1 引言

 

  在當前能源供應緊張、環保壓力加大等發展趨勢下，在城市發展中加大對可再生能源和新能源的開發利用具有顯著的意義，是實現城市可持續發展的重要途徑。在政策上，可再生能源利用是實現“節能減排”、建立“低碳社會”、應對氣候外交的有效途徑；在技術上，可再生能源負荷分布式能源（Distributed Power）的發展趨勢；在經濟上，有助抵御能源產品市場風險對地方經濟的沖擊；在社會效益上，可再生能源開發往往是支持農村及貧困地區發展的重要內容。

 

  有研究表明，隨著相關技術的進步，未來 10～20 年內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措施。作為規劃從業人員，應從專業領域的前瞻性著手，進一步研討、促進和推廣可再生能源利用規劃的實踐。

 

  但另一方面，雖然近年來已有許多規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。在城市或區域規劃中的實施性規劃基本處于空白。本文以《北京延慶可再生能源開發與利用規劃》專項規劃為案例，探討了相關規劃的編制技術方法，介紹了如何從資源評估、設施布局及系統管理三個方面著手，編制具有實施性的可再生能源利用規劃，為今后進一步加強和深化城市可再生能源利用規劃工作做出初步探索。

 

  2 可再生能源利用專項規劃解讀

 

  2.1 定位與目的

 

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

 

  因此，可再生能源利用專項規劃應定位在總體規劃指導下，對城市發展中的能源利用問題、尤其是可再生能源的利用進行系統研究、科學評價和合理規劃。對總體規劃中提出的節能減排等規劃目標進行論證，對規劃內容進行延伸、細化和落實。結合理論、技術與工程的創新，探索城市低碳發展路徑。

 

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

 

  2.2 規劃技術流程

 

  可再生能源的規模化利用屬于新興的技術領域，通過對現行相關規劃技術標準、規范進行匯總后不難看出，目前我國主要以行業指導性文件為主，尚未在此領域頒布對應的技術指導文件。可再生能源利用專項規劃的技術流程和方案構成模式尚處于探索階段，缺乏專門的編制辦法來規范和指導。

 

  在總結相關領域規劃案例后，本文提出了一套可再生能源利用專項規劃的技術路線供參考和討論（圖1），其實施技術路線由規劃流程和規劃內容與工具兩方面共同構成。規劃流程主要在資源評估的基礎上進行負荷分析及設施規劃，通過可再生能源開發的系統管理與情景分析實現合理利用。各階段均有相應的規劃編制內容和技術方法對其進行支撐。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別。可再生能源的資源儲量是整個利用規劃的基礎，一般而言、風能、太陽能、生物質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）可獲得量、（經濟）可開發量，分別對應不同技術經濟水平下的實際資源可利用量和程度（圖2），提高規劃的科學性和可實施性。

 

  （2）多情景分析在規劃中的應用。由于當前技術經濟水平不斷發展，因此可再生能源的利用方式和可開發量也在不斷變化，因以理論儲量為依據，通過采取不同的技術措施和成本投入形成不同的利用情景，對多個開發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、生產率、經濟性和項目實施的不確定性等要素（圖3），并采取相應的評估方法進行研究。

 

  （3）關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保的資源，但由于技術手段的限制，當前其利用方式并非完全清潔，同樣會產生一定的環境影響（表1）。因此，在專項規劃中還應對相應的影響進行評估，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據。以光伏利用為例，應掌握至少近30年的日照情況（日照時數、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化為電能的比率，最終核算出區域內的太陽能資源量。而其可獲得量主要取決于可用于建設光伏電場的土地規模，應通過地理信息系統，選取氣候資源豐富、同時土地條件難以作為常規耕作和建設的地區，核算其規模，最終獲得該地區太陽能資源開發的可獲得量。

 

  風能資源的儲量評估方法也主要源于對氣象觀測數據的分析。對長期氣象觀測數據進行統計核算（圖4），利用Weibull 風能公式計算出區域風能資源的總量，在地理信息系統中對其進行插值作圖，結合可建設風電場的用地分布，最終得到該地區風能資源開發的可獲得量。

 

  生物質能資源的儲量評估方法主要來源于農業統計資料，從原料類型、產量及各類轉換系數、收集利用系數出發，測算區域生物質能資源數量和分布。其可獲得量取決于規模化利用設施的收集半徑和收集系數。

 

  地熱能資源的儲量評估方法主要采用大地熱流量法和熱儲法進行核算。

 

  2.4 設施布局方法

 

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

 

  2.5 投入產出分析

 

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

 

  3 案例：延慶可再生能源開發與利用規劃

 

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

 

  依據北京“兩軸－兩帶－多中心”的都市空間發展結構，延慶位于“西部發展帶”內，是首都重要的生態屏障與涵養區、水源保護區及未來發展腹地。

 

  延慶總人口約 28 萬，主導產業為農業及農產品加工，是首都農副產品供應基地。延慶于2000 年被評為國家級生態示范縣，現狀生態環境質量在全市名列前茅。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、風能、生物質能、地熱等資源（圖6）。上述基礎使得延慶在可再生能源的開發上具有突出優勢，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 2500 h，平均太陽總輻射量5000 MJ/m2，單位面積太陽能理論發電量為166kWh/m2（圖7）。可能的最大發電總量為每年118 億kWh，約合145 萬tcoe（噸標準煤）。

 

  風能：全縣平均風速3 m/s，平均最大風速15 m/s，有效風年小時數2000 h，風功率密度在30～10 W/m2之間，平均風功率密度20 W/m2（圖8）。可能的最大發電總量為每年864 億kWh，約合1062 萬tcoe。

 

  生物質能：延慶生物質能儲量為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，可發現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

 

  從資源本底和技術經濟角度綜合評估，延慶可再生能源下一步發展的優勢方向在于生物質能和太陽能的開發利用。生物質能具有開發基礎好、設施建設成本相對較低等優勢，符合新農村建設的發展方向，雖然資源總量比風能和太陽能要小，但可利用水平較高，是近期優先考慮建設的方向。

 

  太陽能和風能資源理論儲量雖較大，但開發利用要求較高，需進一步對局部地區進行評估。目前太陽能在光熱直接利用方面已有較好的基礎，光電主要受限于設備和管理維護的成本，規模化利用主要依賴國家投入和示范建設。風能在全縣整體來看并不具有非常明顯的開發優勢，但在局部地區，可考慮地形條件選擇性地進行風電場資源評估和建設。