1 引言

 

  在當(dāng)前能源供應(yīng)緊張、環(huán)保壓力加大等發(fā)展趨勢(shì)下，在城市發(fā)展中加大對(duì)可再生能源和新能源的開(kāi)發(fā)利用具有顯著的意義，是實(shí)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(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”、建立“低碳社會(huì)”、應(yīng)對(duì)氣候外交的有效途徑；在技術(shù)上，可再生能源負(fù)荷分布式能源（Distributed Power）的發(fā)展趨勢(shì)；在經(jīng)濟(jì)上，有助抵御能源產(chǎn)品市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的沖擊；在社會(huì)效益上，可再生能源開(kāi)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(jìn)步，未來(lái) 10～20 年內(nèi)可再生能源利用的成本和效益將具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，并成為人類社會(huì)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(jìn)一步研討、促進(jìn)和推廣可再生能源利用規(guī)劃的實(shí)踐。

 

  但另一方面，雖然近年來(lái)已有許多規(guī)劃項(xiàng)目開(kāi)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(qiáng)。在城市或區(qū)域規(guī)劃中的實(shí)施性規(guī)劃基本處于空白。本文以《北京延慶可再生能源開(kāi)發(fā)與利用規(guī)劃》專項(xiàng)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(píng)估、設(shè)施布局及系統(tǒng)管理三個(gè)方面著手，編制具有實(shí)施性的可再生能源利用規(guī)劃，為今后進(jìn)一步加強(qiáng)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(xiàng)規(guī)劃解讀

 

  2.1 定位與目的

 

  專項(xiàng)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(shí)中卻是地方規(guī)劃管理部門(mén)的主要工作依據(jù)和技術(shù)支撐。專項(xiàng)規(guī)劃側(cè)重從體系的角度縱向研究相關(guān)要素的特點(diǎn)，分析問(wèn)題、進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)行自上而下的全面布局，并提出可行的規(guī)劃實(shí)施策略[1]。

 

  因此，可再生能源利用專項(xiàng)規(guī)劃應(yīng)定位在總體規(guī)劃指導(dǎo)下，對(duì)城市發(fā)展中的能源利用問(wèn)題、尤其是可再生能源的利用進(jìn)行系統(tǒng)研究、科學(xué)評(píng)價(jià)和合理規(guī)劃。對(duì)總體規(guī)劃中提出的節(jié)能減排等規(guī)劃目標(biāo)進(jìn)行論證，對(duì)規(guī)劃內(nèi)容進(jìn)行延伸、細(xì)化和落實(shí)。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(xiàng)規(guī)劃的定位，可再生能源利用專項(xiàng)規(guī)劃除體現(xiàn)對(duì)規(guī)劃體系的支撐功能外，編制的核心還應(yīng)強(qiáng)調(diào)建立在“實(shí)施導(dǎo)向型”的思路上，突出具體執(zhí)行項(xiàng)目，將規(guī)劃的可實(shí)施性、落實(shí)機(jī)制與規(guī)劃方案本身等同考慮，才能較好的發(fā)揮專項(xiàng)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(guò)對(duì)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)劃技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行匯總后不難看出，目前我國(guó)主要以行業(yè)指導(dǎo)性文件為主，尚未在此領(lǐng)域頒布對(duì)應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)文件。可再生能源利用專項(xiàng)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(mén)的編制辦法來(lái)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(xiàng)規(guī)劃的技術(shù)路線供參考和討論（圖1），其實(shí)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(píng)估的基礎(chǔ)上進(jìn)行負(fù)荷分析及設(shè)施規(guī)劃，通過(guò)可再生能源開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)管理與情景分析實(shí)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(duì)其進(jìn)行支撐。在實(shí)際工作中，以下幾點(diǎn)需要重點(diǎn)考慮。

 

  （1）對(duì)資源儲(chǔ)量條件要仔細(xì)區(qū)別。可再生能源的資源儲(chǔ)量是整個(gè)利用規(guī)劃的基礎(chǔ)，一般而言、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等主要的可再生能源往往具有儲(chǔ)量大、密度低、利用困難的特點(diǎn)，也是其規(guī)模化利用難以開(kāi)展的重要原因。因此可將其儲(chǔ)量細(xì)分為理論儲(chǔ)量、（技術(shù)）可獲得量、（經(jīng)濟(jì)）可開(kāi)發(fā)量，分別對(duì)應(yīng)不同技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平下的實(shí)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(shí)施性。

 

  （2）多情景分析在規(guī)劃中的應(yīng)用。由于當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平不斷發(fā)展，因此可再生能源的利用方式和可開(kāi)發(fā)量也在不斷變化，因以理論儲(chǔ)量為依據(jù)，通過(guò)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(duì)多個(gè)開(kāi)發(fā)利用情景進(jìn)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(lái)源的組合、各類能源的資源量、生產(chǎn)率、經(jīng)濟(jì)性和項(xiàng)目實(shí)施的不確定性等要素（圖3），并采取相應(yīng)的評(píng)估方法進(jìn)行研究。

 

  （3）關(guān)注可再生能源利用的負(fù)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(dāng)前其利用方式并非完全清潔，同樣會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境影響（表1）。因此，在專項(xiàng)規(guī)劃中還應(yīng)對(duì)相應(yīng)的影響進(jìn)行評(píng)估，提出具體措施進(jìn)行影響削減。

 

  2.3 儲(chǔ)量評(píng)估方法

 

  太陽(yáng)能資源的儲(chǔ)量評(píng)估方法主要源于氣象觀測(cè)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(shí)數(shù)、地表輻射），通過(guò)長(zhǎng)期氣象觀測(cè)和地表輻射，計(jì)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(yáng)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(chǎng)的土地規(guī)模，應(yīng)通過(guò)地理信息系統(tǒng)，選取氣候資源豐富、同時(shí)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(yáng)能資源開(kāi)發(fā)的可獲得量。

 

  風(fēng)能資源的儲(chǔ)量評(píng)估方法也主要源于對(duì)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析。對(duì)長(zhǎng)期氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)核算（圖4），利用Weibull 風(fēng)能公式計(jì)算出區(qū)域風(fēng)能資源的總量，在地理信息系統(tǒng)中對(duì)其進(jìn)行插值作圖，結(jié)合可建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)的用地分布，最終得到該地區(qū)風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)的可獲得量。

 

  生物質(zhì)能資源的儲(chǔ)量評(píng)估方法主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)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(cè)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)模化利用設(shè)施的收集半徑和收集系數(shù)。

 

  地?zé)崮苜Y源的儲(chǔ)量評(píng)估方法主要采用大地?zé)崃髁?/a>法和熱儲(chǔ)法進(jìn)行核算。

 

  2.4 設(shè)施布局方法

 

  可再生能源規(guī)劃中除對(duì)資源進(jìn)行核算外，還應(yīng)對(duì)設(shè)施利用進(jìn)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(shí)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(shí)離網(wǎng)式設(shè)施布局應(yīng)靠近負(fù)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(duì)較高，綜合國(guó)內(nèi)外的研究和實(shí)踐，對(duì)此類建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施補(bǔ)貼、配額等財(cái)政激勵(lì)手段是十分關(guān)鍵的。因此在可再生能源利用專項(xiàng)規(guī)劃中，還有通過(guò)收益率等指標(biāo)，對(duì)不同的激勵(lì)機(jī)制進(jìn)行測(cè)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(jì)成本。

 

  3 案例：延慶可再生能源開(kāi)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(guò)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(hù)區(qū)及未來(lái)發(fā)展腹地。

 

  延慶總?cè)丝诩s 28 萬(wàn)，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(píng)為國(guó)家級(jí)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(shí)，延慶還具有一定的自然資源條件：

 

  地形地勢(shì)獨(dú)特、海拔較高、太陽(yáng)輻射強(qiáng)、晝夜溫差大，擁有豐富的太陽(yáng)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(kāi)發(fā)上具有突出優(yōu)勢(shì)，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(píng)估

 

  通過(guò)計(jì)算，延慶全縣的可再生能源資源情況為：

 

  太陽(yáng)能，全縣日照時(shí)數(shù) 2500 h，平均太陽(yáng)總輻射量5000 MJ/m2，單位面積太陽(yáng)能理論發(fā)電量為166kWh/m2（圖7）。可能的最大發(fā)電總量為每年118 億kWh，約合145 萬(wàn)tcoe（噸標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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）。可能的最大發(fā)電總量為每年864 億kWh，約合1062 萬(wàn)tcoe。

 

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

 

  3.2 利用規(guī)劃

 

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

 

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

 

  3.3 實(shí)施建議

 

  從資源本底和技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度綜合評(píng)估，延慶可再生能源下一步發(fā)展的優(yōu)勢(shì)方向在于生物質(zhì)能和太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用。生物質(zhì)能具有開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)好、設(shè)施建設(shè)成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，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(yáng)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(yáng)能和風(fēng)能資源理論儲(chǔ)量雖較大，但開(kāi)發(fā)利用要求較高，需進(jìn)一步對(duì)局部地區(qū)進(jìn)行評(píng)估。目前太陽(yáng)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(hù)的成本，規(guī)模化利用主要依賴國(guó)家投入和示范建設(shè)。風(fēng)能在全縣整體來(lái)看并不具有非常明顯的開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)，但在局部地區(qū)，可考慮地形條件選擇性地進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)資源評(píng)估和建設(shè)。