能源規(guī)劃

低碳時(shí)代的中國(guó)城市能源規(guī)劃

  1 低碳發(fā)展要求世界中國(guó)一次能源構(gòu)成重大轉(zhuǎn)型
 
  氣候變化已成為世界各國(guó)面臨的最緊迫問(wèn)題之一。2009 年12 月的哥本哈根會(huì)議以世界192 個(gè)國(guó)家的聲音,肯定了會(huì)議前夕國(guó)際能源署( IEA) 提出的“450 情景方案”的3 個(gè)具體目標(biāo)中的2 個(gè),即全球平均氣溫不應(yīng)比工業(yè)化開(kāi)始前高出2 ℃,這要求全球排放量減,到1990 年( 209 億tCO2當(dāng)量) 的50%。為此發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)當(dāng)減少至少80% 的溫室氣體排放量,發(fā)展中國(guó)家的溫室氣體排放量應(yīng)當(dāng)比“通常情況下”低15% ~ 30%。至于第3 個(gè)目標(biāo),即碳排放的峰值年和減排到1990 年排放量的50% 的時(shí)限,以及發(fā)達(dá)國(guó)家以資金和技術(shù)支持發(fā)展中國(guó)家減排的具體安排,留待2010 年年末的墨西哥會(huì)議解決。能耗、一次能源構(gòu)成和應(yīng)用碳捕獲和封存( Carbon Capture and Sequestation,CCS) 技術(shù)三者與CO2排放之間的制約關(guān)系,并推算出了在上述減排目標(biāo)和進(jìn)程下世界能耗和一次能源構(gòu)成變化的走勢(shì)。
 
  未來(lái)的10 ~ 20 年,即2020 ~ 2025 年,將是世界一次能源構(gòu)成的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。可再生能源與石油( 曲線Ⅰ和Ⅳ) 在一次能源構(gòu)成中的排位互換;而煤和天然氣( 曲線Ⅱ和Ⅲ) 的走勢(shì)高低將取決于煤的CCS技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與非常規(guī)天然氣開(kāi)采成本和規(guī)模兩者之間的博弈。圖1 中最右端的能源構(gòu)成是在IEA提出的2050 年總能耗約225 億tce / a 的情況之下,可再生能源天然氣、煤和石油4 種能源的構(gòu)成比與目前剛好逆轉(zhuǎn),且大部分的煤通過(guò)CCS 利用,對(duì)應(yīng)的CO2排放量能夠控制在108 億t / a 的情景。至于2010 年年末的墨西哥坎昆會(huì)議中對(duì)長(zhǎng)期目標(biāo)時(shí)間點(diǎn)的共識(shí)是否是2050 年,還是推遲到2060 年,并不會(huì)改變圖中各曲線變化的趨勢(shì),只不過(guò)各條曲線的斜率變化都將放緩而已。
 
  在目前世界能源轉(zhuǎn)型低碳發(fā)展的格局中,中國(guó)處于最特殊的地位。這是由下列幾個(gè)因素決定的:中國(guó)是世界人口第一大國(guó),由于煤的消耗占一次能源近的70% ,CO2排放不僅總量最多,人均也已超過(guò)世界平均值,但是人均GDP 還很低,屬于發(fā)展中國(guó)家。這決定了中國(guó)繼續(xù)完成工業(yè)化和城鎮(zhèn)化只能走低碳發(fā)展之路。未來(lái)10 ~ 20 年中國(guó)的總能耗還會(huì)增加,CO2排放也將經(jīng)歷一個(gè)先增再減的過(guò)程,2 個(gè)峰值年都可能出現(xiàn)在20232030 年之間。但在達(dá)到峰值年之后,中國(guó)的碳減排將與世界同行.
 
  核能可再生能源以5% 的年率持續(xù)增長(zhǎng),10 年后中國(guó)非常豐富的非常規(guī)天然氣資源得以大規(guī)模開(kāi)發(fā),煤的CCS 利用比例2020 年以后的30 年間從10% 提高到60% ,石油因資源的有限性和CCS 利用的規(guī)模限制將在2020 年左右達(dá)到峰值后逐步減少。
 
  2 城市一次能源到終端利用( 工業(yè)、商住和交通) 的新格局
 
  2. 1 低碳時(shí)代一次能源在城市用能中的格局
 
  低碳發(fā)展要求世界和中國(guó)的一次能源消費(fèi)格局在30 ~ 40 年間完成如圖1 所示的重大轉(zhuǎn)型。煤最終必須在捕獲和封存CO2的條件下( CCS) 才能利用;由于CCS 技術(shù)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模所限,使它必然退出城市終端用能市場(chǎng),轉(zhuǎn)向發(fā)電和煤氣化多聯(lián)產(chǎn)為主( 后者即是帶冷熱電聯(lián)供的現(xiàn)代煤化工Multi-Producted Coal Chemistry /Combined Cold,Heat andPower,MCC /CCHP) ,部分用于制水泥和煉鐵( 煤或合成氣直接還原煉鐵將替代傳統(tǒng)的焦炭/ 高爐)。
 
  可再生能源將大部分用于電力生產(chǎn),部分直接用于低品位、低能量密度的建筑用能和化工原料。天然氣超過(guò)石油成為主要的工業(yè)和民用燃料。
 
  2. 2 未來(lái)10 ~ 20 年城市能源需求的挑戰(zhàn)按照表1 的估算,中國(guó)的總能耗/ 人均能耗將分別由2005 年的22. 2 億tce / 人和1. 7 tce / ( 人·a) 增加到2020 年的41 億tce / 人和2. 93 tce / ( 人·a)。
 
  顯然在這個(gè)完成工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的歷史時(shí)期內(nèi),增加的能耗主要是在城市工業(yè)、建筑和交通3 大領(lǐng)域。
 
  由天津市供熱辦的數(shù)據(jù)可知,該市集中供熱負(fù)荷將由目前的200 萬(wàn)m2 增加到2013 年的2 400 萬(wàn)m2和2020 年的5 500 萬(wàn)m2。由國(guó)家發(fā)改委能源所的數(shù)據(jù)可知,珠三角城市建筑面積在2030 年將達(dá)到160 億m2 ,接近目前的4 倍。目前廣東空調(diào)耗電已占電網(wǎng)夏季高峰負(fù)荷的50% ,如此大幅度增長(zhǎng)的供能需求增長(zhǎng),按照現(xiàn)在的利用模式和能效,是不可承受的。
 
  2. 3 CHP 和DES /CCHP 在能源終端利用中的地位
 
  至少在21 世紀(jì)中葉之前,氣候變化所要求的能源轉(zhuǎn)型還容許使用一半的化石能源。迄今為止,在中國(guó)占總能耗80% ~ 85% 的工業(yè)和商住建筑能耗中,大部分都是低品位的熱能。例如,占中國(guó)能耗近40% 的過(guò)程工業(yè),終端能耗熱/ 電比在5 以上,大部分在400 ℃以下;建筑能耗的80% 的溫位與環(huán)境溫度只差10 ~ 30 ℃。按照熱力學(xué)第二定律,化石能源化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電力的效率不可能為100% ,必定有一部分以較低溫位的熱量的形式傳遞到環(huán)境。熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP) 正是運(yùn)用這個(gè)規(guī)律,同時(shí)產(chǎn)電和熱,提高了能源轉(zhuǎn)換效率。但是傳統(tǒng)CHP 的熱電比取決于特定的技術(shù),不能適應(yīng)各種終端用戶(hù)變化的需求。
 
  發(fā)達(dá)國(guó)家近30 年來(lái)建筑物能效大大提高,一是圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能有所改進(jìn),二是采用分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)( Distributed Energy System /Combined Cold,Heat and Power,DES /CCHP) 集成各種熱機(jī)、熱泵、吸收制冷可再生能源技術(shù),實(shí)現(xiàn)化石能源“吃干榨凈”的高效利用。前者使住宅單位面積能耗逐年降低,僅為中國(guó)的50% ,后者使公共建筑一次能源的終端利用效率提高到70% 以上??梢哉f(shuō),只要人類(lèi)還使用化石能源生物質(zhì)能,CHP 和DES /CCHP就是科學(xué)用能的必由之路,永遠(yuǎn)不會(huì)過(guò)時(shí)。發(fā)達(dá)國(guó)家正在繼續(xù)和加深研究這些措施,并成為他們完成減排指標(biāo)的重要途徑。丹麥全國(guó)DES /CCHP 產(chǎn)生的電力已經(jīng)超過(guò)50% ,美國(guó)2000 年已定下2020 年達(dá)到29% 的目標(biāo),而中國(guó)CHP 裝機(jī)雖占10% ,產(chǎn)電量則遠(yuǎn)低于此,發(fā)展空間還很大。
 
  2. 4 終端用能模式的轉(zhuǎn)型和效率提高的途徑
 
  按照國(guó)際市場(chǎng)天然氣的價(jià)格,中國(guó)城市終端用天然氣和煤的等熱值比價(jià)約為2. 5 ~ 3 倍。簡(jiǎn)單地用天然氣替代煤用于城市供暖和工業(yè)鍋爐,單位面積供暖費(fèi)用和蒸汽價(jià)格都將至少增加1 倍。這是居民和工業(yè)企業(yè)都無(wú)法承受的。同時(shí),這也使天然氣下游市場(chǎng)難以按照市場(chǎng)機(jī)制進(jìn)行開(kāi)拓。另一方面,按照這種傳統(tǒng)模式以氣代煤,能效提高有限,CO2減排也只有40% ~ 50% ,不能適應(yīng)中國(guó)節(jié)能減排的目標(biāo)要求。這是擺在當(dāng)前中國(guó)城市用能面前的一道難題。
 
  與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,中國(guó)的國(guó)情特點(diǎn)如下:一是城鎮(zhèn)化要求繼續(xù)新建大量新城鎮(zhèn)和住區(qū);二是城市工業(yè)區(qū)、商業(yè)中心和居住區(qū)的布局及模式與西方國(guó)家大不相同。這就使得中國(guó)能夠、而且必須在借鑒西方國(guó)家DES /CCHP 經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的基礎(chǔ)上,依照具體國(guó)情,自主創(chuàng)新,創(chuàng)立中國(guó)自己的城市終端用能模式和DES 系統(tǒng)。在政府主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)體制下實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展:伴隨工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)展,使多數(shù)工業(yè)園區(qū)80% 的供暖、空調(diào)、熱水能耗和占14% 的用電能耗可以盡可能地用天然氣DES /CCHP 加可再生能源集約化高效聯(lián)供,不足部分由電網(wǎng)提供。
 
  迄今為止,絕大部分交通能源依賴(lài)石油產(chǎn)品的局面將隨著科技的加速進(jìn)步而根本改變。占中國(guó)柴油耗量近半的中、重型卡車(chē)、部分公交車(chē)將改用高效、廉價(jià)、低排放的LNG;智能電網(wǎng)所推進(jìn)的插電式汽車(chē)將替代大部分小型轎車(chē)的燃油;第二代生物燃油將提供大部分航空燃料;非糧乙醇和煤基二甲醚將取代部分仍作為車(chē)用燃料的汽、柴油;太陽(yáng)能制氫氣/燃料電池車(chē)也將在20 年后實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。上述交通替代能源科技以及高鐵、城市公共交通的發(fā)展所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、能效和CO2排放方面的優(yōu)勢(shì),必將在今后20 ~ 40 年替代絕大部分汽、柴油。這樣就可以使耗量逐漸減少的石油與帶CCS 的煤氣化和生物質(zhì)多聯(lián)產(chǎn)一道,主要用于有機(jī)化工原料。
 
  3 新格局下城市能源供應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和監(jiān)管機(jī)制
 
  3. 1 發(fā)電供熱、制冷能源轉(zhuǎn)換聯(lián)產(chǎn)———終端供應(yīng)組合呼喚集成創(chuàng)新
 
  必須指出的是,CCHP 決不是反對(duì)者簡(jiǎn)單理解的0. 2 MPa 抽汽加熱120 ℃ 熱水供暖,蒸汽吸收制冷供7 /12 ℃冷凍水這樣概念化的組合。它是基于科學(xué)用能,即“高熱高用、低熱低用,溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的思想,嚴(yán)格按照熱力學(xué)第二定律和經(jīng)濟(jì)學(xué)理論,采用系統(tǒng)工程方法,在對(duì)各種冷熱電用戶(hù)8650 h / a 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)、分析的基礎(chǔ)上,采用各種燃?xì)庾鞴?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/發(fā)電技術(shù).html" >發(fā)電技術(shù)、各種制冷技術(shù)、熱泵技術(shù)、再生能源利用技術(shù),以及強(qiáng)化傳熱技術(shù),集成建模和優(yōu)化求解而得到的,在經(jīng)濟(jì)效益、能效、CO2減排3 個(gè)方面都比較好的組合方案,是現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)與各種能源轉(zhuǎn)換、傳遞科學(xué)和技術(shù)的集成。某些CCHP 項(xiàng)目效果不顯著,是源于過(guò)于簡(jiǎn)單化的理解和主觀的組合所致。
 
  目前許多北方大城市迫于環(huán)境和CO2減排壓力,正在大規(guī)模淘汰燃煤的CHP 供暖工業(yè)供熱機(jī)組;有些城市正在走大規(guī)模地源或海水源熱泵路線;因地質(zhì)條件有限或沒(méi)有打井位置的中心區(qū),只能以天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為基礎(chǔ),尋找其它的熱泵熱源。
 
  由此,一批中國(guó)特色的天然氣CCHP 創(chuàng)新系統(tǒng)將脫穎而出。除此之外,需要考慮的問(wèn)題是非供暖期怎么辦? 如何開(kāi)發(fā)常年的生活熱水供應(yīng)市場(chǎng)? 如何開(kāi)拓公共建筑夏季供冷的用戶(hù)? 對(duì)于中國(guó)南、北方的不同城市,情況大不相同。如果說(shuō)燃煤CHP 供熱機(jī)組還常常虧損的話(huà),以比煤貴2 ~ 3 倍的天然氣為熱源按常規(guī)CHP 供暖,沒(méi)有集成技術(shù)的突破和機(jī)制的創(chuàng)新,經(jīng)濟(jì)上是完全不可行的。
 
  此外,隨寒流來(lái)去供暖期熱負(fù)荷也有成倍的波動(dòng),同時(shí)熱負(fù)荷隨城區(qū)建設(shè)的逐步擴(kuò)大而增長(zhǎng)。這就要求系統(tǒng)必須有一定的柔性和前瞻性,不僅可以適應(yīng)四季、晝夜等氣候條件的變化,也應(yīng)考慮到能源價(jià)格等市場(chǎng)條件的變化和園區(qū)規(guī)模的擴(kuò)展,甚至新的成熟技術(shù)的應(yīng)用。幾十個(gè)工程規(guī)劃的經(jīng)驗(yàn)表明,由于氣候條件、負(fù)荷的時(shí)間變化和空間分布、附近可用的余熱和再生能源的情況有所不同,每一個(gè)項(xiàng)目的規(guī)劃方案都是不一樣的。例如,一個(gè)項(xiàng)目采用35℃左右的汽輪機(jī)冷凝潛熱循環(huán)冷卻水,在能源站內(nèi)用不同的廢熱或低溫余熱加熱到45 ~ 50 ℃,連續(xù)輸送到分散在用戶(hù)負(fù)荷中心的熱水站儲(chǔ)罐,再根據(jù)實(shí)際情況,分別采用當(dāng)?shù)乜捎玫摹⒆畋阋说姆绞?,將其加熱?5 ℃左右,供隨時(shí)使用。這些方式主要包括熱水型蒸汽吸收制冷,即梯級(jí)利用70 ℃左右的溫排水、蒸汽吸收熱泵、電壓縮熱泵、太陽(yáng)能集熱器、小( 微) 型CCHP 的余熱等。包括管網(wǎng)、儲(chǔ)罐等投資折舊在內(nèi),熱水成本只是天然氣家用熱水器成本的一半。
 
  工業(yè)的CCHP 項(xiàng)目還必須建立在采用能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)規(guī)劃和改進(jìn)能源利用的總體方案的基礎(chǔ)上。一個(gè)過(guò)程工業(yè)企業(yè),首先必須優(yōu)化工藝和總流程,降低工藝總用能,然后再采用換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化匹配、低溫熱系統(tǒng)優(yōu)化利用、余熱升級(jí)利用等技術(shù)提高能量回收循環(huán)利用率。這樣,需要通過(guò)CHP 或CCHP 由一次能源轉(zhuǎn)換的冷、熱、電負(fù)荷將會(huì)大大減少。國(guó)務(wù)院把能量系統(tǒng)優(yōu)化列為“十一五”國(guó)家重大節(jié)能工程的真正意義就在于此。
 
  3. 2 中國(guó)城市規(guī)模化能源集成供應(yīng)系統(tǒng)的類(lèi)型中國(guó)地域廣闊,各城市的氣候和產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)千差萬(wàn)別,DES /CCHP 大致可有下列幾種類(lèi)型。
 
  1) 北方集中供暖為主型。如3. 1 節(jié)所述,首先必須滿(mǎn)足大部分城市居民冬季供暖的需求。進(jìn)而考慮非供暖期如何開(kāi)拓冷用戶(hù)和熱水用戶(hù),延長(zhǎng)機(jī)組設(shè)備利用時(shí)間和提高天然氣轉(zhuǎn)換效率; 如何將地、水、工業(yè)廢熱等各種低溫熱源和可再生能源相結(jié)合來(lái)適應(yīng)四季不同的供能服務(wù)。
 
  2) 南方區(qū)域供冷為主型。以滿(mǎn)足城市商業(yè)、行政中心區(qū)公共建筑集中供冷需求為主,規(guī)劃天然氣能源轉(zhuǎn)換機(jī)組的規(guī)模和類(lèi)型;同時(shí)向附近住區(qū)居民提供生活熱水,以充分利用能源轉(zhuǎn)換價(jià)值鏈末端的極低品位余熱,提高能源利用效率。
 
  3) 大型過(guò)程工業(yè)( 園區(qū))。過(guò)程工業(yè)多以熱加工為主,不論南、北方,主要熱用戶(hù)是工業(yè)用蒸汽,規(guī)模從數(shù)十t / h 到數(shù)百t / h 不等,而且多半是24 h 連續(xù)用汽。這類(lèi)項(xiàng)目可采用2 ~ 3 臺(tái)6B 級(jí)或9E 級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)+ 余熱鍋爐為基本配置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為基礎(chǔ),配以抽凝和背壓式汽輪機(jī)組,能夠使能源轉(zhuǎn)換效率達(dá)到70% 以上。
 
  4) 大型聯(lián)合循環(huán)調(diào)峰機(jī)組———離散制造業(yè)園區(qū)。本文4 節(jié)中給出了具體實(shí)例。
 
  5) 現(xiàn)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)工業(yè)園區(qū)。有2 種基本類(lèi)型,過(guò)程工業(yè)園區(qū)的負(fù)荷以蒸汽為主,用量從數(shù)十t / h到數(shù)百t / h 不等;離散制造業(yè)園區(qū)以耗電和空調(diào)制冷負(fù)荷為主。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)工業(yè)園區(qū)的特點(diǎn)也是商業(yè)建筑、住區(qū)與工業(yè)園區(qū)毗鄰或交錯(cuò),聯(lián)供蒸汽、熱、冷的負(fù)荷有利于提高能源轉(zhuǎn)換和終端供應(yīng)效率。
 
  6) 大城市規(guī)劃新區(qū)。布局規(guī)劃有2 種不同類(lèi)型:一是整個(gè)城市統(tǒng)籌布局,大工業(yè)區(qū)、住區(qū)和CBD各自集中,相互隔離,三類(lèi)區(qū)域供能需求不同,較難實(shí)現(xiàn)集成聯(lián)供;另一種是分多個(gè)區(qū)塊或中心城區(qū)加衛(wèi)星城區(qū)( 副中心區(qū)) 規(guī)劃布局,在每個(gè)區(qū)塊內(nèi)規(guī)劃工業(yè)區(qū)、住區(qū)和CBD,這樣的功能區(qū)較小、相互之間的距離近,有可能集成聯(lián)供。
 
  7) 新規(guī)劃的中小城鎮(zhèn)。在幾km2 范圍內(nèi),根據(jù)氣候條件和自身負(fù)荷特點(diǎn),可規(guī)劃1 個(gè)或幾個(gè)集約化的冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)。
 
  8) 獨(dú)立的公共建筑群。南方現(xiàn)有城市中心沒(méi)有條件規(guī)劃大型DES,但可以規(guī)劃公共建筑群小型DES /CCHP,如醫(yī)院、學(xué)校、機(jī)關(guān)或密集的酒店和商廈集群。其特點(diǎn)是同時(shí)有空調(diào)冷水和熱水需求,負(fù)荷在1 ~ 5 MW 左右。
 
  9)現(xiàn)有分散電源點(diǎn)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的改造。以廣東為例,已建的30 多臺(tái)9E 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)都是純凝的。按照附近城鎮(zhèn)各類(lèi)冷、熱、蒸汽的具體需求負(fù)荷,可部分改造為抽凝和背壓機(jī),可以大大提高能源效率和運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)效益。
 
  3. 3 城市能源供應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和監(jiān)管機(jī)制上述各種類(lèi)型能源供應(yīng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單描述已經(jīng)勾畫(huà)了出一個(gè)新的高科技服務(wù)行業(yè)的雛形。這不是一個(gè)孤立的行業(yè),而是同城區(qū)工業(yè)、商住、交通規(guī)劃和布局密切交織在一起的。因此其發(fā)展有自己的規(guī)律性要求。
 
  1) 必須由政府牽頭,在城市發(fā)展總體規(guī)劃格局下,統(tǒng)一規(guī)劃、布局,否則完全無(wú)法建設(shè)。
 
  2) 能源供應(yīng)服務(wù)屬于公用事業(yè),牽涉千家萬(wàn)戶(hù)民生,但又不是要害部門(mén),無(wú)需由政府包辦或國(guó)有企業(yè)壟斷。OECD 國(guó)家30 年的經(jīng)驗(yàn)表明,由電力、燃?xì)夂湍茉捶?wù)等利益相關(guān)方按照市場(chǎng)機(jī)制組合且允許包括多種所有制的股份公司作為投資建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的主體,有利于平衡各方利益、抵御各種風(fēng)險(xiǎn)。
 
  3) 政府在統(tǒng)一規(guī)劃下,主持投資建設(shè)的項(xiàng)目業(yè)主招標(biāo),適當(dāng)給以融資支持、稅收優(yōu)惠,提供良好的投資運(yùn)營(yíng)和技術(shù)、設(shè)備等各方面的支持是十分必要的。
 
  4)能源供應(yīng)服務(wù)公司在一個(gè)區(qū)域內(nèi)具有市場(chǎng)
 
  的獨(dú)占性。因此各種能源供應(yīng)服務(wù)價(jià)格需由政府部門(mén)監(jiān)管,必要時(shí)應(yīng)舉行公眾聽(tīng)證會(huì),平衡各方利益。
 
  目前一些地方的一些企業(yè)以“搶灘登陸”的心態(tài),期望從地方政府手中獲取區(qū)域排他性燃?xì)馓卦S經(jīng)營(yíng)權(quán),從而獲得地區(qū)能源供應(yīng)的壟斷經(jīng)營(yíng)權(quán)和定價(jià)權(quán),以獲取超額的利潤(rùn)。這不僅會(huì)侵害用戶(hù)的利益,而且也給能源供應(yīng)服務(wù)行業(yè)的健康發(fā)展帶來(lái)了負(fù)面的影響。必須意識(shí)到,城市能源供應(yīng)服務(wù)企業(yè)屬于帶有公益性質(zhì)的、長(zhǎng)期穩(wěn)定、低風(fēng)險(xiǎn)、低收益的行業(yè)。政府的支持、優(yōu)惠和監(jiān)管是保障其公益性,維護(hù)廣大用戶(hù)利益、促進(jìn)行業(yè)發(fā)展、擴(kuò)大就業(yè)、社會(huì)穩(wěn)定的基石。企業(yè)片面追求利潤(rùn)、不盡社會(huì)責(zé)任,或政府方支持和監(jiān)管缺位,都是不能容許的。
 
  4 新格局下城市能源規(guī)劃如何制定
 
  低碳經(jīng)濟(jì)是前所未有的新事物,新能源格局下的城市第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)如何規(guī)劃也是一個(gè)嶄新的課題。從時(shí)間和空間兩方面來(lái)分析,都需要拓展視野、高屋建瓴,要求在工作方法和機(jī)制上有所創(chuàng)新。
 
  1) 經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)和約束條件
 
  今后10 ~ 20 年,國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)和生態(tài)、CO2減排等約束條件都已基本確定。在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下,一個(gè)城市的發(fā)展規(guī)劃將不僅僅體現(xiàn)為GDP 的總量和人均年增長(zhǎng)數(shù)據(jù),而必將有城市化率、能源強(qiáng)度ε、碳強(qiáng)度κ,以及總能耗、總排放量等各項(xiàng)指標(biāo)的約限。換句話(huà)說(shuō),城市的科學(xué)發(fā)展規(guī)劃必須給出類(lèi)如表1 中列出的、與國(guó)家發(fā)展規(guī)劃相應(yīng)的數(shù)據(jù),描繪出城市在生態(tài)約束下的科學(xué)發(fā)展格局。
 
  不能像以往那樣,僅憑GDP 目標(biāo)、一次能源消耗和能源彈性系數(shù)的歷史數(shù)據(jù)外推出未來(lái)各年份的能源需求總量就萬(wàn)事大吉。文獻(xiàn)研究了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能效、一次能源構(gòu)成對(duì)能源強(qiáng)度ε、碳強(qiáng)度κ,以及總能耗、總排放量等的影響關(guān)系。顯然,低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的城市能源規(guī)劃必須做到這樣的深度。
 
  2) 目標(biāo)約束下城市發(fā)展規(guī)劃初稿的制定
 
  首先可以根據(jù)城市在地區(qū)中的定位,擬定發(fā)展規(guī)劃的初稿,包括一、二、三各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模、比率和內(nèi)容,工業(yè)、商住、交通3 大耗能領(lǐng)域的空間布局以及按時(shí)間發(fā)展的進(jìn)度。城市功能區(qū)的空間布局規(guī)劃對(duì)于能源規(guī)劃有著決定性的影響。如上所述,如西方許多城市,工業(yè)區(qū)、住區(qū)和CBD 在空間上相互分開(kāi)的統(tǒng)一布局必然帶來(lái)工作日大流量、長(zhǎng)距離的人流交通負(fù)荷。3 種功能區(qū)的能源需求也各不相同,必須分別規(guī)劃。分多個(gè)區(qū)塊、在每個(gè)區(qū)塊內(nèi)規(guī)劃布置工業(yè)區(qū)、住區(qū)和CBD 有可能實(shí)現(xiàn)冷熱電需求互補(bǔ),提高能效。總之,城市發(fā)展和建設(shè)布局規(guī)劃初稿是進(jìn)一步制訂能源供應(yīng)規(guī)劃的基礎(chǔ)。
 
  3) 工業(yè)、商住、交通能源規(guī)劃的細(xì)化
 
  有了工業(yè)、商住、交通和空間布局的初步規(guī)劃,就可以進(jìn)一步細(xì)化制訂能源利用的具體規(guī)劃方案了。以盡可能提高規(guī)?;奶烊粴釪ES /CCHP 能源供應(yīng)系統(tǒng)在城區(qū)的覆蓋率為指針,依照具體情況,參照3. 2 節(jié)中9 種類(lèi)型能源供應(yīng)系統(tǒng)來(lái)制訂具體方案。不排除因考慮能源供應(yīng)的優(yōu)化而反饋調(diào)整功能區(qū)布局的可能。
 
  深圳市光明新區(qū)是一個(gè)有一定典型意義的例子。這個(gè)在原有2 個(gè)鎮(zhèn)的基礎(chǔ)上新規(guī)劃的156 km2、100 萬(wàn)人口的城區(qū),以高科技離散制造工業(yè)園區(qū)為目標(biāo),新設(shè)了1 個(gè)3 × 9F 天然氣調(diào)峰機(jī)組的電力布局需要,規(guī)劃了1 個(gè)以該電站為主體的DES /CCHP能源供應(yīng)系統(tǒng),兼有向工業(yè)廠房和CBD 供冷,向居民供應(yīng)生活熱水的優(yōu)勢(shì),可使發(fā)電成本顯著降低,天然氣能源利用效率提高到了75% 以上。
 
  南方遠(yuǎn)離居民區(qū)的純CBD 或離散制造業(yè)工業(yè)區(qū),僅有空調(diào)制冷負(fù)荷,沒(méi)有熱水負(fù)荷,低品位余熱沒(méi)有適宜用戶(hù),就難以達(dá)到更高的能效。單純以普通市民住區(qū)為對(duì)象規(guī)劃區(qū)域供冷,按目前的生活水平和經(jīng)濟(jì)能力,也還難以實(shí)現(xiàn)。北方城市則不然,氣候條件要求集中供熱覆蓋所有的居民住宅,必須以此為供能規(guī)劃目標(biāo)。但夏季空調(diào)負(fù)荷則只有商業(yè)和公共建筑的需求,蒸汽需求則取決于過(guò)程工業(yè)的布局安排。集約化的DES /CCHP 系統(tǒng)設(shè)置與城市功能區(qū)規(guī)劃布局之間有可能需要多次反饋、協(xié)調(diào),這就是中國(guó)國(guó)情所要求的集成創(chuàng)新。
 
  交通能源規(guī)劃需要落實(shí)到功能區(qū)塊空間布局所要求的交通方案,包括市內(nèi)優(yōu)先發(fā)展的軌道交通———接駁巴士/BRT 銜接的規(guī)劃;各類(lèi)中、重型卡車(chē),公交車(chē)采用LNGV 的產(chǎn)業(yè)鏈開(kāi)發(fā)規(guī)劃;小轎車(chē)逐步轉(zhuǎn)向插電式汽車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)或DME、摻加甲醇或非糧乙醇汽油的規(guī)劃;以及長(zhǎng)遠(yuǎn)的氫氣燃料電池車(chē)的規(guī)劃。
 
  有了上述細(xì)化的規(guī)劃工作,就可以相當(dāng)準(zhǔn)確地估算出各區(qū)塊和全市工業(yè)、商住用能對(duì)天然氣和電力供應(yīng)的需求總量和空間分布,交通用電、LNG 和其它燃料的數(shù)量,以及各能源消耗按年度增長(zhǎng)、變化的趨勢(shì)。
 
  4) 立足于能源規(guī)劃的城市發(fā)展規(guī)劃
 
  落實(shí)到每個(gè)區(qū)塊的、與功能區(qū)規(guī)劃融為一體的多個(gè)DES /CCHP 系統(tǒng)規(guī)劃所包含的冷、熱水,以及蒸汽管線( 網(wǎng)) 的網(wǎng)絡(luò)和路由,必須與城區(qū)道路和綠化規(guī)劃協(xié)同配合。原來(lái)各自獨(dú)立規(guī)劃的高、低壓供電網(wǎng)絡(luò)、商住炊事用低壓天然氣管網(wǎng),在冷熱電聯(lián)供的能源系統(tǒng)規(guī)劃下,自然也會(huì)大不相同。這就給城市規(guī)劃道路和配套的共同管溝奠立了基礎(chǔ)。
 
  更重要的是,細(xì)化的能源規(guī)劃能夠給出城市對(duì)天然氣、石油、煤、可再生能源的需求逐年增長(zhǎng)數(shù)據(jù),據(jù)此便可以推算各類(lèi)能耗是否能夠滿(mǎn)足國(guó)家下達(dá)的各項(xiàng)指標(biāo)。城市中心雖然不再燃煤,但市郊燃煤電廠和外部電網(wǎng)供入的電力都是要追溯到實(shí)際消耗的一次能源和碳排放量的。規(guī)劃之中還必須列入相應(yīng)的燃煤電廠、市內(nèi)現(xiàn)代煤化工、煉焦和水泥企業(yè)燃煤排放的CO2通過(guò)CCS 技術(shù)捕獲和封存的逐年進(jìn)展數(shù)據(jù),這是控制碳排放指標(biāo)所必須的。
 
  文獻(xiàn)給出了由產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能效和一次能源構(gòu)成估算能源消耗和能源彈性系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。
 
  人們通常誤以為節(jié)能降耗取決于風(fēng)機(jī)、水泵、家電等耗能設(shè)備或產(chǎn)品的效率,或建筑物墻體等的保溫性能。上述分析表明,無(wú)論是在國(guó)家層面,還是對(duì)于一個(gè)城市,節(jié)能減排,即單位GDP 耗能和排碳,或能源強(qiáng)度ε 和碳強(qiáng)度κ 降低等指標(biāo)的落實(shí),根本上取決于制訂經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃與制訂一次能源到終端利用規(guī)劃的密切配合與協(xié)同。其間的關(guān)系是清楚的、可分析推算的、可控制的。市政府只把指標(biāo)分解下壓到區(qū)、縣、企業(yè)一級(jí)是無(wú)濟(jì)于事的。反之,通過(guò)2 個(gè)規(guī)劃的協(xié)同制訂,落實(shí)工業(yè)、商住和交通領(lǐng)域能量系統(tǒng)優(yōu)化以及冷熱電聯(lián)供技術(shù)和機(jī)制的創(chuàng)新和升級(jí),就完全有可能實(shí)現(xiàn)低碳、高能效的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)科學(xué)發(fā)展目標(biāo)。