼栋之间布局合理,拥有较广阔的屋顶,间距适宜,周边建筑遮挡较少,可以最大限度保障日照时数以及日照质量,使光伏应用潜力得到最大程度开发与使用,最大化发挥光伏组件转化效率。
另一方面,光伏(储)直流空调系统的安装反过来作用于建筑,也大大提高了建筑的保温隔热性能,互利互惠,保证能源的最大使用效益。
除此之外,校园建筑的使用寿命较普通的工业民用建筑要长得多,这在一定程度上降低了光伏系统安装的成本,延长了光伏系统的有效寿命期。
2助力电网削峰校园建筑用电最高的时期与社会用电最高的时期是不冲突的,这样的情况下,校园光伏(储)直流空调系统一方面具备良好的自我消纳能力,而且有余电还可供给其他设备用电,将很好地减轻用电高峰期时社会用电紧张的现状。
3响应国家“双碳”政策5月7日,教育部发布《加强碳达峰碳中和高等教育人才培养体系建设工作方案》,提出将绿色低碳理念纳入教育教学体系。
推动高校参与或组建碳达峰碳中和相关国家实验室、全国重点实验室和国家技术创新中心,组建碳中和领域关键核心技术集成攻关大平台。
2021年6月20日,国家能源局发布红头文件《关于报送整县(市、区)屋顶分布式光伏开发方案的通知》,要求学校、医院、村委会等公建屋顶总面积光伏可安装比例不低于40%,并要求要有较好的消纳能力。
而光伏(储)直流空调系统本身具备良好的就地消纳能力,能有效减少二氧化碳排放量,推动绿色低碳校园建设。
4激发光伏技术潜力2021年7月,教育部发布关于印发《高等学校碳中和科技创新行动计划》,立足实现碳中和目标,建成一批引领世界碳中和基础研究的顶尖学科,打造一批碳中和原始创新高地,形成碳中和战略科技力量,为我国实现能源碳中和、资源碳中和、信息碳中和提供充分科技支撑和人才保障。
高校本有着不可比拟的研究人才和设备资源优势,把光伏空调带入校园,对师生都有着良好的启迪作用,可以提前培养学生绿色、环保、节能的思维意识。
同时光伏空调技术这一新鲜的血液与校园建筑的筋骨相辅相成,有机结合,可使得光伏技术潜力得以激发,未来的校园建筑也将更加绿色节能环保。
案例介绍天津市某考试院共安装使用了37套光伏(储)直流空调系统,共匹配230.26kWp的光伏组件,预计年发电量25.8万KW.h,相当于年均减排二氧化碳230吨,依托光伏空调应用,光伏(储)直流空调系统非常适合推进“绿色校园”建设。
应用案例除此之外,光伏(储)直流空调系统还为天津双菱中学、上海交大、南宁职院、东莞理工、清华四川院、阿拉伯国王大学、德黑兰大学等低碳校园建设提供了有力支持,在满足制冷、制热需求的同时,积极响应了国家节能减排的号召,在打造成为国内一流的绿色教育基地的同时,也大大降低了整个建筑的能耗,助力国家实现“双碳”目标,奋力零碳中国!