城市能源規劃及其發(fā)展戰略研究

  城市( 包括城鎮地區) 是國家經(jīng)濟的重要載體，同時(shí)又是人口密集、經(jīng)濟發(fā)達、能源供應集中的區域生態(tài)系統。隨著(zhù)現代城市化演進(jìn)過(guò)程的不斷加快，城市系統已成為全球主要的生態(tài)單位之一。能源作為城市生態(tài)系統中的一個(gè)主導性要素，其在城市中的流動(dòng)過(guò)程是以各類(lèi)能源的消耗與轉化為主要特征的。

 

  城市能源問(wèn)題是關(guān)系到一個(gè)國家經(jīng)濟發(fā)展水平和人民生活水平的大問(wèn)題。城市能源結構具有時(shí)代特征，是與生產(chǎn)力發(fā)展水平相適應的一種要素。城市能源的合理規劃與優(yōu)化配置是解決城市快速發(fā)展與能源短缺矛盾，協(xié)調城市化進(jìn)程與能源資源合理利用的關(guān)鍵。城市能源的研究不僅有利于保障城市能源供應，更重要的是要在城市發(fā)展模式、城市生活方式、城市建設過(guò)程以及城市居民的用能行為中逐步促進(jìn)能源使用方式的根本性改變。因此，可持續發(fā)展的城市能源研究不僅是一個(gè)物質(zhì)系統研究的過(guò)程，也包括能源知識、能源觀(guān)念、能源政策以及城市能源戰略的長(cháng)遠和根本目標。制定、實(shí)施科學(xué)合理的城市能源規劃，實(shí)現城市能源的生態(tài)化、節約化和可再生化，是關(guān)系到一個(gè)城市可持續發(fā)展能力的重要課題。

 

  1 國內外發(fā)展動(dòng)態(tài)

 

  1.1 國內發(fā)展動(dòng)態(tài)

 

  目前，我國對城市能源發(fā)展的研究主要從兩個(gè)層面上開(kāi)展：一是宏觀(guān)的能源規劃，強調能源供需總量平衡，缺乏具體技術(shù)支持，與城市規劃存在一定的脫節，因而無(wú)法形成具體實(shí)施方案，可操作性差；二是能源基礎設施專(zhuān)項規劃，在我國城市規劃體系中主要包括電力規劃、熱力規劃和燃氣規劃三方面內容，這些專(zhuān)項規劃由于各專(zhuān)業(yè)相互之間缺乏協(xié)調，使得規劃方案有專(zhuān)業(yè)局限性，得不到客觀(guān)的整體能源解決方案。這兩種現有規劃方法在解決城市能源問(wèn)題中，存在著(zhù)先天的缺陷，難以適應當前錯綜復雜的城市能源現狀，獲得更為科學(xué)合理的城市能源解決方案。另外，還有以下幾方面的研究動(dòng)態(tài)。

 

  1.1.1 改善城市大環(huán)境，促進(jìn)城市綜合節能的研究改善城市大環(huán)境，促進(jìn)綜合節能是關(guān)鍵。

 

  此外，增加城市的植被覆蓋率，尤其是三維綠量和屋頂綠化，將城市森林建設納入到城市規劃的考慮范疇中，在城市市域乃至更大的范圍中，考慮大氣污染物的治理以及城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善，對于降低城市熱島效應，節約能源，具有重要的意義。

 

  1.1.2 城市規劃推行生態(tài)設計的研究

 

  城市規劃中推行生態(tài)設計是節能與城市規劃結合的重要方面。生態(tài)設計對于節約能源具有重要的作用。楊經(jīng)文在《設計的生態(tài)( 綠色) 方法( 摘要)》中指出，生態(tài)設計的要點(diǎn)之一，就是要盡量全面地確保一個(gè)設計對生態(tài)系統和生物圈內的不可再生能源產(chǎn)生最小的系統影響( 或者產(chǎn)生量大的有益影響)。生態(tài)設計的最低目標，是在目前的技術(shù)水平條件下設計一種物質(zhì)和能源消耗較少的生活方式，這種生活方式也稱(chēng)為“低度生活方式”。城市規劃推行生態(tài)設計在城市形態(tài)方面，應強調城市的緊湊發(fā)展和適度發(fā)展；在解決城市交通問(wèn)題方面，應優(yōu)先發(fā)展公共交通，城市形態(tài)越緊湊，公共交通越發(fā)達，城市能耗就越低，這已經(jīng)被不少研究與實(shí)踐所證明。

 

  1.2．國外發(fā)展動(dòng)態(tài)

 

  國外發(fā)達國家城市能源研究利用情況總的來(lái)說(shuō)是理念前瞻、措施全面、技術(shù)先進(jìn)，與可再生能源緊密結合，與城市未來(lái)發(fā)展緊密結合.

 

  1.2.1 城市規劃和建設與節能相結合。

 

  從“可持續發(fā)展”目標的確立至今，人們越來(lái)越認識到世界能源供應與生態(tài)環(huán)境正在面臨危機的嚴峻事實(shí)。城市是能源消耗的中心，也是生態(tài)污染嚴重的地區，隨著(zhù)越來(lái)越多的人口涌入城市，選擇城市生活，使全球能源環(huán)境壓力驟增。

 

  可持續城市(Sustainable Cities)與可持續發(fā)展的含義是一致的，就是指要協(xié)調好城市經(jīng)濟、社會(huì )發(fā)展與城市環(huán)境之間的關(guān)系。具體的說(shuō)就是要對人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟和社會(huì )等城市基本要素進(jìn)行全面分析，研究各基本要素間的相互作用，預測未來(lái)的變化，使它們之間相互協(xié)調，處于可持續發(fā)展的動(dòng)態(tài)平衡之中。

 

  國外先進(jìn)城市將節能與城市規劃等加以結合，他們所采取的節能措施或有利于節能的規劃策略包括：

 

  ① 將城市發(fā)展與節能結合，堅持走緊湊型城市化道路。

 

  ② 將城鎮體系的空間結構與節能結合。國外認為，大城市與超大城市要有合理的空間結構。

 

  人口在200 萬(wàn)以上的城市都應采取有機疏散的發(fā)展模式，不能“攤大餅”，否則，將造成巨大的能源浪費。

 

  ③ 將城市土地使用方式與節能結合，強調土地使用功能的適當混合。居住地與工作場(chǎng)所之間的距離應盡可能接近，避免出現工作區與居住區明顯分區的現象，以減少交通量和能源消耗。

 

  ④ 將優(yōu)先發(fā)展公共交通與城市節能結合。他們認識到，公共交通越發(fā)達，能耗越低。西歐發(fā)達國家與美國的人均汽車(chē)擁有量接近，但人均能耗只有美國的一半，公共交通比美國發(fā)達是主要原因之一。

 

  1.2.2 開(kāi)辟新能源與治理城市污染相結合

 

  城市生產(chǎn)生活產(chǎn)生了大量的廢棄物，消解城市大量的廢棄物既是解決城市困境的一個(gè)重要方面，也是解決城市能源的一個(gè)重要途徑。國外發(fā)達國家的城市都將城市垃圾發(fā)電作為重要的能源來(lái)源之一。日本垃圾焚燒處理總量達全國城市垃圾總量的87%(2002 年)。265 多萬(wàn)人口的大阪市建有10 個(gè)垃圾焚燒廠(chǎng)，幾乎對全部應焚燒的垃圾都進(jìn)行了處理。瑞士、新加坡等國家垃圾焚燒發(fā)電普及率也均達80% 以上。

 

  1.2.3 推行節能城市計劃

 

  2001 年，日本東京提出把東京建成一座“節能型城市”的計劃。東京節能城市的建設，一是確定目標，二是制定比較明確的措施，三是資金補貼措施和融資辦法。其節能目標是，2010 年的總能耗比1996 年的能耗降低1% 左右。所采取的政策措施有三個(gè)要點(diǎn)：

 

  ① 提高能量的有效利用率，努力提高全體居民的節能意識和環(huán)保意識，采取自覺(jué)的節能行動(dòng)。

 

  建筑與交通部門(mén)應率先垂范；同時(shí)，加大宣傳力度，使更多的人利用公共交通工具，減少使用私人轎車(chē)。

 

  ② 推廣使用新能源，如在家庭和辦公室積極推廣太陽(yáng)能發(fā)電系統，推廣電動(dòng)汽車(chē)、太陽(yáng)能汽車(chē)等“綠色能源”汽車(chē)，加快垃圾處理發(fā)電的建設步伐，推進(jìn)城市熱源網(wǎng)絡(luò )化的構想，以及積極研究地熱資源的開(kāi)發(fā)利用。

 

  ③ 確保如地震等非常時(shí)期的能源供應。

 

  2 城市能源規劃原則

 

  注重城市能源系統可持續性的同時(shí)，就是要有區域優(yōu)化意識。城市中心不只是辦公樓密集的地方，也應當是人們生活、工作和娛樂(lè )的地方。城市領(lǐng)導者的目標應該是: 使城市更富活力、更適于居住。在具體操作上，提高能效是實(shí)現能源發(fā)揮最大作用的重要途徑。應盡可能減少不合理的能源需求，更加有效地利用能源，以較少的資源投入，提供更多更好的能源服務(wù)。以下是城市能源規劃的基本原則。

 

  2.1 城市建筑與節能減排

 

  我國目前城鎮民用建筑（非工業(yè)建筑）運行耗電占我國總發(fā)電量的22％～ 24％，北方地區城鎮供暖消耗的燃煤占我國發(fā)電用煤量的15% ～ 18%，建筑消耗的能源占全國商品能源的21% ～ 24%。這些數值都僅為建筑運行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工過(guò)程消耗。目前發(fā)達國家的建筑能耗一般占總能耗的1/3 左右。隨著(zhù)我國城市化程度的不斷提高，第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比例的加大以及制造業(yè)結構的調整，建筑能耗的比例將繼續提高，最終接近發(fā)達國家目前的33% 的水平。

 

  根據近30 年來(lái)能源界的研究和實(shí)踐，目前普遍認為建筑節能是各種節能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，是緩解能源緊張、解決社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展和能源供應不足這對矛盾的最有效措施之一。

 

  目前我國正處在城市化高速發(fā)展的過(guò)程中。

 

  為適應城鎮人口飛速增長(cháng)的需求和繼續改善人民生活水平的需要，到2020 年前我國每年城鎮新建建筑的問(wèn)題將持續保持在10 億m?/a 左右，到2020 年新增城鎮民用建筑面積將為100 ～ 150億m2。

 

  2.2 城市規劃中能源規劃及其指標體系的優(yōu)化

 

  今后我國的城市發(fā)展模式和城市規劃也將在很大程度上受到能源供給和能源使用方式的影響和制約，節約能源能等可持續發(fā)展設計策略今后將成為城市規劃發(fā)展創(chuàng )新的一個(gè)主要方向。城市能源體系是一個(gè)復雜的系統，要在滿(mǎn)足精度要求的基礎上，對城市能源系統進(jìn)行素描，需要由多個(gè)具有內在聯(lián)系的指標按一定的結構層次組合在一起，而目前單純針對能源問(wèn)題的指標體系的研究還較少，更缺乏針對城市能源系統的指標體系，所以形成一套合理準確的評價(jià)指標體系具有很大的必要性。

 

  3 城市能源規劃目標

 

  3.1 提高能源效率和清潔能源結構

 

  我國學(xué)者莊貴陽(yáng)認為，核心是能源技術(shù)創(chuàng )新和制度創(chuàng )新，目標是減緩氣候變化和促進(jìn)人類(lèi)的可持續發(fā)展，即依靠技術(shù)創(chuàng )新和政策措施，實(shí)施一場(chǎng)能源革命，建立一種較少排放溫室氣體的經(jīng)濟發(fā)展模式，減緩氣候變化，就是以低能耗低污染為基礎。在不影響經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的前提下，通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新和制度創(chuàng )新，盡可能最大限度地減少溫室氣體排放，從而減緩全球氣候變化，實(shí)現經(jīng)濟和社會(huì )的清潔發(fā)展與可持續發(fā)展。

 

  嚴格限制未洗選原煤的直接燃燒，提高優(yōu)質(zhì)能源應用比例，強調可再生能源和清潔能源的利用，規定可再生能源和清潔能源使用比例。與緊湊開(kāi)發(fā)結合，提倡集中供熱制冷，盡量減少將電能轉化成熱能等高位能源向低位能源轉化的能源利用方式。與建筑設計和材料技術(shù)革新，促進(jìn)降低能源消耗。在能源供給上選擇雙氣源雙電源的模式，并優(yōu)先利用本地能源，提高能源自給率，保證在出現事故和外界供給波動(dòng)時(shí)，降低城市能源安全風(fēng)險。

 

  對于燃氣供應，應調整燃氣供需平衡，選取比較節能的儲氣方式，合理配置管網(wǎng)壓力，推廣節能燃器具的使用。對于熱力供應，應通過(guò)綠色建筑節能措施與可再生能源利用技術(shù)的結合降低城市區域內的熱負荷，提高熱源的熱效率，選擇合理的供熱參數，減少管網(wǎng)的漏失和熱損，對于供電系統，應設法降低電網(wǎng)電路和變壓器的線(xiàn)損，減少電能浪費。

 

  3.2 加大產(chǎn)業(yè)結構調整力度，轉變生產(chǎn)方式和消費方式

 

  城市作為社會(huì )生產(chǎn)力高度集聚的一種空間組合形態(tài)，對整個(gè)社會(huì )的能源生產(chǎn)、供給及需求狀況有著(zhù)極為密切的聯(lián)系。城市的正常運轉離不開(kāi)能源的生產(chǎn)和消費；反過(guò)來(lái)，友好的城市環(huán)境又需要能源的清潔利用。

 

  城市能源，主要是指在城市地區生產(chǎn)和消費的能源。城市能耗生產(chǎn)和能源消費同樣重要，在一些化石燃料資源豐富的城市還將能源生產(chǎn)作為支柱產(chǎn)業(yè)，本文側重于能源消費。城市能源消費指城市中各行各業(yè)消耗的所有能源，包括宏觀(guān)各產(chǎn)業(yè)的能源消費量（第一產(chǎn)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)）、城鄉居民生活用能、能源加工轉換過(guò)程消耗量及能源傳輸過(guò)程消耗量，對工業(yè)用能做重點(diǎn)研究，可以探求產(chǎn)業(yè)結構及能源效率對城市能源消費的重要影響。

 

  4 城市能源規劃的問(wèn)題

 

  4.1 城市能源戰略：一個(gè)需要綜合統籌的問(wèn)題

 

  隨著(zhù)我國能源發(fā)展戰略的轉型以及能源的供應和使用對我國經(jīng)濟、社會(huì )發(fā)展和環(huán)境影響的逐步加深，制定與實(shí)施可持續發(fā)展的能源戰略就不再是某一部門(mén)、某一行業(yè)所要面對的問(wèn)題，而是從國家到地方、從工業(yè)生產(chǎn)到人民生活，需要全社會(huì )共同參與的重大戰略問(wèn)題。

 

  4.2 城市能源戰略與城市規劃的關(guān)系

 

  城市能源規劃思想里應導入經(jīng)濟、社會(huì )、生態(tài)的因素，按符合生態(tài)要求的原則進(jìn)行城市規劃，是一個(gè)多目標、多價(jià)值的決策過(guò)程，是一個(gè)以整體的、系統的觀(guān)點(diǎn)來(lái)規劃城市能源體系健康穩定發(fā)展思想。能源規劃主要是一個(gè)部門(mén)區域行業(yè)規劃，而非綜合性的戰略規劃。并且較少與城市規劃政策、城市總體規劃以及其它層次的城市規劃相結合。而在能源短缺問(wèn)題凸現以前，以“發(fā)展為導向”的我國城市規劃更少顧及能源供應與能源使用方式對城市規劃的制約和影響。城市規劃政策和城市規劃較少反映國家能源戰略目標和要求，也較少將節能和減少城市用能污染等目標貫徹到城市規劃與城市設計之中，城市規劃創(chuàng )新較少反映城市節能的訴求。

 

  4.3 城市能源消費的區域性差異大

 

  城市能源生產(chǎn)和消費呈現出明顯的地區差異特征，與經(jīng)濟發(fā)展的區域差異相一致: 經(jīng)濟相對發(fā)達的沿海城市人均能源消費且明顯高于欠發(fā)達地區的城市。從能源品種看，廣東、福建等沿海城市的優(yōu)質(zhì)能源比重高于全國的平均水平，西部和北部地區的城市煤炭消費比例較高。核電在廣東和浙江均有較快發(fā)展，但所占城市能源消費比例非常有限。西南地區一些城市水電的比例較高。

 

  另一方面，用于城市居民炊事和熱水的燃氣耗熱值很小。由人均家庭耗熱量( 炊事與熱水) 分析可知，雖然受到氣候條件等因素的影響，也與當地經(jīng)濟發(fā)展水平有關(guān)。一般而言，人均收入越高，人均耗熱量也越多，反之亦然。

 

  5 城市能源指標體系

 

  5.1 建立中國城市能源指標體系

 

  指標是反映系統要素或現象的數量概念和具體數值。為了能夠真實(shí)、全面地勾畫(huà)出城市能源系統的狀態(tài)和特點(diǎn)，發(fā)現問(wèn)題所在，進(jìn)而提出解決的方案或努力方向，城市能源可持續發(fā)展指標體系應具有狀態(tài)標識性、診斷性和治療性。

 

  城市規劃是對城市各類(lèi)組成要素的空間安排，是對一定時(shí)期內城市的經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展、土地利用、空間布局以及各項建設的綜合部署、具體安排和實(shí)施管理?；诟黝?lèi)實(shí)證研究，評價(jià)一個(gè)城市是否可持續發(fā)展，一般集中在對于城市形態(tài)或城市各類(lèi)指標的評價(jià)上，目標包括以下五方面： 經(jīng)濟效率(Economic Efficiency)、社會(huì )公正(Social Equaity)、環(huán)境保護(EnvironmentProtection)、制度可持續(Sustainable Institution)和財政可持續(Sustainable Finance)，即三個(gè)E、一個(gè)I 和一個(gè)F。

 

  物質(zhì)形態(tài)是城市在空間上的直觀(guān)表達，指標體系則是以數據的形式反映城市。當人們難以通過(guò)城市形態(tài)來(lái)評判城市的可持續發(fā)展狀況時(shí)，指標體系就相對易于操作一些。

 

  在區域層面，對未來(lái)可持續的社會(huì )城市區域有四個(gè)轉變目標及相應的指標內容。①自然資源：

 

  增加生物多樣性；大幅度增加城鄉植物量；尋找地下水和優(yōu)質(zhì)表層土地消耗的替代方法；鼓勵大量使用可再生資源。②土地利用和交通：縮短日長(cháng)通勤出行距離；大幅度提高公共交通出行比例；平衡公交運量，以最小化燃油消耗；非特殊性食品、貨物和服務(wù)的地方性自給自足；公交導向的集中式開(kāi)發(fā)。③能源：大量減少化石燃料的消耗；增加可再生能源的生產(chǎn)，如太陽(yáng)能、風(fēng)能和潮汐能；更好地使用絕緣材料；建筑形式與布局更利于提高能源使用效率。④污染和廢氣物：減少污染物的排放；通過(guò)綜合手段改善空氣、水體和土壤的質(zhì)量；減少廢棄物的總量；大幅度增加循環(huán)利用；廢棄物的大量再利用。

 

  在城市層面，包括人格尊重、社區教育和公眾參與、住房、開(kāi)敞空間和土地利用、經(jīng)濟發(fā)展、交通運輸、環(huán)境和公眾健康、資源保存等8個(gè)目標，通過(guò)指標對城市的可持續發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行評價(jià)。

 

  在城市功能層面，居住、就業(yè)、交通是城市中的一些主要活動(dòng)。土地利用著(zhù)重于土地的經(jīng)濟性、災害多發(fā)地段回避開(kāi)發(fā)、海岸和港口的保護等。居住和就業(yè)引發(fā)最基本日常通勤交通。小汽車(chē)出行較大運量公共交通而言，普遍被認為是能源利用效率低下的，并對環(huán)境、社會(huì )造成沖擊的。交通是能源的主要消耗方，推動(dòng)全球原油需求量的增加。故交通能耗在很大程度上導致了自然資源的消減、空氣污染和氣候變化。

 

  5.2 計算方法

 

  由于城市化中經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展對能源增量消費

 

  的依賴(lài)較強，城市發(fā)展受到資源供應與消費能力的制約，由此可以得出能源在城市化進(jìn)程中的定量判斷。在建立城市能源指標體系時(shí)，資源（Y），用來(lái)表示城市發(fā)展的保持與增長(cháng)，如果按平均值來(lái)計算，它需要一個(gè)人口參量（E）的增加來(lái)表示對資源的分配，那么這個(gè)關(guān)系表示為：

 

  （1）如果 表示人口增長(cháng)率，則這個(gè)關(guān)系可以衍生為下式。

 

  （2）這種一般模式的計算反映了人口增長(cháng)的特征。如果將基本參量合理的代入，這個(gè)公式就可引申為公式。

 

  （3）當 時(shí)，這個(gè)結果可以簡(jiǎn)化成一個(gè)指數： 。 時(shí)導致了S 形曲線(xiàn)的增長(cháng)，當 時(shí)增長(cháng)達到了最大值，隨著(zhù)人口參量的進(jìn)入，有限承載力成為公式 。

 

  當考慮到創(chuàng )新力和財富量做為該解決方案的驅動(dòng)力時(shí)，即時(shí)，如果 ， 導致公式（2）以指數形式無(wú)限增長(cháng)，最終導致無(wú)限的人口在有限的時(shí)間內的變化，即公式。

 

  （4）羅馬俱樂(lè )部發(fā)表的第一份研究報告《增長(cháng)的極限》是一本上世紀七十年代問(wèn)世伊始就曾引起過(guò)巨大反響的悲觀(guān)派的代表作。該書(shū)我們：人口、糧食生產(chǎn)、工業(yè)化、污染和不可再生的自然資源的消耗還在繼續增長(cháng)，每年它們以數學(xué)家稱(chēng)為指數增長(cháng)的模式增長(cháng)著(zhù)?，F在幾乎所有的人類(lèi)活動(dòng)，從化肥的施用到城市的擴大，都可以用指數增長(cháng)曲線(xiàn)。值得一提的是16 世紀以來(lái)，世界人口表現為指數增長(cháng)，所以一些學(xué)者稱(chēng)為人口爆炸。

 

  城市能源規劃有助于調整我國城市能源結構，使其向高效化發(fā)展，降低能源單耗，提高高能耗產(chǎn)業(yè)的能源利用效率?？梢越Y合城市能源現狀和未來(lái)發(fā)展，優(yōu)化城市能源系統配置，從能源安全、環(huán)境保護、能源節約和經(jīng)濟性等方面綜合評價(jià)，提出城市能源發(fā)展的解決方案。在城市能源安全方面可以防止自然災害的影響，也可以預防不可意料的人為災害。有利于減少室內空氣污染和城市大氣污染。

 

  推進(jìn)城市能源可持續發(fā)展可以大有作為。如分析城市能源的結構與城市環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，找出城市能源問(wèn)題的關(guān)鍵所在；分析城市經(jīng)濟發(fā)展水平、效益與能源利用的關(guān)系；將節能與改善城市能源結構相結合，將節能與資源節約相結合；建立城市節能型產(chǎn)業(yè)，使之成為城市新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)；改善城市大環(huán)境，制定與節能相匹配的城市建設標準，促進(jìn)城市綜合節能；將開(kāi)辟新能源與治理城市污染相結合，大力發(fā)展可再生能源等。

 

  城市能源系統中城市能源規劃可以與城市規劃政策、城市總體規劃以及其它層次的城市規劃相結合。在城市能源戰略的實(shí)施方面，可以說(shuō)城市規劃是實(shí)施城市能源戰略的主要載體。無(wú)論是城市規劃指引、城市設計導則、建筑與環(huán)境節能、城市社區規劃還是城市基礎設施建設都與城市能源戰略的實(shí)施緊密相關(guān)。在可持續發(fā)展已成為我國基本國策的大背景下，我國的城市規劃無(wú)論是理論研究還是規劃設計創(chuàng )新都應當為中國城市的可持續發(fā)展擔負起自己的責任。