１ 概述

 

  可再生能源有六大類：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?/a>、生物質(zhì)能、海洋能和水電。可再生能源利用對調(diào)整城市能源結(jié)構(gòu)、減少礦物能源消耗、推進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展意義重大，受關(guān)注程度越來越高。

 

  在新區(qū)層面提出科學(xué)合理的可再生能源利用目標(biāo)，從規(guī)劃階段開始統(tǒng)籌考慮可再生能源的合理開發(fā)和利用，同時實(shí)現(xiàn)其與常規(guī)能源系統(tǒng)的有效匹配，是新區(qū)綜合能源規(guī)劃的關(guān)鍵內(nèi)容?，F(xiàn)有國內(nèi)外綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)、政策引導(dǎo)目標(biāo)、生態(tài)城市指標(biāo)體系、區(qū)域能源規(guī)劃目標(biāo)中，出現(xiàn)頻率最高的控制性指標(biāo)為可再生能源利用率。但對于可再生能源利用率的具體評價方法，目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)界定和規(guī)范的算法。

 

  因此，如何進(jìn)行可再生能源利用的合理評價，特別是科學(xué)統(tǒng)一的可再生能源利用率算法，對明確規(guī)劃新區(qū)能源系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，同時作為管理抓手在后續(xù)工作中落實(shí)，是值得重視并亟需深入研究的問題。

 

  １．１ 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

 

  美國ＬＥＥＤ規(guī)定，可再生能源替代率為５％，１０％和２０％的得分分別為１分、２分和３分；在綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，居住建筑可再生能源的使用量占建筑總能耗的比例大于５％，１０％的分別為一般項(xiàng)、優(yōu)選項(xiàng)；公共建筑可再生能源產(chǎn)生的熱水量不低于建筑生活熱水消耗量的１０％，或可再生能源發(fā)電量不低于建筑用電量２％的，為優(yōu)選項(xiàng)。

 

  １．２ 支持政策

 

  《財政部 住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)可再生能源建筑應(yīng)用的通知》（財建［２０１１］６１號）提出切實(shí)提高太陽能、淺層地能、生物質(zhì)能等可再生能源在建筑用能中的比例，到２０１５年重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)可再生能源消費(fèi)量占建筑能耗的比例達(dá)到１０％以上；到２０２０年，實(shí)現(xiàn)可再生能源在建筑領(lǐng)域消費(fèi)量比例占建筑能耗的１５％以上。

 

  １．３ 新區(qū)指標(biāo)

 

  在低碳生態(tài)城區(qū)中，可再生能源利用率幾乎成了所有能源規(guī)劃或生態(tài)規(guī)劃的指標(biāo)必選項(xiàng)。

 

  如天津中新生態(tài)城的指標(biāo)體系中，提出可再生能源比例占２０％；城科會提出的生態(tài)城市指標(biāo)體系，可再生能源所占比例≥２０％；北京長辛店生態(tài)城指標(biāo)體系，可再生能源使用率≥２０％；武漢綠色ＣＢＤ建設(shè)體系的指標(biāo)體系，提出可再生能源使用比例為２％。

 

  １．４ 能源規(guī)劃

 

  國家“十二五”能源規(guī)劃提出，要確保到２０１５年非礦物能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的比例達(dá)到１１％以上，為實(shí)現(xiàn)２０２０年非礦物能源消費(fèi)比例占一次能源消費(fèi)比例達(dá)１５％和單位ＧＤＰ二氧化碳排放比２００５年下降４０％～４５％的目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

 

  北京市“十二五”能源規(guī)劃明確提出，２０１５年北京優(yōu)質(zhì)能源消費(fèi)比例將達(dá)到８０％以上。可再生能源發(fā)展比例將由原來的３．２％增加到６％左右。

 

  ２ 問題分析

 

  可再生能源利用率這一項(xiàng)重要指標(biāo)貫穿建筑、

 

  新區(qū)、城市、國家等不同層面。在實(shí)際項(xiàng)目操作過程中，由于缺少權(quán)威的、統(tǒng)一的可再生能源利用率算法，對可再生能源利用評價存在多種不同算法，且不同算法得出的結(jié)果大相徑庭，導(dǎo)致橫向項(xiàng)目指標(biāo)難以比對、縱向項(xiàng)目指標(biāo)難以銜接。

 

  歸納目前大多算法的分歧點(diǎn)、主要問題，如下。

 

  ２．１ 對常規(guī)能源消耗的考慮

 

  現(xiàn)有的評價方法大多針對可再生能源利用收

 

  益進(jìn)行評價，忽視了可再生能源利用過程中的額外能耗，如：熱泵系統(tǒng)應(yīng)用中的電耗、太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用中的輔助電耗。由此，導(dǎo)致評價結(jié)果夸大可再生能源利用的作用，可能誤導(dǎo)人們只注重追求擴(kuò)大可再生能源利用系統(tǒng)的規(guī)模，而不重視提高可再生能源利用系統(tǒng)的效率。

 

  可再生能源利用評價中，應(yīng)扣除由于可再生能源應(yīng)用引起的常規(guī)能源消耗。

 

  ２．２ 對不同能源品位的考慮

 

  在扣除常規(guī)能源消耗時，采用等熱或等效電的換算方法，前者未考慮能源品位，后者則以高品位的電作為標(biāo)準(zhǔn)。將其他終端能源按照一定的折算系數(shù)轉(zhuǎn)化為電，就不僅考慮了不同能源之間量的差異，還體現(xiàn)出質(zhì)的不同。

 

  可再生能源利用評價中，應(yīng)區(qū)分利用方式和能源品質(zhì)的差異，綜合考慮利用過程中的得與失，即采用等效電換算方法。表１給出等效電換算方法參考折算系數(shù)。

 

  ２．３ 對基準(zhǔn)情景門檻的設(shè)置

 

  相對于不同基準(zhǔn)情景，替代能源種類及替代量會不同，尤其是對于可再生能源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用。

 

  如果常規(guī)能源利用效率足夠高，甚至超過某種可再生能源的利用效率，就沒有必要應(yīng)用這種可再生能源。

 

  在進(jìn)行可再生能源利用評價時，第一步就應(yīng)將可再生能源系統(tǒng)與基準(zhǔn)情景下的常規(guī)能源系統(tǒng)效率進(jìn)行比較，只有當(dāng)前者綜合效率高于后者時，該可再生能源系統(tǒng)方案才具備應(yīng)用的價值與意義。

 

  基準(zhǔn)情景的設(shè)置，與規(guī)劃區(qū)域的常規(guī)能源供應(yīng)條件有關(guān)。比如，在有市政熱力條件的區(qū)域，供熱的基準(zhǔn)情景方案為市政熱力供熱；倘若不具備市政熱力條件而有較好的天然氣供應(yīng)條件，則供熱的基準(zhǔn)情景方案為燃?xì)忮仩t供熱等。

 

  ２．４ 折算到源端消耗而非用戶端

 

  可再生能源替代量應(yīng)統(tǒng)一折算到源端消耗，這樣才能把系統(tǒng)能源效率的差異考慮進(jìn)去。例如，ＣＯＰ 為４的地埋管地源熱泵冬季從土壤中吸收３份熱，消耗１份電，向用戶端提供４份熱；那么，雖然用戶端的４份熱全部由地埋管地源熱泵系統(tǒng)承擔(dān)，但該系統(tǒng)中可再生能源替代量并不是４份熱，而應(yīng)該是從４份熱中扣除掉１份電（按當(dāng)年國家公布的電網(wǎng)效率轉(zhuǎn)為一次能源量）后得到的值。

 

  ２．５ 對大水電的考慮

 

  在進(jìn)行區(qū)域能源規(guī)劃時，應(yīng)將當(dāng)地大水電、核電、風(fēng)電等比例考慮在內(nèi)，從而形成一種對當(dāng)?shù)卣牡贡茩C(jī)制。比如，某區(qū)域使用的電力由大電網(wǎng)提供，該電網(wǎng)供電量中約１０％來自水電，這部分水電量應(yīng)納入可再生能源利用量中。

 

  ２．６ 對被動式可再生能源應(yīng)用的考慮

 

  除了太陽能光熱、太陽能光電、風(fēng)力發(fā)電、各類熱泵等主動式應(yīng)用，還有自然采光、自然通風(fēng)、被動式太陽房等可再生能源被動式應(yīng)用。但由于后者目前還沒有成熟的量化評價方法，特別是新區(qū)、城市或更高層面，因此尚未納入到可再生能源應(yīng)用的總體量化目標(biāo)中。

 

  在新區(qū)層面，建議與城市設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過布局優(yōu)化、景觀設(shè)計(jì)等方式，采用計(jì)算機(jī)模擬，對風(fēng)、光、熱等區(qū)域微環(huán)境進(jìn)行改善，并對區(qū)域內(nèi)建筑設(shè)計(jì)中被動式技術(shù)應(yīng)用提出引導(dǎo)性要求；在建筑層面，通過細(xì)部窗洞設(shè)計(jì)、空間排布、構(gòu)造節(jié)點(diǎn)等方式，采用模擬方法，對利用自然采光、遮陽、自然通風(fēng)、太陽房減少建筑能耗進(jìn)行量化評估，進(jìn)而納入到可再生能源利用量中。

 

  ３ 評價方法

 

  可再生能源利用評價的三個關(guān)鍵指標(biāo)為：可再生能源替代量、可再生能源利用量、可再生能源利用率。替代量與利用量是兩個不同的概念，不應(yīng)混為一談，前者關(guān)乎礦物能源消耗量的減少，與基準(zhǔn)情景下的能源消耗種類和能源綜合效率有關(guān)；后者關(guān)乎當(dāng)前情景下能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，與基準(zhǔn)情景無關(guān)。明確替代量、利用量等絕對值的統(tǒng)一評價算法，可實(shí)現(xiàn)建筑、新區(qū)、城市、國家等不同層面可再生能源利用評價的縱向銜接；明確利用率等相對值的統(tǒng)一評價方法，可實(shí)現(xiàn)同類建筑、同類新區(qū)、同類城市之間等不同對象的橫向比較。

 

  ３．１ 可再生能源替代量

 

  可再生能源替代量是指與基準(zhǔn)情景相比，減少礦物能源的消耗量，亦可理解為，可再生能源節(jié)能貢獻(xiàn)量。依據(jù)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)能源供應(yīng)條件及需求特性，設(shè)置基準(zhǔn)情景，判斷替代能源種類及替代量，當(dāng)綜合效率低于基準(zhǔn)情景下的常規(guī)系統(tǒng)，則替代量為負(fù)數(shù)，該可再生能源利用方式不可行，不應(yīng)計(jì)入可再生能源利用量。

 

  對于太陽能光電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源系統(tǒng)形式，在產(chǎn)電過程中基本不消耗常規(guī)能源，可再生能源替代量就等于發(fā)電量。對于太陽能光熱系統(tǒng)，需要一定的電輔助加熱；追溯到能源供應(yīng)源頭，替代電或替代氣的結(jié)果也會有所不同。詳見如下算例分析。

 

  １）例１

 

  基準(zhǔn)情景下，規(guī)劃所在地住宅生活熱水主要采用燃?xì)?a href="http://www.cityofbrews.com/t/熱水器.html" >熱水器，燃?xì)?a href="http://www.cityofbrews.com/t/熱水器.html" >熱水器效率８５％。設(shè)基準(zhǔn)情景每戶年生活熱水用熱量為２ １６０ＭＪ；采用太陽能生活熱水器（分散式）后，實(shí)現(xiàn)太陽能保證率６０％，則電輔助加熱量占總耗熱量的４０％，電加熱效率９０％。

 

  太陽能生活熱水器的應(yīng)用，減少原有的耗氣量約２ １６０ＭＪ÷８５％÷３５．１６ＭＪ／ｍ３＝７２．３ｍ３，增加輔助電加熱的耗電量約２ １６０ＭＪ×４０％÷９０％÷３．６ＭＪ／（ｋＷ·ｈ）＝２６７ｋＷ·ｈ，綜合考慮不同能源品位，統(tǒng)一折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，可得可再生能源替代量為：７２．３ｍ３×３５．１６ ＭＪ／ｍ３ × （６６．１％ ÷４５．４％）÷２９．２７ＭＪ／ｋｇ－２６７ｋＷ·ｈ×３．６ＭＪ／（ｋＷ·ｈ）×（１００％÷４５．４％）÷２９．２７ＭＪ／ｋｇ＝５４ｋｇ。

 

  ２）例２

 

  基準(zhǔn)情景下，規(guī)劃所在地住宅生活熱水主要采用電熱水器，其他條件同例１。

 

  太陽能生活熱水器的應(yīng)用，減少原電熱水器的耗電量約６００ｋＷ·ｈ÷９０％＝６６７ｋＷ·ｈ，增加太陽能熱水器電輔助加熱的耗電量約６００ｋＷ·ｈ×４０％÷９０％＝２６７ｋＷ·ｈ，統(tǒng)一折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，可再生能源替代量為：６６７ｋＷ·ｈ×３．６ＭＪ／（ｋＷ·ｈ）× （１００％ ÷４５．４％）÷２９．２７ ＭＪ／ｋｇ－２６７ｋＷ·ｈ×３．６ＭＪ／（ｋＷ·ｈ）×（１００％÷４５．４％）÷２９．２７ＭＪ／ｋｇ＝１０８ｋｇ。

 

  ３）例３

 

  基準(zhǔn)情景下，規(guī)劃所在地采用燃?xì)忮仩t供暖，系統(tǒng)熱效率約９０％；當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)效率轉(zhuǎn)為一次能源為標(biāo)準(zhǔn)煤３２０ｇ／（ｋＷ·ｈ）；某用戶供暖季用熱量約１ ０００ＭＷ·ｈ，若采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)，冬季工況供暖平均ＣＯＰ 約為４。

 

  地埋管地源熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用，減少耗氣量約１ ０００ＭＷ·ｈ×３ ６００ ＭＪ／（ＭＷ·ｈ）÷９０％÷３５．１６ＭＪ／ｍ３＝１１３ ７６５．６ｍ３，取天然氣標(biāo)準(zhǔn)電折算系數(shù)為７．１５６ ｋＷ ·ｈ／ｍ３［４］，等效電量為１１３ ７６５．６ｍ３×７．１５６ｋＷ·ｈ／ｍ３＝８１４ＭＷ·ｈ；增加耗電量約１ ０００ＭＷ·ｈ÷４＝２５０ＭＷ·ｈ；按當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)效率統(tǒng)一折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，可再生能源替代量為：（８１４ ＭＷ·ｈ－２５０ ＭＷ·ｈ）×３２０ｋｇ／（ＭＷ·ｈ）＝１８０．５ｔ。若地埋管地源熱泵系統(tǒng)冬季工況供暖平均ＣＯＰ 提升至５左右，則可再生能源替代量增加為１９６．５ｔ標(biāo)準(zhǔn)煤。

 

  ３．２ 可再生能源利用量

 

  光電、風(fēng)電、生物質(zhì)能的可再生能源利用量即為產(chǎn)電量（規(guī)劃區(qū)域內(nèi)全部消納），太陽能生活熱水系統(tǒng)的可再生能源利用量對應(yīng)用戶消耗的太陽能產(chǎn)熱量。而各類可再生能源熱泵，其可再生能源利用量的計(jì)算方法參考歐盟Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ ｏｎ ｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ ｒｅｎｅｗａｂｌｅｓｏｕｒｃｅｓ（ＣＯＭ／２００８／１９／ｆｉｎａｌ）的相關(guān)規(guī)定：

 

  Ｅｒ＝Ｑｕ（１－ＳＰ１Ｆ）

 

  （２）式中 Ｅｒ?yàn)榭稍偕茉蠢昧浚唬眩鯙?a href="http://www.cityofbrews.com/t/熱泵.html" >熱泵產(chǎn)生的總的可利用熱量，且符合可再生能源替代量為正值時才計(jì)入；ＳＰＦ      為熱泵平均季節(jié)性能系數(shù)。

 

  對于例１及例２，可再生能源利用量為：６００ｋＷ·ｈ×６０％＝３６０ｋＷ·ｈ，即太陽能對生活熱水的有效加熱量；對于例３，可再生能源利用量為：

 

  １ ０００ＭＷｈ×（１－１／４）＝７５０ＭＷ·ｈ，即地埋管地源熱泵從土壤中吸收的熱量。

 

  按上述方法計(jì)算得到的可再生能源利用量僅為初步結(jié)果，最后還需考慮不同能源品位，采用等效電算法統(tǒng)一折算成標(biāo)準(zhǔn)煤量。

 

  ３．３ 可再生能源利用率

 

  單獨(dú)討論可再生能源利用率是沒有意義的，需在可再生能源替代量大于零的前提下來討論?？稍偕茉蠢寐什皇菃我恢笜?biāo)，而是由能源消耗總量和可再生能源利用量構(gòu)成.

 

  ４ 結(jié)論

 

  ４．１ 可再生能源利用評價中，應(yīng)扣除由于可再生能源應(yīng)用引起的常規(guī)能源消耗；應(yīng)區(qū)分利用方式和能源品質(zhì)的差異，即采用等效電換算方法；應(yīng)將可再生能源系統(tǒng)與基準(zhǔn)情景下的常規(guī)能源系統(tǒng)效率進(jìn)行比較，且只有當(dāng)前者綜合效率高于后者時，可再生能源才具備應(yīng)用價值；可再生能源利用量應(yīng)統(tǒng)一折算成源端消耗，以將系統(tǒng)能源效率的差異考慮進(jìn)去；應(yīng)將當(dāng)地大水電、核電、風(fēng)電等的使用量考慮在內(nèi)，從而形成對當(dāng)?shù)卣牡贡茩C(jī)制；自然采光、自然通風(fēng)、被動式太陽房等可再生能源被動式技術(shù)應(yīng)受到重視并納入量化評估。

 

  ４．２ 闡述了可再生能源利用評價的三個關(guān)鍵指標(biāo)及計(jì)算方法?？稍偕茉刺娲渴侵概c基準(zhǔn)情景相比，減少的礦物能源消耗量。對于太陽能光電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源系統(tǒng)形式，替代量就等于發(fā)電量；對于太陽能光熱系統(tǒng)，其替代量等于常規(guī)情景熱水系統(tǒng)的電或燃?xì)庀牧?，扣除太陽能系統(tǒng)輔助電或燃?xì)獾南牧?；對于各?a href="http://www.cityofbrews.com/t/熱泵系統(tǒng).html" >熱泵系統(tǒng)，其替代量等于常規(guī)供熱系統(tǒng)燃料消耗量，扣除熱泵系統(tǒng)耗電量，并統(tǒng)一按當(dāng)年國家公布的電網(wǎng)效率轉(zhuǎn)為一次能源?？稍偕茉蠢昧浚P(guān)乎對當(dāng)前情景能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，與基準(zhǔn)情景無關(guān)：光電、風(fēng)電、生物質(zhì)能的可再生能源利用量即為產(chǎn)電量（規(guī)劃區(qū)域內(nèi)全部消納）；對于熱泵系統(tǒng)，則為冬季工況熱泵產(chǎn)生的總的可利用熱量。可再生能源利用率為可再生能源利用量與能源消耗總量的比值，且需在可再生能源替代量大于零的前提下討論。

 

  統(tǒng)一可再生能源利用評價方法，明確替代量、利用量等絕對值算法，可實(shí)現(xiàn)建筑、新區(qū)、城市、國家等不同層面可再生能源利用評價的縱向銜接；明確利用率等相對值的統(tǒng)一評價方法，可實(shí)現(xiàn)同類建筑之間、同類新區(qū)之間、同類城市之間等不同對象的橫向比較。