289 低碳经济下的城区能源规划

低碳经济下的城区能源规划与减排 1 （谈孜超，天津大学环境科学与工程学院，天津 300072； 邱社明，滨海高新区开发建设有限公司，300301； 于志超，天津市热电公司，300161） 摘要：气候变化问题已成为国际社会高度关注的热点，中国作为世界上第二大 C02 排放国，正面临着越 来越严峻的减排压力。本文以天津中新生 态城为例，以 规划人口和建筑功能 为基础，计算了生态城在目 前节能标准下的全年能耗。在此基 础上提出了节能减排的途径与方法，并预测了节能量与减排量。结果 表明，要实现减排，比较容易实现的途径是节能，但单纯的依靠节能其减排量是有限的，要实现最大限 度的减排，保护环境，还应从改变能源结构入手。 关键词： 能耗预测 低碳经济 节能减排 1 前言 气候变化的科学事实表明，人类活动导致了大气温室气体浓度增加，解决气候变化问题的根本措施 是减少温室气体的人为排放。面对全球应对气候变化的巨大压力，我国也积极采取了提高能源效率， 优化能源结构，大力开发清洁能源等能源战略。在哥本哈根会议上，我国明确提出了二氧化碳减排 40%45%的目标。要实现国家所制定的战略减排目标，合理的城区能源规划是必须的。另外 CO2 温 室气体和烟尘等污染物排放以及热岛效应造成环境污染，电力需求紧张所引起的电荒现象、洁净和新 能源的引进造成经济成本过高等城区所面临的能源“瓶颈”问题需要进行科学的分析与研究。 “低碳经济”概念最早正式出现在 2003 年的英国能源白皮书们能源的未来：创建低碳经济中， 在其后的巴厘路线图中被进一步肯定。2008 年的世界环境日主题年为“转变传统观念，推行低碳经济” ，更是希望国际社会能够重视并采取措施使低碳经济的共识纳入到决策之中。低碳经济是低碳发展、 低碳产业、低碳技术、低碳生活等一类经济形态的总称。低碳经济以低能耗、低排放、低污染为基本 特征，以应对碳基能源对于气候变暖影响为基本要求，以实现经济社会的可持续发展为基本目的1。 低碳经济的实质在于以最低的温室气体排放，获得最大的社会产出。低碳能源是低碳经济的核心，低 碳经济要实现经济活动的能源低碳化，就必须提高能源利用效率，合理的规划能源基础设施。 2. 天津中新生态城的能耗分析 1本文受国家科技支撑项目“既有建筑综合改造技术集成示范工程” （项目编号为 2006BAJ03A10-08）的支助 2.1 中新生态城概况 中新生态城位于天津滨海新区的汉沽和塘沽之间，区域规划面积约为 34.2km2。它是中国、新加坡 两国政府战略性合作项目，是世界上第一个国家间合作开发建设的生态城市。中新生态城融入绿色环 保，可持续发展的开发理念，以节地、节能、节水、节材、环保为特点，强化可再生能源利用。 2.2 生态城基础能源需求 生态城的能源需求是指生态城内的建筑物（住宅、办公楼、商业、幼儿园、学校、医院） 、工业、 公共交通、市政设施用能等能耗总和。建筑功能不同，使用的能源种类和数量也不同，本文基于 2020 年的发展规划，按照目前实行的节能设计标准和公交、市政等现状计算能耗作为基础能耗，并采用等 效换算的方法，将能耗转化为标准煤，以利于比较。 表 1 生态城按现行指标能耗估算 供热 空调 照明 室内 设备 电梯 给排水 天然气 生活热水 燃油 2009 年小计 耗能 耗能 耗能 耗能 耗能 耗能 耗能 耗能 耗能 耗能 比例 项目 用地类型 Tce/a Tce/a Tce/a Tce/a Tce/a Tce/a Tce/a Tce/a T/a Tce/a 北部产业 87684 产业 小计 87684 10.60% 行政办公 565 622 359 526 72 24 2168 商务办公 3275 5683 3327 4851 416 139 17690 商业金融 22287 141506 82545 11792 17688 236 276055 社区中心 2693 1710 1710 2508 158 23 8801 酒店 1094 1708 521 434 87 174 4019 文化娱乐 7303 8038 7141 3091 618 1855 28046 医疗 1546 2200 1906 559 140 129 1336 7815 小学托幼 2719 921 2658 230 64 22 6614 中学 2360 799 2307 200 138 19 5823 公建 小计 43843 163186 102474 24193 19380 2620 1336 357031 43.16% 住宅 住宅 110872 59233 24301 47733 15188 7594 17358 23867 306145 37.01% 生活给水 3981 再生水供 水 1810 城市排水 2533 污水再生 1810 市政 小计 10133 1.22% 公共汽车 私家车 交通 出租车 27400 40316 8.01% 轨道交通 4555 道路与景 观照明 21352 小计 66223 汇总 154714 222419 126775 71926 34568 10214 18694 23867 0 827216 100% 本区域住宅部分，采用全年能耗模拟的方法，预测单位面积每年的能耗指标，并根据各住宅楼单元 面积的不同，加以修正。公共建筑部分，采用北京地区的公共建筑用能指标限额2。工业用能指标按 照目前滨海新区的能耗指标进行估算。交通、市政按照目前的规划指标进行估算。其结果如表 1 所示。 根据以上分析，生态城按照目前的节能标准测算结果为 827216 吨标准煤年，CO 2 排放量为 2544383t/a。 如下图所示，按各用能项目分，公建和住宅的能源需求量最多，分别占总量的 43.16% 和 37.01%，是节能减排的重点所在。 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 产 业 公 建 住 宅 市 政 交 通 Tce/ a 图 1 按建筑类型分能源需求量 3节能与减排 3.1 产业 产业用能包括建筑用能和工艺用能两部分。生态城产业的性质为研发与生产相结合，工业用户以生 态、环保型产业为主，属于高新技术产业，其建筑用能参照办公类建筑能耗计算。生态城产业用汽量 较少，工业生产热负荷一般为蒸汽热负荷，其用量与生产工艺有关。根据产业耗能特性以及生态城的 能源分布情况，可以采取的节能措施包括： （1）采用分散式清洁能源解决燃气供应。 （2）引入清洁（低能耗）产业，区域内企业与生产 100%清洁能源使用率。 （3）通过提高围护结构的节能率等措施来降低产业用能中的建筑用能。 采取节能措施后，产业能耗估计可降低 5%左右，节省标准煤 4384t，减少二氧化碳排放量 10697t。 3.2 公建 一般公建商业用户主要指宾馆、饭店、餐饮业、洗浴业、机关学校、企事业单位、医院、托幼等机 构。公共建筑的能耗主要有空调、照明、办公电器设备、电梯等公共服务以及特定功能设备等分项构 成，各个分项能耗所占比例和重要性不同，分项能耗特点以及节能的特点也不相同。公共建筑所消耗 的能源种类根据建筑物内用能系统的不同而有所差别，一般以电为主，辅以天然气、煤、蒸汽和市政 热水等。根据公共建筑耗能特性以及生态城的能源分布情况，可以采取的节能措施包括： （1）减少照明电耗。 （2）通过加强运行管理，改善过渡季节设备运行方式，提高水泵、风机等输配设备的运行效率及 应用变频技术。 （3）降低围护结构的能耗。 （4）利用可再生能源为公共建筑提供供暖制冷需求。 （5）部分住宅区可采用光伏发电系统，并采用并网方式，利用电网作为储能元件。 （6）可在建筑草坪、空地等区域设置小型风车发电，并网发电。 （7）采用冷热电联产方式提供能源利用率，并缓解用电高峰。 采取节能措施后，公共建筑可在八十年代能耗基础上约可节能 55%左右，可节省标准煤 35332t， 减少二氧化碳排放量 86210t。 3.3 住宅 住宅能耗是指在使用过程中消耗的能量，主要包括采暖、通风、空调、照明、生活热水、家用电器、 炊事设备以及电梯等的能耗。由于通过建筑围护结构散失的能量和供暖制冷系统的能耗在整个建筑能 耗中占大部分，因此目前建筑节能主要围绕提高建筑物围护结构的保温隔热性能和提高供热制冷系统 效率两个方面展开2。从上述的能耗估算中可看出，在住宅用能中，采暖空调能耗最大占 47.2%，生 活热水占 16.5%，设备照明约占 20.5%，其他能耗约占 15.8%。根据住宅建筑耗能特性以及生态城的能 源分布情况，可以采取的节能措施包括： （1）在住宅区域安装太阳能热水器，满足生态城内太阳能热水供热量占生活热水总供热量的比例 不低于 80%的目标。 （2）设置地源热泵，夏季为住宅建筑供冷，冬季为住宅建筑采暖系统提供热源。 采取节能措施后，住宅能耗可在八十年代能耗基础上降低 70%左右，可以节省标准煤 68032t。减 少二氧化碳排放量 195849t。 3.4 市政 市政设施用能包括城市道路与景观照明、城市给水设施、城市再生水供水设施、城市排水设施、城 市污水处理能耗等。根据市政设施耗能特性以及生态城的能源分布情况，可以采取的节能措施包括： （1）利用太阳能景观照明，及太阳能道路供电系统。 （2）在生态城景观性城市次干道可安装风光互补路灯系统。 市政能耗可在原能耗基础上降低 10%左右，节省标准煤 1013t，减少二氧化碳排放量 2472t。 3.5 交通 交通能耗包括公共汽车、私人机动车、出租车的燃油能耗，轨道交通的用电能耗等。根据交通能耗 特性以及生态城的能源分布情况，可以采取的节能措施包括： （1）提高绿色交通比例，增加公共交通出行率 （2）大力推行燃料电池汽车、混合电动汽车，采用生物燃料 交通能耗可在原基础能耗的基础上降低 40%左右，可以节省标准煤 22616t，减少二氧化碳排放量 93762t。 3.6 综合 从以上分析可知，在采取适当的节能措施、合理的能源规划后，整个生态城可节省标准煤 304510t，减少二氧化碳排放量 560298t。其节能减排总量如下表所示： 表 2 节能减排总量 能耗 节能量项目 Tce/a Tce/a 二氧化碳减排量 t 产业 87684 4384 78470 公建 357031 35332 86210 住宅 306145 68032 195849 市政 10133 1013 2472 交通 66223 22616 93762 汇总 827216 131377 456763 3.7 CO2 减排 采取节能及采用新能源后，CO 2 排放量约为 2018407t/a。若 2020 年人均 GDP 为 2 万美元估计， 生态城人口为 35 万人，则 CO2 排放量为 288t/百万美元，大大低于目前美国、加拿大等国的 CO2 排放 量。另外，不仅节能可以减排，改善能源结构后采用清洁能源，还可大大减少 CO2 排量。 4 结论 对于新建园区，在节能减排工作中应重点强调节能，这是最节省、成本最低的减排方式。另外，改 善能源结构是从根本上实现减排的途径，但这需要很大的投入，会对国民经济的发展产生一定的消极 影响。作为新区，可依靠发展低碳产业来提高其竞争力，利用