低碳形势下的区域能源规划方法及实践

  ０ 引言

 

  哥本哈根世界气候大会前夕，国务院会议提出到２０２０年单位国内生产总值（ＧＤＰ）二氧化碳排放比２００５年下降４０％～４５％，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。与此同时，中国仍是发展中国家，正处于工业化、城市化加速发展阶段，能源需求还在继续增长，控制温室气体排放和减缓气候变化面临的压力越来越大。

 

  能源基础设施伴随城市建设而生，具有一次性与普遍性，对于新区而言，一个好的能源规划显得尤为重要。国内外知名低碳生态城在能源系统实践方面的借鉴意义，不在于某项技术的简单应用，而在于技术体系之间的平衡、集成、共享、量化管理及本地化特色等。因此，通过低碳能源规划，明确区域碳减排的量化目标，进行该区域能源消耗的有效控制、能源结构的合理调整、能源系统的高效应用以及能源体系的优化管理，是实现新区低碳建设目标的重要措施。

 

  目前新区层面的能源规划尚未纳入法定规划体系，对其内容及深度亦无明确的标准和规范。笔者通过总结多个新区的低碳能源规划实践，梳理新区低碳能源规划总体思路、工作框架及在规划过程中需关注的要点，并以北京某新区能源规划为例进行简要分析。

 

  １ 总体思路

 

  １．１ ＣＬＥＡＲ低碳实现途径

 

  总结国内外新区低碳建设案例及未来科技城低碳规划等工程实践，集思广益，笔者所在单位规划团队提出了区域低碳规划的ＣＬＥＡＲ体系。

 

  所谓ＣＬＥＡＲ，是对改变高碳排放的发展模式，落实绿色的低能耗、低污染、低排放的可持续健康发展战略的五项实现路径的概括：降低能源需求、提高能源效率带来的减排量（ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）；可再生资源替代利用带来的减排量（ｒｅｎｅｗａｂｌｅ）；因循环利用获得的减排量（ｌｏｏｐ）；因绿化等措施增加碳汇获得的减排量（ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ）；以及发展低碳产业等获得的对区域外的减排贡献（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ）。

 

  将ＣＬＥＡＲ体系应用于区域能源规划中，明确低碳能源系统的实现路径为：区域建筑整体节能、高效能源系统及设备应用（ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ），可再生能源合理应用（ｒｅｎｅｗａｂｌｅ），余热回收利用及固体废弃物能源化应用（ｌｏｏｐ），产业结构低碳调整、绿色清洁生产（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ）等，最终通过能源规划的综合统筹，构建一个常规能源与可再生能源优化组合、分散式与集中式点面结合、近期与远期合理过渡的低碳能源系统。

 

  １．２ 区域能源规划的基本框架

 

  经多个区域能源规划实践总结，得到基本工作框架，主要分三步完成：１）目标策划，基于政策、规范标准、案例调研，结合基地踏勘以及上位规划，对资源条件、基础设施、用能需求等进行初步分析，明确规划目标及重点；２）规划方案，通过产出与需求的全面平衡分析，构建能源系统总体规划方案及分区规划方案，进行经济、社会、环境效益多元评估及方案优化；３）指标体系及实施方案，提出区域能源系统总体控制指标并拆解至不同分区，明确投融资运营模式及分期实施计划等内容。

 

  ２ 规划要点

 

  ２．１ 低碳评估

 

  以碳减排量、碳排放强度为规划约束目标，是区域能源规划中体现低碳的第一要点。基于规划、建筑容量、功能布局、建筑节能标准、能耗统计数据等信息，确定基准情景下的能耗总量、用能结构及碳排放量；在构建能源规划方案时，因地制宜地选择低碳技术，分析各低碳技术可实现的用能变化及碳减排量；最终可得低碳情景下的能耗总量、用能结构及碳排放量。在此过程中，关键是基准情景的合理设定、能耗基础数据的可靠获取、各能源碳排放因子的选择及低碳能源技术的科学应用，具体计算详见文献［４］。低碳评估所获得的量化目标纳入新区低碳建设控制指标。

 

  ２．２ 综合统筹

 

  常规专项规划一般是将供热、燃气、电力分开考虑的，而实际上各能源基础设施之间存在很多关联性。例如，对于供热而言，燃气供暖的耗能特性会影响燃气输配系统，热电联产供热的规模对电网有一定的影响，天然气分布式发电会影响到燃气、供热和电力输配系统。

 

  将系统工程方法论应用于区域综合能源规划中，实现供热、燃气、电力等各能源基础设施之间的协调，优化资源配置。在进行负荷需求及能耗预测时，不应再按传统规划方式简单取笼统指标估算，而应依据不同的能源规划方案来确定区域内的热、电、气等需求量。

 

  借助综合能源规划框图，直观体现区域能源系统的构成及相互关系，如图２所示，涵盖源层、输配层、需求层及能源转换层。实线连接表示集中系统，虚线连接表示分散系统。在综合能源规划完成后，可明确各线路的能源流进量与流出量。

 

  ２．３ 规划联动

 

  纵向上，与常规规划联动。建立能源规划与总规、控规、修规及各专项规划的联动机制，解决现有能源规划与传统规划脱轨、无法指导相关规划设计和管理工作的问题。如图３所示，在传统规划的全过程，融入以低碳目标为核心的策略及执行方法：

 

  在总规阶段，明确以低碳理念为主导的规划定位及概念方案；在控规阶段，提出以低碳目标为核心的指标体系以及设施选址、占地面积等，使低碳规划方案可执行、可评估；在修规阶段，给出以指标体系为目标的技术方案及设计导则。

 

  横向上，与低碳规划中各专项规划相契合。受当前节能减排政策推动及区域自身可持续发展要求，众多新区在开展能源规划的同时，往往进行系统的低碳生态规划工作。因此，还需梳理能源系统与其他低碳子系统的关联性，实现各子系统相互契合、统一协调。

 

  ２．４ 投资运营模式

 

  第２．１～２．３节主要从技术角度进行考虑。此外还应从市场角度分析落实能源规划所需资金来源及筹集渠道，在项目计划期内实现充足资金保障，并通过建设运营管理模式的设计，最终实现市场化、盈利性的运营。同时还应注重与国家及当地能源相关政策相结合，分析其对能源技术应用经济性的影响。图５梳理了能源相关工程项目的融资渠道、投融资与建设运行模式。

 

  ２．５ 建设管理机制

 

  从管理角度建立能源系统建设运行的全过程监管机制，包括指标控制方法、指标评估方法、信息化管理系统等。

 

  例如，在江苏某新区能源规划中，在能源规划方案研究的基础上，面向政府部门制定了一套能源系统指标体系，不仅明确指标控制值，同时指定指标落实第一责任单位、执行部门以及具体的任务类型及内容，从管理层面为低碳能源系统的建设提供机制保障。

 

  ２．６ 结合建设进度

 

  能源系统建设与项目开发进度协调一致，关注能源资源在空间、时间上的需求及供应条件变化，统筹规划、分步实施，实现近期与远期的合理过渡，即打造一个“成长型”能源系统。在能源供应安全可靠的基础上，避免重复建设，并合理统筹投融资、建设计划。

 

  以北京房山区某新区能源规划为例，规划区域内的现有基础设施条件较差，只有电力设施相对完善，供热、天然气基础设施建设将依赖于房山区“十二五”相关规划内容的顺利实施；因此，对于起步区首先考虑园区内部资源解决用能问题，远期区域整体依托大市政设施实现能源供应。如何实现近期向远期的合理过渡是能源规划过程中需解决的关键问题。

 

  ３ 案例简介

 

  北京某新区规划占地面积约１ ０００ｈｍ２，主要是中央企业研发和创新服务设施建设。根据规划建设指标，规划建筑总面积约６２８．８万ｍ２，其中研发建筑４０３万ｍ２，配套公共建筑约１１５万ｍ２，居住建筑约１１１万ｍ２。

 

  ３．１ 需求分析

 

  根据规划建筑类型，负荷预测内容包括：供暖负荷、生活热水负荷、制冷负荷、用电负荷、燃气负荷等。

 

  结合规划建设指标，采用设计软件建立各类典型建筑模型，获得相应建筑冷、热负荷指标，并参照《电气节能专篇》《给排水设计规范》《燃气设计规范》等资料分别获得相应建筑电负荷指标、生活热水用水定额及用气指标等，进行各类建筑负荷需求估算，最终可得：规划区域热负荷约３０３ＭＷ，冷负荷约４８３ ＭＷ，电负荷约４１８ ＭＷ，燃气负荷约６ ０６０万ｍ３／ａ。在负荷预测中，不仅关注负荷需求总量，同时关注负荷空间分布规律，图６给出了冷热负荷的分布密度。

 

  ３．２ 资源条件

 

  资源条件分析包括：可再生资源、余热资源及常规能源分析等。其中，可再生资源分析为重点。依据规划区域地质勘查报告、水文资料、资源评估材料、市政设施现状及规划条件、区域周边可再生能源应用项目调研等，结合可再生能源技术应用适宜条件及需求分析，确定在规划区域适用的可再生能源形式，并预测可利用量。充分体现“因地制宜”的原则。

 

  以地热资源为例，规划区域位于小汤山地热田南侧。据钻孔勘探和地质、物探推测，该区热储层为蓟县系的白云岩地层，地层厚度大，埋藏深，岩溶发育，富水性好，是良好的热储层。根据市国土局地热处提供的资料，规划区域内已开采地热井的勘测数据为：地热井深度２ ７００ｍ，出水温度达６３℃，出水量达６００～８００ｍ３／ｄ。取打井间距为１ ０００ｍ，在规划区域可打４口取水井和回灌井，结合热泵技术（供热ＣＯＰ 为４．５）为住宅区供暖，回灌温度３０℃（《北京市地热资源管理办法》第１７条要求地热资源供暖后的排放温度不得低于３０℃）。由上述数据可预估地热资源利用的最大供热容量约为５．４ＭＷ，供暖季总提取热量约４０ ６１３ＧＪ。

 

  经与上述过程类似的一系列分析，确定规划区域拟采用的可再生能源形式为：浅层地热供冷（暖）、深层地热供暖、污水源热泵供冷（暖）、地表水地源热泵供冷、光电、光热等，可实现最大替代标准煤量约２．１万ｔ。区域总能耗估算值约１２．９万ｔ标准煤，可再生能源利用率约为１６％。预测结果见表３，计算方法详见文献。

 

  ３．３ 方案构建

 

  以需求分析、资源条件、建设进度为基础，以技术适宜、经济合理、切实可行为权衡要素，明确规划新区的综合能源方案为：１）提高建筑节能标准，降低负荷需求。结合适宜建筑节能技术明确建筑节能目标，在现行建筑节能标准水平上再节能１０％。

 

  ２）采用能源高效利用方式。以燃气热电联产机组承担基础热负荷，燃气锅炉承担调峰热负荷，热化系数控制在０．５～０．６之间。３）可再生能源合理应用。包括地埋管地源热泵、污水源热泵、地热热泵、太阳能光热应用等，明确可再生能源应用方式， 并确定其合理应用规模。

 

  ３．４ 选址论证

 

  在能源规划方案确定后，与城市规划相结合的一项重点工作为：确定能源站选址及站房面积，以便于在规划阶段预留出市政设施用地。以热电联供选址为例，综合权衡建设进度、能效、环境、市政条件、景观影响等因素，与业主、政府及市政主管等相关部门多次会议论证，最终选择该场地南侧地块为热电联供厂房站点。

 

  ３．５ 指标体系

 

  区域能源规划与城市规划联动的另一项重要工作，是将能源相关控制指标纳入控规，且依据分区方案及分地块信息，将总体指标拆解至各地块，得到分地块指标。

 

  指标构建的依据是该区域的低碳能源规划方案，并以国内其他生态城的指标体系、北京统计年鉴统计数据、世界各地区能耗及碳排放统计数据等作为比较参考。

 

  ３．６ 管理机制

 

  探索落实规划方案的管理机制，是在该项目中进行的一个重要尝试。以市住房城乡建设委牵头，建立联合工作小组，成员单位包括市发改委、规划委、国土局、水务局、财政局及区政府等，并拟定工作意见，建立全过程管理机制与多方协作机制。同时，与入驻企业签订约定书，明确能源使用方式、能效水平、排放水平、建筑节能设计标准等入园门槛。

 

  ４ 结论与建议

 

  应尽早出台区域能源规划标准，明确规范编制内容及深度，使区域能源规划实用、有效。能源规划工作应从技术、市场、管理等多角度出发，全面统筹。本文梳理了低碳形势下区域能源规划的总体思路，提炼出规划工作中需关注的６个要点，并结合某能源规划案例进行了分析。

 

  １）低碳评估。建立标准统一算法，核算新区

 

  碳排放强度、能耗强度、可再生能源利用量等指标，进行能源方案的评估与优化，同时纳入新区低碳建设控制指标中。

 

  ２）综合统筹。实现水、电、气、热综合协调，常规能源与可再生能源合理匹配，分布式与集中式系统优化组合。在强调低碳、生态、可再生的同时，注重对常规能源供应条件及高效应用方式的分析。

 

  ３）规划联动。纵向，与总规、控规、修规进行联动，主要链接点在于供需、设施、指标等；横向，与低碳生态其他相关规划，如绿色建筑、生态环境、交通、水资源、固体废弃物资源化利用等规划相互契合。

 

  ４）投资运营模式。确保能源规划方案的经济可行性，明确能源技术应用所需资金及投融资渠道，结合国家及当地相关财政补贴政策，为能源方案的落实提供资金保障。

 

  ５）建设管理机制。构建能源相关各部门的全过程合作与协调机制，为能源规划方案的落实提供机制保障。

 

  ６）与建设进度结合。统一规划，分步实施，实现近期与远期合理过渡的成长型能源系统。