终将远去的雾霾，未来的建筑用能

许鹏

2030年，建筑用能将开始告别传统化石燃料发电。雾霾也将渐渐远离我们而去。

建筑与雾霾息息相关。一方面社会用能的40%消耗在建筑上，建筑能耗对于雾霾的形成贡献颇大。另外一方面人们90%的时间生活在室内，纵然室外雾霾严重，室内的雾霾控制的好，也可以把对健康的损害减少到最小程度。

雾霾，特别是PM2.5等细小颗粒物的产生都和各种各样的燃烧有关，也就是和能源的来源和使用方式有关。虽然我不是搞大气的，对大气污染的管理也一无所知。但是根据现在能够看到的能源结构的变化，特别是建筑领域能源结构的变化，可以预测雾霾应该在2030年前后逐步得到解决。

如果时间能够倒流回到20年前的话，你告诉当时的人，大家梦寐以求的视频电话是在手机上而不是座机上广泛实现的，当时的人们一定觉得你疯了。因为没有任何理由让大家觉得你是对的。座机有稳定的电源，有可靠的通信，而手机在当时还是一个不起眼的怪物。

今天让我预测未来的2030年，我们也有充分理由相信，传统的燃煤发电获取能量的方式会渐渐被抛弃，光伏发电的价格会比燃煤发电更低。甚至电网将被建筑慢慢遗弃，建筑越来越多地开始使用独立能源系统。中国不敢说，但是在欧美等发达国家，应已开始全面普及Energy Independent Building，就是所谓能源独立的建筑。

摩尔定律是被大家所熟知的，就是每18个月同样大小的芯片上的电子元件数量会增加一倍。摩尔定律没有任何物理背景或者道理可言，大规模集成电路一路发展过来经历了无数的技术创新，没有人能够断言这些创新和技术革命是否能够成功。而且摩尔定律只是鉴于intel一个公司的实际运营结果观察得出。但是摩尔定律的影响非常深远，我们今天生活中的一切几乎都离不开摩尔定律的贡献。

同样在太阳能领域，有个类似摩尔定律的定律，叫做Swanson's law。它的表达方式是全球的太阳能光伏板总产量每增加一倍，那么光伏板单位价格会降低20%。按照现在的速度，就是太阳能板的价格每隔10年会下降一半。这个定律虽然没有摩尔定律那么有名，但是背后的数据支撑也长达近40年，按照这个定律光伏板的价格从1977年77美元每瓦，一直下降到0.36美元每瓦。这是一个惊人的价格下跌，在过去40年里，光伏板的价格足足下降了200倍。如果再维持这个规律持续下降200倍，那么光伏电的价格只有化石能源的百分之一了。没有人知道Swanson's law会持续多久，但是根据美国可再生能源实验室的报告，目前有足够的信心，Swanson's law至少可以一直持续到2030年。

图1：Swanson定律——晶体硅光伏板的价格下降趋势（美元/瓦）

另外一方面大家也有充分的理由认为Swanson's law可以保证光伏板的效率持续稳定提升，平均每10年，效率提高5%。目前在实验室实现的最高效率达到了41%，而在70年代，发电效率为8%的光伏板就是惊人的好产品了。

相比而言，常规能源价格在过去几十年里一直随着通货膨胀起起落落。煤炭、天然气、石油价格随着突发事件、价格垄断、政治格局变化而变化，即使是水电、核电、风电、生物质能、海洋发电等都没有像光伏发电这样表现出长期稳定的价格下跌趋势。我认为道理是其他任何一种能源形式都没有像光伏板这样容易规模化复制。这两者因素相加，光伏发电的价格从现在到2030年前后的下跌趋势应该可以保证。

所以到了2030年前后，光伏板的价格应该在0.1美元/W左右。在阳光充足的地方，比如美国的加州，发电成本将是0.01美元/kWh. 就是发电成本达到一美分一度电，仅为煤电的1/2-1/3。用户有充分的动机舍弃煤炭和天然气而使用太阳能供电。

图3：各类能源发电净成本，太阳能将是压倒性的胜出

但是单单是价格便宜还不能让建筑放弃电网供电，最多是让电力公司去兴建大型的光伏发电站。太阳能发电不稳定，白天有电晚上没电，必须解决蓄电问题。但是在能源的使用历史上，当初人类放弃木柴改用煤炭，也经历了类似的变革。一方面需要煤矿的大规模采集，另外还需要运输、市场来辅助物流。没有这些辅助，我们恐怕还需要很长一段时间停留在上山砍柴阶段。

好在蓄电价格也呈现了同样的价格下跌通道。拿锂电池为例，随着电动汽车的兴起和规模化生产，蓄电成本在稳步下降。根据Applied materials 前总裁Winfried Hoffmann的预测，如果按照5000次充电计算，蓄电成本将从现在的0.25/kWh一路下跌到0.05-0.1/kWh。这样对于建筑而言，太阳能光伏发电加上蓄电装置的总成本应该比现在电网购电要更加便宜。

所以能源独立式建筑会逐步兴起。欧美大部分的建筑层数都不高，体量不大，相对有比较大的屋顶面积，住宅多为独门独户的别墅，可以很容易能源系统独立。中国的情况比较特殊，公共建筑实现能源独立的可能性不大。最早实现能源独立的系统可能是小产权别墅，随后是太阳能资源丰富的住宅类多层建筑和工厂。但是中国雾霾问题严重，在国家的激励政策下，可能会兴建大规模电站，和欧美走不一样的道路。

这里我必须承认我不是光伏行业的专家，所以只能从门外汉的角度来看这个产业的变化对于建筑用能的影响。建筑用能占了全社会用能的40%，但是同时建筑往往有比较大的占地面积，有屋顶这些太阳能资源可以使用。太阳能分散发电免去了电网输配的众多麻烦，可以做到当地生产当地使用。对于未来的估计，不同的人有不同的数据，对于年代和价格可能会多多少少有些出入。但是指数定律是惊人的，如同手机的进步一样，一开始看起来弱小，等大家意识到的时候，已经家家户户开始不再使用普通电话了。

当燃烧煤炭和石油的传统能源形式被抛弃的话，我们就有足够的理由相信，雾霾也将离我们的生活远去。但是2030年离现在还是过于久远，在未来的十几年里，燃煤燃油还会加剧城市的大气污染。但是这不要紧，因为90%的时间里，我们是生活在室内的。室外的雾霾固然会影响好心情，室内防霾措施做的好，也是一样可以保证我们身体健康的。

哪些建筑技术和方法可以有效降低室内PM2.5的浓度和影响呢？下次我们来讲室内防霾建筑技术。