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如今，”气候中立 “一词无处不在。但对于气候中和，并没有一个公认的官方定义。相反，有三种定义对住宅太阳能系统的评估有不同的影响。国际能源机构 SHC 太阳能建筑第 66 任务组主席 Harald Drück 将这三种方法称为：虚拟气候中立、平衡表气候中立和实际气候中立。他在《2023 年德国太阳能热能年鉴》上发表了一篇内容广泛的文章，得出结论认为：”真正的气候中和是实现全球气候目标的唯一途径，也为太阳能热能提供了额外的优势，因为储能是此类系统不可分割的一部分”。出于实用目的，这里也采用了电力行业常用的 15 分钟平衡期（见上图）。图表IGTE

“目前，气候中和的定义因个人动机不同而大相径庭。我们定义了三种最相关的方法，并通过进行 TRNSYS 模拟，对基于太阳能的单户住宅供热和供电的不同概念进行了比较。他的团队在德国斯图加特大学的建筑能效、热技术和储能研究所（IGTE）开展了这项工作。理论上，单户住宅的可用建筑面积为 145 平方米，位于德国中部维尔茨堡，每年的家庭用电需求为 3500 千瓦时，每年的供热需求为 11000 千瓦时。

Drück 的最终结论由于只有真正的气候中和才能实现全球气候中和，因此今后必须完全采用这一定义。对不同能源供应方式的比较表明，大型太阳能热系统与中等规模的光伏系统共同用于空间供暖，所产生的二氧化碳当量排放量最低。与使用热泵和光伏发电的传统能源供应系统相比，该系统每年的额外成本约为 300 欧元，不到 10%。这清楚地表明，设计合理的太阳能系统，同时使用光热和光伏，可以在不增加巨额成本的情况下为实现真正的气候中和做出重大贡献–因此，这种概念是国际能源机构 SHC 任务 66 中与太阳能建筑相关的关键方面之一。

三个气候中和概念的定义

比较三种气候中和方法。所有三种方法都使用二氧化碳（eq = 当量）排放。这意味着，除二氧化碳外，甲烷和一氧化二氮等相关气体也会根据其与二氧化碳相比的全球升温潜能值加以考虑。来源：IGTEIGTE

四种能源供应系统的定义

表 1：四种能源供应概念的年电力流量。空气-水热泵的季节性性能系数为 4。9 kWp 光伏系统可满足 30% 的家庭用电需求和 30% 的热泵用电需求。光伏系统的具体发电量设定为 1,000 kWh/kWp。55 平方米的集热面积每年可满足 60% 的空间供暖和热水总热量需求。资料来源：IGTEIGTE

表 1 显示，气候中和的定义对电力流入和流出电网起着决定性作用。例如，没有光伏系统的两个变体都必须从公共电网满足其全部电力需求，而采用一年的年度平衡表方法，有光伏系统的变体要么不从电网获取任何电力（空气能热泵+光伏变体），要么从电网获取的电力大幅减少至 544 kWh/a（太阳能热泵+光伏变体）。然而，如果以 15 分钟为周期进行平衡计算，则从电网获取的电量相对较高，空气热泵 + 光伏概念的电量为 4 375 kWh/a，这是因为当热泵或家庭需要用电时，屋顶的太阳能发电并不总是可用的。

排放平衡比较

表 2：根据气候中和定义，不同能源供应概念产生的二氧化碳当量排放量。电力的二氧化碳当量排放量为 0.399 千克/千瓦时，生物质为 0.029 千克/千瓦时。正值代表产生的二氧化碳当量排放量，因此事实上释放到大气中。来源：IGTEIGTE

表 2 显示，虚拟方法可实现最低的二氧化碳当量排放和最高的信用额度。这是因为：一方面，购买的电力是绿色电力，因此理论上没有二氧化碳当量排放；另一方面，产生的光伏电力完全并入电网，并获得 399 克二氧化碳当量/千瓦时的积分。

这就导致了所谓避免的二氧化碳排放量为负值。而 Drück 在长篇文章中提到，实际上，冬季从电网中提取化石燃料生产的电力用于热泵运行时所产生的二氧化碳当量排放最终会进入大气层，使气候变暖，而夏季将光伏发电并入电网时，二氧化碳当量排放并不会再次消失。

“我们假定，在真正的气候中和方法中，剩余的光伏电力不能并入电网，或者只能并入很小一部分，因为附近安装的所有其他光伏系统也会同时并入电网。Drück 解释说：”这意味着电网已经是绿色的了，没有二氧化碳当量排放额度。在这些条件下（如果我们都追求气候中和，这些条件就会成为现实），用于空间供热的大型太阳能热系统和用于满足部分家庭用电需求的中等规模光伏系统实现了迄今为止最低的二氧化碳当量排放量（1,100 kg/a）。

比较气候中和能源供应系统的额外成本

表 3：与并网空气热泵系统相比，不同能源供应系统在德国的附加成本（含增值税）。投资成本的确定：55 平方米的太阳能光热系统 31,500 欧元（25 年使用寿命），空气热泵 20,000 欧元（15 年），光伏系统 1,590 欧元/千瓦（25 年），生物质锅炉 7,000 欧元（20 年）。光伏发电部分自用上网电价：0.08 欧元/千瓦时，光伏发电全部上网电价：0.12 欧元/千瓦时，生物质具体成本（燃料和维护）0.09 欧元/千瓦时：IGTE

为了比较不同能源供应系统的额外成本，分别选择了 “空气热泵 “+电网系统作为基础或参考（见表 3）。为了实现该系统的虚拟气候中和，只需以每千瓦时 0.01 欧元的额外价格购买绿色电力。在这种情况下，额外成本为 6 250 kWh/a x 0.01 EUR/kWh = 62.50 EUR/a。

首先，值得注意的是，在两种带光热系统的方案中，实现气候中和的额外成本与气候中和的定义关系不大，因为并入电网的光伏发电没有显著的积分。相比之下，”空气热泵 + 光伏 “系统的额外成本最多变化 596 欧元/a，这取决于所选择的气候中和定义方法，即从虚拟方法的-302 欧元/a 到实际方法的 294 欧元/a。

真正的气候中和

表4：实际气候中和方法中能源供应概念的比较。资料来源：IGTE

现在的决定性因素是在目标“真正的气候中和”内比较能源生产系统（见表5）。第一步，“空气热泵光伏”可节省 748 kg/a 的二氧化碳排放量，额外成本为 232 欧元。如果热泵随后被大型太阳能热系统与生物质供暖系统相结合，则额外成本为597欧元/年，总共可节省969公斤/年的二氧化碳排放量。特别值得注意的是，由用于空间供暖的太阳能热系统和 3 kW 光伏系统组成的概念可减少 58 欧元的额外成本，同时二氧化碳排放量可减少 424 kg/a。

编译 陈讲运

A long version of this article appeared in German in the Solar Thermal Yearbook 2023: https://www.solarthermie-jahrbuch.de/

Websites of organizations mentioned in this news article:

Task 66: https://task66.iea-shc.org/

IGTE: https://www.igte.uni-stuttgart.de/