關(guān)于綠色生態(tài)城區(qū)能源規(guī)劃的探索
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作者；張毅
為探索可持續(xù)發(fā)展的城鎮(zhèn)化道路，我國先后在天津、上海、深圳、青島、無錫等地開展了生態(tài)城區(qū)規(guī)劃建設(shè)，并啟動了一批綠色建筑示范工程。而目前我國在綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃體系中對能源規(guī)劃編制的深度和方法等方面的相關(guān)規(guī)定較少，目前尚無統(tǒng)一認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)和模式。本文提出綠色生態(tài)城區(qū)區(qū)域能源專項規(guī)劃意義、原則、特點、規(guī)劃內(nèi)容；然后通過實際工程具體闡述綠色生態(tài)城區(qū)區(qū)域能源規(guī)劃及專項能源規(guī)劃。
1我國綠色生態(tài)城區(qū)及相關(guān)能源規(guī)劃發(fā)展現(xiàn)狀
2012年4月27日，財政部與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于加快推動我國綠色建筑發(fā)展的實施意見（財建[ 2012] 167號）》倡導(dǎo)積極推進發(fā)展綠色生態(tài)城區(qū)，文獻(xiàn)[3]中對綠色生態(tài)城區(qū)的表述可以理解為綠色建筑規(guī)�；瘧�(yīng)用的一個空間載體對象。在《綠色生態(tài)城區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）稿》中對綠色生態(tài)城區(qū)進行了明確定義：“在空間布局、基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、交通、產(chǎn)業(yè)配套等方面，按照資源節(jié)約環(huán)境友好的要求進行規(guī)劃、建設(shè)、運營的城市開發(fā)區(qū)、功能區(qū)、新城區(qū)等”。
2013年3月住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《“十二五”綠色建筑和綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展規(guī)劃》，提出“十二五”期間全國各城區(qū)在自愿申請的基礎(chǔ)上，確定100個左右按照綠色生態(tài)城區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)因地制宜進行規(guī)劃建設(shè)不小于1.5平方公里的城市新區(qū)。《“十二五”綠色建筑和綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展規(guī)劃》明確要求，要完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，從城市總體規(guī)劃出發(fā)，逐步建立和完善適應(yīng)綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃和建設(shè)、運行、監(jiān)管的體制機制和政策制度以及評價體系，加快制定適合不同氣候區(qū)、不同建筑類型的綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)，將生態(tài)城區(qū)建設(shè)落到實處。
在國家政策扶持下，綠色生態(tài)城區(qū)快速發(fā)展，截至2013年住建部首批8個國家綠色生態(tài)示范城區(qū)，包括唐山灣生態(tài)城、天津中新生態(tài)城、無錫市太湖新城、重慶市悅來綠色生態(tài)城區(qū)、貴陽市中天未來方舟生態(tài)新區(qū)、長沙市梅溪湖新城、昆明市呈貢新區(qū)、深圳市光明新區(qū)。多數(shù)示范城區(qū)分布在沿海地區(qū)與經(jīng)濟發(fā)達(dá)省份。
我國各地正如火如荼地大力開展綠色生態(tài)城區(qū)，已成為世界上綠色生態(tài)城區(qū)建設(shè)數(shù)量最多、建設(shè)規(guī)模最大、發(fā)展速度最快的國家之一。
以土地使用功能規(guī)劃為主導(dǎo)的城市規(guī)劃體系中涉及能源的主要為供熱規(guī)劃、燃?xì)庖?guī)劃、電力規(guī)劃。但是，目前我國城市規(guī)劃系統(tǒng)中存在兩個方面的問題：一是城市規(guī)劃體系中尚無建筑能源專項規(guī)劃，而現(xiàn)有規(guī)劃體系尚不能解決建筑群中的能源系統(tǒng)問題；另一方面3個專項規(guī)劃之間缺乏互相協(xié)調(diào)，電、氣各自為政。
隨著區(qū)域能源發(fā)展，有些總體規(guī)劃開始考慮能源問題，但是由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中缺少對區(qū)域能源規(guī)劃的明確規(guī)定和具體要求，能源規(guī)劃思路、方法百花齊放，因此為了使能源規(guī)劃的相關(guān)內(nèi)容融入到總體規(guī)劃編制中，使規(guī)劃者認(rèn)識影響能源的規(guī)劃設(shè)計方法及各個層面應(yīng)考慮的能源問題，本文結(jié)合區(qū)域能源規(guī)劃意義、原則、特點，提出了綠色生態(tài)城區(qū)區(qū)域能源專項規(guī)劃規(guī)劃內(nèi)容和具體方法。
2 綠色生態(tài)城區(qū)能源規(guī)劃
2.1 規(guī)劃意義
面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境和資源問題，綠色生態(tài)城區(qū)專項能源規(guī)劃和設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的合理匹配、能源的高效應(yīng)用以及能源的優(yōu)化管理，打造能源綜合利用度高的低碳、綠色生態(tài)城區(qū)，實現(xiàn)節(jié)能減排、經(jīng)濟效益以及環(huán)境效益。
2.2規(guī)劃原則
綠色生態(tài)城區(qū)能源規(guī)劃要遵循協(xié)調(diào)發(fā)展，因地制宜，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，技術(shù)創(chuàng)新的原則，要與當(dāng)前國家構(gòu)建社會主義和諧社會、建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的總體戰(zhàn)略部署相一致，與整個園區(qū)建設(shè)的理念相一致，與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展水平相適應(yīng)，與當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢煤妥匀毁Y源相適應(yīng)，促進能源應(yīng)用事業(yè)走資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的發(fā)展道路�？傮w原則可概括為節(jié)能、集約、綠色、科技、低碳。
2.3規(guī)劃特點
區(qū)域能源在建筑物負(fù)荷特點、用能方式、系統(tǒng)形式、能源結(jié)構(gòu)形式、邊界范圍、運行管理等各個方面都區(qū)別于傳統(tǒng)的單體建筑和小區(qū)建筑，具有以下特點：
1)建筑類型多、負(fù)荷特點復(fù)雜。需要根據(jù)區(qū)域內(nèi)建筑類型與特點動態(tài)分析各種負(fù)荷特征，兼顧能源供應(yīng)、消耗以及存儲，達(dá)到相應(yīng)的平衡。
2)能源種類多，能源品位高。需要綜合考慮和兼顧區(qū)域內(nèi)的各種資源和能源數(shù)量和品位的情形，綜合利用，梯級利用。
3)可利用能源形式多。需要兼顧常規(guī)能源與可再生能源、工業(yè)余廢熱等能源形式的協(xié)調(diào)利用。
4)室外管網(wǎng)復(fù)雜。需要結(jié)合區(qū)域地塊特點進行合理的能源站選址和管網(wǎng)路由選擇。
5)投資規(guī)模大。需要結(jié)合能源形式、價格以及設(shè)備和建設(shè)的初投資選取高效的用能設(shè)備，構(gòu)建合理的能源利用方式。
6)運行模式復(fù)雜。需要根據(jù)項目特點為能源投資方提供合理的運行模式和服務(wù)收費，實現(xiàn)較好的投資回報。
因此，區(qū)域能源需要有經(jīng)驗的專業(yè)團隊結(jié)合項目特點進行專業(yè)化的分析，進行區(qū)域內(nèi)能源規(guī)劃和專項方案設(shè)計。
2.4規(guī)劃內(nèi)容
在深入了解綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃建設(shè)基本情況以及氣候資源條件的基礎(chǔ)上，通過對終端能耗動態(tài)預(yù)測和分析、區(qū)域能源形式調(diào)研和分析、能源方案深化、能源方案設(shè)計完成區(qū)域能源規(guī)劃及專項能源規(guī)劃，具體技術(shù)路線如圖1所示。
2.4.1 終端能耗動態(tài)預(yù)測和分析
能耗需求分析預(yù)測是區(qū)域能源規(guī)劃的先決條件，只有在充分掌握區(qū)域內(nèi)全年的各類負(fù)荷需求，才能為能源規(guī)劃和方案提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。能耗需求預(yù)測對象和內(nèi)容見表1。
能耗需求預(yù)測分析可以采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、能耗統(tǒng)計和模擬計算相結(jié)合的方法，對分類、分項和分級的能耗進行預(yù)測和分析。同時，還應(yīng)考慮生態(tài)城的總體節(jié)能目標(biāo)和碳排放目標(biāo)。能耗需求預(yù)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于以下6個方面：
1)總體規(guī)劃和各專項規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
2)正式出版的國家和地方節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)措施、技術(shù)手冊中的數(shù)據(jù)；
3)類似地區(qū)、城市的能耗統(tǒng)計和調(diào)研數(shù)據(jù)；
4)模擬計算數(shù)據(jù)；
5)國外相關(guān)能耗統(tǒng)計指標(biāo)；
6)區(qū)域指標(biāo)體系和實施模式，以及綠色建筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2.4.2 區(qū)域能源形式調(diào)研和分析
可利用的能源種類較多，如表2所示，通過調(diào)研了解區(qū)域內(nèi)可利用能源種類及形式，根據(jù)區(qū)域內(nèi)建筑類型與特點動態(tài)分析各種負(fù)荷特征，綜合考慮和兼顧區(qū)域內(nèi)的各種資源和能源數(shù)量和品位，分析確定若干能源利用方案，然后通過節(jié)能指標(biāo)、經(jīng)濟指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、其它指標(biāo)等對若干能源利用方案比選，最后確定高效節(jié)能、經(jīng)濟合理、綠色生態(tài)的能源利用方案，實現(xiàn)能源協(xié)調(diào)利用、梯級利用、綜合利用。
2.4.3 能源方案深化
能源方案深化主要針對已經(jīng)選定的能源利用方案進行詳細(xì)、深入的設(shè)計，大致包括以下4個內(nèi)容：
1)市政級能源站方案、概念步驟圖、選址以及主要設(shè)備選型；
2)能源方案落實到逐個地塊，甚至細(xì)胞；
3)大型能源管線的路由、管徑以及補償方式；
4)方案初投資、建設(shè)方式、效益以及盈利模式分析。
2.4.4 能源方案設(shè)計
能源方案確定之后，最后將已經(jīng)確定的能源規(guī)劃理念反映在圖紙上，完成區(qū)域能源前期工作。
3 綠色生態(tài)城區(qū)能源規(guī)劃案例
應(yīng)用上述規(guī)劃方法，順應(yīng)綠色生態(tài)城發(fā)展的熱潮，筆者所在團隊近年來先后開展了天津中新生態(tài)城、上海虹橋商務(wù)區(qū)、唐山海港開發(fā)區(qū)、北京北苑家園、三河熱電廠、曹妃甸科教城、臨沂北部新城、資興北部新城、北京未來科技城等區(qū)域能源規(guī)劃和設(shè)計。以天津中新生態(tài)城實際工程為例，詳細(xì)闡述綠色生態(tài)城能源規(guī)劃方法。
中新生態(tài)城是中國、新加坡兩國政府戰(zhàn)略性合作項目，坐落于天津濱海新區(qū)，規(guī)劃占地面積34.2平方公里，總建筑面積約2 450萬m2，規(guī)劃居住人口35萬，如圖3所示。該項目充分利用土壤源熱泵、地?zé)釤岜�、污水源熱泵、生物質(zhì)能、風(fēng)力發(fā)電、太陽能光熱等先進可再生能源技術(shù)，彰顯“資源節(jié)約、環(huán)境友好、經(jīng)濟蓬勃、社會和諧”的新型城市形式，為中國其他同類地區(qū)提供借鑒和參考。
中新生態(tài)城能源規(guī)劃首先對2020年終端能耗進行預(yù)測和分析，并按用途、類型等分析各項能耗需求；然后分析生態(tài)城能源供應(yīng)系統(tǒng)，對可利用的能源資源量實施優(yōu)劣評估；最后從能源類型、數(shù)量、輸送方式等對能源的需求和供應(yīng)進行合理匹配，實現(xiàn)能源高效利用。
3.1 終端能耗動態(tài)預(yù)測和分析
根據(jù)表1終端能耗需求預(yù)測的內(nèi)容對居住建筑、公共建筑、交通用能、市政用能、產(chǎn)業(yè)用能分別進行預(yù)測。其中用電能耗、燃?xì)饽芎摹⑸顭崴芎挠捎谄鋸?fù)雜、難模擬，其預(yù)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于中國建筑科學(xué)研究院典型建筑能耗監(jiān)測平臺；交通、市政用能預(yù)測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于生態(tài)城總體規(guī)劃和數(shù)據(jù)建模。
根據(jù)以上條件，天津中新生態(tài)城2020年不同用能類型終端總能耗匯總?cè)绫?所示。
3.2 區(qū)域能源分項專項能源規(guī)劃
針對中新生態(tài)城內(nèi)可利用能源進行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，生態(tài)城內(nèi)已經(jīng)開發(fā)建設(shè)土壤源熱泵、污水廠、風(fēng)力發(fā)電廠，遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè)一座污水廠、風(fēng)力發(fā)電廠、二座生物天然氣工程。因此在已建、規(guī)劃建設(shè)的基礎(chǔ)上，充分利用生態(tài)城內(nèi)豐富的地?zé)豳Y源、污水資源、生物質(zhì)資源、風(fēng)力資源和太陽能光熱資源。
對于常規(guī)熱力、電力、燃?xì)獾饶茉蠢梅绞剑话阍谏鷳B(tài)城總體規(guī)劃中已涉及，針對生態(tài)城總體規(guī)劃中暫無的可再生能源及專項能源進行規(guī)劃。中新生態(tài)城可再生能源利用率目標(biāo)為20%，預(yù)計到2020年，生態(tài)城能耗在目前水平上增漲10%，以此數(shù)據(jù)作為測算可再生能源利用率的基數(shù)。
3.2.1 熱泵專項能源規(guī)劃
3.2.1.1 淺層地?zé)?
中新生態(tài)城內(nèi)為第四系松散沉積層，巖性以黏土與細(xì)粉砂層為主。地下恒溫帶的溫度約為13.5cC~16.3℃。從生態(tài)城淺層地?zé)崮艽媪可�，可承�?dān)全部供暖空調(diào)負(fù)荷。但具體到各地塊細(xì)胞的可用規(guī)模，則依賴于負(fù)荷匹配和建筑密度。中新生態(tài)城新建的土壤源熱泵總應(yīng)用面積為517. 14萬m2，加上已經(jīng)建設(shè)的47. 25萬m2，土壤源熱泵應(yīng)用規(guī)模為564. 39萬m2。
3.2.1.2地?zé)釤岜?
中新生態(tài)城地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育較好的熱儲層主要有3組：新近系明化鎮(zhèn)組( Nm)、館陶組(Ng)、古近系東營組(Ed)。據(jù)了解，生態(tài)城內(nèi)規(guī)劃年限內(nèi)，可供開發(fā)的地?zé)峋袆勇䦂@館陶組、起步區(qū)東營組。利用地?zé)釤岜霉├涔岬木幼〗ㄖ?yīng)用面積31. 62萬m2，公共建筑15. 23萬m2，共計46. 85萬m2。
3.2.1.3 污水源熱泵
中新生態(tài)城內(nèi)建有一座10萬噸／日的營城污水處理廠，遠(yuǎn)期擴建到15萬噸／日。城市污水溫度冬季在13℃左右，夏季在20~ 25℃左右，是非常理想的冷熱源。生態(tài)城污水如果全部供應(yīng)住宅采暖，可以供應(yīng)約194萬m2的建筑。如僅提供基礎(chǔ)負(fù)荷，則規(guī)模尚可大幅提高。利用污水源熱泵供熱供冷的居住建筑105. 02萬m2，公共建筑60. 32萬m2，共計165. 34萬m2。
3.2.2 生物質(zhì)能專項能源規(guī)劃
2013年中新生態(tài)城在清靜湖污水處理廠附近，投資240萬元，建設(shè)一座污泥厭氧消化制備生物燃?xì)庵性囀痉豆こ蹋仗幚砦勰?噸，年產(chǎn)生物燃?xì)?.4萬立方米，實現(xiàn)凈生物質(zhì)能源年產(chǎn)量51.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤，生物質(zhì)能源占生態(tài)城總能耗的0. 01%。
到2020年，將在生態(tài)城北部投資5 200萬元，建設(shè)一座有機廢棄物制備車用生物天然氣工程，日處理餐飲垃圾、廚余垃圾和污泥等生態(tài)城有機廢棄物120.1噸，年產(chǎn)車用生物天然氣288萬立方米，實現(xiàn)凈生物質(zhì)能源年產(chǎn)量3 577.0噸標(biāo)準(zhǔn)煤，生物質(zhì)能源占生態(tài)城總能耗的0. 9%。
3.2.3 風(fēng)力發(fā)電專項能源規(guī)劃
中新生態(tài)城已開發(fā)風(fēng)力發(fā)電項目裝機容量4.5MW，年發(fā)電量為522.5萬kW．h，2020年風(fēng)量發(fā)電可再生能源利用率為0. 162%。除此之外，將在永定洲場區(qū)規(guī)劃建設(shè)大型風(fēng)電機組建設(shè)區(qū)，總裝機容量為3 MW，預(yù)計年發(fā)電量為400萬kW．h，2020年風(fēng)量發(fā)電可再生能源利用率為0. 12%。加上已建成的風(fēng)力發(fā)電廠，風(fēng)力發(fā)電總的可再生能源利用率為0. 282%。
3.2.4 太陽能熱利用專項能源規(guī)劃
3.2.4.1 太陽能熱利用一熱水系統(tǒng)
太陽能熱水系統(tǒng)在替代生活熱水能耗方面效益顯著，技術(shù)成熟，投資回收期較短，太陽能保證率高。中新生態(tài)城在居住建筑、小學(xué)托幼學(xué)校建筑等全面開展太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用，太陽能保證率提高到80%，到2020年，太陽能熱水系統(tǒng)規(guī)劃安裝集熱器總面積372 903 m2，每年供給用戶有用熱量688.4TJ，即19.1萬MW．h，替代終端能耗比例達(dá)到5. 92%。
3.2.4.2太陽能熱利用一供暖空調(diào)系統(tǒng)
由于產(chǎn)業(yè)建筑熱水需求較少，屋面面積充裕，因此在中新生態(tài)城北部產(chǎn)業(yè)園產(chǎn)業(yè)建筑屋面規(guī)劃安裝集中太陽能供熱采暖空調(diào)系統(tǒng)，利用市政熱力進行輔助供熱、供冷，打造北部太陽能供熱采暖空調(diào)系統(tǒng)綜合利用示范園區(qū)。除此之外，中新生態(tài)城5所中學(xué)規(guī)劃采用太陽能供熱采暖系統(tǒng)，設(shè)置季節(jié)蓄熱水池。到2020年，太陽能供熱采暖空調(diào)系統(tǒng)規(guī)劃安裝集熱器總面積230 376 m2，每年提供有用熱量425.3TJ，即11.8萬MW．h，替代終端能耗比例達(dá)到3. 66%。
綜合考慮太陽能熱利用熱水系統(tǒng)和采暖空調(diào)系統(tǒng)，到2020年，中新生態(tài)城規(guī)劃安裝集熱器總面積604 060 m2，每年供給用戶有用熱量1 115.1 TJ，即30. 98萬MW．h，替代終端能耗比例達(dá)到9.59 %。
3.2.5 太陽能光伏專項能源規(guī)劃
中新生態(tài)城太陽能光伏開發(fā)利用方式為地面光伏系統(tǒng)、建筑光伏系統(tǒng)、光伏照明、車站頂棚光伏系統(tǒng)，開發(fā)容量分別為18. 574 MW、23. 998 MW、0.1MW、0.1 MW、42. 772 MW，光伏發(fā)電系統(tǒng)總計裝機容量42.772 MW。首年發(fā)電量約為5 332萬kWh，25年運行期年平均發(fā)電量為4 820萬kW．h，總發(fā)電量約為120 497萬kW-h。
3.3分項專項能源規(guī)劃總結(jié)
中新生態(tài)城各類可再生能源利用情況匯總?cè)绫?，可再生能源均落實到各地塊或項目，如圖4。由表4可以看出，中新生態(tài)城可再生能源利用率為20. 17%，能夠?qū)崿F(xiàn)中新生態(tài)城可再生能源利用率20%的目標(biāo)。
4 結(jié)論
本文通過對區(qū)域能源規(guī)劃意義、原則、特點、規(guī)劃內(nèi)容詳細(xì)論述，提出了一套相對科學(xué)、合理、實踐性強的區(qū)域能源規(guī)劃及專項能源規(guī)劃方法，能夠為實現(xiàn)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的綠色生態(tài)城區(qū)的能源規(guī)劃提供借鑒與參考。
5[摘要]本文針對綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃體系中區(qū)域能源規(guī)劃及專項能源規(guī)劃尚無統(tǒng)一規(guī)劃方法的現(xiàn)狀，提出綠色生態(tài)城區(qū)區(qū)域能源專項規(guī)劃意義、原則、特點、規(guī)劃內(nèi)容；然后通過實際工程具體闡述區(qū)域能源規(guī)劃及專項能源規(guī)劃方法，為實現(xiàn)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的綠色生態(tài)城區(qū)的能源規(guī)劃提供借鑒與參考。
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