低碳形勢下的區域能源規劃方法及實踐

  ０ 引言

 

  哥本哈根世界氣候大會前夕，國務院會議提出到２０２０年單位國內生產總值（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濟和社會發展中長期規劃。與此同時，中國仍是發展中國家，正處于工業化、城市化加速發展階段，能源需求還在繼續增長，控制溫室氣體排放和減緩氣候變化面臨的壓力越來越大。

 

  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，一個好的能源規劃顯得尤為重要。國內外知名低碳生態城在能源系統實踐方面的借鑒意義，不在于某項技術的簡單應用，而在于技術體系之間的平衡、集成、共享、量化管理及本地化特色等。因此，通過低碳能源規劃，明確區域碳減排的量化目標，進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化管理，是實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明確的標準和規范。筆者通過總結多個新區的低碳能源規劃實踐，梳理新區低碳能源規劃總體思路、工作框架及在規劃過程中需關注的要點，并以北京某新區能源規劃為例進行簡要分析。

 

  １ 總體思路

 

  １．１ ＣＬＥＡＲ低碳實現途徑

 

  總結國內外新區低碳建設案例及未來科技城低碳規劃等工程實踐，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展模式，落實綠色的低能耗、低污染、低排放的可持續健康發展戰略的五項實現路徑的概括：降低能源需求、提高能源效率帶來的減排量（ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）；可再生資源替代利用帶來的減排量（ｒｅｎｅｗａｂｌｅ）；因循環利用獲得的減排量（ｌｏｏｐ）；因綠化等措施增加碳匯獲得的減排量（ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ）；以及發展低碳產業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），產業結構低碳調整、綠色清潔生產（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ）等，最終通過能源規劃的綜合統籌，構建一個常規能源與可再生能源優化組合、分散式與集中式點面結合、近期與遠期合理過渡的低碳能源系統。

 

  １．２ 區域能源規劃的基本框架

 

  經多個區域能源規劃實踐總結，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、用能需求等進行初步分析，明確規劃目標及重點；２）規劃方案，通過產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，進行經濟、社會、環境效益多元評估及方案優化；３）指標體系及實施方案，提出區域能源系統總體控制指標并拆解至不同分區，明確投融資運營模式及分期實施計劃等內容。

 

  ２ 規劃要點

 

  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。基于規劃、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，因地制宜地選擇低碳技術，分析各低碳技術可實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。在此過程中，關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的科學應用，具體計算詳見文獻［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

 

  常規專項規劃一般是將供熱、燃氣、電力分開考慮的，而實際上各能源基礎設施之間存在很多關聯性。例如，對于供熱而言，燃氣供暖的耗能特性會影響燃氣輸配系統，熱電聯產供熱的規模對電網有一定的影響，天然氣分布式發電會影響到燃氣、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，實現供熱、燃氣、電力等各能源基礎設施之間的協調，優化資源配置。在進行負荷需求及能耗預測時，不應再按傳統規劃方式簡單取籠統指標估算，而應依據不同的能源規劃方案來確定區域內的熱、電、氣等需求量。

 

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

 

  ２．３ 規劃聯動

 

  縱向上，與常規規劃聯動。建立能源規劃與總規、控規、修規及各專項規劃的聯動機制，解決現有能源規劃與傳統規劃脫軌、無法指導相關規劃設計和管理工作的問題。如圖３所示，在傳統規劃的全過程，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方案及設計導則。

 

  橫向上，與低碳規劃中各專項規劃相契合。受當前節能減排政策推動及區域自身可持續發展要求，眾多新區在開展能源規劃的同時，往往進行系統的低碳生態規劃工作。因此，還需梳理能源系統與其他低碳子系統的關聯性，實現各子系統相互契合、統一協調。

 

  ２．４ 投資運營模式

 

  第２．１～２．３節主要從技術角度進行考慮。此外還應從市場角度分析落實能源規劃所需資金來源及籌集渠道，在項目計劃期內實現充足資金保障，并通過建設運營管理模式的設計，最終實現市場化、盈利性的運營。同時還應注重與國家及當地能源相關政策相結合，分析其對能源技術應用經濟性的影響。圖５梳理了能源相關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，面向政府部門制定了一套能源系統指標體系，不僅明確指標控制值，同時指定指標落實第一責任單位、執行部門以及具體的任務類型及內容，從管理層面為低碳能源系統的建設提供機制保障。

 

  ２．６ 結合建設進度

 

  能源系統建設與項目開發進度協調一致，關注能源資源在空間、時間上的需求及供應條件變化，統籌規劃、分步實施，實現近期與遠期的合理過渡，即打造一個“成長型”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于房山區“十二五”相關規劃內容的順利實施；因此，對于起步區首先考慮園區內部資源解決用能問題，遠期區域整體依托大市政設施實現能源供應。如何實現近期向遠期的合理過渡是能源規劃過程中需解決的關鍵問題。

 

  ３ 案例簡介

 

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

 

  ３．１ 需求分析

 

  根據規劃建筑類型，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，進行各類建筑負荷需求估算，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ｍ３／ａ。在負荷預測中，不僅關注負荷需求總量，同時關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。依據規劃區域地質勘查報告、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、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（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。

 

  經與上述過程類似的一系列分析，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，可實現最大替代標準煤量約２．１萬ｔ。區域總能耗估算值約１２．９萬ｔ標準煤，可再生能源利用率約為１６％。預測結果見表３，計算方法詳見文獻。

 

  ３．３ 方案構建

 

  以需求分析、資源條件、建設進度為基礎，以技術適宜、經濟合理、切實可行為權衡要素，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。以燃氣熱電聯產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。以熱電聯供選址為例，綜合權衡建設進度、能效、環境、市政條件、景觀影響等因素，與業主、政府及市政主管等相關部門多次會議論證，最終選擇該場地南側地塊為熱電聯供廠房站點。

 

  ３．５ 指標體系

 

  區域能源規劃與城市規劃聯動的另一項重要工作，是將能源相關控制指標納入控規，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

 

  探索落實規劃方案的管理機制，是在該項目中進行的一個重要嘗試。以市住房城鄉建設委牽頭，建立聯合工作小組，成員單位包括市發改委、規劃委、國土局、水務局、財政局及區政府等，并擬定工作意見，建立全過程管理機制與多方協作機制。同時，與入駐企業簽訂約定書，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，使區域能源規劃實用、有效。能源規劃工作應從技術、市場、管理等多角度出發，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注的６個要點，并結合某能源規劃案例進行了分析。

 

  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，進行能源方案的評估與優化，同時納入新區低碳建設控制指標中。

 

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

 

  ３）規劃聯動。縱向，與總規、控規、修規進行聯動，主要鏈接點在于供需、設施、指標等；橫向，與低碳生態其他相關規劃，如綠色建筑、生態環境、交通、水資源、固體廢棄物資源化利用等規劃相互契合。

 

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

 

  ５）建設管理機制。構建能源相關各部門的全過程合作與協調機制，為能源規劃方案的落實提供機制保障。

 

  ６）與建設進度結合。統一規劃，分步實施，實現近期與遠期合理過渡的成長型能源系統。