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建筑能源轉(zhuǎn)型背景

在全球碳中和、傳統(tǒng)能源向清潔能源轉(zhuǎn)型的大背景下，建筑以及城市能源供給也是炙熱話題。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《2022年全球建筑建造業(yè)現(xiàn)狀報(bào)告 》的建筑能源趨勢強(qiáng)調(diào)，自2015年以來，隨著投資的增加以及政策層面取得的進(jìn)展，且在建筑面積持續(xù)增加趨勢的同時(shí)，必須做出更大的努力來減少整體排放并提高建筑能效。到2021年，越來越多的國家和地區(qū)承諾提高建筑能效，提供建筑物脫碳的詳細(xì)策略。全球能源效率投資增加了大約16％，超過2300億美元 。

2022年，由于俄烏戰(zhàn)爭以及隨之而來的歐洲能源危機(jī)，脫碳減碳之路注定艱難。全球能源價(jià)格波動、各經(jīng)濟(jì)體面臨的生活成本危機(jī)以及利率上升對政府、家庭和企業(yè)的建筑脫碳投資的影響，均帶來了進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)。政府間氣候變化專門委員會最新發(fā)布的評估報(bào)告給出了明確的信息，即建筑建造業(yè)在達(dá)成《巴黎協(xié)定》的全球減緩氣候變化目標(biāo)中大有潛力可挖。潛力機(jī)會包括提高現(xiàn)有建筑物的效率和使用、提升新建筑物能效、建筑物使用高效照明電器和設(shè)備、建筑物進(jìn)行可再生能源整合以及建筑材料實(shí)現(xiàn)脫碳生產(chǎn)。

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德國Esslingen氫能小鎮(zhèn)

在這樣的背景下，德國南部巴登符騰堡州州府斯圖加特邊的Esslingen埃斯林根小鎮(zhèn)在2019年應(yīng)運(yùn)而生。該試驗(yàn)街區(qū)是以氫能供能為目標(biāo)價(jià)值的試驗(yàn)街區(qū)。其核心是一個(gè)面向未來的整體能源概念，包括聯(lián)網(wǎng)的能源系統(tǒng)和一個(gè)生產(chǎn)和使用綠色氫氣的研究項(xiàng)目。作為六個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目之一，該街區(qū)正得到BMWi資金優(yōu)先項(xiàng)目 ＂太陽能建筑／節(jié)能城市 ＂的支持，資金量約為1200萬歐元。

占地120，000平方米的新建筑區(qū)，包括450套公寓（外加辦公和商業(yè)空間，以及埃斯林根應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的新大樓），正在作為一個(gè) ＂氣候中立 ＂區(qū)而建設(shè)。

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居民區(qū)層面的能源概念

該街區(qū)的核心是一個(gè)具有網(wǎng)絡(luò)化能源系統(tǒng)的能源概念和一個(gè)生產(chǎn)和使用綠色氫氣的研究項(xiàng)目。作為六個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目之一，該街區(qū)得到了約1200萬歐元的支持，這是聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和氣候保護(hù)部（BMWK）＂太陽能建筑／節(jié)能城市 ＂優(yōu)先資助項(xiàng)目的一部分。該能源概念由三方共同規(guī)劃、資助和實(shí)現(xiàn)－－成立于2019年的Polarstern Erzeugungs GmbH、埃斯林根市和Norbert Fisch教授創(chuàng)辦的綠色氫氣埃斯林根有限公司。

EGS－plan工程公司的首席執(zhí)行官幫助制定了整體的能源概念，并協(xié)調(diào)了建筑技術(shù)，包括氫氣發(fā)電。該區(qū)是城市未來能源使用的典范和展示項(xiàng)目。每個(gè)居民在埃斯林根區(qū)生活和行動的二氧化碳排放量每年不到一噸。該能源中心自2021年底以來一直在試運(yùn)行。

建筑屋頂上都裝配了光伏系統(tǒng)。所產(chǎn)生的電力用于供應(yīng)住戶，用于電動汽車和電解氫。

該項(xiàng)目與早期方法的不同之處在于從單個(gè)建筑到鄰里解決方案的步驟，即到一個(gè)系統(tǒng)的解決方案，其中電力、供暖、制冷和移動部門的耦合是一個(gè)目標(biāo)。與之前的組成部分（光伏、熱泵、熱氣密性建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、熱分配網(wǎng)絡(luò)）相比之下，新的組成部分是綠色氫氣的生產(chǎn)和銷售，它被輸入天然氣網(wǎng)絡(luò)，未來將通過H2管道直接供應(yīng)給工業(yè)和交通。能源系統(tǒng)的核心是一個(gè)安裝在街區(qū)地下的電解廠，它每天最多生產(chǎn)400公斤氫氣或每年80噸。該項(xiàng)目的獨(dú)特之處在于，電解過程中產(chǎn)生的熱量被用來向周圍建筑提供溫度約為65攝氏度的熱量，這大概占綠色電力所提供熱量的30％。電解氫的利用率通常為60％至65％左右，計(jì)劃將提高到80％至85％左右。這是該項(xiàng)目的核心。

9．80米長的H2儲罐被埋在地下，是分配氫氣之前的暫存地。

部分綠色電力來自于安裝在各個(gè)建筑上的光伏系統(tǒng)（約為1．5兆瓦），這些建筑的太陽能利用率達(dá)到了最高。太陽能電力主要用于供應(yīng)居民（租戶用電）和電動汽車。剩余的電力（約20％至30％）用于電解，以生產(chǎn)綠色氫氣。大約70％的氫氣生產(chǎn)用電來自于本地的風(fēng)力渦輪機(jī)。根據(jù)BMWK在春季宣布的目標(biāo)，光伏發(fā)電將從現(xiàn)在的60千兆瓦擴(kuò)大到2030年的215千兆瓦。即使德國的電力消耗從現(xiàn)在的約550 TWh／a增加到2050年的1，000 TWh／a，在未來幾十年內(nèi)也會有大量的綠色電力剩余。2021年11月，我們在為德國房地產(chǎn)業(yè)撰寫的論文中指出，并以數(shù)字證明，為了實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)，即每年20至22千兆瓦的光伏增加率，未來至少有三分之二的光伏系統(tǒng)必須建立在室外表面。屋頂上的潛力（新建筑和現(xiàn)有建筑加起來）遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這一發(fā)展證實(shí)了＂我們正在成為一個(gè)電力社會 ＂的說法。

電解制氫設(shè)備是能源中心的亮點(diǎn)。它每天將剩余的可再生能源電力轉(zhuǎn)化為大約400公斤的氫氣。在政府的資助下，目前氫氣的銷售價(jià)格為每公斤8至9歐元。

項(xiàng)目核心關(guān)鍵詞：

．屋頂光伏系統(tǒng)供電制氫，且部分用于電動汽車充電。

．街區(qū)內(nèi)設(shè)有獨(dú)立的能源站，裝配電解制氫設(shè)備。

．電解制氫過程中產(chǎn)生的熱量為建筑供熱。

．地下埋有儲氫罐，作為氫能分配之前的臨時(shí)儲存地。

．生產(chǎn)出來的綠氫重新用于建筑供能。

．多余氫氣輸入市政管道供宏觀調(diào)配。

該試驗(yàn)街區(qū)于2019年開始建設(shè)，截止到2022年共生產(chǎn)綠氫6702kg。是建筑終端自給自足，碳中和的示范街區(qū)。

該項(xiàng)目為氫能產(chǎn)業(yè)園配套住宅，封閉場景應(yīng)用，小場景氫能產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，新能源在建筑以及城市規(guī)劃中的應(yīng)用提供了非凡的參考價(jià)值。

該項(xiàng)目也是香橙會“2023年德國／歐洲氫能產(chǎn)業(yè)考察之旅”中的一站。香橙會2023年德國／歐洲考察之旅詳細(xì)信息即將發(fā)布。

       原文標(biāo)題 : 氫能小鎮(zhèn)怎么建？看德國埃斯林根氫能小鎮(zhèn)