100% 可再生能源城市建設 模式分析

  1 研究背景

 

  國際能源署（I E A ）2 0 0 9 年發(fā)布的一份報告認為，城鎮排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放總量的七成左右，因此城鎮應在減少溫室氣體排放以及應對氣候變化問(wèn)題上發(fā)揮關(guān)鍵作用。經(jīng)分析證明，由于人們已經(jīng)意識到氣候變化帶來(lái)的嚴重后果，因此各國政府的減排措施得到越來(lái)越多城鎮居民的支持，這預示著(zhù)城鎮可以在應對氣候變化方面大有作為。

 

  近年來(lái)，鑒于傳統化石能源對環(huán)境的污染問(wèn)題及資源日漸枯竭的趨勢，新能源與可再生能源城市日益成為國內外城市建設的熱點(diǎn)。

 

  可再生能源城市是指電力、交通、供熱與制冷等方面能源消費以可再生能源為主的城市，可再生能源城市重視可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但核心是“技術(shù)應用”，而不是“產(chǎn)品制造”。新能源城市包括可再生能源城市，新能源城市不僅使用可再生能源，也使用核能、氫能等新能源。

 

  基于對核能的日益排斥，歐美國家一般強調建設“可再生能源城市”，如，澳大利亞政府計劃建設7 座開(kāi)拓性的“太陽(yáng)能城市”，美國密蘇里州的哥倫比亞市建設可再生能源電力城市等。

 

  而我國由于能源消費需求巨大，單獨依賴(lài)可再生能源難以滿(mǎn)足需求，需要重視核能等新能源的應用，因此，我國一般倡導的是建設“新能源城市”。

 

  近年來(lái)，國內很多城市爭相打造“太陽(yáng)能城市”、“可再生能源建筑應用示范城市”、“風(fēng)能城市”、“新能源城市”、“新能源汽車(chē)示范城市”及“低碳城市”等。

 

  國家能源局也將新能源城市建設納入“十二五”可再生能源規劃，計劃建設100 座新能源城市，1000個(gè)新能源示范園區，以推動(dòng)新能源技術(shù)在城市中的規?；瘧?。

 

  在世界各地大力建設新能源與可再生能源城市的過(guò)程中，“100% 可再生能源城市”概念也被提出，并受到廣泛關(guān)注。

 

  “100％可再生能源”是指零化石燃料及零核能燃料，是可再生能源城市的最高級形態(tài)。從狹義上理解，電力、交通、供暖與制冷三大領(lǐng)域的能源消費完全使用可再生能源的城市才能被稱(chēng)為1 0 0 % 可再生能源城市。但從廣義上理解，1 0 0 % 可再生能源城市既可以涵蓋城市所有能源消費領(lǐng)域，也可以是一個(gè)領(lǐng)域或某種能源類(lèi)型，如，1 0 0 % 可再生能源電力城市、100% 可再生能源建筑城市及100% 太陽(yáng)能城市等。

 

  在研究方面，歐美國家近年來(lái)發(fā)布了一系列的關(guān)于1 0 0 % 可再生能源城市的研究報告，如世界未來(lái)理事會(huì )2010 年發(fā)布的研究報告——《100% 的可再生能源—超越—城市》。同時(shí)，也有眾多的關(guān)于1 0 0 % 可再生能源方面的研究報告，雖說(shuō)這些報告不是針對城市，但也可供研究參考，如世界自然基金會(huì )2011 年發(fā)布的研究報告——《2050 年100% 可再生能源》、歐洲新能源協(xié)會(huì )2010 年公布的《重新思考2050》報告等。

 

  國際上專(zhuān)門(mén)研究1 0 0 % 可再生能源城市的論文與專(zhuān)著(zhù)數量不多，但有一些研究可再生能源城市、零碳城市、1 0 0 % 可再生能源等相關(guān)方面的論文與專(zhuān)著(zhù)，內容涉及1 0 0 % 可再生能源的理論、方法與經(jīng)驗等。其中，影響較大的是馬克·Z·雅各布森 和馬克·A·德盧基發(fā)表在2009 年11 月出版的《科學(xué)美國人》上的《到2030 年的可持續能源之路》一文。

 

  同時(shí)，另有大量研究可再生能源電力、可再生能源交通、可再生能源供熱與制冷等方面的文獻可供研究參考。

 

  國際上研究1 0 0 % 可再生能源城市的網(wǎng)站主要有“http://www.go100percent.org/cms/”及“http://www.100percentrenewables.eu/”等，網(wǎng)站上介紹了大量典型城市案例。

 

  國內對1 0 0 % 可再生能源城市的研究較少，主要是一些介紹國外1 0 0 % 可再生能源城市建設實(shí)踐的新聞以及對國外文獻的翻譯，如余岳峰等人發(fā)表在2009 年第4 期《上海節能》上的《丹麥腓特烈松市能源城1 0 0 % 可再生能源城——未來(lái)城市可再生能源之路》，以及李月翻譯的丹麥亨利克· 隆德（Henrik Lund）博士的專(zhuān)著(zhù)——《可再生能源系統：1 0 0 % 可再生能源解決方案的選擇與模型》等。

 

  研究性成果相對缺乏，只有少數幾篇相關(guān)研究文獻，如趙繼龍和李冬發(fā)表在2009 年16 期《商場(chǎng)現代化》上的《零碳城市理念及設計策略分析》等。

 

  在我國積極開(kāi)發(fā)利用可再生能源及大力推動(dòng)新能源城市建設的大背景下，一些有條件的區域將開(kāi)始1 0 0 % 可再生能源城市的建設。結合國外理論與實(shí)踐，研究1 0 0 % 可再生能源城市的建設模式，探索適合我國城市當前實(shí)際情況及未來(lái)發(fā)展趨勢的1 0 0 % 可再生能源城市建設路徑，為我國城市應對化石能源危機積累經(jīng)驗具有很強的必要性。

 

  2 100% 可再生能源城市建設現狀

 

  十年前，區域、城市和企業(yè)設定的20% 可再生能源利用目標，就被認為是最前沿的。很少有人相信，幾十年后能實(shí)現一個(gè)更高的目標，任何人都認為，100％可再生能源目標是激進(jìn)的。然而到今天，在歐洲大部分地區及美國，以及越來(lái)越多的發(fā)展中國家，1 0 0 ％可再生能源的發(fā)展目標正在成為人們努力的方向。

 

  近年來(lái)， 歐美一些發(fā)達國家的城市提出了1 0 0 % 可再生能源目標，并采取一系列積極的推進(jìn)措施，部分國家已建成一些帶有典型示范意義的1 0 0 % 可再生能源城市（見(jiàn)表1 ）。

 

  同時(shí)，國外也有大量城鎮提出了建設1 0 0 % 可再生能源城市的目標，如德國柏林、慕尼黑、班貝格市，美國舊金山、夏威夷，丹麥哥本哈根市、腓特烈松市、森訥堡市，瑞典的哥特蘭島等。

 

  我國也有城市開(kāi)始積極探索建設1 0 0 % 可再生能源城鎮的可能性及路徑。如，根據上海市規劃，“十二五”期間，崇明將建成一批風(fēng)能、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能發(fā)電項目，投資主要來(lái)自政府和國家電網(wǎng)，裝機容量將占全島能耗的4 0 % 。到2 0 2 0 年，可再生能源電力裝機將達到3200 MW 以上，相當于30 座上海東海大橋風(fēng)電場(chǎng)的裝機規模；崇明飽和負荷約為1 0 0 0 M W ，具備了零碳輸入的條件。

 

  3 國外100% 可再生能源城市的主要模式

 

  從目前國際上的實(shí)踐經(jīng)驗來(lái)看，1 0 0 % 可再生能源城市有多種不同的模式，可以采取不同的分類(lèi)方法予以區分。

 

  3.1 完全型與專(zhuān)項型

 

  從城市實(shí)現100% 可再生能源的程度來(lái)區分，可分為完全型與專(zhuān)項型。在建設100% 可再生能源城市時(shí)，一般都采用專(zhuān)項型與完全型兩種模式進(jìn)行規劃。

 

  完全型主要是指城市各方面的能源消費都來(lái)自

 

  可再生能源。城市能源消費主要集中在電力、交通、供暖與制冷三大領(lǐng)域，這三大領(lǐng)域的能源消費都使用可再生能源才能被稱(chēng)為完全型。由于完全型實(shí)現較困難，這種模式適用于德國小鎮達爾德斯海姆一類(lèi)的小型城鎮，及少數可再生能源開(kāi)發(fā)基礎較好的大中城市，特別適用于那些地處偏遠的小城鎮或孤島，如丹麥薩姆索島等。目前完全型模式的主要難點(diǎn)在于交通領(lǐng)域的1 0 0 % 可再生能源化。

 

  專(zhuān)項型主要是指在電力、交通、供暖與制冷三大領(lǐng)域的一個(gè)或兩個(gè)領(lǐng)域實(shí)現1 0 0 % 可再生能源。

 

  目前，國際上所謂的1 0 0 % 可再生能源城市，主要是指1 0 0 % 可再生能源電力城市。由于專(zhuān)項型實(shí)現相對容易，適用于各種類(lèi)型的城市，特別是對大中型城市來(lái)說(shuō)，這種模式更具可操作性。

 

  3.2 低碳型與零碳（碳中和）型

 

  從碳排放的角度區分，可分為低碳型和零碳（碳中和）型。

 

  低碳型是指碳排放量較低的1 0 0 % 可再生能源城市。一般是指在城市電力、交通、建筑、供熱或制冷等領(lǐng)域中，一項或多項實(shí)現1 0 0 % 可再生能源的城市。這類(lèi)城市的實(shí)現相對容易，其中，100% 可再生能源電力城市是主要建設模式。如舊金山提出的2 0 2 0 年實(shí)現1 0 0 % 綠色電力目標。

 

  零碳（碳中和）型是指城市不僅通過(guò)100% 使用風(fēng)能、太陽(yáng)能、沼氣及海洋能等可再生能源，大力減少碳排放，并通過(guò)植樹(shù)等措施予以“中和”余下的二氧化碳。該類(lèi)城市一般同綠色城市、生態(tài)城市建設聯(lián)系較密切，實(shí)現難度較大。如哥本哈根市提出的2025年成為世界上第一個(gè)零碳排放城市目標。

 

  3.3 能源自給自足型與部分依賴(lài)外購型

 

  從能源供給的能力進(jìn)行分類(lèi)，可分為能源自給自足型與部分依賴(lài)外購型。

 

  能源自給自足型是指城市自身生產(chǎn)的可再生能源足以滿(mǎn)足城市的能源需求。該種模式適用于地處偏遠，可再生能源資源又較為豐富的小城鎮或孤立的島嶼，且該類(lèi)城鎮一般沒(méi)有鋼鐵廠(chǎng)等大的能耗企業(yè)。如已經(jīng)實(shí)現1 0 0 % 可再生能源供給的丹麥薩姆索島等。

 

  部分依賴(lài)外購型是指城市本地的可再生能源供應不能滿(mǎn)足城市的能耗需求，需要從外地購買(mǎi)部分甚至全部綠色電力及生物柴油等。這種模式的特點(diǎn)是城鎮規模大，或者區域內可再生能源資源相對缺乏，在建設該類(lèi)型的1 0 0 % 可再生能源城鎮時(shí)，需要考慮周?chē)鷧^域可再生能源的供給情況，以及如何降低購買(mǎi)成本。

 

  3.4 交通便利型與偏遠孤立型

 

  從城市地理位置特點(diǎn)來(lái)區分，可分為交通便利型與偏遠孤立型。

 

  交通便利型城市利用外地能源較為容易，成本也相對較低，在自身可再生能源供給不足的情況下，可考慮外購措施。

 

  由于偏遠孤立型特別是獨立島嶼型城鎮的能源供給相對獨立，人口規模小，對可再生能源需求較少，實(shí)現1 0 0 % 可再生能源也相對容易。該類(lèi)城市的最大特點(diǎn)是強調能源的獨立性，在充分利用本地風(fēng)能、太陽(yáng)能及潮汐能的基礎上，實(shí)現能源自給。如全球首個(gè)1 0 0 % 可再生能源島嶼——西班牙耶羅島、丹麥的薩姆索島與洛蘭島等。

 

  3.5 單一能源類(lèi)型

 

  從可再生能源類(lèi)型的角度來(lái)區分，可分為太陽(yáng)能城市、生物質(zhì)能城市、風(fēng)能城市和地熱能城市等。

 

  該類(lèi)城市的特點(diǎn)是，城市所在區域的某一種可再生能源資源極其豐富，其中，由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電適用的廣泛性，1 0 0 % 太陽(yáng)能城市最有可能實(shí)現。如世界第一座太陽(yáng)能發(fā)電城市——白考克牧場(chǎng)市，就位于被稱(chēng)為“陽(yáng)光之州”的佛羅里達州；美國第一個(gè)1 0 0 % 風(fēng)力發(fā)電城市——巖石港市位于密蘇里州，由美國能源部出版的自然資源分布圖顯示，該區域是密蘇里州風(fēng)力資源極其豐富的地區。

 

  3.6 大中城市型、小城鎮型與社區類(lèi)型

 

  按城市大小劃分，可分為1 0 0 % 使用可再生能源的大中城市、100% 使用可再生能源的小城鎮，以及1 0 0 % 使用可再生能源的社區等。

 

  建設1 0 0 % 可再生能源城市需要從社區做起，社區面積雖小，但在空間布局等規劃方面，應是一個(gè)城市的縮小版。例如，英國“貝丁頓零化石能源發(fā)展”社區的設計理念就是圍繞“零碳”二字，整個(gè)小區只使用可再生資源，就能滿(mǎn)足居民生活所需。

 

  主要措施包括：成本低廉的示范建筑、零能耗的采暖系統、零排放的能源供應系統、循環(huán)利用的節水系統和綠色出行模式等。

 

  3.7 能源替代型與全新規劃型

 

  從城市新舊的角度來(lái)區分，可分為傳統城市能源替代型與一次性新規劃城市。

 

  傳統能源替代型，是指用可再生能源替代城市原來(lái)使用的化石能源，改變城市能源結構，絕大多數城市在構建1 0 0 % 可再生能源城市時(shí)，都將采用這種模式。

 

  全新規劃型，是指在新建或重建的城市中，不受原有城市能源利用模式的制約，全新規劃可再生能源能源的利用。如沙漠里的零碳城市——阿聯(lián)酋“馬斯達城”，該城是一次性規劃的新城，于2008 年初開(kāi)始興建，總投資約為220 億美元。建成后，這座城市將完全依賴(lài)太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源，城里沒(méi)有汽車(chē)，綠樹(shù)成蔭，整座城市將實(shí)現零廢物與零碳排放，預計將可以容納4 萬(wàn)居民及數百家商業(yè)機構。馬斯達爾城市規劃方法的七個(gè)最重要特征包括：重視能源效率、地區和社區的整合、低層且高密度、充滿(mǎn)活力的公共領(lǐng)域、行人友好型交通，高品質(zhì)的生活和便捷的公共交通。

 

  一次性新規劃的城市具有規劃優(yōu)勢，可以使用面向未來(lái)的新理念、新技術(shù)與新方法，有利于實(shí)現100% 可再生能源，但成本高且受地理空間的局限。

 

  因此，絕大多數1 0 0 % 可再生能源城市規劃都來(lái)自對傳統城市規劃及能源規劃的創(chuàng )新。

 

  4 經(jīng)驗借鑒

 

  從世界各國建設1 0 0 % 可再生能源城市的情況看，1 0 0 % 更多的是一個(gè)勵志目標及美好愿景。目前，幾乎所有自稱(chēng)為1 0 0 % 可再生能源城市并不是真正意義上的使用1 0 0 % 可再生能源，部分能源的消耗并沒(méi)有統計在內。例如，在澳大利亞一些學(xué)者提出1 0 0 % 可再生能源目標的城市中，占總量6 0 ～7 0 % 的使用在商業(yè)和服務(wù)業(yè)的能源通常不包括在計算中，但在市政府統計中，與交通能源一起被列入總的能源消費中。

 

  建設1 0 0 % 可再生能源城市，需要政府的引導與規劃，需要公眾的大力支持，需要關(guān)注社會(huì )、經(jīng)濟、技術(shù)、環(huán)境及政治等要素的可行性，采用符合當地特點(diǎn)的1 0 0 % 可再生能源城市模式。結合國外1 0 0 % 可再生能源城市建設模式及經(jīng)驗，我國需要關(guān)注以下幾個(gè)方面。

 

  （1 ）建設少數1 0 0 % 可再生能源城市試點(diǎn)。由于建設1 0 0 % 可再生能源城市要求較高，目前，國際上對1 0 0 % 使用可再生能源問(wèn)題存有較大爭議，有贊成，也有激烈反對的。我國也只有少數有條件的城市可以進(jìn)行1 0 0 % 可再生能源城市試點(diǎn)建設，絕大多數城市短期內不可能， 也沒(méi)有必要建設1 0 0 % 可再生能源城市。

 

  （2 ）模式多樣。由于每個(gè)城市有著(zhù)自身的可再生能源資源稟賦特點(diǎn)及能源結構基礎，每個(gè)城市的1 0 0 % 可再生能源規劃應是各有特點(diǎn)的，不能照搬其他城市的模式。應圍繞電力、交通、供暖與制冷三大領(lǐng)域，選擇綜合型或是專(zhuān)項型模式。

 

  （3 ）分類(lèi)實(shí)施。小城鎮應是1 0 0 % 可再生能源城市的建設主體。1 0 0 % 可再生能源城市對可再生能源的資源稟賦要求較高，大中城市難以滿(mǎn)足，可再生能源資源豐富的小城鎮相對容易實(shí)現。德國的小城鎮是該發(fā)展模式的楷模，如德國柏林周邊的小鎮費爾達姆（Feldheim）已經(jīng)實(shí)現了100% 可再生能源發(fā)電。

  地理位置偏遠的城鎮或孤立的島嶼應是目前建設100% 可再生能源城市的重點(diǎn)。由于這些區域使用傳統化石能源的成本較高，使用可再生能源既能避開(kāi)成本問(wèn)題，也能充分開(kāi)發(fā)當地的可再生能源資源。

 

  大中城市建設1 0 0 % 可再生能源電力城市相對容易實(shí)現。大中城市由于能源需求大，可考慮專(zhuān)項型模式—— 1 0 0 % 可再生能源電力模式。由于綠色電力可以通過(guò)購買(mǎi)實(shí)現，這種模式有利于克服大中城市可再生能源資源不足的障礙。

 

  重視1 0 0 % 可再生能源社區規劃。對于一座城市來(lái)說(shuō)，實(shí)現1 0 0 % 利用可再生能源，面臨諸多制約因素，但在一個(gè)社區實(shí)現1 0 0 % 可再生能源則要容易得多，也能為整個(gè)城市積累經(jīng)驗。

 

  （4 ）重視城市的可持續發(fā)展。要實(shí)現城市的可持續發(fā)展，無(wú)論選擇哪種模式，都要關(guān)注以下幾個(gè)方面。資源方面，要根據城市可再生能源資源稟賦的特征，選擇符合地方特色的100% 可再生能源城市建設模式；環(huán)境生態(tài)方面，要與綠色生態(tài)城市建設相結合，與低碳城市、綠色城市及生態(tài)城市相互補充、相互支持；經(jīng)濟方面，要落實(shí)經(jīng)濟可行性，通過(guò)成本控制與核算，降低100% 可再生能源城市的成本，要重視具體項目的落實(shí)；社會(huì )方面，目前建設100% 可再生能源城市的成本相對較高，需要公眾承擔更多的社會(huì )責任，并予以理解與支持。同時(shí)，也要通過(guò)創(chuàng )造新的就業(yè)機會(huì )等措施，以推動(dòng)公眾的接受；技術(shù)方面，要充分利用資訊科技，加強智慧城市建設；政治方面，城市政府需要積極制定相關(guān)政策，以規范和引導1 0 0 % 可再生能源城市的建設。