关于我国中小城镇 能源规划的思考

  随着人类社会的发展，生产力的提高，我们农业经济必然会走向工业经济和后工业经济，城镇化就是这个发展过程的必然阶段，而农村人口的中小城镇化（其特点是人口数在15～45 万人）将是未来我国城镇化的主要内容。

 

  现代的城市有文化、艺术、体育、商贸、电信、交通等一系列公共设施，有水、热、电、气的集中供应，这使城镇人均能源消费要比农村大幅度提高，单位面积的能耗密度比农村增加，因此，探讨我国中小城镇能源消费特点和能源规划的重点具有普遍意义。

 

  1 中小城镇能耗分析

 

  1.1 农村用能的特点

 

  （1）没有大型公用设施，能耗只限于饮食、民居，人均耗能低;（2）居住分散，舒适度和生活质量的差异导致能耗水平低;（3 ）不需要集中供暖、供冷。

 

  1.2 中小城镇用能的特点

 

  （1）耗能分为建筑、工业、交通三大类。但中小城镇的工业、交通耗能不大，建筑能耗占中小城镇总能耗的8 0 % 。

 

  （2）据住房和城乡建设部的统计，我国城镇建筑能耗中用能比重如表1 所示，供暖和空调耗能占建筑总能耗的6 5 % 。

 

  （3）在我国北方的集中采暖区，应为中小城镇的居民提供公用的集中供暖设施，这是一种刚性需求。

 

  （4）在北纬30 度以南的中东部地区有较大的民用空调需求，这种需求是刚性的。

 

  （5）在北纬40 度以南到北纬30 度以北区域有一定的民用空调需求，这种需求是准刚性的。

 

  我国每年大约新增加18 亿m2 的建筑面积，其中有大部分在中小城镇。对建筑能耗的关注是节能之重点，而对供暖空调耗能的关注应是重中之重。

 

  1.3 中小城镇能源规划的重要性

 

  如果在城镇化过程中不进行能源规划，或者无视能源规划的重要性，简单认为城镇化只是建房子、修路，只是居民从农村搬到城里来，将会导致非常严重的后果。如果农民进城还烧煤烧柴，将大大加剧城市的污染; 如果空调还是用电能，城市夏季用电高峰期的电负荷会大大增加。更重要的是，如果新建的城镇还是重复现在的城市能源利用的低效率、低水平的老模式，将使对能源的需求急剧增加，难以保障供应。因此，在城镇化的过程中，加强能源规划非常重要。

 

  2 能源规划

 

  2.1 与能源有关的规划

 

  目前，各级政府对能源规划是重视的，据统计，直接的能源类规划有8 类，与能源有关的其他规划有5 类，分别见表2 和表3 。

 

  2.2 与能源规划有关的单位

 

  （1）设计院

 

  当地的市政规划设计院、电力设计院、建筑设计院、热力燃气规划设计院。

 

  （2）企业

 

  当地的热力公司、燃气公司、水务公司、发电集团公司、建筑开发商。

 

  （3）政府部门

 

  当地的发改委、建委、市政规划委、环保厅。

 

  2.3 与能源规划有关的专业

 

  热能动力，采暖通风空调，电力系统规划，燃气，石油化工，环境保护，技术经济。

 

  2.4 目前能源规划中存在的问题

 

  2.4.1 管理分散

 

  目前的管理机构从科学发展观指导下制定能源规划、节能规划和循环经济规划来看，已经不能够适应需求了。

 

  工业、建筑和交通三大用能领域的节能工作，分别由发改委、建委和交委来管，从一次能源转换规划到能源终端利用规划都与电力规划、天然气规划、城建规划、交通规划和环保规划有着极密切的关系。然而这些规划都是在各个平行部门分头制定的，没有汇总的部门; 缺乏相互的协调、配合，缺少必要的集权。

 

  2.4.2 传统的编制方法

 

  传统的城市能源规划是按照经济和产业发展对能源的需求来制定的，不考虑生态和环境与资源和能源条件对经济和产业发展的制约的反馈、互动。

 

  制定下一个五年的能源规划常常是按照上几个五年的统计数据线性地外延，最多考虑“能源弹性系数”的增减。具体推算中，主要按照工业、建筑和交通三大耗能领域，按照国民经济计划增长的比例，估算煤、气、电、各种油品等能源的消耗量。

 

  最后按一次能源和终端能源消耗量和比率分类列表，得出新的五年能源规划。按照这种线性模式制定能源规划，会导致“三高一低”的发展模式。

 

  2.4.3 缺少“全面、集成、区域”的概念

 

  全面 能源系统可以是锅炉房供热系统、冷水机组系统、热电厂系统、冷热电联供系统、热泵供能系统。所用的能源还可以是燃煤系统、燃油系统、燃气系统、可再生能源系统（太阳能热水系统、地下水源热泵系统、地表水源热泵系统、污水源热泵、土壤源热泵系统、光伏发电系统、风力发电系统）、生物质能系统。

 

  集成 人类社会发展至今所有一切用于生产和生活的能源，在一个特指的区域内得到科学、合理综合、集成的应用，完成能源生产、供应、输配、使用和排放全过程。

 

  区域 可能是行政划分的城市和城区，也可能是一个居住小区或一个建筑群，还可能是特指的开发区、园区。

 

  3 能源规划五原则

 

  3.1 品位对应原则

 

  能源是分品位的，不论是一次能源，还是二次能源。能源依据其在自然界的存量，所产生能量的多少，所产生能量的级别（温度），所能转换成其它能源形式的多少，能被梯级利用的次数多少，它对自然环境所造成的影响，利用它所需成本，可分为高品位和低品位。例如: 天然气比煤炭的品位高，因为天然气的利用成本较低，可梯级利用次数多，产生的污染少等等。再如: 电能比50℃热水品位要高，因为电能可转成许多其它形式的能源，而5 0 ℃热水只能用于采暖空调或做生活热水。高品位能源应当用在高品位处，低品位能源应当用在低品位处，不能高能低用。

 

  3.2 温度对口原则

 

  人们在生产生活中对用能的温度需求是不同的，例如: 对环境舒适温度需求，夏季是24～26℃，冬季是18～20℃; 生活热水的需求是50℃左右; 烹饪温度是100℃以上; 发电需求是几百度到上千度;各种生产工艺要求的温度也是由几十度到几百度再到上千度不等的。应根据实际生产生活需求来供应温度对口的能源，做到高温能源用到高温处，低温能源用到低温处，不能高能低用。

 

  3.3 梯级利用原则

 

  自然界中存在很多高品位的能源，可以产生温度很高的二次能源，在人们利用的初始阶段，曾被忽视。例如: 20 世纪40、50 年代，在燃煤发电的能源系统中，燃煤的发电效率只有3 0 % ～3 5 ％左右，剩余的能量完全排放掉了，煤炭在发电过程中只被利用了一次。后来人们发明了热电联产技术，将发完电的余热用来解决区域供热，燃煤的利用率提高到了7 0 % ～8 0 ％左右，一次用高温段发电，再一次用余热段供热，实现两次梯级利用。

 

  现代技术的发展，特别是热泵的技术的应用，可以使高品位的能源梯级利用四次或更多。例如:燃气蒸汽联合循环发电、冷热电联供、热泵区域能源系统，它先用天然气在燃气轮机里燃烧高温烟气推动涡轮机发电，后再将发完电的乏气（温度500℃～600℃左右）送入余热锅炉产生水蒸汽，再送入蒸汽轮机发电，之后发完电的水蒸汽换热制冷、供热，最后再用热泵将冷疑水热量提升用来采暖或生产生活热水。这是一个非常典型的梯级利用技术，现在已经有很多项目利用这一技术，实现能源的梯级利用。

 

  3.4 综合利用原则

 

  由于节能减排形势的紧迫，目前很多项目中出现了各种形式能源的综合利用，取长补短，共同达到保护环境节约资源的目的。例如用一次能源为主、可再生能源为辅的区域能源系统; 或是可再生能源为主、一次能源为辅的区域能源系统; 冷热电三联供系统与热泵系统综合的区域能源系统等。

 

  所有的这些综合利用能源系统的初衷和目标就是以最小的能源消耗，最少的排放达到最佳的能源利用效果。例如: 采用天然气采暖锅炉一次燃烧技术，所排放的N O x 为几百到上千P P m ，而采用天然气冷热电三联供梯级技术，所排放的NOx 为几个到几十个P P m 。

 

  3.5 集成利用原则

 

  若达到最佳的节能减排效果，仅单独用一种设备、一个系统、一种技术是不能完全实现的; 应对各种设备、系统、技术进行综合、集成，互相补充完善达到最优的效果。例如: 冷热电三联供系统与热泵系统集成，可以达到经济、节能、减排的理想效果。

 

  4 中小城镇能源规划的重点内容

 

  中小城镇能源规划不应采用统计的线性外推和能源弹性系数的方法去粗略估计和推算未来几年中G D P 增长目标所需求的各种能源的简单的加和。这在工业、交通和建筑领域能源规划的制定中体现如下。

 

  4.1 工业能源的规划

 

  以产业发展规划的指标对能源的需求作为初值，进一步深入考虑，第一，生态和环境对产业发展的制约。必须计算新增的工业，特别是冶金、建材、重化、造纸等高污染工业污染物排放量的增加，扣减淘汰的落后小工业所减少的排放，保证污染物排放总量不增加，并且逐步减少。第二，能源需求规划必须与能效即节能规划密切结合。科学发展必须是跨越式发展，新增的产能必须采用最先进的技术，使单位产品能耗达到国际先进水平。原有工业，必须制定逐年降低能耗的改进规划。第三，必须考虑能源的供应保障对产业和经济发展的制约。冶金、建材、石化等工业对煤、石油等一次能源需求量很大，如何保障这些能源从国内外市场上的采购和运输，会受到地缘政治、经济、气象、运力等哪些变化条件的影响。第四，能耗总量和单位G D P 能耗降低指标对产业结构的反馈制约，会加速低能耗、高科技产业的发展，抑制高能耗的重化工业的过度发展。

 

  4.2 交通能源规划

 

  社会发展所带来的物流和客运量的增加和交通系统的综合集成优化改进，是制定交通能源规划的基础。交通系统的综合集成包括: 运输方式，包括水运、陆运（包括铁路和公路）和空运的发展规划。城市交通模式（包括有轨和无轨、地上和地下、公交车和小汽车、电和油气动力）发展规划。

 

  在此基础上估计车辆数目的增长、动力和燃料的需求，包括燃料中各不同品种，如汽油、柴油、新的代用燃料，如天然气、二甲醚、乙醇等的数量和比率。在当前我国能源形势严峻和城市空气污染状况下，决不应再按照交通量的增长线性外推燃料需求的增加，而必须把交通系统的综合集成优化作为制定交通能源规划最重要的内容和依据。

 

  显然，这同其他相应的规划，如地区城建规划、天然气规划、石油化工工业发展规划都有极为密切的联系。另一方面，城市的环保规划，主要是改善大气质量的目标和进度，同机动车尾气排放标准和总量有着密切的制约关系，因而也是制定交通能源规划的依据。

 

  4.3 建筑能源规划

 

  中小城镇中建筑能耗占比约为80%，是中小城镇能源规划的重点。

 

  4.3.1 政策

 

  通过政策、法规和支持措施，同房地产开发商相配合，在新城区的建设中，在强制采用节能围护结构的同时，同步建设热电联产或冷热电三联供的能源供应系统。城市的建筑节能规划，还必须包括原有的建筑逐步进行节能改造的内容、措施和进度。

 

  建筑物用能规划不能按照建筑面积的增加线性外推，而必须以强化节能措施为基础，同时与城市的电力、天然气、城建、环保等发展规划协调配合制定。

 

  4.3.2 建筑围护结构

 

  在建筑物用能和节能规划方面，首先应当实

 

  施目标管理，即新增建筑必须达到住房和城乡建设部规定的单位能耗降低50％～65％的目标。不能放任开发商按照目前只追求外表、装修，忽视能源消耗，导致单位面积能耗成倍地高于发达国家的模式来进行新建筑的建设。应采取围护结构（外墙、窗、屋顶的隔热、通风、遮阳等）设计优化和小区规划等措施。

 

  4.3.3 建筑暖通空调

 

  中小城镇建筑能耗中约有6 5 % 消耗在采暖空调上，对供暖供冷区域能源系的规划是中小城镇能源规划的重中之重。

 

  目前建筑耗能中，采暖、空调、热水用能基本上是靠电。这大大增加了城市电网的峰荷负担。应根据当地情况，综合选择以下可以利用的供暖供冷区域能源系统。

 

  以热电厂为热源的区域供热供冷; 以区域锅炉房为热源的区域供热; 以各种余热为热源的区域供热; 以可再生能源为热源的区域供热供冷; 以太阳能热水为热源，以锅炉房为辅的区域供热; 以电制冷冷水机组为冷源的区域供冷; 以电制冷加蓄冰或蓄水的区域供冷; 以热泵（海水源、江水源、地源）为主，辅以电制冷加锅炉房的区域能源; 以热电厂为核心辅以吸收制冷的区域能源中心; 燃气冷热电联产联供的区域能中心; 核供热系统。

 

  4.3.4 北方中小城镇的集中供热典型系统

 

  新建2 × 25 MW 背压机带基符运行，利用25%的调峰锅炉兼备用，拆除75% 小锅炉。采暖期，背压机带基荷运行，利用外网少量既有热源调峰和备用。该项目具有明显的节能减排成效，但经济性不理想，影响投资方的投资意愿。鉴于建设采暖背压机可以收到明显的节能减排效果和社会效益，建议政府部门出台优惠电价、热价等鼓励政策，尽早普及北方中小城市采暖背压机的建设。

 

  4.3.5 南方中小城镇的集中供冷典型系统

 

  采用第二代的城市能源供应系统，燃气冷热电联产联供的分布式能源站，向一定范围内的建筑物同时提供空调冷水、生活热水和电的集成服务，可使能源利用效率成倍提高。

 

  5 国内外区域能源规划的发展

 

  5.1 区域能源的概念

 

  区域供暖、区域供冷、区域供电以及解决区域能源需求的能源系统和它们的综合集成统称为区域能源。

 

  区域能源规划就是对所选定的区域的能源需求和供应在建设或开发（或是在扩充、改造）时有一个计划。具体内容是: 对能源需求种类、品位、数量、使用的特点、时间、价格以及排放等有预期;对能源供应模式有展望（包括能源资源的情况，可利用的情况，利用的成本分析）; 对在本区域所采用的能源技术有技术经济分析对比; 对能源消耗给环境带来的影响有定量分析。

 

  显然，我国中小城镇能源规划是区域能源规划的主要工作内容。

 

  5.2 国际上对区域能源的认识

 

  国际区域能源协会1908 年成立，致力于促进其会员在提供可靠的、经济的、高效率的、对环境有利的、正确的区域能源方案方面，成为行业领先者。通过区域供冷、供热与热电联产等先进技术，促进能源效率和环境质量的提高。

 

  2 0 世纪中期，发达国家就已经认识到了区域能源所带来的经济效益，欧洲很多国家就大力发展区域供热，到70 年代开始发展区域供冷，同时推进热电联产。2 0 世纪末，世界各国都已经认识到能源消耗带来的环境问题，同时也认识到能源供应和科学合理使用会带来更好的环境效益。一些发达国家已经开始综合的集成的使用能源。美国的学者认为: 美国是否能实现减少二氧化碳排放的目标，取决于增加应用区域能源的幅度和可行性; 建立区域能源系统是减少二氧化碳排放不可或缺的方法。

 

  5.3 我国区域能源的发展

 

  在建国初期，我国北方地区就开始开发、建设区域能源系统，只不过是以区域供热为主，经过六十年的发展，在全国六百多个城市中，已有四百多个热力公司在从事着区域供热，为单一供热的区域能源系统。而大多又是以燃煤系统为主。

 

  在近三十年来，由于空调事业的发展，由分散供冷向集中供冷，现又向区域供冷发展，已形成-个趋势，特别是在我国长江以南地区已经出现几十万平方米甚至上百万平方米的区域供冷项目，这是区域能源供需市场发展的结果。

 

  近十年来，由于节能减排形势紧迫，由原来的冷热分供，发展为冷热联供，特别是在黄河以南，长江流域，区域能源系发展为冷热联供: 夏季供冷，冬季供热。使得区域能源向综合方向发展。

 

  近年来，由于热泵技术的应用，冷热电三联供的应用，使得能源的使用更加科学合理，逐步实现品位对应、温度对口、梯级利用。使得更多低品位、低温的能源得到充分利用，区域能源正向着集成方向发展。

 

  5.4 我国区域能源规划组织

 

  2009 年9 月，中国建筑学会热能动力分会的一个重要的专业分支——区域能源专业委员会成立，这是一个自发性的民间组织，参加的专业人员以暖通空调专业为主，以区域供冷、供热与冷热电联产为主行业，多专业多学科，致力于城市区域能源规划与实施、建筑区域能源合理利用、新能源规模化应用，试图推动中国区域供冷、供热与冷热电联产的技术进步和行业的健康发展。

 

  6 几点思考

 

  （1）中小城镇能源规划应成为政府行为，以当地政府部门为主导，从当前我国政府机构的设置看，应以负责管理能源的政府部门主持，牵头组织，协调检查、督促中小城镇能源规划的编制和执行。

 

  （2）中小城镇的能源系统运行管理具有较大的空间，目前处于起步阶段，几乎是空白。应培育这方面的运营商，鼓励民间资金注入这一领域，这是一个全新的有生命力和发展前途的行业，有益于节能，有助于民生，有利于就业。

 

  （3）中小城镇能源规划是一个新颖的事物，涉及的部门，行业很多，在目前的管理体制下，只是一种先进的观念，但很难全面推进。但这是我国今后节能工作的主要方向，是政府部门应管理的重大事项，宜首先在合适的地区进行试点，取得经验后逐步推进。