可再生能源利用專(zhuān)項規劃編制的探索與實(shí)踐-以北京延慶為例

  1 引言

 

  在當前能源供應緊張、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(kāi)發(fā)利用具有顯著(zhù)的意義，是實(shí)現城市可持續發(fā)展的重要途徑。在政策上，可再生能源利用是實(shí)現“節能減排”、建立“低碳社會(huì )”、應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(chǎng)風(fēng)險對地方經(jīng)濟的沖擊；在社會(huì )效益上，可再生能源開(kāi)發(fā)往往是支持農村及貧困地區發(fā)展的重要內容。

 

  有研究表明，隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái) 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(lèi)社會(huì )能源供給的常規措施。作為規劃從業(yè)人員，應從專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的前瞻性著(zhù)手，進(jìn)一步研討、促進(jìn)和推廣可再生能源利用規劃的實(shí)踐。

 

  但另一方面，雖然近年來(lái)已有許多規劃項目開(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。在城市或區域規劃中的實(shí)施性規劃基本處于空白。本文以《北京延慶可再生能源開(kāi)發(fā)與利用規劃》專(zhuān)項規劃為案例，探討了相關(guān)規劃的編制技術(shù)方法，介紹了如何從資源評估、設施布局及系統管理三個(gè)方面著(zhù)手，編制具有實(shí)施性的可再生能源利用規劃，為今后進(jìn)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(zhuān)項規劃解讀

 

  2.1 定位與目的

 

  專(zhuān)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(shí)中卻是地方規劃管理部門(mén)的主要工作依據和技術(shù)支撐。專(zhuān)項規劃側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)行評價(jià)，進(jìn)行自上而下的全面布局，并提出可行的規劃實(shí)施策略[1]。

 

  因此，可再生能源利用專(zhuān)項規劃應定位在總體規劃指導下，對城市發(fā)展中的能源利用問(wèn)題、尤其是可再生能源的利用進(jìn)行系統研究、科學(xué)評價(jià)和合理規劃。對總體規劃中提出的節能減排等規劃目標進(jìn)行論證，對規劃內容進(jìn)行延伸、細化和落實(shí)。結合理論、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(zhuān)項規劃的定位，可再生能源利用專(zhuān)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(shí)施導向型”的思路上，突出具體執行項目，將規劃的可實(shí)施性、落實(shí)機制與規劃方案本身等同考慮，才能較好的發(fā)揮專(zhuān)項指導的作用。

 

  2.2 規劃技術(shù)流程

 

  可再生能源的規?；脤儆谛屡d的技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)對現行相關(guān)規劃技術(shù)標準、規范進(jìn)行匯總后不難看出，目前我國主要以行業(yè)指導性文件為主，尚未在此領(lǐng)域頒布對應的技術(shù)指導文件?？稍偕茉蠢脤?zhuān)項規劃的技術(shù)流程和方案構成模式尚處于探索階段，缺乏專(zhuān)門(mén)的編制辦法來(lái)規范和指導。

 

  在總結相關(guān)領(lǐng)域規劃案例后，本文提出了一套可再生能源利用專(zhuān)項規劃的技術(shù)路線(xiàn)供參考和討論（圖1），其實(shí)施技術(shù)路線(xiàn)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(jìn)行負荷分析及設施規劃，通過(guò)可再生能源開(kāi)發(fā)的系統管理與情景分析實(shí)現合理利用。各階段均有相應的規劃編制內容和技術(shù)方法對其進(jìn)行支撐。在實(shí)際工作中，以下幾點(diǎn)需要重點(diǎn)考慮。

 

  （1）對資源儲量條件要仔細區別?？稍偕茉吹馁Y源儲量是整個(gè)利用規劃的基礎，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量大、密度低、利用困難的特點(diǎn)，也是其規?；秒y以開(kāi)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(kāi)發(fā)量，分別對應不同技術(shù)經(jīng)濟水平下的實(shí)際資源可利用量和程度（圖2），提高規劃的科學(xué)性和可實(shí)施性。

 

  （2）多情景分析在規劃中的應用。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(kāi)發(fā)量也在不斷變化，因以理論儲量為依據，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(lèi)能源的資源量、生產(chǎn)率、經(jīng)濟性和項目實(shí)施的不確定性等要素（圖3），并采取相應的評估方法進(jìn)行研究。

 

  （3）關(guān)注可再生能源利用的負面影響?？稍偕茉措m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(huì )產(chǎn)生一定的環(huán)境影響（表1）。因此，在專(zhuān)項規劃中還應對相應的影響進(jìn)行評估，提出具體措施進(jìn)行影響削減。

 

  2.3 儲量評估方法

 

  太陽(yáng)能資源的儲量評估方法主要源于氣象觀(guān)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(shí)數、地表輻射），通過(guò)長(cháng)期氣象觀(guān)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(yáng)能資源量。而其可獲得量主要取決于可用于建設光伏電場(chǎng)的土地規模，應通過(guò)地理信息系統，選取氣候資源豐富、同時(shí)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(yáng)能資源開(kāi)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(guān)測數據的分析。對長(cháng)期氣象觀(guān)測數據進(jìn)行統計核算（圖4），利用Weibull 風(fēng)能公式計算出區域風(fēng)能資源的總量，在地理信息系統中對其進(jìn)行插值作圖，結合可建設風(fēng)電場(chǎng)的用地分布，最終得到該地區風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)的可獲得量。

 

  生物質(zhì)能資源的儲量評估方法主要來(lái)源于農業(yè)統計資料，從原料類(lèi)型、產(chǎn)量及各類(lèi)轉換系數、收集利用系數出發(fā)，測算區域生物質(zhì)能資源數量和分布。其可獲得量取決于規?；迷O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(jìn)行核算。

 

  2.4 設施布局方法

 

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

 

  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，現階段其成本和投入產(chǎn)出相對較高，綜合國內外的研究和實(shí)踐，對此類(lèi)建設項目實(shí)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(zhuān)項規劃中，還有通過(guò)收益率等指標，對不同的激勵機制進(jìn)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(kāi)發(fā)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(guò)70%（圖5 圖）。

 

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

 

  延慶總人口約 28 萬(wàn)，主導產(chǎn)業(yè)為農業(yè)及農產(chǎn)品加工，是首都農副產(chǎn)品供應基地。延慶于2000 年被評為國家級生態(tài)示范縣，現狀生態(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：

 

  地形地勢獨特、海拔較高、太陽(yáng)輻射強、晝夜溫差大，擁有豐富的太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地熱等資源（圖6）。上述基礎使得延慶在可再生能源的開(kāi)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(guò)計算，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 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）?？赡艿淖畲?a href="http://m.keyinmall.com/t/發(fā)電.html" >發(fā)電總量為每年118 億kWh，約合145 萬(wàn)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(shí)數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://m.keyinmall.com/t/發(fā)電.html" >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(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)現延慶可再生能源的儲量是十分巨大的，從資源儲備上來(lái)說(shuō)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(shí)際利用可占全縣社會(huì )總能耗的 3%～11%，達2～8 萬(wàn)tcoe/a，溫室氣體減排量可達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(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用。生物質(zhì)能具有開(kāi)發(fā)基礎好、設施建設成本相對較低等優(yōu)勢，符合新農村建設的發(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)先考慮建設的方向。

 

  太陽(yáng)能和風(fēng)能資源理論儲量雖較大，但開(kāi)發(fā)利用要求較高，需進(jìn)一步對局部地區進(jìn)行評估。目前太陽(yáng)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?；弥饕蕾?lài)國家投入和示范建設。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，但在局部地區，可考慮地形條件選擇性地進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)資源評估和建設。