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建筑能源转型背景

在全球碳中和、传统能源向清洁能源转型的大背景下，建筑以及城市能源供给也是炙热话题。据联合国环境规划署发布的《2022年全球建筑建造业现状报告 》的建筑能源趋势强调，自2015年以来，随着投资的增加以及政策层面取得的进展，且在建筑面积持续增加趋势的同时，必须做出更大的努力来减少整体排放并提高建筑能效。到2021年，越来越多的国家和地区承诺提高建筑能效，提供建筑物脱碳的详细策略。全球能源效率投资增加了大约16%，超过2300亿美元 。

2022年，由于俄乌战争以及随之而来的欧洲能源危机，脱碳减碳之路注定艰难。全球能源价格波动、各经济体面临的生活成本危机以及利率上升对政府、家庭和企业的建筑脱碳投资的影响，均带来了进一步的风险。政府间气候变化专门委员会最新发布的评估报告给出了明确的信息，即建筑建造业在达成《巴黎协定》的全球减缓气候变化目标中大有潜力可挖。潜力机会包括提高现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电器和设备、建筑物进行可再生能源整合以及建筑材料实现脱碳生产。

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德国Esslingen氢能小镇

在这样的背景下，德国南部巴登符腾堡州州府斯图加特边的Esslingen埃斯林根小镇在2019年应运而生。该试验街区是以氢能供能为目标价值的试验街区。其核心是一个面向未来的整体能源概念，包括联网的能源系统和一个生产和使用绿色氢气的研究项目。作为六个试点项目之一，该街区正得到BMWi资金优先项目 "太阳能建筑/节能城市 "的支持，资金量约为1200万欧元。

占地120，000平方米的新建筑区，包括450套公寓(外加办公和商业空间，以及埃斯林根应用科学大学的新大楼)，正在作为一个 "气候中立 "区而建设。

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居民区层面的能源概念

该街区的核心是一个具有网络化能源系统的能源概念和一个生产和使用绿色氢气的研究项目。作为六个试点项目之一，该街区得到了约1200万欧元的支持，这是联邦经济和气候保护部(BMWK)"太阳能建筑/节能城市 "优先资助项目的一部分。该能源概念由三方共同规划、资助和实现--成立于2019年的Polarstern Erzeugungs GmbH、埃斯林根市和Norbert Fisch教授创办的绿色氢气埃斯林根有限公司。

EGS-plan工程公司的首席执行官帮助制定了整体的能源概念，并协调了建筑技术，包括氢气发电。该区是城市未来能源使用的典范和展示项目。每个居民在埃斯林根区生活和行动的二氧化碳排放量每年不到一吨。该能源中心自2021年底以来一直在试运行。

建筑屋顶上都装配了光伏系统。所产生的电力用于供应住户，用于电动汽车和电解氢。

该项目与早期方法的不同之处在于从单个建筑到邻里解决方案的步骤，即到一个系统的解决方案，其中电力、供暖、制冷和移动部门的耦合是一个目标。与之前的组成部分(光伏、热泵、热气密性建筑围护结构、热分配网络)相比之下，新的组成部分是绿色氢气的生产和销售，它被输入天然气网络，未来将通过H2管道直接供应给工业和交通。能源系统的核心是一个安装在街区地下的电解厂，它每天最多生产400公斤氢气或每年80吨。该项目的独特之处在于，电解过程中产生的热量被用来向周围建筑提供温度约为65摄氏度的热量，这大概占绿色电力所提供热量的30%。电解氢的利用率通常为60%至65%左右，计划将提高到80%至85%左右。这是该项目的核心。

9.80米长的H2储罐被埋在地下，是分配氢气之前的暂存地。

部分绿色电力来自于安装在各个建筑上的光伏系统(约为1.5兆瓦)，这些建筑的太阳能利用率达到了最高。太阳能电力主要用于供应居民(租户用电)和电动汽车。剩余的电力(约20%至30%)用于电解，以生产绿色氢气。大约70%的氢气生产用电来自于本地的风力涡轮机。根据BMWK在春季宣布的目标，光伏发电将从现在的60千兆瓦扩大到2030年的215千兆瓦。即使德国的电力消耗从现在的约550 TWh/a增加到2050年的1，000 TWh/a，在未来几十年内也会有大量的绿色电力剩余。2021年11月，我们在为德国房地产业撰写的论文中指出，并以数字证明，为了实现气候目标，即每年20至22千兆瓦的光伏增加率，未来至少有三分之二的光伏系统必须建立在室外表面。屋顶上的潜力(新建筑和现有建筑加起来)远远不足以实现这一目标。这一发展证实了"我们正在成为一个电力社会 "的说法。

电解制氢设备是能源中心的亮点。它每天将剩余的可再生能源电力转化为大约400公斤的氢气。在政府的资助下，目前氢气的销售价格为每公斤8至9欧元。

项目核心关键词：

.屋顶光伏系统供电制氢，且部分用于电动汽车充电。

.街区内设有独立的能源站，装配电解制氢设备。

.电解制氢过程中产生的热量为建筑供热。

.地下埋有储氢罐，作为氢能分配之前的临时储存地。

.生产出来的绿氢重新用于建筑供能。

.多余氢气输入市政管道供宏观调配。

该试验街区于2019年开始建设，截止到2022年共生产绿氢6702kg。是建筑终端自给自足，碳中和的示范街区。

该项目为氢能产业园配套住宅，封闭场景应用，小场景氢能产业闭环，新能源在建筑以及城市规划中的应用提供了非凡的参考价值。