可再生能源利用专项规划编制的探索与实践-以北京延庆为例

  1 引言

 

  在当前能源供应紧张、环保压力加大等发展趋势下，在城市发展中加大对可再生能源和新能源的开发利用具有显著的意义，是实现城市可持续发展的重要途径。在政策上，可再生能源利用是实现“节能减排”、建立“低碳社会”、应对气候外交的有效途径；在技术上，可再生能源负荷分布式能源（Distributed Power）的发展趋势；在经济上，有助抵御能源产品市场风险对地方经济的冲击；在社会效益上，可再生能源开发往往是支持农村及贫困地区发展的重要内容。

 

  有研究表明，随着相关技术的进步，未来 10～20 年内可再生能源利用的成本和效益将具有极强的竞争力，并成为人类社会能源供给的常规措施。作为规划从业人员，应从专业领域的前瞻性着手，进一步研讨、促进和推广可再生能源利用规划的实践。

 

  但另一方面，虽然近年来已有许多规划项目开始重视和提倡利用可再生能源，但大多停留在理念与概念阶段，操作性不强。在城市或区域规划中的实施性规划基本处于空白。本文以《北京延庆可再生能源开发与利用规划》专项规划为案例，探讨了相关规划的编制技术方法，介绍了如何从资源评估、设施布局及系统管理三个方面着手，编制具有实施性的可再生能源利用规划，为今后进一步加强和深化城市可再生能源利用规划工作做出初步探索。

 

  2 可再生能源利用专项规划解读

 

  2.1 定位与目的

 

  专项规划是城乡规划体系中的重要组成部分，虽属非法定规划，但现实中却是地方规划管理部门的主要工作依据和技术支撑。专项规划侧重从体系的角度纵向研究相关要素的特点，分析问题、进行评价，进行自上而下的全面布局，并提出可行的规划实施策略[1]。

 

  因此，可再生能源利用专项规划应定位在总体规划指导下，对城市发展中的能源利用问题、尤其是可再生能源的利用进行系统研究、科学评价和合理规划。对总体规划中提出的节能减排等规划目标进行论证，对规划内容进行延伸、细化和落实。结合理论、技术与工程的创新，探索城市低碳发展路径。

 

  另一方面，考虑到专项规划的定位，可再生能源利用专项规划除体现对规划体系的支撑功能外，编制的核心还应强调建立在“实施导向型”的思路上，突出具体执行项目，将规划的可实施性、落实机制与规划方案本身等同考虑，才能较好的发挥专项指导的作用。

 

  2.2 规划技术流程

 

  可再生能源的规模化利用属于新兴的技术领域，通过对现行相关规划技术标准、规范进行汇总后不难看出，目前我国主要以行业指导性文件为主，尚未在此领域颁布对应的技术指导文件。可再生能源利用专项规划的技术流程和方案构成模式尚处于探索阶段，缺乏专门的编制办法来规范和指导。

 

  在总结相关领域规划案例后，本文提出了一套可再生能源利用专项规划的技术路线供参考和讨论（图1），其实施技术路线由规划流程和规划内容与工具两方面共同构成。规划流程主要在资源评估的基础上进行负荷分析及设施规划，通过可再生能源开发的系统管理与情景分析实现合理利用。各阶段均有相应的规划编制内容和技术方法对其进行支撑。在实际工作中，以下几点需要重点考虑。

 

  （1）对资源储量条件要仔细区别。可再生能源的资源储量是整个利用规划的基础，一般而言、风能、太阳能、生物质能等主要的可再生能源往往具有储量大、密度低、利用困难的特点，也是其规模化利用难以开展的重要原因。因此可将其储量细分为理论储量、（技术）可获得量、（经济）可开发量，分别对应不同技术经济水平下的实际资源可利用量和程度（图2），提高规划的科学性和可实施性。

 

  （2）多情景分析在规划中的应用。由于当前技术经济水平不断发展，因此可再生能源的利用方式和可开发量也在不断变化，因以理论储量为依据，通过采取不同的技术措施和成本投入形成不同的利用情景，对多个开发利用情景进行比较和选择，最终得出较为合理的可再生能源利用方案。

 

  各利用情景中将主要考虑不同可再生能源来源的组合、各类能源的资源量、生产率、经济性和项目实施的不确定性等要素（图3），并采取相应的评估方法进行研究。

 

  （3）关注可再生能源利用的负面影响。可再生能源虽然是一种低碳环保的资源，但由于技术手段的限制，当前其利用方式并非完全清洁，同样会产生一定的环境影响（表1）。因此，在专项规划中还应对相应的影响进行评估，提出具体措施进行影响削减。

 

  2.3 储量评估方法

 

  太阳能资源的储量评估方法主要源于气象观测和地表辐射数据。以光伏利用为例，应掌握至少近30年的日照情况（日照时数、地表辐射），通过长期气象观测和地表辐射，计算出地表总辐射密度和可转化为电能的比率，最终核算出区域内的太阳能资源量。而其可获得量主要取决于可用于建设光伏电场的土地规模，应通过地理信息系统，选取气候资源丰富、同时土地条件难以作为常规耕作和建设的地区，核算其规模，最终获得该地区太阳能资源开发的可获得量。

 

  风能资源的储量评估方法也主要源于对气象观测数据的分析。对长期气象观测数据进行统计核算（图4），利用Weibull 风能公式计算出区域风能资源的总量，在地理信息系统中对其进行插值作图，结合可建设风电场的用地分布，最终得到该地区风能资源开发的可获得量。

 

  生物质能资源的储量评估方法主要来源于农业统计资料，从原料类型、产量及各类转换系数、收集利用系数出发，测算区域生物质能资源数量和分布。其可获得量取决于规模化利用设施的收集半径和收集系数。

 

  地热能资源的储量评估方法主要采用大地热流量法和热储法进行核算。

 

  2.4 设施布局方法

 

  可再生能源规划中除对资源进行核算外，还应对设施利用进行布置。主要的利用类型为离网式（分布式）和并网式两类。一般而言，两类设施在布局时都应考虑资源条件、交通条件、地形地质、各类建设制约因素等条件，同时离网式设施布局应靠近负荷中心，而并网式设施则应选择并网条件较好的地区。

 

  2.5 投入产出分析

 

  可再生能源作为新兴的能源利用方式，现阶段其成本和投入产出相对较高，综合国内外的研究和实践，对此类建设项目实施补贴、配额等财政激励手段是十分关键的。因此在可再生能源利用专项规划中，还有通过收益率等指标，对不同的激励机制进行测算，寻找最优方案。其中尤其需要考虑使用煤炭、石油等替代能源的环境和经济成本。

 

  3 案例：延庆可再生能源开发与利用规划

 

  延庆县地处京西北，新城距中心城区约74 km，县域面积1994 km2，其中山区面积超过70%（图5 图）。

 

  依据北京“两轴－两带－多中心”的都市空间发展结构，延庆位于“西部发展带”内，是首都重要的生态屏障与涵养区、水源保护区及未来发展腹地。

 

  延庆总人口约 28 万，主导产业为农业及农产品加工，是首都农副产品供应基地。延庆于2000 年被评为国家级生态示范县，现状生态环境质量在全市名列前茅。与此同时，延庆还具有一定的自然资源条件：

 

  地形地势独特、海拔较高、太阳辐射强、昼夜温差大，拥有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热等资源（图6）。上述基础使得延庆在可再生能源的开发上具有突出优势，并于2006 年被确定为北京新能源和可再生能源示范县。

 

  3.1 资源评估

 

  通过计算，延庆全县的可再生能源资源情况为：

 

  太阳能，全县日照时数 2500 h，平均太阳总辐射量5000 MJ/m2，单位面积太阳能理论发电量为166kWh/m2（图7）。可能的最大发电总量为每年118 亿kWh，约合145 万tcoe（吨标准煤）。

 

  风能：全县平均风速3 m/s，平均最大风速15 m/s，有效风年小时数2000 h，风功率密度在30～10 W/m2之间，平均风功率密度20 W/m2（图8）。可能的最大发电总量为每年864 亿kWh，约合1062 万tcoe。

 

  生物质能：延庆生物质能储量为13 万tcoe，可获得量为7.8 万tcoe，可获得量中秸秆可燃气占比53%、沼气占比45%、林木可燃气占比3%（图9）。

 

  3.2 利用规划

 

  延庆 2008 年社会能耗总量为44.6 万tcoe，2020 年全县电力用电量为15.6 亿kWh，全县社会能源消耗总量约为160 万tcoe，可发现延庆可再生能源的储量是十分巨大的，从资源储备上来说可以支撑2010 年末全县可再生能源利用率达到20%的目标[2]。

 

  不同情景分析表明，可再生能源实际利用可占全县社会总能耗的 3%～11%，达2～8 万tcoe/a，温室气体减排量可达8～16 万t CO2/a。见图10、图11。

 

  3.3 实施建议

 

  从资源本底和技术经济角度综合评估，延庆可再生能源下一步发展的优势方向在于生物质能和太阳能的开发利用。生物质能具有开发基础好、设施建设成本相对较低等优势，符合新农村建设的发展方向，虽然资源总量比风能和太阳能要小，但可利用水平较高，是近期优先考虑建设的方向。

 

  太阳能和风能资源理论储量虽较大，但开发利用要求较高，需进一步对局部地区进行评估。目前太阳能在光热直接利用方面已有较好的基础，光电主要受限于设备和管理维护的成本，规模化利用主要依赖国家投入和示范建设。风能在全县整体来看并不具有非常明显的开发优势，但在局部地区，可考虑地形条件选择性地进行风电场资源评估和建设。