能源規(guī)劃
低碳形勢(shì)下的區(qū)域能源規(guī)劃方法及實(shí)踐
文章來(lái)源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-10-28 15:03:07瀏覽次數(shù):1951
0 引言
哥本哈根世界氣候大會(huì)前夕,國(guó)務(wù)院會(huì)議提出到2020年單位國(guó)內(nèi)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(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃。與此同時(shí),中國(guó)仍是發(fā)展中國(guó)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(xù)增長(zhǎng),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(chǔ)設(shè)施伴隨城市建設(shè)而生,具有一次性與普遍性,對(duì)于新區(qū)而言,一個(gè)好的能源規(guī)劃顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)外知名低碳生態(tài)城在能源系統(tǒng)實(shí)踐方面的借鑒意義,不在于某項(xiàng)技術(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)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(guī)劃,明確區(qū)域碳減排的量化目標(biāo),進(jìn)行該區(qū)域能源消耗的有效控制、能源結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整、能源系統(tǒng)的高效應(yīng)用以及能源體系的優(yōu)化管理,是實(shí)現(xiàn)新區(qū)低碳建設(shè)目標(biāo)的重要措施。
目前新區(qū)層面的能源規(guī)劃尚未納入法定規(guī)劃體系,對(duì)其內(nèi)容及深度亦無(wú)明確的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。筆者通過(guò)總結(jié)多個(gè)新區(qū)的低碳能源規(guī)劃實(shí)踐,梳理新區(qū)低碳能源規(guī)劃總體思路、工作框架及在規(guī)劃過(guò)程中需關(guān)注的要點(diǎn),并以北京某新區(qū)能源規(guī)劃為例進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。
1 總體思路
1.1 CLEAR低碳實(shí)現(xiàn)途徑
總結(jié)國(guó)內(nèi)外新區(qū)低碳建設(shè)案例及未來(lái)科技城低碳規(guī)劃等工程實(shí)踐,集思廣益,筆者所在單位規(guī)劃團(tuán)隊(duì)提出了區(qū)域低碳規(guī)劃的CLEAR體系。
所謂CLEAR,是對(duì)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(xù)健康發(fā)展戰(zhàn)略的五項(xiàng)實(shí)現(xiàn)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(duì)區(qū)域外的減排貢獻(xiàn)(additional)。
將CLEAR體系應(yīng)用于區(qū)域能源規(guī)劃中,明確低碳能源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)路徑為:區(qū)域建筑整體節(jié)能、高效能源系統(tǒng)及設(shè)備應(yīng)用(efficient),可再生能源合理應(yīng)用(renewable),余熱回收利用及固體廢棄物能源化應(yīng)用(loop),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低碳調(diào)整、綠色清潔生產(chǎn)(additional)等,最終通過(guò)能源規(guī)劃的綜合統(tǒng)籌,構(gòu)建一個(gè)常規(guī)能源與可再生能源優(yōu)化組合、分散式與集中式點(diǎn)面結(jié)合、近期與遠(yuǎn)期合理過(guò)渡的低碳能源系統(tǒng)。
1.2 區(qū)域能源規(guī)劃的基本框架
經(jīng)多個(gè)區(qū)域能源規(guī)劃實(shí)踐總結(jié),得到基本工作框架,主要分三步完成:1)目標(biāo)策劃,基于政策、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、案例調(diào)研,結(jié)合基地踏勘以及上位規(guī)劃,對(duì)資源條件、基礎(chǔ)設(shè)施、用能需求等進(jìn)行初步分析,明確規(guī)劃目標(biāo)及重點(diǎn);2)規(guī)劃方案,通過(guò)產(chǎn)出與需求的全面平衡分析,構(gòu)建能源系統(tǒng)總體規(guī)劃方案及分區(qū)規(guī)劃方案,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益多元評(píng)估及方案優(yōu)化;3)指標(biāo)體系及實(shí)施方案,提出區(qū)域能源系統(tǒng)總體控制指標(biāo)并拆解至不同分區(qū),明確投融資運(yùn)營(yíng)模式及分期實(shí)施計(jì)劃等內(nèi)容。
2 規(guī)劃要點(diǎn)
2.1 低碳評(píng)估
以碳減排量、碳排放強(qiáng)度為規(guī)劃約束目標(biāo),是區(qū)域能源規(guī)劃中體現(xiàn)低碳的第一要點(diǎn)?;谝?guī)劃、建筑容量、功能布局、建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等信息,確定基準(zhǔn)情景下的能耗總量、用能結(jié)構(gòu)及碳排放量;在構(gòu)建能源規(guī)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(xiàn)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(jié)構(gòu)及碳排放量。在此過(guò)程中,關(guān)鍵是基準(zhǔn)情景的合理設(shè)定、能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(yīng)用,具體計(jì)算詳見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。低碳評(píng)估所獲得的量化目標(biāo)納入新區(qū)低碳建設(shè)控制指標(biāo)。
2.2 綜合統(tǒng)籌
常規(guī)專項(xiàng)規(guī)劃一般是將供熱、燃?xì)狻㈦娏Ψ珠_考慮的,而實(shí)際上各能源基礎(chǔ)設(shè)施之間存在很多關(guān)聯(lián)性。例如,對(duì)于供熱而言,燃?xì)?a href="http://xldcn.com/t/供暖.html" >供暖的耗能特性會(huì)影響燃?xì)廨斉湎到y(tǒng),熱電聯(lián)產(chǎn)供熱的規(guī)模對(duì)電網(wǎng)有一定的影響,天然氣分布式發(fā)電會(huì)影響到燃?xì)狻?a href="http://xldcn.com/t/供熱.html" >供熱和電力輸配系統(tǒng)。
將系統(tǒng)工程方法論應(yīng)用于區(qū)域綜合能源規(guī)劃中,實(shí)現(xiàn)供熱、燃?xì)狻㈦娏Φ雀髂茉椿A(chǔ)設(shè)施之間的協(xié)調(diào),優(yōu)化資源配置。在進(jìn)行負(fù)荷需求及能耗預(yù)測(cè)時(shí),不應(yīng)再按傳統(tǒng)規(guī)劃方式簡(jiǎn)單取籠統(tǒng)指標(biāo)估算,而應(yīng)依據(jù)不同的能源規(guī)劃方案來(lái)確定區(qū)域內(nèi)的熱、電、氣等需求量。
借助綜合能源規(guī)劃框圖,直觀體現(xiàn)區(qū)域能源系統(tǒng)的構(gòu)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(zhuǎn)換層。實(shí)線連接表示集中系統(tǒng),虛線連接表示分散系統(tǒng)。在綜合能源規(guī)劃完成后,可明確各線路的能源流進(jìn)量與流出量。
2.3 規(guī)劃聯(lián)動(dòng)
縱向上,與常規(guī)規(guī)劃聯(lián)動(dòng)。建立能源規(guī)劃與總規(guī)、控規(guī)、修規(guī)及各專項(xiàng)規(guī)劃的聯(lián)動(dòng)機(jī)制,解決現(xiàn)有能源規(guī)劃與傳統(tǒng)規(guī)劃脫軌、無(wú)法指導(dǎo)相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)和管理工作的問(wèn)題。如圖3所示,在傳統(tǒng)規(guī)劃的全過(guò)程,融入以低碳目標(biāo)為核心的策略及執(zhí)行方法:
在總規(guī)階段,明確以低碳理念為主導(dǎo)的規(guī)劃定位及概念方案;在控規(guī)階段,提出以低碳目標(biāo)為核心的指標(biāo)體系以及設(shè)施選址、占地面積等,使低碳規(guī)劃方案可執(zhí)行、可評(píng)估;在修規(guī)階段,給出以指標(biāo)體系為目標(biāo)的技術(shù)方案及設(shè)計(jì)導(dǎo)則。
橫向上,與低碳規(guī)劃中各專項(xiàng)規(guī)劃相契合。受當(dāng)前節(jié)能減排政策推動(dòng)及區(qū)域自身可持續(xù)發(fā)展要求,眾多新區(qū)在開展能源規(guī)劃的同時(shí),往往進(jìn)行系統(tǒng)的低碳生態(tài)規(guī)劃工作。因此,還需梳理能源系統(tǒng)與其他低碳子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性,實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)相互契合、統(tǒng)一協(xié)調(diào)。
2.4 投資運(yùn)營(yíng)模式
第2.1~2.3節(jié)主要從技術(shù)角度進(jìn)行考慮。此外還應(yīng)從市場(chǎng)角度分析落實(shí)能源規(guī)劃所需資金來(lái)源及籌集渠道,在項(xiàng)目計(jì)劃期內(nèi)實(shí)現(xiàn)充足資金保障,并通過(guò)建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理模式的設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化、盈利性的運(yùn)營(yíng)。同時(shí)還應(yīng)注重與國(guó)家及當(dāng)?shù)啬茉聪嚓P(guān)政策相結(jié)合,分析其對(duì)能源技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性的影響。圖5梳理了能源相關(guān)工程項(xiàng)目的融資渠道、投融資與建設(shè)運(yùn)行模式。
2.5 建設(shè)管理機(jī)制
從管理角度建立能源系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行的全過(guò)程監(jiān)管機(jī)制,包括指標(biāo)控制方法、指標(biāo)評(píng)估方法、信息化管理系統(tǒng)等。
例如,在江蘇某新區(qū)能源規(guī)劃中,在能源規(guī)劃方案研究的基礎(chǔ)上,面向政府部門制定了一套能源系統(tǒng)指標(biāo)體系,不僅明確指標(biāo)控制值,同時(shí)指定指標(biāo)落實(shí)第一責(zé)任單位、執(zhí)行部門以及具體的任務(wù)類型及內(nèi)容,從管理層面為低碳能源系統(tǒng)的建設(shè)提供機(jī)制保障。
2.6 結(jié)合建設(shè)進(jìn)度
能源系統(tǒng)建設(shè)與項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度協(xié)調(diào)一致,關(guān)注能源資源在空間、時(shí)間上的需求及供應(yīng)條件變化,統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施,實(shí)現(xiàn)近期與遠(yuǎn)期的合理過(guò)渡,即打造一個(gè)“成長(zhǎng)型”能源系統(tǒng)。在能源供應(yīng)安全可靠的基礎(chǔ)上,避免重復(fù)建設(shè),并合理統(tǒng)籌投融資、建設(shè)計(jì)劃。
以北京房山區(qū)某新區(qū)能源規(guī)劃為例,規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施條件較差,只有電力設(shè)施相對(duì)完善,供熱、天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將依賴于房山區(qū)“十二五”相關(guān)規(guī)劃內(nèi)容的順利實(shí)施;因此,對(duì)于起步區(qū)首先考慮園區(qū)內(nèi)部資源解決用能問(wèn)題,遠(yuǎn)期區(qū)域整體依托大市政設(shè)施實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)。如何實(shí)現(xiàn)近期向遠(yuǎn)期的合理過(guò)渡是能源規(guī)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(qū)規(guī)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(shè)施建設(shè)。根據(jù)規(guī)劃建設(shè)指標(biāo),規(guī)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
結(jié)合規(guī)劃建設(shè)指標(biāo),采用設(shè)計(jì)軟件建立各類典型建筑模型,獲得相應(yīng)建筑冷、熱負(fù)荷指標(biāo),并參照《電氣節(jié)能專篇》《給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》《燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》等資料分別獲得相應(yīng)建筑電負(fù)荷指標(biāo)、生活熱水用水定額及用氣指標(biāo)等,進(jìn)行各類建筑負(fù)荷需求估算,最終可得:規(guī)劃區(qū)域熱負(fù)荷約303MW,冷負(fù)荷約483 MW,電負(fù)荷約418 MW,燃?xì)庳?fù)荷約6 060萬(wàn)m3/a。在負(fù)荷預(yù)測(cè)中,不僅關(guān)注負(fù)荷需求總量,同時(shí)關(guān)注負(fù)荷空間分布規(guī)律,圖6給出了冷熱負(fù)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(guī)能源分析等。其中,可再生資源分析為重點(diǎn)。依據(jù)規(guī)劃區(qū)域地質(zhì)勘查報(bào)告、水文資料、資源評(píng)估材料、市政設(shè)施現(xiàn)狀及規(guī)劃條件、區(qū)域周邊可再生能源應(yīng)用項(xiàng)目調(diào)研等,結(jié)合可再生能源技術(shù)應(yīng)用適宜條件及需求分析,確定在規(guī)劃區(qū)域適用的可再生能源形式,并預(yù)測(cè)可利用量。充分體現(xiàn)“因地制宜”的原則。
以地?zé)豳Y源為例,規(guī)劃區(qū)域位于小湯山地?zé)崽?/a>南側(cè)。據(jù)鉆孔勘探和地質(zhì)、物探推測(cè),該區(qū)熱儲(chǔ)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(chǔ)層。根據(jù)市國(guó)土局地?zé)?/a>處提供的資料,規(guī)劃區(qū)域內(nèi)已開采地?zé)?/a>井的勘測(cè)數(shù)據(jù)為:地?zé)峋?/a>深度2 700m,出水溫度達(dá)63℃,出水量達(dá)600~800m3/d。取打井間距為1 000m,在規(guī)劃區(qū)域可打4口取水井和回灌井,結(jié)合熱泵技術(shù)(供熱COP 為4.5)為住宅區(qū)供暖,回灌溫度30℃(《北京市地?zé)豳Y源管理辦法》第17條要求地?zé)豳Y源供暖后的排放溫度不得低于30℃)。由上述數(shù)據(jù)可預(yù)估地?zé)豳Y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)程類似的一系列分析,確定規(guī)劃區(qū)域擬采用的可再生能源形式為:淺層地?zé)?/a>供冷(暖)、深層地?zé)峁┡?/a>、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(xiàn)最大替代標(biāo)準(zhǔn)煤量約2.1萬(wàn)t。區(qū)域總能耗估算值約12.9萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,可再生能源利用率約為16%。預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3,計(jì)算方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)。
3.3 方案構(gòu)建
以需求分析、資源條件、建設(shè)進(jìn)度為基礎(chǔ),以技術(shù)適宜、經(jīng)濟(jì)合理、切實(shí)可行為權(quán)衡要素,明確規(guī)劃新區(qū)的綜合能源方案為:1)提高建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),降低負(fù)荷需求。結(jié)合適宜建筑節(jié)能技術(shù)明確建筑節(jié)能目標(biāo),在現(xiàn)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)水平上再節(jié)能10%。
2)采用能源高效利用方式。以燃?xì)?a href="http://xldcn.com/t/熱電聯(lián).html" >熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組承擔(dān)基礎(chǔ)熱負(fù)荷,燃?xì)忮仩t承擔(dān)調(diào)峰熱負(fù)荷,熱化系數(shù)控制在0.5~0.6之間。3)可再生能源合理應(yīng)用。包括地埋管地源熱泵、污水源熱泵、地?zé)釤岜?/a>、太陽(yáng)能光熱應(yīng)用等,明確可再生能源應(yīng)用方式, 并確定其合理應(yīng)用規(guī)模。
3.4 選址論證
在能源規(guī)劃方案確定后,與城市規(guī)劃相結(jié)合的一項(xiàng)重點(diǎn)工作為:確定能源站選址及站房面積,以便于在規(guī)劃階段預(yù)留出市政設(shè)施用地。以熱電聯(lián)供選址為例,綜合權(quán)衡建設(shè)進(jìn)度、能效、環(huán)境、市政條件、景觀影響等因素,與業(yè)主、政府及市政主管等相關(guān)部門多次會(huì)議論證,最終選擇該場(chǎng)地南側(cè)地塊為熱電聯(lián)供廠房站點(diǎn)。
3.5 指標(biāo)體系
區(qū)域能源規(guī)劃與城市規(guī)劃聯(lián)動(dòng)的另一項(xiàng)重要工作,是將能源相關(guān)控制指標(biāo)納入控規(guī),且依據(jù)分區(qū)方案及分地塊信息,將總體指標(biāo)拆解至各地塊,得到分地塊指標(biāo)。
指標(biāo)構(gòu)建的依據(jù)是該區(qū)域的低碳能源規(guī)劃方案,并以國(guó)內(nèi)其他生態(tài)城的指標(biāo)體系、北京統(tǒng)計(jì)年鑒統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、世界各地區(qū)能耗及碳排放統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等作為比較參考。
3.6 管理機(jī)制
探索落實(shí)規(guī)劃方案的管理機(jī)制,是在該項(xiàng)目中進(jìn)行的一個(gè)重要嘗試。以市住房城鄉(xiāng)建設(shè)委牽頭,建立聯(lián)合工作小組,成員單位包括市發(fā)改委、規(guī)劃委、國(guó)土局、水務(wù)局、財(cái)政局及區(qū)政府等,并擬定工作意見(jiàn),建立全過(guò)程管理機(jī)制與多方協(xié)作機(jī)制。同時(shí),與入駐企業(yè)簽訂約定書,明確能源使用方式、能效水平、排放水平、建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等入園門檻。
4 結(jié)論與建議
應(yīng)盡早出臺(tái)區(qū)域能源規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn),明確規(guī)范編制內(nèi)容及深度,使區(qū)域能源規(guī)劃實(shí)用、有效。能源規(guī)劃工作應(yīng)從技術(shù)、市場(chǎng)、管理等多角度出發(fā),全面統(tǒng)籌。本文梳理了低碳形勢(shì)下區(qū)域能源規(guī)劃的總體思路,提煉出規(guī)劃工作中需關(guān)注的6個(gè)要點(diǎn),并結(jié)合某能源規(guī)劃案例進(jìn)行了分析。
1)低碳評(píng)估。建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一算法,核算新區(qū)
碳排放強(qiáng)度、能耗強(qiáng)度、可再生能源利用量等指標(biāo),進(jìn)行能源方案的評(píng)估與優(yōu)化,同時(shí)納入新區(qū)低碳建設(shè)控制指標(biāo)中。
2)綜合統(tǒng)籌。實(shí)現(xiàn)水、電、氣、熱綜合協(xié)調(diào),常規(guī)能源與可再生能源合理匹配,分布式與集中式系統(tǒng)優(yōu)化組合。在強(qiáng)調(diào)低碳、生態(tài)、可再生的同時(shí),注重對(duì)常規(guī)能源供應(yīng)條件及高效應(yīng)用方式的分析。
3)規(guī)劃聯(lián)動(dòng)??v向,與總規(guī)、控規(guī)、修規(guī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng),主要鏈接點(diǎn)在于供需、設(shè)施、指標(biāo)等;橫向,與低碳生態(tài)其他相關(guān)規(guī)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(guī)劃相互契合。
4)投資運(yùn)營(yíng)模式。確保能源規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)可行性,明確能源技術(shù)應(yīng)用所需資金及投融資渠道,結(jié)合國(guó)家及當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)財(cái)政補(bǔ)貼政策,為能源方案的落實(shí)提供資金保障。
5)建設(shè)管理機(jī)制。構(gòu)建能源相關(guān)各部門的全過(guò)程合作與協(xié)調(diào)機(jī)制,為能源規(guī)劃方案的落實(shí)提供機(jī)制保障。
6)與建設(shè)進(jìn)度結(jié)合。統(tǒng)一規(guī)劃,分步實(shí)施,實(shí)現(xiàn)近期與遠(yuǎn)期合理過(guò)渡的成長(zhǎng)型能源系統(tǒng)。