低碳形勢下的區域能源規劃方法及實(shí)踐

  ０ 引言

 

  哥本哈根世界氣候大會(huì )前夕，國務(wù)院會(huì )議提出到２０２０年單位國內生產(chǎn)總值（ＧＤＰ）二氧化碳排放比２００５年下降４０％～４５％，并作為約束性指標納入國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展中長(cháng)期規劃。與此同時(shí)，中國仍是發(fā)展中國家，正處于工業(yè)化、城市化加速發(fā)展階段，能源需求還在繼續增長(cháng)，控制溫室氣體排放和減緩氣候變化面臨的壓力越來(lái)越大。

 

  能源基礎設施伴隨城市建設而生，具有一次性與普遍性，對于新區而言，一個(gè)好的能源規劃顯得尤為重要。國內外知名低碳生態(tài)城在能源系統實(shí)踐方面的借鑒意義，不在于某項技術(shù)的簡(jiǎn)單應用，而在于技術(shù)體系之間的平衡、集成、共享、量化管理及本地化特色等。因此，通過(guò)低碳能源規劃，明確區域碳減排的量化目標，進(jìn)行該區域能源消耗的有效控制、能源結構的合理調整、能源系統的高效應用以及能源體系的優(yōu)化管理，是實(shí)現新區低碳建設目標的重要措施。

 

  目前新區層面的能源規劃尚未納入法定規劃體系，對其內容及深度亦無(wú)明確的標準和規范。筆者通過(guò)總結多個(gè)新區的低碳能源規劃實(shí)踐，梳理新區低碳能源規劃總體思路、工作框架及在規劃過(guò)程中需關(guān)注的要點(diǎn)，并以北京某新區能源規劃為例進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

 

  １ 總體思路

 

  １．１ ＣＬＥＡＲ低碳實(shí)現途徑

 

  總結國內外新區低碳建設案例及未來(lái)科技城低碳規劃等工程實(shí)踐，集思廣益，筆者所在單位規劃團隊提出了區域低碳規劃的ＣＬＥＡＲ體系。

 

  所謂ＣＬＥＡＲ，是對改變高碳排放的發(fā)展模式，落實(shí)綠色的低能耗、低污染、低排放的可持續健康發(fā)展戰略的五項實(shí)現路徑的概括：降低能源需求、提高能源效率帶來(lái)的減排量（ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）；可再生資源替代利用帶來(lái)的減排量（ｒｅｎｅｗａｂｌｅ）；因循環(huán)利用獲得的減排量（ｌｏｏｐ）；因綠化等措施增加碳匯獲得的減排量（ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ）；以及發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)等獲得的對區域外的減排貢獻（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ）。

 

  將ＣＬＥＡＲ體系應用于區域能源規劃中，明確低碳能源系統的實(shí)現路徑為：區域建筑整體節能、高效能源系統及設備應用（ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ），可再生能源合理應用（ｒｅｎｅｗａｂｌｅ），余熱回收利用及固體廢棄物能源化應用（ｌｏｏｐ），產(chǎn)業(yè)結構低碳調整、綠色清潔生產(chǎn)（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ）等，最終通過(guò)能源規劃的綜合統籌，構建一個(gè)常規能源與可再生能源優(yōu)化組合、分散式與集中式點(diǎn)面結合、近期與遠期合理過(guò)渡的低碳能源系統。

 

  １．２ 區域能源規劃的基本框架

 

  經(jīng)多個(gè)區域能源規劃實(shí)踐總結，得到基本工作框架，主要分三步完成：１）目標策劃，基于政策、規范標準、案例調研，結合基地踏勘以及上位規劃，對資源條件、基礎設施、用能需求等進(jìn)行初步分析，明確規劃目標及重點(diǎn)；２）規劃方案，通過(guò)產(chǎn)出與需求的全面平衡分析，構建能源系統總體規劃方案及分區規劃方案，進(jìn)行經(jīng)濟、社會(huì )、環(huán)境效益多元評估及方案優(yōu)化；３）指標體系及實(shí)施方案，提出區域能源系統總體控制指標并拆解至不同分區，明確投融資運營(yíng)模式及分期實(shí)施計劃等內容。

 

  ２ 規劃要點(diǎn)

 

  ２．１ 低碳評估

 

  以碳減排量、碳排放強度為規劃約束目標，是區域能源規劃中體現低碳的第一要點(diǎn)?；谝巹?、建筑容量、功能布局、建筑節能標準、能耗統計數據等信息，確定基準情景下的能耗總量、用能結構及碳排放量；在構建能源規劃方案時(shí)，因地制宜地選擇低碳技術(shù)，分析各低碳技術(shù)可實(shí)現的用能變化及碳減排量；最終可得低碳情景下的能耗總量、用能結構及碳排放量。在此過(guò)程中，關(guān)鍵是基準情景的合理設定、能耗基礎數據的可靠獲取、各能源碳排放因子的選擇及低碳能源技術(shù)的科學(xué)應用，具體計算詳見(jiàn)文獻［４］。低碳評估所獲得的量化目標納入新區低碳建設控制指標。

 

  ２．２ 綜合統籌

 

  常規專(zhuān)項規劃一般是將供熱、燃氣、電力分開(kāi)考慮的，而實(shí)際上各能源基礎設施之間存在很多關(guān)聯(lián)性。例如，對于供熱而言，燃氣供暖的耗能特性會(huì )影響燃氣輸配系統，熱電聯(lián)產(chǎn)供熱的規模對電網(wǎng)有一定的影響，天然氣分布式發(fā)電會(huì )影響到燃氣、供熱和電力輸配系統。

 

  將系統工程方法論應用于區域綜合能源規劃中，實(shí)現供熱、燃氣、電力等各能源基礎設施之間的協(xié)調，優(yōu)化資源配置。在進(jìn)行負荷需求及能耗預測時(shí)，不應再按傳統規劃方式簡(jiǎn)單取籠統指標估算，而應依據不同的能源規劃方案來(lái)確定區域內的熱、電、氣等需求量。

 

  借助綜合能源規劃框圖，直觀(guān)體現區域能源系統的構成及相互關(guān)系，如圖２所示，涵蓋源層、輸配層、需求層及能源轉換層。實(shí)線(xiàn)連接表示集中系統，虛線(xiàn)連接表示分散系統。在綜合能源規劃完成后，可明確各線(xiàn)路的能源流進(jìn)量與流出量。

 

  ２．３ 規劃聯(lián)動(dòng)

 

  縱向上，與常規規劃聯(lián)動(dòng)。建立能源規劃與總規、控規、修規及各專(zhuān)項規劃的聯(lián)動(dòng)機制，解決現有能源規劃與傳統規劃脫軌、無(wú)法指導相關(guān)規劃設計和管理工作的問(wèn)題。如圖３所示，在傳統規劃的全過(guò)程，融入以低碳目標為核心的策略及執行方法：

 

  在總規階段，明確以低碳理念為主導的規劃定位及概念方案；在控規階段，提出以低碳目標為核心的指標體系以及設施選址、占地面積等，使低碳規劃方案可執行、可評估；在修規階段，給出以指標體系為目標的技術(shù)方案及設計導則。

 

  橫向上，與低碳規劃中各專(zhuān)項規劃相契合。受當前節能減排政策推動(dòng)及區域自身可持續發(fā)展要求，眾多新區在開(kāi)展能源規劃的同時(shí)，往往進(jìn)行系統的低碳生態(tài)規劃工作。因此，還需梳理能源系統與其他低碳子系統的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現各子系統相互契合、統一協(xié)調。

 

  ２．４ 投資運營(yíng)模式

 

  第２．１～２．３節主要從技術(shù)角度進(jìn)行考慮。此外還應從市場(chǎng)角度分析落實(shí)能源規劃所需資金來(lái)源及籌集渠道，在項目計劃期內實(shí)現充足資金保障，并通過(guò)建設運營(yíng)管理模式的設計，最終實(shí)現市場(chǎng)化、盈利性的運營(yíng)。同時(shí)還應注重與國家及當地能源相關(guān)政策相結合，分析其對能源技術(shù)應用經(jīng)濟性的影響。圖５梳理了能源相關(guān)工程項目的融資渠道、投融資與建設運行模式。

 

  ２．５ 建設管理機制

 

  從管理角度建立能源系統建設運行的全過(guò)程監管機制，包括指標控制方法、指標評估方法、信息化管理系統等。

 

  例如，在江蘇某新區能源規劃中，在能源規劃方案研究的基礎上，面向政府部門(mén)制定了一套能源系統指標體系，不僅明確指標控制值，同時(shí)指定指標落實(shí)第一責任單位、執行部門(mén)以及具體的任務(wù)類(lèi)型及內容，從管理層面為低碳能源系統的建設提供機制保障。

 

  ２．６ 結合建設進(jìn)度

 

  能源系統建設與項目開(kāi)發(fā)進(jìn)度協(xié)調一致，關(guān)注能源資源在空間、時(shí)間上的需求及供應條件變化，統籌規劃、分步實(shí)施，實(shí)現近期與遠期的合理過(guò)渡，即打造一個(gè)“成長(cháng)型”能源系統。在能源供應安全可靠的基礎上，避免重復建設，并合理統籌投融資、建設計劃。

 

  以北京房山區某新區能源規劃為例，規劃區域內的現有基礎設施條件較差，只有電力設施相對完善，供熱、天然氣基礎設施建設將依賴(lài)于房山區“十二五”相關(guān)規劃內容的順利實(shí)施；因此，對于起步區首先考慮園區內部資源解決用能問(wèn)題，遠期區域整體依托大市政設施實(shí)現能源供應。如何實(shí)現近期向遠期的合理過(guò)渡是能源規劃過(guò)程中需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

 

  ３ 案例簡(jiǎn)介

 

  北京某新區規劃占地面積約１ ０００ｈｍ２，主要是中央企業(yè)研發(fā)和創(chuàng )新服務(wù)設施建設。根據規劃建設指標，規劃建筑總面積約６２８．８萬(wàn)ｍ２，其中研發(fā)建筑４０３萬(wàn)ｍ２，配套公共建筑約１１５萬(wàn)ｍ２，居住建筑約１１１萬(wàn)ｍ２。

 

  ３．１ 需求分析

 

  根據規劃建筑類(lèi)型，負荷預測內容包括：供暖負荷、生活熱水負荷、制冷負荷、用電負荷、燃氣負荷等。

 

  結合規劃建設指標，采用設計軟件建立各類(lèi)典型建筑模型，獲得相應建筑冷、熱負荷指標，并參照《電氣節能專(zhuān)篇》《給排水設計規范》《燃氣設計規范》等資料分別獲得相應建筑電負荷指標、生活熱水用水定額及用氣指標等，進(jìn)行各類(lèi)建筑負荷需求估算，最終可得：規劃區域熱負荷約３０３ＭＷ，冷負荷約４８３ ＭＷ，電負荷約４１８ ＭＷ，燃氣負荷約６ ０６０萬(wàn)ｍ３／ａ。在負荷預測中，不僅關(guān)注負荷需求總量，同時(shí)關(guān)注負荷空間分布規律，圖６給出了冷熱負荷的分布密度。

 

  ３．２ 資源條件

 

  資源條件分析包括：可再生資源、余熱資源及常規能源分析等。其中，可再生資源分析為重點(diǎn)。依據規劃區域地質(zhì)勘查報告、水文資料、資源評估材料、市政設施現狀及規劃條件、區域周邊可再生能源應用項目調研等，結合可再生能源技術(shù)應用適宜條件及需求分析，確定在規劃區域適用的可再生能源形式，并預測可利用量。充分體現“因地制宜”的原則。

 

  以地熱資源為例，規劃區域位于小湯山地熱田南側。據鉆孔勘探和地質(zhì)、物探推測，該區熱儲層為薊縣系的白云巖地層，地層厚度大，埋藏深，巖溶發(fā)育，富水性好，是良好的熱儲層。根據市國土局地熱處提供的資料，規劃區域內已開(kāi)采地熱井的勘測數據為：地熱井深度２ ７００ｍ，出水溫度達６３℃，出水量達６００～８００ｍ３／ｄ。取打井間距為１ ０００ｍ，在規劃區域可打４口取水井和回灌井，結合熱泵技術(shù)（供熱ＣＯＰ 為４．５）為住宅區供暖，回灌溫度３０℃（《北京市地熱資源管理辦法》第１７條要求地熱資源供暖后的排放溫度不得低于３０℃）。由上述數據可預估地熱資源利用的最大供熱容量約為５．４ＭＷ，供暖季總提取熱量約４０ ６１３ＧＪ。

 

  經(jīng)與上述過(guò)程類(lèi)似的一系列分析，確定規劃區域擬采用的可再生能源形式為：淺層地熱供冷（暖）、深層地熱供暖、污水源熱泵供冷（暖）、地表水地源熱泵供冷、光電、光熱等，可實(shí)現最大替代標準煤量約２．１萬(wàn)ｔ。區域總能耗估算值約１２．９萬(wàn)ｔ標準煤，可再生能源利用率約為１６％。預測結果見(jiàn)表３，計算方法詳見(jiàn)文獻。

 

  ３．３ 方案構建

 

  以需求分析、資源條件、建設進(jìn)度為基礎，以技術(shù)適宜、經(jīng)濟合理、切實(shí)可行為權衡要素，明確規劃新區的綜合能源方案為：１）提高建筑節能標準，降低負荷需求。結合適宜建筑節能技術(shù)明確建筑節能目標，在現行建筑節能標準水平上再節能１０％。

 

  ２）采用能源高效利用方式。以燃氣熱電聯(lián)產(chǎn)機組承擔基礎熱負荷，燃氣鍋爐承擔調峰熱負荷，熱化系數控制在０．５～０．６之間。３）可再生能源合理應用。包括地埋管地源熱泵、污水源熱泵、地熱熱泵、太陽(yáng)能光熱應用等，明確可再生能源應用方式， 并確定其合理應用規模。

 

  ３．４ 選址論證

 

  在能源規劃方案確定后，與城市規劃相結合的一項重點(diǎn)工作為：確定能源站選址及站房面積，以便于在規劃階段預留出市政設施用地。以熱電聯(lián)供選址為例，綜合權衡建設進(jìn)度、能效、環(huán)境、市政條件、景觀(guān)影響等因素，與業(yè)主、政府及市政主管等相關(guān)部門(mén)多次會(huì )議論證，最終選擇該場(chǎng)地南側地塊為熱電聯(lián)供廠(chǎng)房站點(diǎn)。

 

  ３．５ 指標體系

 

  區域能源規劃與城市規劃聯(lián)動(dòng)的另一項重要工作，是將能源相關(guān)控制指標納入控規，且依據分區方案及分地塊信息，將總體指標拆解至各地塊，得到分地塊指標。

 

  指標構建的依據是該區域的低碳能源規劃方案，并以國內其他生態(tài)城的指標體系、北京統計年鑒統計數據、世界各地區能耗及碳排放統計數據等作為比較參考。

 

  ３．６ 管理機制

 

  探索落實(shí)規劃方案的管理機制，是在該項目中進(jìn)行的一個(gè)重要嘗試。以市住房城鄉建設委牽頭，建立聯(lián)合工作小組，成員單位包括市發(fā)改委、規劃委、國土局、水務(wù)局、財政局及區政府等，并擬定工作意見(jiàn)，建立全過(guò)程管理機制與多方協(xié)作機制。同時(shí)，與入駐企業(yè)簽訂約定書(shū)，明確能源使用方式、能效水平、排放水平、建筑節能設計標準等入園門(mén)檻。

 

  ４ 結論與建議

 

  應盡早出臺區域能源規劃標準，明確規范編制內容及深度，使區域能源規劃實(shí)用、有效。能源規劃工作應從技術(shù)、市場(chǎng)、管理等多角度出發(fā)，全面統籌。本文梳理了低碳形勢下區域能源規劃的總體思路，提煉出規劃工作中需關(guān)注的６個(gè)要點(diǎn)，并結合某能源規劃案例進(jìn)行了分析。

 

  １）低碳評估。建立標準統一算法，核算新區

 

  碳排放強度、能耗強度、可再生能源利用量等指標，進(jìn)行能源方案的評估與優(yōu)化，同時(shí)納入新區低碳建設控制指標中。

 

  ２）綜合統籌。實(shí)現水、電、氣、熱綜合協(xié)調，常規能源與可再生能源合理匹配，分布式與集中式系統優(yōu)化組合。在強調低碳、生態(tài)、可再生的同時(shí)，注重對常規能源供應條件及高效應用方式的分析。

 

  ３）規劃聯(lián)動(dòng)?？v向，與總規、控規、修規進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，主要鏈接點(diǎn)在于供需、設施、指標等；橫向，與低碳生態(tài)其他相關(guān)規劃，如綠色建筑、生態(tài)環(huán)境、交通、水資源、固體廢棄物資源化利用等規劃相互契合。

 

  ４）投資運營(yíng)模式。確保能源規劃方案的經(jīng)濟可行性，明確能源技術(shù)應用所需資金及投融資渠道，結合國家及當地相關(guān)財政補貼政策，為能源方案的落實(shí)提供資金保障。

 

  ５）建設管理機制。構建能源相關(guān)各部門(mén)的全過(guò)程合作與協(xié)調機制，為能源規劃方案的落實(shí)提供機制保障。

 

  ６）與建設進(jìn)度結合。統一規劃，分步實(shí)施，實(shí)現近期與遠期合理過(guò)渡的成長(cháng)型能源系統。