關(guān)于我國中小城鎮 能源規劃的思考

  隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的發(fā)展，生產(chǎn)力的提高，我們農業(yè)經(jīng)濟必然會(huì )走向工業(yè)經(jīng)濟和后工業(yè)經(jīng)濟，城鎮化就是這個(gè)發(fā)展過(guò)程的必然階段，而農村人口的中小城鎮化（其特點(diǎn)是人口數在15～45 萬(wàn)人）將是未來(lái)我國城鎮化的主要內容。

 

  現代的城市有文化、藝術(shù)、體育、商貿、電信、交通等一系列公共設施，有水、熱、電、氣的集中供應，這使城鎮人均能源消費要比農村大幅度提高，單位面積的能耗密度比農村增加，因此，探討我國中小城鎮能源消費特點(diǎn)和能源規劃的重點(diǎn)具有普遍意義。

 

  1 中小城鎮能耗分析

 

  1.1 農村用能的特點(diǎn)

 

  （1）沒(méi)有大型公用設施，能耗只限于飲食、民居，人均耗能低;（2）居住分散，舒適度和生活質(zhì)量的差異導致能耗水平低;（3 ）不需要集中供暖、供冷。

 

  1.2 中小城鎮用能的特點(diǎn)

 

  （1）耗能分為建筑、工業(yè)、交通三大類(lèi)。但中小城鎮的工業(yè)、交通耗能不大，建筑能耗占中小城鎮總能耗的8 0 % 。

 

  （2）據住房和城鄉建設部的統計，我國城鎮建筑能耗中用能比重如表1 所示，供暖和空調耗能占建筑總能耗的6 5 % 。

 

  （3）在我國北方的集中采暖區，應為中小城鎮的居民提供公用的集中供暖設施，這是一種剛性需求。

 

  （4）在北緯30 度以南的中東部地區有較大的民用空調需求，這種需求是剛性的。

 

  （5）在北緯40 度以南到北緯30 度以北區域有一定的民用空調需求，這種需求是準剛性的。

 

  我國每年大約新增加18 億m2 的建筑面積，其中有大部分在中小城鎮。對建筑能耗的關(guān)注是節能之重點(diǎn)，而對供暖空調耗能的關(guān)注應是重中之重。

 

  1.3 中小城鎮能源規劃的重要性

 

  如果在城鎮化過(guò)程中不進(jìn)行能源規劃，或者無(wú)視能源規劃的重要性，簡(jiǎn)單認為城鎮化只是建房子、修路，只是居民從農村搬到城里來(lái)，將會(huì )導致非常嚴重的后果。如果農民進(jìn)城還燒煤燒柴，將大大加劇城市的污染; 如果空調還是用電能，城市夏季用電高峰期的電負荷會(huì )大大增加。更重要的是，如果新建的城鎮還是重復現在的城市能源利用的低效率、低水平的老模式，將使對能源的需求急劇增加，難以保障供應。因此，在城鎮化的過(guò)程中，加強能源規劃非常重要。

 

  2 能源規劃

 

  2.1 與能源有關(guān)的規劃

 

  目前，各級政府對能源規劃是重視的，據統計，直接的能源類(lèi)規劃有8 類(lèi)，與能源有關(guān)的其他規劃有5 類(lèi)，分別見(jiàn)表2 和表3 。

 

  2.2 與能源規劃有關(guān)的單位

 

  （1）設計院

 

  當地的市政規劃設計院、電力設計院、建筑設計院、熱力燃氣規劃設計院。

 

  （2）企業(yè)

 

  當地的熱力公司、燃氣公司、水務(wù)公司、發(fā)電集團公司、建筑開(kāi)發(fā)商。

 

  （3）政府部門(mén)

 

  當地的發(fā)改委、建委、市政規劃委、環(huán)保廳。

 

  2.3 與能源規劃有關(guān)的專(zhuān)業(yè)

 

  熱能動(dòng)力，采暖通風(fēng)空調，電力系統規劃，燃氣，石油化工，環(huán)境保護，技術(shù)經(jīng)濟。

 

  2.4 目前能源規劃中存在的問(wèn)題

 

  2.4.1 管理分散

 

  目前的管理機構從科學(xué)發(fā)展觀(guān)指導下制定能源規劃、節能規劃和循環(huán)經(jīng)濟規劃來(lái)看，已經(jīng)不能夠適應需求了。

 

  工業(yè)、建筑和交通三大用能領(lǐng)域的節能工作，分別由發(fā)改委、建委和交委來(lái)管，從一次能源轉換規劃到能源終端利用規劃都與電力規劃、天然氣規劃、城建規劃、交通規劃和環(huán)保規劃有著(zhù)極密切的關(guān)系。然而這些規劃都是在各個(gè)平行部門(mén)分頭制定的，沒(méi)有匯總的部門(mén); 缺乏相互的協(xié)調、配合，缺少必要的集權。

 

  2.4.2 傳統的編制方法

 

  傳統的城市能源規劃是按照經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展對能源的需求來(lái)制定的，不考慮生態(tài)和環(huán)境與資源和能源條件對經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約的反饋、互動(dòng)。

 

  制定下一個(gè)五年的能源規劃常常是按照上幾個(gè)五年的統計數據線(xiàn)性地外延，最多考慮“能源彈性系數”的增減。具體推算中，主要按照工業(yè)、建筑和交通三大耗能領(lǐng)域，按照國民經(jīng)濟計劃增長(cháng)的比例，估算煤、氣、電、各種油品等能源的消耗量。

 

  最后按一次能源和終端能源消耗量和比率分類(lèi)列表，得出新的五年能源規劃。按照這種線(xiàn)性模式制定能源規劃，會(huì )導致“三高一低”的發(fā)展模式。

 

  2.4.3 缺少“全面、集成、區域”的概念

 

  全面 能源系統可以是鍋爐房供熱系統、冷水機組系統、熱電廠(chǎng)系統、冷熱電聯(lián)供系統、熱泵供能系統。所用的能源還可以是燃煤系統、燃油系統、燃氣系統、可再生能源系統（太陽(yáng)能熱水系統、地下水源熱泵系統、地表水源熱泵系統、污水源熱泵、土壤源熱泵系統、光伏發(fā)電系統、風(fēng)力發(fā)電系統）、生物質(zhì)能系統。

 

  集成 人類(lèi)社會(huì )發(fā)展至今所有一切用于生產(chǎn)和生活的能源，在一個(gè)特指的區域內得到科學(xué)、合理綜合、集成的應用，完成能源生產(chǎn)、供應、輸配、使用和排放全過(guò)程。

 

  區域 可能是行政劃分的城市和城區，也可能是一個(gè)居住小區或一個(gè)建筑群，還可能是特指的開(kāi)發(fā)區、園區。

 

  3 能源規劃五原則

 

  3.1 品位對應原則

 

  能源是分品位的，不論是一次能源，還是二次能源。能源依據其在自然界的存量，所產(chǎn)生能量的多少，所產(chǎn)生能量的級別（溫度），所能轉換成其它能源形式的多少，能被梯級利用的次數多少，它對自然環(huán)境所造成的影響，利用它所需成本，可分為高品位和低品位。例如: 天然氣比煤炭的品位高，因為天然氣的利用成本較低，可梯級利用次數多，產(chǎn)生的污染少等等。再如: 電能比50℃熱水品位要高，因為電能可轉成許多其它形式的能源，而5 0 ℃熱水只能用于采暖空調或做生活熱水。高品位能源應當用在高品位處，低品位能源應當用在低品位處，不能高能低用。

 

  3.2 溫度對口原則

 

  人們在生產(chǎn)生活中對用能的溫度需求是不同的，例如: 對環(huán)境舒適溫度需求，夏季是24～26℃，冬季是18～20℃; 生活熱水的需求是50℃左右; 烹飪溫度是100℃以上; 發(fā)電需求是幾百度到上千度;各種生產(chǎn)工藝要求的溫度也是由幾十度到幾百度再到上千度不等的。應根據實(shí)際生產(chǎn)生活需求來(lái)供應溫度對口的能源，做到高溫能源用到高溫處，低溫能源用到低溫處，不能高能低用。

 

  3.3 梯級利用原則

 

  自然界中存在很多高品位的能源，可以產(chǎn)生溫度很高的二次能源，在人們利用的初始階段，曾被忽視。例如: 20 世紀40、50 年代，在燃煤發(fā)電的能源系統中，燃煤的發(fā)電效率只有3 0 % ～3 5 ％左右，剩余的能量完全排放掉了，煤炭在發(fā)電過(guò)程中只被利用了一次。后來(lái)人們發(fā)明了熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，將發(fā)完電的余熱用來(lái)解決區域供熱，燃煤的利用率提高到了7 0 % ～8 0 ％左右，一次用高溫段發(fā)電，再一次用余熱段供熱，實(shí)現兩次梯級利用。

 

  現代技術(shù)的發(fā)展，特別是熱泵的技術(shù)的應用，可以使高品位的能源梯級利用四次或更多。例如:燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、冷熱電聯(lián)供、熱泵區域能源系統，它先用天然氣在燃氣輪機里燃燒高溫煙氣推動(dòng)渦輪機發(fā)電，后再將發(fā)完電的乏氣（溫度500℃～600℃左右）送入余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸汽，再送入蒸汽輪機發(fā)電，之后發(fā)完電的水蒸汽換熱制冷、供熱，最后再用熱泵將冷疑水熱量提升用來(lái)采暖或生產(chǎn)生活熱水。這是一個(gè)非常典型的梯級利用技術(shù)，現在已經(jīng)有很多項目利用這一技術(shù)，實(shí)現能源的梯級利用。

 

  3.4 綜合利用原則

 

  由于節能減排形勢的緊迫，目前很多項目中出現了各種形式能源的綜合利用，取長(cháng)補短，共同達到保護環(huán)境節約資源的目的。例如用一次能源為主、可再生能源為輔的區域能源系統; 或是可再生能源為主、一次能源為輔的區域能源系統; 冷熱電三聯(lián)供系統與熱泵系統綜合的區域能源系統等。

 

  所有的這些綜合利用能源系統的初衷和目標就是以最小的能源消耗，最少的排放達到最佳的能源利用效果。例如: 采用天然氣采暖鍋爐一次燃燒技術(shù)，所排放的N O x 為幾百到上千P P m ，而采用天然氣冷熱電三聯(lián)供梯級技術(shù)，所排放的NOx 為幾個(gè)到幾十個(gè)P P m 。

 

  3.5 集成利用原則

 

  若達到最佳的節能減排效果，僅單獨用一種設備、一個(gè)系統、一種技術(shù)是不能完全實(shí)現的; 應對各種設備、系統、技術(shù)進(jìn)行綜合、集成，互相補充完善達到最優(yōu)的效果。例如: 冷熱電三聯(lián)供系統與熱泵系統集成，可以達到經(jīng)濟、節能、減排的理想效果。

 

  4 中小城鎮能源規劃的重點(diǎn)內容

 

  中小城鎮能源規劃不應采用統計的線(xiàn)性外推和能源彈性系數的方法去粗略估計和推算未來(lái)幾年中G D P 增長(cháng)目標所需求的各種能源的簡(jiǎn)單的加和。這在工業(yè)、交通和建筑領(lǐng)域能源規劃的制定中體現如下。

 

  4.1 工業(yè)能源的規劃

 

  以產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃的指標對能源的需求作為初值，進(jìn)一步深入考慮，第一，生態(tài)和環(huán)境對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制約。必須計算新增的工業(yè)，特別是冶金、建材、重化、造紙等高污染工業(yè)污染物排放量的增加，扣減淘汰的落后小工業(yè)所減少的排放，保證污染物排放總量不增加，并且逐步減少。第二，能源需求規劃必須與能效即節能規劃密切結合?？茖W(xué)發(fā)展必須是跨越式發(fā)展，新增的產(chǎn)能必須采用最先進(jìn)的技術(shù)，使單位產(chǎn)品能耗達到國際先進(jìn)水平。原有工業(yè)，必須制定逐年降低能耗的改進(jìn)規劃。第三，必須考慮能源的供應保障對產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展的制約。冶金、建材、石化等工業(yè)對煤、石油等一次能源需求量很大，如何保障這些能源從國內外市場(chǎng)上的采購和運輸，會(huì )受到地緣政治、經(jīng)濟、氣象、運力等哪些變化條件的影響。第四，能耗總量和單位G D P 能耗降低指標對產(chǎn)業(yè)結構的反饋制約，會(huì )加速低能耗、高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，抑制高能耗的重化工業(yè)的過(guò)度發(fā)展。

 

  4.2 交通能源規劃

 

  社會(huì )發(fā)展所帶來(lái)的物流和客運量的增加和交通系統的綜合集成優(yōu)化改進(jìn)，是制定交通能源規劃的基礎。交通系統的綜合集成包括: 運輸方式，包括水運、陸運（包括鐵路和公路）和空運的發(fā)展規劃。城市交通模式（包括有軌和無(wú)軌、地上和地下、公交車(chē)和小汽車(chē)、電和油氣動(dòng)力）發(fā)展規劃。

 

  在此基礎上估計車(chē)輛數目的增長(cháng)、動(dòng)力和燃料的需求，包括燃料中各不同品種，如汽油、柴油、新的代用燃料，如天然氣、二甲醚、乙醇等的數量和比率。在當前我國能源形勢嚴峻和城市空氣污染狀況下，決不應再按照交通量的增長(cháng)線(xiàn)性外推燃料需求的增加，而必須把交通系統的綜合集成優(yōu)化作為制定交通能源規劃最重要的內容和依據。

 

  顯然，這同其他相應的規劃，如地區城建規劃、天然氣規劃、石油化工工業(yè)發(fā)展規劃都有極為密切的聯(lián)系。另一方面，城市的環(huán)保規劃，主要是改善大氣質(zhì)量的目標和進(jìn)度，同機動(dòng)車(chē)尾氣排放標準和總量有著(zhù)密切的制約關(guān)系，因而也是制定交通能源規劃的依據。

 

  4.3 建筑能源規劃

 

  中小城鎮中建筑能耗占比約為80%，是中小城鎮能源規劃的重點(diǎn)。

 

  4.3.1 政策

 

  通過(guò)政策、法規和支持措施，同房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商相配合，在新城區的建設中，在強制采用節能?chē)o結構的同時(shí)，同步建設熱電聯(lián)產(chǎn)或冷熱電三聯(lián)供的能源供應系統。城市的建筑節能規劃，還必須包括原有的建筑逐步進(jìn)行節能改造的內容、措施和進(jìn)度。

 

  建筑物用能規劃不能按照建筑面積的增加線(xiàn)性外推，而必須以強化節能措施為基礎，同時(shí)與城市的電力、天然氣、城建、環(huán)保等發(fā)展規劃協(xié)調配合制定。

 

  4.3.2 建筑圍護結構

 

  在建筑物用能和節能規劃方面，首先應當實(shí)

 

  施目標管理，即新增建筑必須達到住房和城鄉建設部規定的單位能耗降低50％～65％的目標。不能放任開(kāi)發(fā)商按照目前只追求外表、裝修，忽視能源消耗，導致單位面積能耗成倍地高于發(fā)達國家的模式來(lái)進(jìn)行新建筑的建設。應采取圍護結構（外墻、窗、屋頂的隔熱、通風(fēng)、遮陽(yáng)等）設計優(yōu)化和小區規劃等措施。

 

  4.3.3 建筑暖通空調

 

  中小城鎮建筑能耗中約有6 5 % 消耗在采暖空調上，對供暖供冷區域能源系的規劃是中小城鎮能源規劃的重中之重。

 

  目前建筑耗能中，采暖、空調、熱水用能基本上是靠電。這大大增加了城市電網(wǎng)的峰荷負擔。應根據當地情況，綜合選擇以下可以利用的供暖供冷區域能源系統。

 

  以熱電廠(chǎng)為熱源的區域供熱供冷; 以區域鍋爐房為熱源的區域供熱; 以各種余熱為熱源的區域供熱; 以可再生能源為熱源的區域供熱供冷; 以太陽(yáng)能熱水為熱源，以鍋爐房為輔的區域供熱; 以電制冷冷水機組為冷源的區域供冷; 以電制冷加蓄冰或蓄水的區域供冷; 以熱泵（海水源、江水源、地源）為主，輔以電制冷加鍋爐房的區域能源; 以熱電廠(chǎng)為核心輔以吸收制冷的區域能源中心; 燃氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供的區域能中心; 核供熱系統。

 

  4.3.4 北方中小城鎮的集中供熱典型系統

 

  新建2 × 25 MW 背壓機帶基符運行，利用25%的調峰鍋爐兼備用，拆除75% 小鍋爐。采暖期，背壓機帶基荷運行，利用外網(wǎng)少量既有熱源調峰和備用。該項目具有明顯的節能減排成效，但經(jīng)濟性不理想，影響投資方的投資意愿。鑒于建設采暖背壓機可以收到明顯的節能減排效果和社會(huì )效益，建議政府部門(mén)出臺優(yōu)惠電價(jià)、熱價(jià)等鼓勵政策，盡早普及北方中小城市采暖背壓機的建設。

 

  4.3.5 南方中小城鎮的集中供冷典型系統

 

  采用第二代的城市能源供應系統，燃氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供的分布式能源站，向一定范圍內的建筑物同時(shí)提供空調冷水、生活熱水和電的集成服務(wù)，可使能源利用效率成倍提高。

 

  5 國內外區域能源規劃的發(fā)展

 

  5.1 區域能源的概念

 

  區域供暖、區域供冷、區域供電以及解決區域能源需求的能源系統和它們的綜合集成統稱(chēng)為區域能源。

 

  區域能源規劃就是對所選定的區域的能源需求和供應在建設或開(kāi)發(fā)（或是在擴充、改造）時(shí)有一個(gè)計劃。具體內容是: 對能源需求種類(lèi)、品位、數量、使用的特點(diǎn)、時(shí)間、價(jià)格以及排放等有預期;對能源供應模式有展望（包括能源資源的情況，可利用的情況，利用的成本分析）; 對在本區域所采用的能源技術(shù)有技術(shù)經(jīng)濟分析對比; 對能源消耗給環(huán)境帶來(lái)的影響有定量分析。

 

  顯然，我國中小城鎮能源規劃是區域能源規劃的主要工作內容。

 

  5.2 國際上對區域能源的認識

 

  國際區域能源協(xié)會(huì )1908 年成立，致力于促進(jìn)其會(huì )員在提供可靠的、經(jīng)濟的、高效率的、對環(huán)境有利的、正確的區域能源方案方面，成為行業(yè)領(lǐng)先者。通過(guò)區域供冷、供熱與熱電聯(lián)產(chǎn)等先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)能源效率和環(huán)境質(zhì)量的提高。

 

  2 0 世紀中期，發(fā)達國家就已經(jīng)認識到了區域能源所帶來(lái)的經(jīng)濟效益，歐洲很多國家就大力發(fā)展區域供熱，到70 年代開(kāi)始發(fā)展區域供冷，同時(shí)推進(jìn)熱電聯(lián)產(chǎn)。2 0 世紀末，世界各國都已經(jīng)認識到能源消耗帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)也認識到能源供應和科學(xué)合理使用會(huì )帶來(lái)更好的環(huán)境效益。一些發(fā)達國家已經(jīng)開(kāi)始綜合的集成的使用能源。美國的學(xué)者認為: 美國是否能實(shí)現減少二氧化碳排放的目標，取決于增加應用區域能源的幅度和可行性; 建立區域能源系統是減少二氧化碳排放不可或缺的方法。

 

  5.3 我國區域能源的發(fā)展

 

  在建國初期，我國北方地區就開(kāi)始開(kāi)發(fā)、建設區域能源系統，只不過(guò)是以區域供熱為主，經(jīng)過(guò)六十年的發(fā)展，在全國六百多個(gè)城市中，已有四百多個(gè)熱力公司在從事著(zhù)區域供熱，為單一供熱的區域能源系統。而大多又是以燃煤系統為主。

 

  在近三十年來(lái)，由于空調事業(yè)的發(fā)展，由分散供冷向集中供冷，現又向區域供冷發(fā)展，已形成-個(gè)趨勢，特別是在我國長(cháng)江以南地區已經(jīng)出現幾十萬(wàn)平方米甚至上百萬(wàn)平方米的區域供冷項目，這是區域能源供需市場(chǎng)發(fā)展的結果。

 

  近十年來(lái)，由于節能減排形勢緊迫，由原來(lái)的冷熱分供，發(fā)展為冷熱聯(lián)供，特別是在黃河以南，長(cháng)江流域，區域能源系發(fā)展為冷熱聯(lián)供: 夏季供冷，冬季供熱。使得區域能源向綜合方向發(fā)展。

 

  近年來(lái)，由于熱泵技術(shù)的應用，冷熱電三聯(lián)供的應用，使得能源的使用更加科學(xué)合理，逐步實(shí)現品位對應、溫度對口、梯級利用。使得更多低品位、低溫的能源得到充分利用，區域能源正向著(zhù)集成方向發(fā)展。

 

  5.4 我國區域能源規劃組織

 

  2009 年9 月，中國建筑學(xué)會(huì )熱能動(dòng)力分會(huì )的一個(gè)重要的專(zhuān)業(yè)分支——區域能源專(zhuān)業(yè)委員會(huì )成立，這是一個(gè)自發(fā)性的民間組織，參加的專(zhuān)業(yè)人員以暖通空調專(zhuān)業(yè)為主，以區域供冷、供熱與冷熱電聯(lián)產(chǎn)為主行業(yè)，多專(zhuān)業(yè)多學(xué)科，致力于城市區域能源規劃與實(shí)施、建筑區域能源合理利用、新能源規?；瘧?，試圖推動(dòng)中國區域供冷、供熱與冷熱電聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)的健康發(fā)展。

 

  6 幾點(diǎn)思考

 

  （1）中小城鎮能源規劃應成為政府行為，以當地政府部門(mén)為主導，從當前我國政府機構的設置看，應以負責管理能源的政府部門(mén)主持，牽頭組織，協(xié)調檢查、督促中小城鎮能源規劃的編制和執行。

 

  （2）中小城鎮的能源系統運行管理具有較大的空間，目前處于起步階段，幾乎是空白。應培育這方面的運營(yíng)商，鼓勵民間資金注入這一領(lǐng)域，這是一個(gè)全新的有生命力和發(fā)展前途的行業(yè)，有益于節能，有助于民生，有利于就業(yè)。

 

  （3）中小城鎮能源規劃是一個(gè)新穎的事物，涉及的部門(mén)，行業(yè)很多，在目前的管理體制下，只是一種先進(jìn)的觀(guān)念，但很難全面推進(jìn)。但這是我國今后節能工作的主要方向，是政府部門(mén)應管理的重大事項，宜首先在合適的地區進(jìn)行試點(diǎn)，取得經(jīng)驗后逐步推進(jìn)。