“双碳”背景下的生态智慧城市建设与发展探讨

段贵娇，石杰，游志红，温纯

（几何智慧城市科技（广州）有限公司）

1 引言

“双碳”，即碳达峰与碳中和的简称。碳达峰是指某个地区或行业的与化石能源相关的二氧化碳排放量（以年为单位），在某个年份达到历史最高值，随后进入持续下降的过程。而碳中和指国家在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过碳清除、碳储存等方式实现正负抵消，达到相对“零排放”。生态智慧城市是在智慧城市建设的基础上，以生态环境技术应用为导向，融入生态自然环境要素，建立起来的高效节能、和谐、健康、可持续发展的人类宜居环境[1]。本文重点探讨“双碳”政策推动下，生态智慧城市的建设与发展。

2 “双碳”目标与生态智慧城市建设目标一致性与差异性

“双碳”目标是达到相对“零排放”，城市是“双碳”目标实现的最大应用场景。2018年，我国二氧化碳排放量统计数据，其中发电和供热占比51%，工业占比28%，建筑占比6%。可见生态智慧城市建设成为实现“双碳”战略全面展开的强有力抓手。

“双碳”目标与生态智慧城市建筑在城市建筑节能方面是一致的，但生态智慧城市建设同时注重城市大环境、家居健康环境，城市美化与人体健康，重点强调节能与环境统一，实现人与自然和谐，这是二个目标的差异性。只有理解和认识到两个目标的一致性与差异性，确立它们彼此依存的关系，才能更好地落实“双碳”目标、建设生态智慧城市。

3 “双碳”目标与生态智慧城市相互推动，共同发展

3.1 生态智慧城市建设为“双碳”目标实现奠定了基础

我国智慧城市建设经过二十余年的发展，不少城市已经完成城市底层数字技术，数字城市、智慧城市建设成就巨大。2016年生态智慧城市概念提出，2018年生态智慧城市开始建设示范项目，示范性项目建设在建筑节能方面大量使用节能高效材料和创新工艺，而且在城市智慧化管理数字孪生系统中融入低碳思维，智慧城市建设融入生态理念，朝生态智慧城市发展。尤其是“能源大脑”系统，融合了城市可持续转型最终需要的整体性规划和设计，已经在实践中展现出与政府服务和城市治理结合的优势。例如，成都天府新区已搭建天府“能源智慧大脑”，不仅全程追踪天府新区的“碳足迹”，精准计算每个行业和单位的碳排放量、趋势和规律，还能进行能源分配，实现建筑节能。“能源大脑”系统为城市建设落实“双碳”目标提供技术基础。

3.2 “双碳”目标加速生态智慧城市建设

3.2.1 “双碳”目标助力实现城市建筑产能

“双碳”政策的提出提升节能标准，即建筑领域不再是单纯的节能，更重要是建筑产能。

据有关数据表明，目前我国建筑物的能源消耗占总体能源消耗的一半以上，建筑物的节能减排已成为我国能源问题中最亟待解决的问题之一[2]。因此，在实现碳达峰、碳中和的过程中，重中之重是控制化石能源总量，构建以新能源为主体的新型电力系统——光伏发电/风力发电等。建筑的节能主要有近零能耗建筑、零能耗建筑、产能建筑和被动房等，其中产能建筑对节能的要求最高。何为产能建筑，就是通过与可再生能源发电发热连接，每年建筑物产生的、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类建筑。它类似于零能耗建筑，但产能建筑中可再生能源产出量相对更高，不仅满足建筑自身需求，还可向外部输送功能。绿色建筑在全生命周期体现了节能、节水和节材等特性，全面实施绿色建筑将为城市“碳中和”提供重要贡献。同时，将风能、太阳能光伏与建筑一体化，通过城市有机物发电、地热与地质储能，以及立体园林建筑、“鱼菜共生”等模式，可发挥综合减排作用，助力城市“碳中和”。

3.2.2 “双碳”目标推动城市建筑技术革命

打造绿色健康、舒适节能、生态融合的产品，逐渐成为国内企业的“软实力”。企业积极参与超低能耗建筑、绿色建筑的发展，不仅是践行社会责任的表现，也是产品力突围、实现绿色转型的新途径。克而瑞分析指出，“双碳”目标对绿色建筑领域提出了全新的挑战，也扩展了绿色建筑的外延，催生出全新的机遇，相信未来将有更多企业加码建筑产业的绿色可持续发展。绿色新能源成为实现“双碳”的动力，推动了我国城市建筑技术革命。分布式光伏技术得到飞跃式发展，为建筑节能到建筑产能提供了强有力的保障。

分布式光伏与建筑联系紧密，“光伏+”各种应用场景的分布式项目，包括光伏+交通、光伏+加油站、光伏+屋顶等，其中屋顶电站为主要应用方式。分布式光伏与建筑的结合方式目前包括BAPV与BIPV两种。其中BAPV（building-attached photovoltaics）指的是附着在建筑物上的光伏组件，这些光伏组件的主要功能是光伏发电，既不承担建筑物的功能，也不破坏或削弱原有建筑物的功能。现在已建设的大多数光伏建筑一体化指BAPV。BIPV(Buildingintegrated photovoltaics)是指光伏与建筑物同时设计、同时施工和安装并与建筑物相结合的光伏发电系统，也称为“构建型”和“建材型”建筑光伏，其既具有光伏发电功能，又能承担建筑构件和建筑材料的作用，更好与建筑物融为一体。

BAPV多用于存量建筑，BIPV多用于新建建筑。从施工流程上来看，BAPV也称为建筑后光伏，即主要集中在建筑施工完成后附着在建筑物上，它的安装、安全性、支撑系统需要考虑周全，会增加建筑负载。而BIPV本身即为建筑材料，是集中在建筑施工流程中，本身能起到透光、遮风挡雨和隔热等功能，主要应用于新建建筑或整体大规模翻新建筑。

与集中式光伏相比，分布式光伏有一些优点。

1）类型多样化，易于建设维护

分布式光伏电站既可以集中电站开发，又可以在屋顶上开发，适用范围广；建设规模一般在10MWp以下，系统相对简单，集成度高，施工难度小，建设工期短，并且由于系统运行相对稳定，通常采用“就地无人（或少人）维护，区域远程集控”的管理模式，能显著降低运行维护成本[4]。

2）系统线损较小，节能环保

集中式光伏电站发出的电经高压并网，将电输送到更高的电压等级，最终输送到华东等地区，以实现西电东输；分布式光伏一般来说发的电就地并网，补充当地的电量，供当地及附近的用电用户使用。可见分布式光伏系统不存在远距离输送线路损失，也不存在弃光问题。

虽然分布式光伏项目单体规模较小，但全国可开发总体规模较大，对降低我国化石燃料使用量具有显著促进作用，有助于降低能源转化利用过程的污染物、粉尘和温室气体排放。根据中国光伏行业协会预测，到2025年，我国光伏行业新增装机量将达到110GW，同比2020年增长128.22%。而分布式光伏在整县推进、经济效益持续提升的情况下，有望获得较快发展。分布式光伏快速发展，将实现我国城市建筑节能向建筑产能转变。

3.3 “双碳”目标对生态智慧城市建设提出新挑战

“双碳”目标对我国城市建设着眼于建筑产能，突出城市降低碳排放，有利于传统污染物和温室气体排放的协同治理，使环境质量改善与温室气体控制产生显著的协同增效作用。但对生态智慧城市提出新挑战。

3.3.1 传统的生态智慧城市建筑系统难以满足“双碳”目标发展

传统的生态智慧城市建筑体系注重建筑节能，“双碳”目标下生态智慧城市需要实现从建筑节能到建筑产能转变。不仅要求生态智慧城市建筑从规划、设计、施工技术、材料转变，“能源智慧大脑”应具备全程追踪“碳足迹”，精准计算每个行业和单位的碳排放量、趋势和规律，并能进行能源分配，实现建筑节能，同时具备新能源建设、运行、蓄能管理等综合技术。生态智慧城市建筑系统六大体系应进行相应调整，以适应新形势下发展需要。

3.3.2 “双碳”目标将带给生态智慧城市建设新的环境与安全课题

“双碳”目标下生态智慧城市需实现从建筑节能到建筑产能转变。分布式光伏快速建设与发展，给未来生态智慧城市建设可能带来环境与安全课题。

1）城市光污染

2020年我国颁布了《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，规定县级中心城镇以上城市分布式光伏面积达到城市屋面面积50%以上，对于人口少、面积大的小型城镇影响不大，但初步研究表明对于人口密度强、城市建筑密度高的大城市，分布式光伏可能产生光污染，尽管这种光污染对城市居民生活及健康影响不大，但对于空间光污染是否影响该城市区域空间的通讯/通航，均有待进一步研究分析。

2）城市气象

过度的分布式光伏产生热岛现象，对该城市气象影响较大，可能产生雷暴天气以及系列恶劣天气。

3）人居健康

生态智慧城市建设目标是节能减排，与“双碳”目标一致，但生态智慧城市更关注人居环境与健康，实现人与自然和谐统一。建筑产能，特别是分布式光伏大面积安装在城市屋面，对人居环境与健康是否有影响，是生态智慧城市建设未来发展最大挑战。

4）城市污染

大面积分布式光伏安装在城市建筑屋面，光伏板长期积尘，如何清洗并确保光伏发电效率也是需要关注的方向。

5）安全隐患

安全隐患主要包括：屋面分布式光伏发电承重隐患以及清洁过程中的安全隐患。

4 结论

我国当前正处于工业化和城镇化加快推进时期，产业和区域经济发展尚不平衡、不充分，实现“双碳”目标的时间紧、任务重。“双碳”目标的提出为我国经济社会发展带来了新的机遇。持续推进新一轮科技革命和产业变革，深度发掘“双碳”目标的经济价值，开辟我国“双碳”经济的新模式。

分析和探讨本问题，有助于正确理解“双碳”目标与生态智慧城市建设目标的一致性、差异性，辩证看待两个目标相互依存、相互推动关系，以及生态智慧城市在“双碳”背景下发展将面临新的挑战，从而从思想上准备，从技术上储备。推动我国生态智慧城市建设创新和发展。实现“坚持以人民为中心，协调好经济增长、民生保障、节能减排，在经济发展中促进绿色转型、在绿色转型中实现更大发展”的伟大宏伟目标。