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北理工自主设计冬奥碳排放“测-算-控-谋”关键技术体系

作者:ceep    来源:ceep    日期:2022-02-04 访问量:

   2022北京冬奥会秉承绿色办奥理念,践行碳中和承诺。但冬奥会的碳排放涉及赛前、赛中、赛后三个阶段,以及人员、建筑、设备、物料、环境等活动体的离散动态变化。因此,全生命周期的碳排放从哪里来、有多少、怎么减、效果如何,成为绿色办奥评估中的核心任务,其中存在人-机-物-环基础数据不明、碳排放测算边界不一、各国技术适用性和可行性差别较大、减排效果评估标准缺失等关键难题,亟需一套可度量、可评估、可调控、可移植的技术体系,实现科学量化和评估北京冬奥在碳中和方面的行动及成效。

   围绕上述任务和关键难题,北京理工大学低碳技术管理团队牵头,联合国家速滑馆、清华大学、北京航空航天大学、中国科学院合肥物质科学研究院、山东国舜绿建科技有限公司、北京中创碳投科技有限公司、北京绿色交易所有限公司、北京奥特美克科技股份有限公司等8家单位,共同承担国家重点研发计划科技冬奥专项“低碳冬奥监测与碳中和调控关键技术及示范应用”项目。该项目团队自主设计开发了碳排放 “测-算-控-谋”技术体系,成功研制冬奥碳测平台,将冬奥碳排放相关的人-机-物-环数据监测、碳排放核算、评估和管控功能集成于一体,开展了“碳盘点”,科学量化了各项技术的减排贡献,实现北京冬奥碳减排行动评估有据可依、有数可查、有物为证。


图1. 与国际奥林匹克委员会交流项目成果

开发冬奥碳排放智能管控与碳普惠云平台:冬奥碳测 

   要回答“碳排放从哪里来、有多少、怎么减、效果如何”看似简单,但并没有基础数据和明确的适用方法及标准。人-机-物-环活动水平的连续精细监测和多阶段多维度的碳排放全景式评估是亟需攻克的难题。为此,本项目开发 “测-算-控-谋”技术体系,研制冬奥碳测平台,实现监测、预测、管控、碳普惠交互等功能。通过在场馆功能区、各类用能设备、观众出入口等关键节点安装成套智能监测装置,实时采集电、热等能源消耗以及人流、场馆环境等相关指标的动态数据,通过冬奥碳测平台实现可视化;采用内嵌的碳排放智能核算算法与低碳评估方法,测算赛事减排成效,预测冬奥会期间新增碳排放;生成冬奥碳排放管控方案库,量化不同类别及各项碳管控措施的减排效果,并提出碳中和调控方案。项目成果在国家速滑馆和国家游泳中心开展了示范应用。

a. 北京冬奥低碳行动的减排贡献

b. 国家游泳中心

c. 国家速滑馆

图 2. 冬奥碳测云平台界面

科学量化低碳冬奥中国贡献

   中国为实现北京冬奥会碳中和做出了巨大努力。通过引入低碳理念、低碳设计、低碳技术、低碳措施,在能源、场馆建设运营、交通、赛事设备、物资等全方面做出了重要减排贡献。项目团队提出并建立明确的对比基准,识别北京冬奥低碳行动和传统技术或方式的碳排放差异,明确各项措施的减排效果(具体见图3) ,科学呈现北京冬奥减排行动成效。北京冬奥会通过实施30余项低碳措施,共计减少二氧化碳排放95~103万吨。预计实施减排措施后剩余二氧化碳排放113~135万吨,可进一步通过林业碳汇、企业自主捐赠碳配额、碳普惠等碳补偿机制抵消剩余碳排放。

图3. 北京冬奥主要低碳措施相比于传统方案的碳减排量

(赛事期间的减排量为预判,将结合赛事情况更新)

研发冬奥零碳建筑并实现在国家速滑馆的示范应用

   项目团队自主设计研发的零碳示范建筑已完成在国家速滑馆的部署,将作为场馆临时建筑,在赛时提供票务和信息咨询等辅助服务。该零碳示范建筑具有自重轻、强度高、易装配等特点,搭载的“风、光、储”新型能源系统能够满足自给自足,零碳智能控制平台可实现该零碳建筑设施内部电气系统智能控制,确保建筑运行过程的碳中和,是向世界展示北京冬奥碳排放控制技术的一个缩影。

图4. 项目团队自主设计研发的零碳建筑在国家速滑馆示范应用

科学评估北京冬奥会对京津冀地区发展的衍生效应

   为了进一步评估北京冬奥会对京津冀地区发展产生的影响,项目团队从“经济-社会-环境-生态”四个维度识别关键因素,构建赛事活动综合影响评估模型,创建赛事协同发展指数,综合评估筹备冬奥会对京津冀协同发展的多维度衍生效应。可以预见,北京冬奥会将有效促进京津冀的协同发展和区域的可持续发展。

图5. 北京冬奥会对京津冀地区发展的衍生效应


附:冬奥减排小知识

   北京冬奥实施的各类低碳措施对应的减排原理可以分为四类:节能、用能清洁化、省材和低碳材料替代。(1)节能,即通过技术升级或建设能源智能管控系统,提升效率,减少能源使用量,从而降低火力发电或直接燃烧煤油气等化石能源产生的碳排放。(2)用能清洁化,即减少使用或不使用化石燃料发电、供暖,尽量使用可再生能源电力,避免因消耗化石能源产生碳排放。(3)举办冬奥会不仅需要能源供应,在基础设施建设、物资消耗等方面还会消耗大量材料,比如说钢铁、水泥、玻璃、涂料等。从生命周期的视角来看,这些材料在生产运输过程都需要投入能源,会产生碳排放,省材即通过减少材料使用量来降低此类碳排放。(4)低碳材料替代,即通过使用生产和运输过程更节能低碳的材料,降低因材料消耗产生的生命周期碳排放。


图6. 二氧化碳减排量测算说明


本项目受到了80余家媒体的关注报道

1. 央视新闻客户端:

https://app.cctv.com/special/m/livevod/index.html?guid=dc46ece75ed543298df93ca4bfac0759&vtype=2&vsetId=C10616

2. 新华社客户端:

https://xhpfmapi.xinhuaxmt.com/vh512/share/10558542?channel=weixin

3. 新华网:

http://bj.news.cn/2022-01/26/c_1128303077.htm

4. 人民日报客户端:

https://wap.peopleapp.com/article/rmh26262945/rmh26262945

5. 北京日报客户端:

https://bj.bjd.com.cn/5b165687a010550e5ddc0e6a/contentShare/5b16573ae4b02a9fe2d558fa/

6. 中国妇女报:

http://epaper.cnwomen.com.cn/html/2022-01/27/nbs.D110000zgfnb_1.htm#nw.D110000zgfnb_20220127_3-4.htm?time=1643247258395

7. 新京报:

https://m.bjnews.com.cn/detail/164300942914674.html

8. 中国青年报:

https://s.cyol.com/articles/2022-01/27/content_DlRNo2SL.html?gid=VnDMvYk4

9. 中国新闻网:

https://www.chinanews.com.cn/m/ty/shipin/cns/2022/01-25/news914475.shtml

10. 中国经济网:

http://www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/202201/26/t20220126_37291287.shtml

11.北京青年报:

http://epaper.ynet.com/html/2022-01/27/content_391854.htm

12.中国科学报:

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/1/473377.shtm

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