能源危機的警示

能源危機在全球范圍內已不是新鮮事。202年夏季以來，能源供給不足疊加高溫天氣，歐洲電價創(chuàng)新高，交易的次年法國電價達到了7.73元/千瓦時，德國突破6.84元/千瓦時，高電價直接導致高通脹和社會不穩(wěn)定。50年前和2022年西方能源危機的直接導火索都是國家或組織之間的博弈沖突。20世紀70年代的能源危機是因為歐佩克國家的石油減產和石油出口禁令，本次危機緣于俄歐沖突。它看起來是國家或組織之間的博弈引起的，但是究其根本，資源有限本身才是核心原因。據歐盟能源機構預測，石化能源將在21 世紀內開采殆盡，石油需求在2020―2030年達到峰值。有限的資源在全球進行分配，加上國家實體之間的壁壘，供給不足不是偶然現象，以后或許會頻發(fā)并導致更深刻的危機。當然，能源危機也給人們帶來了反思和改變，自20世紀70年代石油危機爆發(fā)以來，歐洲大力發(fā)展清潔能源，并直接推進了《京都議定書》的簽訂和巴黎氣候峰會等事件，達成了節(jié)能減碳的全球共識。

從我國情況來看似乎是另一番情景，由于近年來能源供應的平穩(wěn)和電網技術的支撐，電價一直維持在低位。這對于制造業(yè)大國維持競爭力至關重要，但也導致人們的能源危機意識并不強烈，節(jié)能動力不足。我國電力消費總量巨大并呈臺階式增長（圖1-1），電力供給快速增長有難度，2021和2022年的多地拉閘限電就敲響了警鐘。在發(fā)展快車道上的我國對電力的需求只會越來越大，現有的能源消費結構需進一步優(yōu)化，節(jié)能降耗也相當緊迫�；仡^來看，21 世紀初開始大力發(fā)展清潔能源的策略起到了積極作用，截至2020年，清潔能源消費的占比達到了24.4%（圖1-2）。但還需看到，煤電的消費占比依然達到56.5%，而且較長時間內，它都將是我國主要依賴的能源，這給節(jié)能減排帶來了巨大挑戰(zhàn)。另外我國單位GDP能耗、人均能耗分別為世界平均水平的1.4和1.44倍[1]，所以需要加大新能源的供給，而更為重要的是當前需要注重能源消費環(huán)節(jié)，全面推行能源節(jié)約和提效。即使大力發(fā)展清潔能源， 如果不在有效節(jié)能上下功夫，遠期供需矛盾也難以化解。況且，清潔能源生產的原材料供應也是有限的，而且我國部分材料還受制于人。鋰、鎳、鈷、錳、稀土等重要生產材料的全球儲量都有限度。以新能源汽車為例，全球可開采鋰資源約為1350萬噸，按目前技術來估算，平均每輛電動車消耗約7.5 kg 鋰2，全球鋰資源只能支撐制造約18 億輛鋰電池電動車。重大能源技術的提升都不是持續(xù)發(fā)生的，而是脈沖式的，在重大技術革新發(fā)生之前，需求的爆發(fā)式增長都不可持續(xù)。我國尚未爆發(fā)大規(guī)模能源危機，但是從需求增長的趨勢看，不可不防。所以無論從長遠發(fā)展還是從能源安全的角度來看，節(jié)能提效始終都是極為重要的。

在節(jié)能方面，建筑領域任重道遠。2019 年全國建筑全過程能耗總量為22.33億噸標煤，占全國能源消費總量的45.8%，碳排放占比達50.6%[2]。隨著我國居住條件的改善，用電量還在快速增長。空調普及率越來越高，居住環(huán)境越來越精致舒適。生活也越來越便利，坐在家中就可調用諸多的電器，還能調配大量的資源，遙控視線范圍之外的貨品和物流。但在這樣未來化的場景中，各種智能設備帶來的超級便利都需要巨大的電力增量支撐。它包含的不單是手機等智能設備的耗能，更多的是經由它們發(fā)出的一道道資源調動指令所帶來的耗能。然而壞消息是一定技術條件下的電力增量都有極限，關鍵性的清潔能源技術如氫能源和可控核聚變應用都還未成形。從以往新技術應用趨勢看，新技術投入大范圍使用要經歷研發(fā)、試用和產業(yè)化等一系列環(huán)節(jié)，更不用說突破性的新技術還在研發(fā)的路上。無論是因為受制于能源緊張，還是要順應將來的技術發(fā)展，建筑的未來趨勢都是，一方面建筑可成為產生清潔能源的供給端，另一方面又要成為利用清潔能源的使用端，以節(jié)能降耗。對于建筑作為清潔能源的供給端，光伏建筑一體化（BIPV）和分布式風能發(fā)電為建筑設計提供了方向。越來越多的房屋業(yè)主注意到了BIPV 在節(jié)電和投資回報上的吸引力，產品應用逐漸被常規(guī)化。因為國內光伏產業(yè)的大力發(fā)展，目前光伏發(fā)電越來越具有經濟效益，而且BIPV 又進一步減少了遠距離輸電的成本。2022 年6 月我國發(fā)布的《城鄉(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》提出，到2025年新建公共機構建筑、廠房屋頂光伏覆蓋率力爭達到50%[3]。它在技術上主要依賴光電轉化的效率提升，建筑設計領域只是配合其一體化安裝，這對建筑表皮設計具有指導意義。

對于建筑作為清潔能源的使用端，需要通過對建筑設計和機電設備的優(yōu)化，爭取利用環(huán)境中的自然能源。對于建筑設計領域來說，需要通過科學的設計達到節(jié)能降耗的目的�！冻青l(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》也提出，2030年前嚴寒和寒冷地區(qū)新建居住建筑本體要達到83% 的節(jié)能要求，其他區(qū)域要達到75%的節(jié)能要求。建筑設計中的布局、朝向、形體、圍護結構等方面都是影響能耗的因素。如果低能耗或近零能耗房屋得以大量建設，這對降低社會總能耗的作用相當可觀。在形體空間上進行科學設計是*經濟的手段，也是節(jié)能的源頭環(huán)節(jié)。