城市能源规划及其发展战略研究

  城市( 包括城镇地区) 是国家经济的重要载体，同时又是人口密集、经济发达、能源供应集中的区域生态系统。随着现代城市化演进过程的不断加快，城市系统已成为全球主要的生态单位之一。能源作为城市生态系统中的一个主导性要素，其在城市中的流动过程是以各类能源的消耗与转化为主要特征的。

 

  城市能源问题是关系到一个国家经济发展水平和人民生活水平的大问题。城市能源结构具有时代特征，是与生产力发展水平相适应的一种要素。城市能源的合理规划与优化配置是解决城市快速发展与能源短缺矛盾，协调城市化进程与能源资源合理利用的关键。城市能源的研究不仅有利于保障城市能源供应，更重要的是要在城市发展模式、城市生活方式、城市建设过程以及城市居民的用能行为中逐步促进能源使用方式的根本性改变。因此，可持续发展的城市能源研究不仅是一个物质系统研究的过程，也包括能源知识、能源观念、能源政策以及城市能源战略的长远和根本目标。制定、实施科学合理的城市能源规划，实现城市能源的生态化、节约化和可再生化，是关系到一个城市可持续发展能力的重要课题。

 

  1 国内外发展动态

 

  1.1 国内发展动态

 

  目前，我国对城市能源发展的研究主要从两个层面上开展：一是宏观的能源规划，强调能源供需总量平衡，缺乏具体技术支持，与城市规划存在一定的脱节，因而无法形成具体实施方案，可操作性差；二是能源基础设施专项规划，在我国城市规划体系中主要包括电力规划、热力规划和燃气规划三方面内容，这些专项规划由于各专业相互之间缺乏协调，使得规划方案有专业局限性，得不到客观的整体能源解决方案。这两种现有规划方法在解决城市能源问题中，存在着先天的缺陷，难以适应当前错综复杂的城市能源现状，获得更为科学合理的城市能源解决方案。另外，还有以下几方面的研究动态。

 

  1.1.1 改善城市大环境，促进城市综合节能的研究改善城市大环境，促进综合节能是关键。

 

  此外，增加城市的植被覆盖率，尤其是三维绿量和屋顶绿化，将城市森林建设纳入到城市规划的考虑范畴中，在城市市域乃至更大的范围中，考虑大气污染物的治理以及城市生态环境质量的改善，对于降低城市热岛效应，节约能源，具有重要的意义。

 

  1.1.2 城市规划推行生态设计的研究

 

  城市规划中推行生态设计是节能与城市规划结合的重要方面。生态设计对于节约能源具有重要的作用。杨经文在《设计的生态( 绿色) 方法( 摘要)》中指出，生态设计的要点之一，就是要尽量全面地确保一个设计对生态系统和生物圈内的不可再生能源产生最小的系统影响( 或者产生量大的有益影响)。生态设计的最低目标，是在目前的技术水平条件下设计一种物质和能源消耗较少的生活方式，这种生活方式也称为“低度生活方式”。城市规划推行生态设计在城市形态方面，应强调城市的紧凑发展和适度发展；在解决城市交通问题方面，应优先发展公共交通，城市形态越紧凑，公共交通越发达，城市能耗就越低，这已经被不少研究与实践所证明。

 

  1.2．国外发展动态

 

  国外发达国家城市能源研究利用情况总的来说是理念前瞻、措施全面、技术先进，与可再生能源紧密结合，与城市未来发展紧密结合.

 

  1.2.1 城市规划和建设与节能相结合。

 

  从“可持续发展”目标的确立至今，人们越来越认识到世界能源供应与生态环境正在面临危机的严峻事实。城市是能源消耗的中心，也是生态污染严重的地区，随着越来越多的人口涌入城市，选择城市生活，使全球能源环境压力骤增。

 

  可持续城市(Sustainable Cities)与可持续发展的含义是一致的，就是指要协调好城市经济、社会发展与城市环境之间的关系。具体的说就是要对人口、资源、环境、经济和社会等城市基本要素进行全面分析，研究各基本要素间的相互作用，预测未来的变化，使它们之间相互协调，处于可持续发展的动态平衡之中。

 

  国外先进城市将节能与城市规划等加以结合，他们所采取的节能措施或有利于节能的规划策略包括：

 

  ① 将城市发展与节能结合，坚持走紧凑型城市化道路。

 

  ② 将城镇体系的空间结构与节能结合。国外认为，大城市与超大城市要有合理的空间结构。

 

  人口在200 万以上的城市都应采取有机疏散的发展模式，不能“摊大饼”，否则，将造成巨大的能源浪费。

 

  ③ 将城市土地使用方式与节能结合，强调土地使用功能的适当混合。居住地与工作场所之间的距离应尽可能接近，避免出现工作区与居住区明显分区的现象，以减少交通量和能源消耗。

 

  ④ 将优先发展公共交通与城市节能结合。他们认识到，公共交通越发达，能耗越低。西欧发达国家与美国的人均汽车拥有量接近，但人均能耗只有美国的一半，公共交通比美国发达是主要原因之一。

 

  1.2.2 开辟新能源与治理城市污染相结合

 

  城市生产生活产生了大量的废弃物，消解城市大量的废弃物既是解决城市困境的一个重要方面，也是解决城市能源的一个重要途径。国外发达国家的城市都将城市垃圾发电作为重要的能源来源之一。日本垃圾焚烧处理总量达全国城市垃圾总量的87%(2002 年)。265 多万人口的大阪市建有10 个垃圾焚烧厂，几乎对全部应焚烧的垃圾都进行了处理。瑞士、新加坡等国家垃圾焚烧发电普及率也均达80% 以上。

 

  1.2.3 推行节能城市计划

 

  2001 年，日本东京提出把东京建成一座“节能型城市”的计划。东京节能城市的建设，一是确定目标，二是制定比较明确的措施，三是资金补贴措施和融资办法。其节能目标是，2010 年的总能耗比1996 年的能耗降低1% 左右。所采取的政策措施有三个要点：

 

  ① 提高能量的有效利用率，努力提高全体居民的节能意识和环保意识，采取自觉的节能行动。

 

  建筑与交通部门应率先垂范；同时，加大宣传力度，使更多的人利用公共交通工具，减少使用私人轿车。

 

  ② 推广使用新能源，如在家庭和办公室积极推广太阳能发电系统，推广电动汽车、太阳能汽车等“绿色能源”汽车，加快垃圾处理发电的建设步伐，推进城市热源网络化的构想，以及积极研究地热资源的开发利用。

 

  ③ 确保如地震等非常时期的能源供应。

 

  2 城市能源规划原则

 

  注重城市能源系统可持续性的同时，就是要有区域优化意识。城市中心不只是办公楼密集的地方，也应当是人们生活、工作和娱乐的地方。城市领导者的目标应该是: 使城市更富活力、更适于居住。在具体操作上，提高能效是实现能源发挥最大作用的重要途径。应尽可能减少不合理的能源需求，更加有效地利用能源，以较少的资源投入，提供更多更好的能源服务。以下是城市能源规划的基本原则。

 

  2.1 城市建筑与节能减排

 

  我国目前城镇民用建筑（非工业建筑）运行耗电占我国总发电量的22％～ 24％，北方地区城镇供暖消耗的燃煤占我国发电用煤量的15% ～ 18%，建筑消耗的能源占全国商品能源的21% ～ 24%。这些数值都仅为建筑运行所消耗的能源，不包括建筑材料制造用能及建筑施工过程消耗。目前发达国家的建筑能耗一般占总能耗的1/3 左右。随着我国城市化程度的不断提高，第三产业占GDP 比例的加大以及制造业结构的调整，建筑能耗的比例将继续提高，最终接近发达国家目前的33% 的水平。

 

  根据近30 年来能源界的研究和实践，目前普遍认为建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，是缓解能源紧张、解决社会经济发展和能源供应不足这对矛盾的最有效措施之一。

 

  目前我国正处在城市化高速发展的过程中。

 

  为适应城镇人口飞速增长的需求和继续改善人民生活水平的需要，到2020 年前我国每年城镇新建建筑的问题将持续保持在10 亿m?/a 左右，到2020 年新增城镇民用建筑面积将为100 ～ 150亿m2。

 

  2.2 城市规划中能源规划及其指标体系的优化

 

  今后我国的城市发展模式和城市规划也将在很大程度上受到能源供给和能源使用方式的影响和制约，节约能源能等可持续发展设计策略今后将成为城市规划发展创新的一个主要方向。城市能源体系是一个复杂的系统，要在满足精度要求的基础上，对城市能源系统进行素描，需要由多个具有内在联系的指标按一定的结构层次组合在一起，而目前单纯针对能源问题的指标体系的研究还较少，更缺乏针对城市能源系统的指标体系，所以形成一套合理准确的评价指标体系具有很大的必要性。

 

  3 城市能源规划目标

 

  3.1 提高能源效率和清洁能源结构

 

  我国学者庄贵阳认为，核心是能源技术创新和制度创新，目标是减缓气候变化和促进人类的可持续发展，即依靠技术创新和政策措施，实施一场能源革命，建立一种较少排放温室气体的经济发展模式，减缓气候变化，就是以低能耗低污染为基础。在不影响经济和社会发展的前提下，通过技术创新和制度创新，尽可能最大限度地减少温室气体排放，从而减缓全球气候变化，实现经济和社会的清洁发展与可持续发展。

 

  严格限制未洗选原煤的直接燃烧，提高优质能源应用比例，强调可再生能源和清洁能源的利用，规定可再生能源和清洁能源使用比例。与紧湊开发结合，提倡集中供热制冷，尽量减少将电能转化成热能等高位能源向低位能源转化的能源利用方式。与建筑设计和材料技术革新，促进降低能源消耗。在能源供给上选择双气源双电源的模式，并优先利用本地能源，提高能源自给率，保证在出现事故和外界供给波动时，降低城市能源安全风险。

 

  对于燃气供应，应调整燃气供需平衡，选取比较节能的储气方式，合理配置管网压力，推广节能燃器具的使用。对于热力供应，应通过绿色建筑节能措施与可再生能源利用技术的结合降低城市区域内的热负荷，提高热源的热效率，选择合理的供热参数，减少管网的漏失和热损，对于供电系统，应设法降低电网电路和变压器的线损，减少电能浪费。

 

  3.2 加大产业结构调整力度，转变生产方式和消费方式

 

  城市作为社会生产力高度集聚的一种空间组合形态，对整个社会的能源生产、供给及需求状况有着极为密切的联系。城市的正常运转离不开能源的生产和消费；反过来，友好的城市环境又需要能源的清洁利用。

 

  城市能源，主要是指在城市地区生产和消费的能源。城市能耗生产和能源消费同样重要，在一些化石燃料资源丰富的城市还将能源生产作为支柱产业，本文侧重于能源消费。城市能源消费指城市中各行各业消耗的所有能源，包括宏观各产业的能源消费量（第一产业、工业、建筑业和第三产业）、城乡居民生活用能、能源加工转换过程消耗量及能源传输过程消耗量，对工业用能做重点研究，可以探求产业结构及能源效率对城市能源消费的重要影响。

 

  4 城市能源规划的问题

 

  4.1 城市能源战略：一个需要综合统筹的问题

 

  随着我国能源发展战略的转型以及能源的供应和使用对我国经济、社会发展和环境影响的逐步加深，制定与实施可持续发展的能源战略就不再是某一部门、某一行业所要面对的问题，而是从国家到地方、从工业生产到人民生活，需要全社会共同参与的重大战略问题。

 

  4.2 城市能源战略与城市规划的关系

 

  城市能源规划思想里应导入经济、社会、生态的因素，按符合生态要求的原则进行城市规划，是一个多目标、多价值的决策过程，是一个以整体的、系统的观点来规划城市能源体系健康稳定发展思想。能源规划主要是一个部门区域行业规划，而非综合性的战略规划。并且较少与城市规划政策、城市总体规划以及其它层次的城市规划相结合。而在能源短缺问题凸现以前，以“发展为导向”的我国城市规划更少顾及能源供应与能源使用方式对城市规划的制约和影响。城市规划政策和城市规划较少反映国家能源战略目标和要求，也较少将节能和减少城市用能污染等目标贯彻到城市规划与城市设计之中，城市规划创新较少反映城市节能的诉求。

 

  4.3 城市能源消费的区域性差异大

 

  城市能源生产和消费呈现出明显的地区差异特征，与经济发展的区域差异相一致: 经济相对发达的沿海城市人均能源消费且明显高于欠发达地区的城市。从能源品种看，广东、福建等沿海城市的优质能源比重高于全国的平均水平，西部和北部地区的城市煤炭消费比例较高。核电在广东和浙江均有较快发展，但所占城市能源消费比例非常有限。西南地区一些城市水电的比例较高。

 

  另一方面，用于城市居民炊事和热水的燃气耗热值很小。由人均家庭耗热量( 炊事与热水) 分析可知，虽然受到气候条件等因素的影响，也与当地经济发展水平有关。一般而言，人均收入越高，人均耗热量也越多，反之亦然。

 

  5 城市能源指标体系

 

  5.1 建立中国城市能源指标体系

 

  指标是反映系统要素或现象的数量概念和具体数值。为了能够真实、全面地勾画出城市能源系统的状态和特点，发现问题所在，进而提出解决的方案或努力方向，城市能源可持续发展指标体系应具有状态标识性、诊断性和治疗性。

 

  城市规划是对城市各类组成要素的空间安排，是对一定时期内城市的经济和社会发展、土地利用、空间布局以及各项建设的综合部署、具体安排和实施管理。基于各类实证研究，评价一个城市是否可持续发展，一般集中在对于城市形态或城市各类指标的评价上，目标包括以下五方面： 经济效率(Economic Efficiency)、社会公正(Social Equaity)、环境保护(EnvironmentProtection)、制度可持续(Sustainable Institution)和财政可持续(Sustainable Finance)，即三个E、一个I 和一个F。

 

  物质形态是城市在空间上的直观表达，指标体系则是以数据的形式反映城市。当人们难以通过城市形态来评判城市的可持续发展状况时，指标体系就相对易于操作一些。

 

  在区域层面，对未来可持续的社会城市区域有四个转变目标及相应的指标内容。①自然资源：

 

  增加生物多样性；大幅度增加城乡植物量；寻找地下水和优质表层土地消耗的替代方法；鼓励大量使用可再生资源。②土地利用和交通：缩短日长通勤出行距离；大幅度提高公共交通出行比例；平衡公交运量，以最小化燃油消耗；非特殊性食品、货物和服务的地方性自给自足；公交导向的集中式开发。③能源：大量减少化石燃料的消耗；增加可再生能源的生产，如太阳能、风能和潮汐能；更好地使用绝缘材料；建筑形式与布局更利于提高能源使用效率。④污染和废气物：减少污染物的排放；通过综合手段改善空气、水体和土壤的质量；减少废弃物的总量；大幅度增加循环利用；废弃物的大量再利用。

 

  在城市层面，包括人格尊重、社区教育和公众参与、住房、开敞空间和土地利用、经济发展、交通运输、环境和公众健康、资源保存等8个目标，通过指标对城市的可持续发展进程进行评价。

 

  在城市功能层面，居住、就业、交通是城市中的一些主要活动。土地利用着重于土地的经济性、灾害多发地段回避开发、海岸和港口的保护等。居住和就业引发最基本日常通勤交通。小汽车出行较大运量公共交通而言，普遍被认为是能源利用效率低下的，并对环境、社会造成冲击的。交通是能源的主要消耗方，推动全球原油需求量的增加。故交通能耗在很大程度上导致了自然资源的消减、空气污染和气候变化。

 

  5.2 计算方法

 

  由于城市化中经济社会发展对能源增量消费

 

  的依赖较强，城市发展受到资源供应与消费能力的制约，由此可以得出能源在城市化进程中的定量判断。在建立城市能源指标体系时，资源（Y），用来表示城市发展的保持与增长，如果按平均值来计算，它需要一个人口参量（E）的增加来表示对资源的分配，那么这个关系表示为：

 

  （1）如果 表示人口增长率，则这个关系可以衍生为下式。

 

  （2）这种一般模式的计算反映了人口增长的特征。如果将基本参量合理的代入，这个公式就可引申为公式。

 

  （3）当 时，这个结果可以简化成一个指数： 。 时导致了S 形曲线的增长，当 时增长达到了最大值，随着人口参量的进入，有限承载力成为公式 。

 

  当考虑到创新力和财富量做为该解决方案的驱动力时，即时，如果 ， 导致公式（2）以指数形式无限增长，最终导致无限的人口在有限的时间内的变化，即公式。

 

  （4）罗马俱乐部发表的第一份研究报告《增长的极限》是一本上世纪七十年代问世伊始就曾引起过巨大反响的悲观派的代表作。该书我们：人口、粮食生产、工业化、污染和不可再生的自然资源的消耗还在继续增长，每年它们以数学家称为指数增长的模式增长着。现在几乎所有的人类活动，从化肥的施用到城市的扩大，都可以用指数增长曲线。值得一提的是16 世纪以来，世界人口表现为指数增长，所以一些学者称为人口爆炸。

 

  城市能源规划有助于调整我国城市能源结构，使其向高效化发展，降低能源单耗，提高高能耗产业的能源利用效率。可以结合城市能源现状和未来发展，优化城市能源系统配置，从能源安全、环境保护、能源节约和经济性等方面综合评价，提出城市能源发展的解决方案。在城市能源安全方面可以防止自然灾害的影响，也可以预防不可意料的人为灾害。有利于减少室内空气污染和城市大气污染。

 

  推进城市能源可持续发展可以大有作为。如分析城市能源的结构与城市环境质量的关系，找出城市能源问题的关键所在；分析城市经济发展水平、效益与能源利用的关系；将节能与改善城市能源结构相结合，将节能与资源节约相结合；建立城市节能型产业，使之成为城市新的经济增长点；改善城市大环境，制定与节能相匹配的城市建设标准，促进城市综合节能；将开辟新能源与治理城市污染相结合，大力发展可再生能源等。

 

  城市能源系统中城市能源规划可以与城市规划政策、城市总体规划以及其它层次的城市规划相结合。在城市能源战略的实施方面，可以说城市规划是实施城市能源战略的主要载体。无论是城市规划指引、城市设计导则、建筑与环境节能、城市社区规划还是城市基础设施建设都与城市能源战略的实施紧密相关。在可持续发展已成为我国基本国策的大背景下，我国的城市规划无论是理论研究还是规划设计创新都应当为中国城市的可持续发展担负起自己的责任。