专访中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿
20年前,江亿院士团队以颠覆性研究打破国内 “建筑能耗落后论”,揭示中美能耗差异源于居住与使用模式不同,强调节能需良好生活方式。他提出 “建筑柔性用能” 理论,推动 “光储直柔” 技术发展,使建筑成为能源 “产消者” 。在能源革命进程中,他创新提出核算理念与方法,助力碳排放控制与电力系统碳减排。江亿以跨领域思维推动农村能源发展,他的探索为中国能源转型照亮了前路,引领行业迈向可持续发展的未来。
“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。” 在能源变革与可持续发展的漫漫长路上,总有一些先驱者以无畏的探索精神和卓越的智慧,为我们照亮前行的方向。中国工程院院士、清华大学建筑节能研究中心主任江亿,便是这样一位在能源领域不断开拓进取的杰出人物。特此,本刊对江院士进行了专访,请他谈谈在建筑节能领域多年深耕的难忘经历、对当前行业发展瓶颈的独到见解,以及对未来建筑节能技术革新方向的前瞻性展望。
门扉轻启,我踏入了清华大学建筑节能研究中心的一方天地。屋内布置简洁,没有过多华丽的装饰,靠墙的书架上摆满了各类书籍与资料,从最新的学术著作到泛黄的专业典籍,见证着主人横跨半个世纪的学术跋涉。正在审阅资料的江院士闻声抬头,靛蓝色衬衫外搭灰色毛衫的简朴装束,掩不住眼中灼灼神采。这位七旬学者双手交握时,掌纹间仿佛还留着黄土高原调研时的风沙痕迹。
破壁者:从建筑节能到能源革命的范式跃迁
20年前,当国内建筑界普遍认为我国建筑能耗是发达国家的2~3倍时,江院士团队以颠覆性视角开启研究。他们投入大量资源开展海内外调研,实测国内建筑能耗,追踪美国常青藤院校建筑三年用能数据,对比日本、中国香港及清华美式设计建筑。数据显示,我国建筑单位面积能耗仅为美国40%、欧洲60%,人均能耗更是仅有美国的1/5~1/6,彻底打破“能耗落后论”迷思。
“一开始我们都只是在做纯技术工作,后来才清醒地认识到要纠正社会对节能概念认识错误的重要性。”江院士算过一笔很简单的账,美国消耗了世界1/5的能源,其中1/3用在了建筑物上,也就是说世界上有1/15的能源用在了美国的建筑物上;我国消耗了全球1/8的能源,而只有1/5的能源用在了建筑物上,再考虑到中国的城市人口是美国人口的2倍,所以美国的人均耗能实际上不但不比我们少,还是我们的近6倍。
为什么会有这样的结果呢?江院士认为:“首先是两个国家的居住模式不一样,美国的住宅多是独栋房屋,而我国则多是居民住宅楼。其次,美国住宅中,经常是关上窗户和门开空调保证室内稳定温度,而在我国只是根据气温变化适时开空调调节温度。”
20多年前,我国制定某建筑节能设计标准时,受国外建筑用能状况的影响,认为上海每平方米采暖和空调电耗在55.1度/年以下的建筑就是节能建筑。江院士对这个标准持怀疑态度,并主动与同事一起从1500户上海中等收入白领阶层的家庭中进行实地调查。调查结果显示,这1500户家庭每平方米取暖和空调电耗分布在10度至40度之间,平均仅达20度左右,且没有一户达到55度。事实上,这些家庭的住宅并没有采取任何节能措施。
在江院士看来,这种现象是由两国之间不同的使用方式和不同的能源理念之间的差距造成的,所以做好节能更应该引导适宜的建筑用能模式,而不是一味地追求与先进国家接轨,庞大的人口基数和紧缺的能源条件不允许中国走与发达国家一样的路。
如今,能源问题牵一发而动全身。江院士深知“双碳”战略下的能源转型关乎国家的未来,是实现强国梦的关键一环。“不谋万世者,不足谋一时;不谋全局者,不足谋一域。” 他跳出了建筑这个曾经深耕的专业领域,全身心投入到能源革命的宏大事业中。如今,江院士奔波于各类与能源相关的事务中,思考着如何实现“双碳”目标,探究全社会碳排放的构成与关键领域的应对策略。
领航者:借核算标准开启能源低碳转型航道
在能源转型的浪潮中,江院士提出诸多创新理念与方法,为解决能源领域的关键问题提供了新思路。
早在 “十二五” 期间,江院士在参与相关碳排放核算研究项目的评审时,就敏锐地发现现有核算方法在调动生产和消费双侧协同减碳上存在的矛盾与不足。此后多年,他不断探索,构建起一套系统的方法学与理论概念。江院士深知,碳排放核算不只是单纯的技术问题,更是关乎如何凝聚全社会力量实现低碳目标的核心环节,其核心就在于通过合理分摊责任,使得各主体承担的责任与适宜采取的减碳行动相一致,推动全社会真正落实减排行动。
江院士指出,过去的核算方式主要关注生产侧直接排放,难以满足当下协同生产与消费两侧减碳的需求。因此,他带领团队创新性地提出“生产侧控强度,消费侧控总量”的理念,科学合理地分摊碳排放责任,激励各方积极减碳。在生产侧,促使企业提升生产效率,降低单位产品的碳排放;在消费侧,引导消费者形成绿色消费模式,使消费需求与生产侧的减碳速度相匹配。在上述理念下,团队主导编制的《碳排放责任核算通则》团体标准已于2025年4月1日正式发布,这是逐步建立碳排放责任核算标准体系的一次重要尝试。
谈及核算方法,江院士说:“核算主体要分别确定本环节直接排放、输入产品的碳排放责任,以及输出产品转移的碳排放责任,进而得出碳排放责任总量。产品的碳排放责任基准值是开展核算的重要基础,需要行业协会广泛参与各类产品基准值的统计、计算和发布,保证基准值反映产品碳排放强度的行业平均水平,助力企业明确减碳方向,推动产业绿色升级。”
“电力动态碳排放责任因子” 在电力领域碳减排中同样具有重大意义。江院士表示:“目前新型电力系统发展的核心矛盾已从风光电项目的投资经济性,转变为提高电网的灵活调节能力,促进风光电的高效消纳,这就需要有效的激励信号实现海量用户侧灵活调节资源的调度。‘电力动态碳排放责任因子’就是这样一个‘指挥棒’, 通过反映不同时刻电网的发电构成和供需关系,为用户和电源侧提供了精准的激励信号。在新能源出力高、火电负荷率低的时刻,鼓励用户多用电,促进电力消纳;反之,引导用户少用电,缓解电网压力、减少碳排放。这不仅能够调动终端用电灵活性,还能够鼓励火电机组灵活性改造、灵活发电,提升了电力系统的稳定性和可持续性。”
江院士举例说道:“以华北电网为例,‘电力动态碳排放责任因子’每天波动范围很大,能有效激励用户响应。比如电网供需紧张时,它的数值变高,用户侧承担的电力碳排放责任增大,大家就会减少用电,缓解电网压力;新能源发电多、电网供需宽松时,数值降低,鼓励大家多用电,消纳富余电力,这和电网调度需求高度一致。” 从电源侧看,该因子也有助于引导电源灵活发电,火电机组调峰能力越强,度电碳排放责任越少,这就鼓励了火电机组通过灵活性改造降低自身责任。而且,研究考虑到未来新型电力系统发展,即便风电、光电占比大幅增加,这种对用电终端的引导作用依然可持续。
目前,“电力动态碳排放责任因子”已在北京市行政副中心选取了一户居民家庭、一组有序充电桩、一栋大型商业综合体和一个科技园区四个场景,完成了电力动态碳排放因子的计算、发布、传输、接收、响应全环节技术验证,发电侧和用户侧双向实时互动、减碳效果明显。
在整个能源革命进程中,妥善消纳风光电堪称最为艰巨且关键的任务,这源于新能源与化石能源存在显著差异。化石能源诸如煤、气等能够依照用电需求随时发电供应,而新能源中风电、光电等的产生则依赖于自然现象,发电时间并不与用户用电时间相匹配,这种供需的不协调性引发了诸多矛盾和问题。江苏新型电力系统示范区的“源储网荷随新变” 理念就很好地解决了风光消纳问题,它通过构建源网荷储一体化协同体系,以多能互补、智能调控等技术手段实现了新能源高效消纳与系统灵活调节,为全国新型电力系统建设提供了可推广的实践经验。
不过,该成果仅仅是开始。当前的成果只是初步探索,在通往全面能源低碳转型的道路上,后续在政策、理论以及电网与用户间的实时互动技术等方面还有很长的路要走,需要政府、科研机构、企业和社会各方携手合作,持续深入研究和完善相关体系,进一步挖掘 “电力动态碳排放责任因子” 等创新理念的潜力,让这些理念和方法在更大范围、更深层次发挥作用,为全球能源低碳转型贡献中国智慧和力量,引领世界走向更加清洁、高效、可持续的能源未来。
躬行者:推进建筑节能点亮农村能源新程
黄土高原的沟壑间,“零碳村镇”示范项目正在结出硕果,农宅屋顶光伏交织成新型能源网络。“未来农民既是能源生产者,又是碳中和受益者”,江院士说:“每户年增收3000元以上,这就是‘绿水青山’向‘金山银山’的转化密钥。”
在江院士眼中,农村是布局能源革命的关键战略支点。我国农村地区拥有丰富的分布式零碳能源资源,像屋顶光伏、生物质能和小型水电等。以屋顶光伏为例,农村屋顶面积广阔,可安装光伏潜力约20亿kW,年发电可达2.9万亿kWh,这不仅能满足农村自身生活、生产和交通的用能需求,还可向城市输出零碳电力,助力国家能源结构的调整。
江院士提出“农村包围城市”的独特构想,积极推动建立“产储调消一体化”的乡村新型电力系统。在广大农牧林区,充足的空间资源成为发展光伏发电的天然优势,结合用能电气化率的提升以及灵活用电能力的转型升级,这些地区有望贡献15%~20%的清洁电力。这片充满潜力的试验田,不仅源源不断地产出新能源,更孕育着城乡协同的低碳发展范式。江院士正以这种跨领域、跨区域的宏大思维精心绘制能源发展蓝图,在国家能源棋局中精准落子,助力国家能源事业实现重大变革与突破。
从建筑节能到能源革命,江院士以技术革新撬动能源转型:重构建筑能源角色的“光储直柔”,破解电网调峰的电力动态碳责任因子,黄土高原上星火燎原的“零碳村镇”…… 每一步都在重塑能源未来。
临别时,江院士意味深长地说:“通过能源革命实现能源转型是人类实现可持续发展过程中需要完成的重要任务,转型需要全社会共振。”窗外,清华园中未央的灯火与实验室的灯光相互交融,恰似中国能源转型征程中永不熄灭的探索之光。