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永不断电?如果每一座建筑都是“发电厂”,还怕拉闸限电吗?


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版主|建筑僧 发表于 6 天前 | 显示全部楼层
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编者按:本文来自微信公众号CA当代建筑(CAjournal),欢迎关注。


永不断电?如果每一座建筑都是“发电厂”,还怕拉闸限电吗?


从9月开始,江苏、云南、广西、浙江等10多个省份陆续启动了企业用电的限电措施,有些高耗能工厂直接关停一个月,有的地方要求“开三停四”甚至“开二停五”“开一停六”。 在国庆节之前,东北地区的居民用电也受到了影响,甚至因为拉闸限电,街上的红绿灯都不亮了,这给人们的日常生活造成了极大的不便。
  
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(图源:unsplash)

关于这一波限电的原因,网络上流传着种种猜想。 但根据发改委的回应,主要原因还是今年以来,受我国经济持续恢复和国际大宗能源原材料价格上涨影响,我国煤炭供应偏紧,再加上水力发电量下滑,风电、光伏等新能源尚未堪大任,所以电力供应出现了吃紧的情况。 作为用电大户,建筑领域近年来不断研究新能源的开发与利用,很多建筑不但能自己供电,还能把多余的能源供给附近的建筑。 减少建筑对能源的消耗,并将能源系统和建筑美学有机地结合在一起,是未来建筑行业的必然趋势,也是建筑师们的社会责任。  未来的建筑,太阳能电池板或许将成为标配。

太阳能是我们最为熟悉的可再生能源之一,由阳光产生,可通过太阳能光伏板将光能转化为建筑所需的电能,它也是一种最容易和最便宜的可再生能源。 由Snøhetta事务所设计的Brattørkaia能源大楼,位于挪威特隆赫姆峡湾的港口,号称是“迄今为止最绿色的建筑”。
  
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能源大楼(图源:Archdaily,摄影:Ivar Kvaal)

建筑的外立面以黑色铝板为主要材料,并配有不规则玻璃幕墙,像一颗黑色的钻石。 当然,它美观的外形并不是重点,这座建筑最大的亮点是,它的外立面和屋顶装有3000平方米的太阳能电池板。建筑独特的形状,是为了保证能获得最多的阳光。大楼每天产生的电量,是整栋楼用电量的两倍。
  
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能源大楼(图源:Archdaily,摄影:Ivar Kvaal)

这座大楼就好像是一个发电厂,还能通过当地的微电网,给周边社区、电力公交、新能源汽车和轮船提供电力能源。而且,用不完的电还能储存起来,到了冬天可以再利用。
  
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能源大楼(图源:Archdaily,摄影:Ivar Kvaal)

诺曼·福斯特设计的苹果新总部,是全世界最节能的建筑之一。新总部所在地是美国加州,阳光非常充足,苹果新总部的屋顶上安装了迄今为止全世界最大的太阳能面板,可承担白天最高峰期用电量的75%。
  
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苹果新总部(图源:Foster + Partners)

刚落成不久的全新的嘉兴火车站,是由知名建筑设计师马岩松设计的新地标。火车站采用玻璃幕墙,线条流畅,被称为最美的“森林中的火车站”,这也是一座会发电的火车站。
  
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嘉兴火车站(图源:Archdaily,摄影:CreatAR Images)

嘉兴火车站的屋顶全部使用太阳能光伏板,预计年发电量可以达到110万千瓦时,相当于每年减排约1000 吨二氧化碳。
  
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嘉兴火车站(图源:奥观建筑视觉)

我国庞大高铁交通网络中八纵八横的中心枢纽——雄安高铁站,也采用了太阳能光伏的技术。雄安高铁站屋面铺设4.2万平方米光伏建材,其光伏发电量可完全满足站内照明的需要,相当于每年减少二氧化碳排放4500吨,也相当于植树12万公顷。
  
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雄安高铁站(图源:预制建筑网)

那么太阳能电池板的技术可不可以用在普通的住宅中呢?MAD与太阳设备生产商(Hanergy)合作,在2018年设计了一个“庭园家”,这是一个介于建筑和景观之间的,对未来住宅的设想。从远处看,建筑的主体像是飘在半空中的云,这片“云”实际是200多块薄膜屋顶组件。
  
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庭园家(图源:Archdaily,摄影:赵春辉)

巧妙地放置在屋顶上的太阳能电池板系统能够随着太阳光的照射角度调整倾斜角度,实现高效发电,每天产生的电能足够一个三口之家使用。阳光还能透过透明薄膜,洒进室内,带来良好的采光。
  
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庭园家(图源:Archdaily,摄影:田方方)

或许在不久的将来,太阳能电池板,将成为住宅的标配。  谁说摩天大楼怕风?风可以用来发电!
超高的摩天大楼特别怕风,因为天上的风实在太大了,弄不好就会让大楼摇晃起来。但你有没有想过,这样大的风能不能干点啥呢?比如用来发电! 这个想法被南非建筑师肖恩·奇拉变成了现实,他设计了全世界第一座将风力发电和高层建筑结合的建筑——巴林世贸中心。巴林世贸中心也是世界上首座可以为自身持续提供可再生能源的摩天大楼。
  
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巴林世贸中心(图源:建筑界)

巴林世贸中心建筑位于巴林最大的城市麦纳麦,当地具有很好的海风资源。建筑上装有3台风力发电机,每年可为大楼提供120万千瓦时的电力,相当于300个家庭一年的用电量。
  
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巴林世贸中心(图源:建筑界)

两座三角形的建筑类似于传统阿拉伯“风塔”的形状,由三座“桥梁”相连,风力发电涡轮机和与其相连的发电机被分别设置在每座桥梁上,三角形的设计是为了有效地改变风的分布,这样就可以使建筑上下的风力基本保持一致。 为了防止风扇的运动与桥梁产生共振,建筑师制作了精密的模型,模拟了199种不同气候的强度气流,在这个测算基础之上,他们建造出了震动频率远远高于风力机的横梁,最大程度避免了共振带来的风险。
  
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巴林世贸中心(图源:建筑界)

巴林世贸中心2008年完工的建筑,虽然三组风力发电机只能给大楼提供15%左右的用电量,但它为后来的摩天大楼建筑做了很好的示范。在这之后,上海中心大厦也应用了风力发电,屋顶的外幕墙上安装有270台风力发电机,每年可以产生118.9万千瓦时的绿色电力。
  
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上海中心大厦(图源:谷德设计网)

还有脑洞更大的设想,土耳其的建筑师Hayri Atak在迪拜设计了一座叫作Squall Tower的大楼,大楼可以自己旋转,如同科幻片中的场景。
  
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Squall Tower(图源:设计之旅)

大楼的底座是一个几乎悬浮的结构,安装有一个巨大的电机,好像螺旋桨一样,在底座带动下,整个大楼就能够旋转起来。 大楼还可单独利用风力来旋转,所以,它能够自己发电供给自己,还能把多余的电力供给周围的街区。
  
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Squall Tower(图源:设计之旅)  

家里装个电池,再也不怕停电了
不久前,被称为“硅谷钢铁侠”的马斯克又发豪言,表示要将每家每户都改造成小型发电厂,还要能够反哺公用电网。这件事听起来有点匪夷所思,但其实马斯克为此已经准备了多年。 早在2015年,特斯拉就推出了一款售价3000美元的储能电池,它的持续发电峰值能达到2千瓦时,而且配合太阳能屋顶模块,电池可以重复使用。 澳大利亚建筑工作室Austin Maynard Architects便使用特斯拉的电池,在墨尔本设计了一个可以自己产生能源的家,由于在可持续发展方面的贡献,这个私宅获得了2021维多利亚建筑师协会奖。
  
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(图源:一起设计)

住宅配备可储存26千瓦时电力的2块特斯拉电池,每天平均可以产生100千瓦时的能源,用不完的电能将返回电网。
  
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(图源:一起设计)

马斯克所设想的“家用发电厂”,相信在未来会随着电池价格的进一步下降,降低准入门槛,到时候,家家户户永不断电的幻想或许就会变成现实。

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(图源:unsplash)

我们看到,如今的建筑师们已经越来越重视将生态环保的技术融入到建筑中,虽然还不能成为真正的支柱,但这让我们看到了希望。 中国承诺,2030年做到“碳达峰”,2060年实现“碳中和”。 从煤炭能源向清洁能源切换的远景宏大而美好,但过程也一定充满了挑战。这次大规模的拉闸限电,也是我们为了达到目标的摸索前行。 终有一日,绿色环保,能自己产生能源的建筑,会成为设计的主要方向。  

参考资料:《限电真相调查》(《21世纪经济报道》
作者:研究员曹恩惠、彭强,特约研究员綦宇)《大自然正在惩罚破坏生态的我们,这五个节能建筑,值得我们学习!》

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