1 引言

 

  在當前能源供應(yīng)緊張、環(huán)保壓力加大等發(fā)展趨勢下，在城市發(fā)展中加大對可再生能源和新能源的開發(fā)利用具有顯著的意義，是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。在政策上，可再生能源利用是實現(xiàn)“節(jié)能減排”、建立“低碳社會”、應(yīng)對氣候外交的有效途徑；在技術(shù)上，可再生能源負荷分布式能源（Distributed Power）的發(fā)展趨勢；在經(jīng)濟上，有助抵御能源產(chǎn)品市場風(fēng)險對地方經(jīng)濟的沖擊；在社會效益上，可再生能源開發(fā)往往是支持農(nóng)村及貧困地區(qū)發(fā)展的重要內(nèi)容。

 

  有研究表明，隨著相關(guān)技術(shù)的進步，未來 10～20 年內(nèi)可再生能源利用的成本和效益將具有極強的競爭力，并成為人類社會能源供給的常規(guī)措施。作為規(guī)劃從業(yè)人員，應(yīng)從專業(yè)領(lǐng)域的前瞻性著手，進一步研討、促進和推廣可再生能源利用規(guī)劃的實踐。

 

  但另一方面，雖然近年來已有許多規(guī)劃項目開始重視和提倡利用可再生能源，但大多停留在理念與概念階段，操作性不強。在城市或區(qū)域規(guī)劃中的實施性規(guī)劃基本處于空白。本文以《北京延慶可再生能源開發(fā)與利用規(guī)劃》專項規(guī)劃為案例，探討了相關(guān)規(guī)劃的編制技術(shù)方法，介紹了如何從資源評估、設(shè)施布局及系統(tǒng)管理三個方面著手，編制具有實施性的可再生能源利用規(guī)劃，為今后進一步加強和深化城市可再生能源利用規(guī)劃工作做出初步探索。

 

  2 可再生能源利用專項規(guī)劃解讀

 

  2.1 定位與目的

 

  專項規(guī)劃是城鄉(xiāng)規(guī)劃體系中的重要組成部分，雖屬非法定規(guī)劃，但現(xiàn)實中卻是地方規(guī)劃管理部門的主要工作依據(jù)和技術(shù)支撐。專項規(guī)劃側(cè)重從體系的角度縱向研究相關(guān)要素的特點，分析問題、進行評價，進行自上而下的全面布局，并提出可行的規(guī)劃實施策略[1]。

 

  因此，可再生能源利用專項規(guī)劃應(yīng)定位在總體規(guī)劃指導(dǎo)下，對城市發(fā)展中的能源利用問題、尤其是可再生能源的利用進行系統(tǒng)研究、科學(xué)評價和合理規(guī)劃。對總體規(guī)劃中提出的節(jié)能減排等規(guī)劃目標進行論證，對規(guī)劃內(nèi)容進行延伸、細化和落實。結(jié)合理論、技術(shù)與工程的創(chuàng)新，探索城市低碳發(fā)展路徑。

 

  另一方面，考慮到專項規(guī)劃的定位，可再生能源利用專項規(guī)劃除體現(xiàn)對規(guī)劃體系的支撐功能外，編制的核心還應(yīng)強調(diào)建立在“實施導(dǎo)向型”的思路上，突出具體執(zhí)行項目，將規(guī)劃的可實施性、落實機制與規(guī)劃方案本身等同考慮，才能較好的發(fā)揮專項指導(dǎo)的作用。

 

  2.2 規(guī)劃技術(shù)流程

 

  可再生能源的規(guī)模化利用屬于新興的技術(shù)領(lǐng)域，通過對現(xiàn)行相關(guān)規(guī)劃技術(shù)標準、規(guī)范進行匯總后不難看出，目前我國主要以行業(yè)指導(dǎo)性文件為主，尚未在此領(lǐng)域頒布對應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)文件。可再生能源利用專項規(guī)劃的技術(shù)流程和方案構(gòu)成模式尚處于探索階段，缺乏專門的編制辦法來規(guī)范和指導(dǎo)。

 

  在總結(jié)相關(guān)領(lǐng)域規(guī)劃案例后，本文提出了一套可再生能源利用專項規(guī)劃的技術(shù)路線供參考和討論（圖1），其實施技術(shù)路線由規(guī)劃流程和規(guī)劃內(nèi)容與工具兩方面共同構(gòu)成。規(guī)劃流程主要在資源評估的基礎(chǔ)上進行負荷分析及設(shè)施規(guī)劃，通過可再生能源開發(fā)的系統(tǒng)管理與情景分析實現(xiàn)合理利用。各階段均有相應(yīng)的規(guī)劃編制內(nèi)容和技術(shù)方法對其進行支撐。在實際工作中，以下幾點需要重點考慮。

 

  （1）對資源儲量條件要仔細區(qū)別。可再生能源的資源儲量是整個利用規(guī)劃的基礎(chǔ)，一般而言、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等主要的可再生能源往往具有儲量大、密度低、利用困難的特點，也是其規(guī)模化利用難以開展的重要原因。因此可將其儲量細分為理論儲量、（技術(shù)）可獲得量、（經(jīng)濟）可開發(fā)量，分別對應(yīng)不同技術(shù)經(jīng)濟水平下的實際資源可利用量和程度（圖2），提高規(guī)劃的科學(xué)性和可實施性。

 

  （2）多情景分析在規(guī)劃中的應(yīng)用。由于當前技術(shù)經(jīng)濟水平不斷發(fā)展，因此可再生能源的利用方式和可開發(fā)量也在不斷變化，因以理論儲量為依據(jù)，通過采取不同的技術(shù)措施和成本投入形成不同的利用情景，對多個開發(fā)利用情景進行比較和選擇，最終得出較為合理的可再生能源利用方案。

 

  各利用情景中將主要考慮不同可再生能源來源的組合、各類能源的資源量、生產(chǎn)率、經(jīng)濟性和項目實施的不確定性等要素（圖3），并采取相應(yīng)的評估方法進行研究。

 

  （3）關(guān)注可再生能源利用的負面影響。可再生能源雖然是一種低碳環(huán)保的資源，但由于技術(shù)手段的限制，當前其利用方式并非完全清潔，同樣會產(chǎn)生一定的環(huán)境影響（表1）。因此，在專項規(guī)劃中還應(yīng)對相應(yīng)的影響進行評估，提出具體措施進行影響削減。

 

  2.3 儲量評估方法

 

  太陽能資源的儲量評估方法主要源于氣象觀測和地表輻射數(shù)據(jù)。以光伏利用為例，應(yīng)掌握至少近30年的日照情況（日照時數(shù)、地表輻射），通過長期氣象觀測和地表輻射，計算出地表總輻射密度和可轉(zhuǎn)化為電能的比率，最終核算出區(qū)域內(nèi)的太陽能資源量。而其可獲得量主要取決于可用于建設(shè)光伏電場的土地規(guī)模，應(yīng)通過地理信息系統(tǒng)，選取氣候資源豐富、同時土地條件難以作為常規(guī)耕作和建設(shè)的地區(qū)，核算其規(guī)模，最終獲得該地區(qū)太陽能資源開發(fā)的可獲得量。

 

  風(fēng)能資源的儲量評估方法也主要源于對氣象觀測數(shù)據(jù)的分析。對長期氣象觀測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計核算（圖4），利用Weibull 風(fēng)能公式計算出區(qū)域風(fēng)能資源的總量，在地理信息系統(tǒng)中對其進行插值作圖，結(jié)合可建設(shè)風(fēng)電場的用地分布，最終得到該地區(qū)風(fēng)能資源開發(fā)的可獲得量。

 

  生物質(zhì)能資源的儲量評估方法主要來源于農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料，從原料類型、產(chǎn)量及各類轉(zhuǎn)換系數(shù)、收集利用系數(shù)出發(fā)，測算區(qū)域生物質(zhì)能資源數(shù)量和分布。其可獲得量取決于規(guī)?；迷O(shè)施的收集半徑和收集系數(shù)。

 

  地?zé)崮苜Y源的儲量評估方法主要采用大地?zé)崃髁?/a>法和熱儲法進行核算。

 

  2.4 設(shè)施布局方法

 

  可再生能源規(guī)劃中除對資源進行核算外，還應(yīng)對設(shè)施利用進行布置。主要的利用類型為離網(wǎng)式（分布式）和并網(wǎng)式兩類。一般而言，兩類設(shè)施在布局時都應(yīng)考慮資源條件、交通條件、地形地質(zhì)、各類建設(shè)制約因素等條件，同時離網(wǎng)式設(shè)施布局應(yīng)靠近負荷中心，而并網(wǎng)式設(shè)施則應(yīng)選擇并網(wǎng)條件較好的地區(qū)。

 

  2.5 投入產(chǎn)出分析

 

  可再生能源作為新興的能源利用方式，現(xiàn)階段其成本和投入產(chǎn)出相對較高，綜合國內(nèi)外的研究和實踐，對此類建設(shè)項目實施補貼、配額等財政激勵手段是十分關(guān)鍵的。因此在可再生能源利用專項規(guī)劃中，還有通過收益率等指標，對不同的激勵機制進行測算，尋找最優(yōu)方案。其中尤其需要考慮使用煤炭、石油等替代能源的環(huán)境和經(jīng)濟成本。

 

  3 案例：延慶可再生能源開發(fā)與利用規(guī)劃

 

  延慶縣地處京西北，新城距中心城區(qū)約74 km，縣域面積1994 km2，其中山區(qū)面積超過70%（圖5 圖）。

 

  依據(jù)北京“兩軸－兩帶－多中心”的都市空間發(fā)展結(jié)構(gòu)，延慶位于“西部發(fā)展帶”內(nèi)，是首都重要的生態(tài)屏障與涵養(yǎng)區(qū)、水源保護區(qū)及未來發(fā)展腹地。

 

  延慶總?cè)丝诩s 28 萬，主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)為農(nóng)業(yè)及農(nóng)產(chǎn)品加工，是首都農(nóng)副產(chǎn)品供應(yīng)基地。延慶于2000 年被評為國家級生態(tài)示范縣，現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在全市名列前茅。與此同時，延慶還具有一定的自然資源條件：

 

  地形地勢獨特、海拔較高、太陽輻射強、晝夜溫差大，擁有豐富的太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)?/a>等資源（圖6）。上述基礎(chǔ)使得延慶在可再生能源的開發(fā)上具有突出優(yōu)勢，并于2006 年被確定為北京新能源和可再生能源示范縣。

 

  3.1 資源評估

 

  通過計算，延慶全縣的可再生能源資源情況為：

 

  太陽能，全縣日照時數(shù) 2500 h，平均太陽總輻射量5000 MJ/m2，單位面積太陽能理論發(fā)電量為166kWh/m2（圖7）?？赡艿淖畲?a href="http://www.cityofbrews.com/t/發(fā)電.html" >發(fā)電總量為每年118 億kWh，約合145 萬tcoe（噸標準煤）。

 

  風(fēng)能：全縣平均風(fēng)速3 m/s，平均最大風(fēng)速15 m/s，有效風(fēng)年小時數(shù)2000 h，風(fēng)功率密度在30～10 W/m2之間，平均風(fēng)功率密度20 W/m2（圖8）?？赡艿淖畲?a href="http://www.cityofbrews.com/t/發(fā)電.html" >發(fā)電總量為每年864 億kWh，約合1062 萬tcoe。

 

  生物質(zhì)能：延慶生物質(zhì)能儲量為13 萬tcoe，可獲得量為7.8 萬tcoe，可獲得量中秸稈可燃氣占比53%、沼氣占比45%、林木可燃氣占比3%（圖9）。

 

  3.2 利用規(guī)劃

 

  延慶 2008 年社會能耗總量為44.6 萬tcoe，2020 年全縣電力用電量為15.6 億kWh，全縣社會能源消耗總量約為160 萬tcoe，可發(fā)現(xiàn)延慶可再生能源的儲量是十分巨大的，從資源儲備上來說可以支撐2010 年末全縣可再生能源利用率達到20%的目標[2]。

 

  不同情景分析表明，可再生能源實際利用可占全縣社會總能耗的 3%～11%，達2～8 萬tcoe/a，溫室氣體減排量可達8～16 萬t CO2/a。見圖10、圖11。

 

  3.3 實施建議

 

  從資源本底和技術(shù)經(jīng)濟角度綜合評估，延慶可再生能源下一步發(fā)展的優(yōu)勢方向在于生物質(zhì)能和太陽能的開發(fā)利用。生物質(zhì)能具有開發(fā)基礎(chǔ)好、設(shè)施建設(shè)成本相對較低等優(yōu)勢，符合新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展方向，雖然資源總量比風(fēng)能和太陽能要小，但可利用水平較高，是近期優(yōu)先考慮建設(shè)的方向。

 

  太陽能和風(fēng)能資源理論儲量雖較大，但開發(fā)利用要求較高，需進一步對局部地區(qū)進行評估。目前太陽能在光熱直接利用方面已有較好的基礎(chǔ)，光電主要受限于設(shè)備和管理維護的成本，規(guī)?；弥饕蕾噰彝度牒褪痉督ㄔO(shè)。風(fēng)能在全縣整體來看并不具有非常明顯的開發(fā)優(yōu)勢，但在局部地區(qū)，可考慮地形條件選擇性地進行風(fēng)電場資源評估和建設(shè)。