为中国建筑行业释放碳中和新机遇

为中国建筑行业释放碳中和新机遇 执行摘要 关于 RMIRMI 是一家独立的非营利组织，成立于1982年，原名Rocky Mountain Institute，通过市场驱动的解决方案推动全球能源系统的转型，以符合1.5°C的未来目标，并确保所有人都能拥有清洁、繁荣和零碳的未来。我们专注于世界上最关键的地理区域，与企业、政策制定者、社区和非政府组织合作，识别并规模化能源系统干预措施，以至少在2030年前减少50%的气候污染。RMI在科罗拉多州巴塞尔特和博尔德、纽约市、加利福尼亚州奥克兰、华盛顿特区、尼日利亚阿布贾以及中国北京设有办事处。 作者和致谢 Authors 婷李伟李登峰廖光旭王蒙王 其他贡献者 一汉浩 作者按字母顺序列出。除非另有说明 ， 否则所有来自 RMI 的作者。 联系人 李伟,wli @ rmi. org王萌,mwang @ rmi. org 版权和引文 李伟, 王蒙, 王光旭,为中国建筑领域释放碳中和的新机遇 ，RMI, 2024,https: / / rmi. org /insight / unlocking - new - opportunities - for - carbon - neutrity - in - china - building - sector/ RMI重视合作，并通过分享知识和见解来加速能源转型。因此，我们允许有兴趣的各方通过Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0国际许可协议引用、共享和引用我们的工作。https: / /creativecommons. org / licenses / by - sa / 4.0 /. 除非另有说明 ， 否则所有使用的图像均来自 iStock. com 。 Acknowledgement 我们衷心感谢以下专家的见解和评论 ： Congxiao Li，中国建筑集团双碳领导办公室副主任Borong Lin，清华大学建筑学院教授、副院长Bin Hao，深圳市建筑研究院副总工程师Haixia Shi，中国混凝土与水泥制品协会副会长 特别感谢Quadrature Climate Foundation对本报告的支持。本报告的内容不代表上述专家、其机构及项目支持者的观点。 向系统性和公平性的能源转型迈进：建筑 sector 成为中国碳中和目标的重要支柱 自2020年中国提出“双碳”目标以来，旨在到2030年达到碳峰值并在2060年实现碳中和，建筑行业已成为重点聚焦领域。该行业的总CO₂排放量 2022 年排放量达到 37 亿吨 ， 占全国总量的 32% 。i其中，约22亿吨的碳排放发生在建筑施工过程中，而约15亿吨的碳排放则发生在建筑材料的生产和运输以及施工过程中，这些被称为“嵌入碳”（如图1所示）。自2014年以来，中国建筑行业的总二氧化碳排放量已趋于稳定（见图2）。2 Exhibit 2) 然而，随着生活水平的提高，中国在人均建筑占地面积和住宅能耗方面仍然有增长的空间。因此，迫切需要将这种增长与建筑排放脱钩。 附件 1 附件 2 2010 年至 2022 年中国建筑业 CO 排放量2 因为建筑消耗大量能源，因此零排放建筑部门对中国能源转型至关重要。一方面，建筑占中国最终能源消费的21%和电力消费的四分之一。此外，建筑部门的电气化率已达到44.9%，在所有用能行业中最高。这意味着建筑可以在新能源系统中扮演重要的灵活性资源角色。另一方面，建筑是工业原材料的最大用户，占中国钢铁总消费量的37%和水泥总消费量的55%。减少建筑部门的嵌入碳将导致上游工业部门的减排，并促进低碳产品市场的培育。 净零建筑部门对于提高人们的生活质量以及公平的能源转型也至关重要。该部门的去碳化措施可以为更广泛的人群带来更加高效、智能且健康的居住环境。中国已经拥有庞大的经济适用住房计划，是世界上拥有最多现有建筑的国家之一，并且有大量的农村建筑，总数接近350亿平方米（m²）。2并且为大约750 million人提供住房。在这些建筑中实施碳中和技术将改善脆弱人群的能源接入和生活质量，并促进社会公平。 在未来5至10年，指导中国建筑行业实现碳中和将至关重要。即使建造更多的建筑物，建筑行业也必须实现高质量的碳达峰并控制和稳定当前的排放平台。同时，为了奠定净零建筑行业的基础，需要尽快推广和整合碳中和技术，并解决供应链、成本和市场接受度等方面的关键问题。 建筑操作脱碳 ： 能源灵活性和零碳供暖 建筑运营约占中国建筑生命周期 CO 排放量的 59% 。 2这些排放主要来自两个源头：燃烧化石燃料用于供暖、热水和烹饪产生的直接排放，以及用于电力消耗和区域供热的间接排放。2022年，中国的建筑消耗了34.25艾焦耳（EJ），占该国总能源消耗的21%，以及中国总二氧化碳排放量的19.1%。2 随着经济持续发展和生活水平的提高，对建筑能耗的需求预计将继续上升。建筑物的用电量快速增长，2021年的水平几乎是2010年水平的2.5倍（见图表3）。与此同时，高峰时段的建筑电力负荷占比也在增加，在某些省份如浙江、湖北和四川，空调负荷占高峰电力需求的40%至50%。尽管建筑化石能源消耗已达到峰值，ii城市住宅建筑和区域供暖的直接化石燃料使用持续增长。 附件 3 运营阶段的建筑电力和化石能源消耗 https: / / www. cbeed. cn / # / database 建筑作业脱碳面临的挑战 随着建筑物用电量和峰值负荷的增加，对电力系统供应和削峰的压力也在增大，但建筑物作为灵活资源的潜力尚未得到充分挖掘。大多数建筑物在管理其能源需求和生成方面灵活性有限。在高峰需求期间，电力生产仍然依赖化石燃料，延缓了电力系统的脱碳进程。这也影响了工业活动，导致一定的经济损失。 对化石燃料取暖的高度依赖由于现有系统替代成本高昂而带来了脱碳挑战。北方地区的集中供暖依赖于煤/气联合供热（CHP）电厂和锅炉。得益于其成熟的基础设施和成本效益，集中供暖缺乏经济可行且技术成熟的热源替代方案。在南方地区，由于生活水平提高导致夏季炎热冬季寒冷，家庭取暖需求持续增加。长江三角洲等区域的许多居民使用燃气锅炉进行取暖。由于所谓的锁定效应，在没有额外经济激励的情况下，低碳取暖替代方案如热泵的大规模推广将继续受到延迟。 在新电力系统中开发建筑作为柔性资源 新的电力系统需要更大的灵活性以确保高比例可再生能源接入下的电网稳定运行。鉴于发电侧灵活资源的有限可用性，需求侧灵活资源的发展变得尤为紧迫，尤其是在建筑物领域。建筑负载具有高度的灵活性、经济效率和分布式能源资源的巨大空间。增强建筑能源灵活性涉及提高效率、分布式发电以及移峰填谷等措施。这些措施的有效结合可以显著提升建筑能源灵活性（见图表4）。在中国，提高建筑能源灵活性在减碳和经济效益方面具有巨大潜力。RMI估计，充分利用建筑负载灵活性的潜力可以全国范围内减少峰值电网负荷至少10%。这将帮助中国避免约5000亿元人民币额外的电力系统基础设施投资，并实现至少2亿吨的减排目标。年度 CO2 利用余热 + 热泵实现零碳供热 在中国北方地区去碳化分散供暖主要依赖于利用废热资源。来自热电联产（CHP）电站、核电、工业过程、数据中心和污水处理厂等多种来源的可用废热总量超过200艾焦（EJ）。中国北方城市的建筑供暖需求约为54 EJ，且大多数北方城市已经建立了完善的分散供暖网络。去碳化策略包括短期内用CHP替代燃煤锅炉，长期过渡到生物质CHP和废热回收，并部署季节性热储能、长距离供热传输和热泵等技术以实现零碳转型（见图5）。 热泵为南方地区提供了最佳的去碳化供暖机会，这些地区夏季炎热、冬季寒冷，且由于冬季短暂和供暖需求间歇性，缺乏集中供暖基础设施。近年来，这些地区的供暖需求显著增加。到2030年，长江三角洲地区将有超过2000万居民安装新的供暖系统，相比2020年，供暖需求将增加约40%。热泵在这种地区是理想的部署设备，因为它们具有高效率、低排放和成本节约的双重供暖和制冷功能。短期内（2030年前），热泵应优先用于新建建筑；长期来看，则应侧重于现有建筑的低碳改造，并最终淘汰住宅供暖系统的燃气使用。 Exhibit 5 北部地区供暖系统和夏季炎热和冬季寒冷气候区的零碳过渡途径 应对具体碳 ： 低碳采购与生物基材料 具体的 CO 排放是建筑行业脱碳的另一个关键焦点 ， 会计2 大约 41% 的建筑生命周期 CO 排放量。在 2022 年 ， 包含 CO 的总排放量22中国的建筑sector产生了大约15亿吨二氧化碳，占国家总量的13%。结构材料占建筑物中嵌入碳的超过60%，以及建筑部门总二氧化碳排放量的超过12%。2 优化设计和结构系统对于减少建筑材料中的碳排放至关重要。在中国，钢筋混凝土结构是最常见的建筑类型，占超过80%的民用建筑结构，而木结构和钢结构相对较少，其中钢结构仅占建筑物总量的大约5%（见图6）。在所有建筑材料中，钢材和水泥分别占总碳排放量的36%和53%，成为最主要的碳排放来源（见图7）。2 Exhibit 7 建筑物中含碳脱碳的挑战 钢铁和水泥行业在减少排放方面面临挑战，原因在于技术成熟度、成本以及投资不足。同时，钢铁和水泥仍然是最重要的建筑材料。由于高层建筑密度高、人口密度大、结构要求严格、技术成熟、防火性能和耐久性要求等因素，钢筋混凝土结构在中国的地位很可能会持续占据主导地位。这提出了三个挑战，需要解决以降低建筑中的嵌入碳：提高现有结构的耐久性和延长使用寿命、增加对钢铁和水泥等行业去碳化的投资、促进低碳混凝土和钢材在建筑中的使用。 基于生物的材料如竹子和木材作为零碳建筑材料尚未得到充分开发。竹子和木材不仅提供了接近零排放的优势，还比传统建筑材料拥有更快的施工时间。然而，它们的强度、耐久性和防火性能仍需通过现代工艺进行改进。在建筑行业中，对竹木结构的认知和接受度有限，其使用通常仅限于小型建筑。现代竹材组件在大跨度、大截面建筑中的局限性以及对其耐久性和防火性能的担忧需要得到解决。 通过公共和私人绿色采购计划扩大低碳材料 绿色公共采购和私营采购项目是推动低碳建筑材料（如低碳钢和混凝土）使用的重要驱动力。2024年，中国国家政府启动了绿色建筑材料推广计划的第三批试点城市，覆盖了100个城市和100个产品类别，并推出了一项新的全国性计划，旨在扩大农村地区绿色建筑材料的使用。领先建筑和房地产公司正联手组建绿色采购联盟，以支持绿色供应链。 然而，这些绿色采购方案在定义“绿色”时应包括排放指标。同时，还需制定二氧化碳排放核算规则和排放标准。 数据库来量化采购实践中的低碳。随着中国加快建立产品 CO 排放管理系统 ， 这一领域变得越来越紧迫2 政策 ， 并计划到 2030 年建立 200 种关键产品的会计准则。 利用建筑业推广低碳材料可以带来巨大的减碳潜力，并培育低碳工业材料的先驱市场。RMI估计，中国的建筑业每年消耗约350万吨钢铁和960万吨水泥。以低碳混凝土为例：如果在政府建设项目中广泛使用添加了不低于30%补充胶凝材料的低碳混凝土，混凝土的碳强度可降低22.5%，从而每年减少1900万吨二氧化碳排放。此外，全国范围内推广低碳混凝土到2035年可能每年减少5900万吨二氧化碳排放。 推动现代竹木结构多元化应用 竹木结构具有显著较低的生命周期 CO 排放和环境影响2比钢和混凝土结构。现代木结构可以减少材料 CO 排放 48.9%2与使用钢和 混凝土。中国已发布工程木产品（如胶合木和交叉层压木构件）的国家和行业标准，这些产品在国内和国际的木结构建筑中得到应用。然而，在中国，大多数木质建筑是小型旅游建筑，木质结构建筑市场的规模不到200亿元人民币。相比之下，全球木质结构建筑市场在2022年达到了1500亿元人民币。这主要是由于中国在大跨度建筑的标准体系尚不完善，以及需要更多的创新和测试以扩大现代生物基结构的应用。 在未来，竹木结构预计将在新农