趙顏創(chuàng), 趙小鋒,*, 林劍藝, 崔勝輝

廈門市城市能源代謝綜合分析方法及應(yīng)用

趙顏創(chuàng)1,2, 趙小鋒1,2,*, 林劍藝1,2, 崔勝輝1,2

1. 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所, 中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廈門 361021
2. 廈門市城市代謝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廈門 361021

城市代謝理論目前被認(rèn)為是系統(tǒng)解析城市病癥結(jié)的重要切入點(diǎn)。能源是人類活動(dòng)和城市發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ), 研究其代謝規(guī)律可以揭示城市能源利用過(guò)程中存在的問(wèn)題及其代謝污染物的生態(tài)環(huán)境效應(yīng), 從而為城市能源規(guī)劃與管理提供科學(xué)依據(jù)。文章在部門調(diào)研數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)資料分析的基礎(chǔ)上, 提出了一種基于能量流的城市能源代謝綜合分析方法。該方法系統(tǒng)分析能源在城市內(nèi)部的流動(dòng)過(guò)程, 全面核算5種主要代謝污染物的排放量, 并使用7個(gè)指標(biāo)對(duì)能源代謝進(jìn)行評(píng)價(jià), 進(jìn)一步使用該方法系統(tǒng)研究了廈門市2009年能源代謝情況, 結(jié)果表明: (1)廈門本地能源稀缺, 對(duì)外依存度高, 并且結(jié)構(gòu)較為單一, 主要依賴煤炭和燃油, 分別占能源總量的61%和23%。(2)代謝污染物CO2、NO2和廢熱首要來(lái)自能源加工轉(zhuǎn)化, SO2和PM2.5首要來(lái)自工業(yè)。(3)2009年能源代謝總效率為0.43 tce·t-1, 在各部門中服務(wù)業(yè)及其他的效率最高, 加工轉(zhuǎn)化的效率最低, 代謝效率與能源結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。(4)文章提出的方法可為城市能源代謝研究提供方法參考。

能源代謝; 綜合分析; 能量流; 代謝效率; 廈門

1 前言

隨著我國(guó)城市化與工業(yè)化的推進(jìn), 巨大的資源壓力與生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已成為限制城市發(fā)展的重要因素[1–2], 我國(guó)正面臨著世界上最為嚴(yán)重的城市生態(tài)問(wèn)題, 而城市代謝理論目前被認(rèn)為是系統(tǒng)解析城市病癥結(jié)的重要切入點(diǎn)[3]。Wolman于1965年首先提出“城市代謝”這一概念, 通過(guò)同自然代謝過(guò)程相類比,將其定義為從環(huán)境中輸入物質(zhì)和能量, 然后輸出產(chǎn)品和廢物的過(guò)程[4]?；诖擞^點(diǎn), 后續(xù)學(xué)者不斷豐富城市代謝的理論, 并用來(lái)探視城市內(nèi)部物質(zhì)與能量的代謝機(jī)制與流動(dòng)過(guò)程, 評(píng)估代謝廢棄物的環(huán)境影響, 探究城市存在的資源環(huán)境問(wèn)題, 進(jìn)而尋求城市可持續(xù)發(fā)展道路[1]。

能源是人類活動(dòng)和城市發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 我國(guó)能源需求急劇增加, 能源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)重[5]。與此同時(shí), 能源代謝產(chǎn)生的污染物如CO2、SO2、NOX等不斷引發(fā)氣候變化、酸雨等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。因此, 能源引發(fā)的資源環(huán)境問(wèn)題已成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要議題之一。研究城市能源的代謝可以揭示城市在能源利用過(guò)程中存在的問(wèn)題及其代謝污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響, 從而為城市能源規(guī)劃與政策提供科學(xué)依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于能源代謝的研究主要分為兩類, 一類是將其作為城市代謝的一個(gè)組分, 例如楊德偉等利用能值分析法對(duì)廈門市能量代謝的研究[6], Pi?a等利用物質(zhì)流分析法對(duì)圣菲波哥市物質(zhì)代謝的研究[7]等, 另一類是專門以能源為對(duì)象, 例如Browne等分別利用物質(zhì)流、代謝比和生態(tài)足跡分析法探討了利默里克市能源代謝情況[8], 張妍等利用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)比了中國(guó)四個(gè)城市的能源代謝水平[9], 梁賽等對(duì)投入—產(chǎn)出法進(jìn)行了改進(jìn), 并成功用于蘇州市能源代謝的分析[10]。以上研究在評(píng)估能源代謝污染物時(shí)通常只分析了CO2、SO2和NOX等傳統(tǒng)的代謝污染物。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境質(zhì)量的重視, PM2.5和城市廢熱也日益受到關(guān)注, 二者主要來(lái)自化石能源的燃燒[11–14]。根據(jù)2013年末陳竺院士等在《柳葉刀》發(fā)表的文章, PM2.5已經(jīng)成為中國(guó)人健康的第四大威脅, 而廢熱會(huì)導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)加重, 進(jìn)而影響城市微氣候[15],并會(huì)增加城市居民的健康風(fēng)險(xiǎn)[16]。因此, 在研究城市能源代謝時(shí)很有必要考對(duì)PM2.5和廢熱進(jìn)行分析。另外, 當(dāng)前研究在衡量能源代謝水平時(shí), 使用的指標(biāo)較為單一, 例如常用指標(biāo)能源強(qiáng)度主要衡量能源代謝的經(jīng)濟(jì)效率[7], 而基于能值的代謝評(píng)價(jià)指標(biāo)側(cè)重于系統(tǒng)內(nèi)可利用總能量的分析, 未包含代謝污染物的排放量[6], 不能全面反映城市能源代謝產(chǎn)生的資源環(huán)境效應(yīng)。因此, 迫切需要一種包含多指標(biāo)、多種能源代謝污染物的城市能源代謝分析方法, 從多方面對(duì)能源代謝過(guò)程進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià), 以便全面、深入的刻畫城市能源代謝現(xiàn)狀, 揭示代謝過(guò)程中存在的問(wèn)題, 從而為城市能源規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

能量流分析法由Haberl于1997年提出[17], 其以能量為研究對(duì)象, 可以揭示城市代謝的路徑和內(nèi)涵,近年來(lái)不斷受到重視[1]。本文以廈門市為例, 在當(dāng)前研究基礎(chǔ)之上, 提出了一種基于能量流的城市能源代謝綜合分析方法。該方法系統(tǒng)分析能源在城市內(nèi)部的流動(dòng)過(guò)程, 全面核算5種主要代謝污染物的排放量, 并使用7個(gè)指標(biāo)對(duì)能源代謝進(jìn)行評(píng)價(jià), 為全面研究城市能源代謝問(wèn)題提供方法借鑒。進(jìn)而系統(tǒng)分析了廈門市能源代謝情況, 以期為廈門能源調(diào)控策略和可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1研究區(qū)概況

廈門市位于福建省東南部, 北部與泉州毗鄰,西接漳州, 東南與臺(tái)灣本島和澎湖列島隔海相望,陸地面積1565 km2, 海域面積390 km2[18], 是我國(guó)東南沿海重要的中心城市、港口及風(fēng)景旅游城市。廈門市本地能源極其匱乏, 99%以上需從外地調(diào)入[19]。伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和快速的城市化進(jìn)程, 能源需求不斷增加, 據(jù)估算, 2013年度廈門市能源消費(fèi)總量為1404萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤(等價(jià)值)[20], 另一方面, 能源代謝產(chǎn)生的污染物也顯著影響廈門市的環(huán)境質(zhì)量。2013年廈門市酸雨發(fā)生率為68.8%[21]; 2014年初, 廈門遭遇史上最強(qiáng)霧霾[22]。熱島強(qiáng)度與熱島面積近年來(lái)也明顯增加[15]。能源及其引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已成為制約廈門市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[23]。因此有必要以能源為對(duì)象, 對(duì)其代謝過(guò)程和效率進(jìn)行系統(tǒng)全面的研究, 為能源規(guī)劃和調(diào)控策略提供科學(xué)基礎(chǔ)。

2.2研究方法

2.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究使用的數(shù)據(jù)來(lái)源于部門調(diào)研、統(tǒng)計(jì)年鑒以及文獻(xiàn)資料三方面。參考的年鑒有《廈門經(jīng)濟(jì)特區(qū)年鑒2010》、《廈門市能源平衡表2009》、《廈門市環(huán)境統(tǒng)計(jì)》等。各部門各類能源的消費(fèi)量通過(guò)部門調(diào)研完成, 調(diào)研的部門包括廈門市電業(yè)局、經(jīng)濟(jì)發(fā)展局、發(fā)展改革委員會(huì)、建設(shè)與管理局、統(tǒng)計(jì)局、交通局、規(guī)劃局、公安交通管理局指揮中心以及市政園林局等。

2.2.2 能量流分析

能量流分析法(EFA)是一種由物質(zhì)流分析法(MFA)發(fā)展而來(lái)的城市代謝的分析方法。它以能量守恒為理論基礎(chǔ), 通過(guò)跟蹤能量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的流動(dòng)途徑及過(guò)程, 揭示能量的流動(dòng)特征、轉(zhuǎn)化效率和吞吐量[2]。能量流分析在核算過(guò)程中使用能量單位, 使其研究對(duì)象可以涵蓋非物質(zhì)形態(tài)的能源,比如電力、熱力。本文以廈門市行政區(qū)作為研究邊界, 使用的能源平衡方程為: 外界輸入量+本地加工轉(zhuǎn)化量=本地終端部門消費(fèi)量+損失量, 核算單位使用萬(wàn)噸標(biāo)煤, 電力和熱力使用當(dāng)量值。

2.2.3 城市能源代謝過(guò)程分析

根據(jù)能源代謝的分析框架, 結(jié)合廈門市實(shí)際情況, 構(gòu)建如圖1所示的城市能源代謝概念模型。將能源代謝的過(guò)程細(xì)化為以下四個(gè)環(huán)節(jié): (1)能源輸入; (2)能源加工轉(zhuǎn)化; (3)終端部門能源消費(fèi); (4)能源代謝污染物排放。

2.2.3.1 能源輸入環(huán)節(jié)

能源輸入端反映研究區(qū)可利用能源的來(lái)源, 包括本地采掘和外地調(diào)入兩部分。廈門市受地域資源限制, 長(zhǎng)期以來(lái)99%以上的能源從外地調(diào)入, 自給率不足1%, 故忽略本地采掘部分, 將外地調(diào)入量作為代謝的輸入端。

圖1 城市能源代謝概念模型Fig. 1 Conceptual model of urban energy metabolism

2.2.3.2 能源加工轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)

能源加工轉(zhuǎn)化主要包括煤炭、石油加工以及電力、熱力轉(zhuǎn)化等過(guò)程。廈門市煤炭、石油等能源加工業(yè)產(chǎn)值很小, 且數(shù)據(jù)獲取存在困難, 因此忽略該部分, 能源加工轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)僅考慮電力、熱力的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

2.2.3.3 終端部門能源消費(fèi)環(huán)節(jié)

終端部門能源消費(fèi)是指直接使用能源進(jìn)行生產(chǎn)和生活的過(guò)程。在此, 將廈門市能源消費(fèi)終端部門分為工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)(僅包括公路運(yùn)輸)、農(nóng)林牧副漁業(yè)、建筑業(yè)、居民生活、服務(wù)業(yè)及其他共六大部門。將其消耗能源的類型分為原煤、煤制品、汽油、柴油、燃料油、天然氣、液化石油氣、電力和熱力。

2.2.3.4 能源代謝污染物排放環(huán)節(jié)

本研究綜合考慮了能源利用過(guò)程中代謝污染物CO2、SO2、NO2、廢熱以及PM2.5的直接排放。其中CO2排放量的計(jì)算參照IPCC方法[24]; SO2排放量根據(jù)物料平衡算法計(jì)算, 參照《關(guān)于在酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)開展征收二氧化硫排污費(fèi)擴(kuò)大試點(diǎn)的通知》; NO2排放量根據(jù)排放因子法計(jì)算, 排放系數(shù)參照《工業(yè)污染物產(chǎn)生和排放系數(shù)手冊(cè)》[25]; PM2.5排放量的計(jì)算參考《大氣細(xì)顆粒物(PM2.5)源排放清單編制技術(shù)指南(試行)》[26]。熱效率指終端得到的有用能與輸入能量之比, 當(dāng)前文獻(xiàn)關(guān)于廢熱排放量的研究中很少考慮終端部門利用能源的熱效率[12–13], 計(jì)算結(jié)果偏高。鑒于此, 本研究在計(jì)算廢熱排放量時(shí)考慮了不同部門使用能源時(shí)的熱效率, 使結(jié)果更加符合實(shí)際情況, 計(jì)算方法如下:

其中:hE為廢熱排放量;ijF為i部門消耗j類能源的標(biāo)準(zhǔn)煤量; α為標(biāo)準(zhǔn)煤熱值,ijη為i部門利用j類能源的熱效率, 其值參考文獻(xiàn)[27]。

2.2.4 能源代謝評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文采用以下7個(gè)代謝指標(biāo)從資源、環(huán)境和生態(tài)三方面深入分析廈門市能源代謝的經(jīng)濟(jì)、人均和空間水平, 各指標(biāo)計(jì)算公式和說(shuō)明如表1所示:

表1 能源代謝評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab. 1 Energy metabolic indicators

3 結(jié)果與分析

根據(jù)廈門市能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 2009年廈門市能源代謝輸入量為629萬(wàn)噸標(biāo)煤, 全部從外地調(diào)入。其中大約48%用于二次能源電力、熱力的轉(zhuǎn)化, 其余直接用于生產(chǎn)和生活消費(fèi), 沒(méi)有對(duì)外輸出。

3.1能源輸入環(huán)節(jié)

圖2為2009年廈門市能源代謝輸入端的能源結(jié)構(gòu), 最重要的部分是原煤, 占61%, 其他比重較大的包括柴油、汽油和電力, 分別占11%、9%和9%。汽油、柴油和燃料油可統(tǒng)稱燃油, 共占能源輸入總量的23%。可見廈門市能源動(dòng)力主要依靠原煤和燃油。

3.2能源加工轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)

表2為2009年廈門市能源加工轉(zhuǎn)化情況, 主要是燃煤發(fā)電與供熱。電力、熱力部門分別投入284.01和33.28萬(wàn)噸標(biāo)煤的化石能源, 產(chǎn)生了109.66萬(wàn)噸標(biāo)煤的電力和32.78萬(wàn)噸標(biāo)煤的熱力, 轉(zhuǎn)化效率分別為38.6%和98.5%, 均高于當(dāng)年按中國(guó)能源平衡表計(jì)算得的全國(guó)平均轉(zhuǎn)化效率37.4%和74.4%。

圖2 廈門市能源代謝輸入端的能源結(jié)構(gòu)Fig. 2 Energy input structure of urban energy metabolism in Xiamen

表2 廈門市能源加工轉(zhuǎn)化情況Tab. 2 Energy process and transformation in Xiamen 萬(wàn)噸標(biāo)煤

3.3終端部門能源消費(fèi)環(huán)節(jié)

圖3為2009年廈門市終端部門能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),可以看出主要為電力、原煤, 比例分別為37%、18%,其次是柴油和汽油, 比例分別為15%和12%, 其他能源的比例較小。圖4為2009年廈門市各終端部門的能源消費(fèi)情況, 工業(yè)最多, 為253萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤; 其次是交通運(yùn)輸業(yè), 為107萬(wàn)噸標(biāo)煤; 服務(wù)業(yè)和居民生活消耗相當(dāng), 均在46萬(wàn)噸標(biāo)煤左右; 農(nóng)林牧副漁業(yè)和建筑業(yè)消耗最少, 均在5萬(wàn)噸標(biāo)煤左右。

圖3 廈門市終端部門消費(fèi)環(huán)節(jié)的能源結(jié)構(gòu)Fig. 3 Energy consumption structure in Xiamen

圖4 廈門市各終端部門的能源消費(fèi)情況, 其中(1): 工業(yè)(2):交通運(yùn)輸業(yè)(3): 農(nóng)林牧副漁業(yè)(4): 建筑業(yè)(5)服務(wù)業(yè)及其他(6): 居民生活Fig. 4 The energy amount of sectors consumption in Xiamen, (1) industry, (2) transport, (3) agriculture, (4) construction, (5) commercial and services, (6) residential

3.4能源代謝污染物排放環(huán)節(jié)

能源代謝的各個(gè)環(huán)節(jié)中加工轉(zhuǎn)化和終端部門利用都會(huì)產(chǎn)生污染物排放, 而能源加工轉(zhuǎn)化廣義上也屬于一種工業(yè)門類, 為便于對(duì)比分析這里將能源加工轉(zhuǎn)化視為與能源終端利用各行業(yè)并列的一個(gè)部門進(jìn)行比較。

2009年廈門市能源代謝各部門中主要污染物排放情況如圖5所示, 其中能源加工轉(zhuǎn)化是CO2的主要來(lái)源, 占其總排放量的57%; 其次是工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè), 比例分別為22%和16%; 建筑業(yè)、農(nóng)林牧副漁業(yè)、居民生活和服務(wù)業(yè)的排放量很小, 三者之和僅為5%。SO2的主要來(lái)源是工業(yè), 占其總排放量的65%; 其次是能源加工轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié), 比例為22%; 其余5個(gè)行業(yè)SO2排放量所占比例很小, 總和僅為13%。NO2的主要來(lái)源是能源加工轉(zhuǎn)化和交通運(yùn)輸業(yè), 分別占其總排放量的45%和35%; 工業(yè)排放的比例為18%, 其余四個(gè)行業(yè)所占比例之和為2%。PM2.5的主要來(lái)源是工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè), 分別占其總排放量的46%和33%; 其余5個(gè)行業(yè)所占比例之和為21%。廢熱的主要來(lái)源是能源加工轉(zhuǎn)化、工業(yè)和交通運(yùn)輸業(yè), 分別占其總排放量的42%、33%和19%, 其他四個(gè)行業(yè)所占比例之和為10%。

圖5 廈門市各部門能源代謝污染物排放情況, 其中(1): 工業(yè)(2): 交通運(yùn)輸業(yè)(3): 農(nóng)林牧副漁業(yè)(4): 建筑業(yè)(5)服務(wù)業(yè)及其他(6): 居民生活(7): 能源加工轉(zhuǎn)化Fig. 5 Pollutions of sectors emission in Xiamen, (1) industry, (2) transport, (3) agriculture, (4) construction, (5) commercial and services, (6) residential, (7) energy process and transformation

綜合以上分析可知: 廈門市2009年能源代謝污染物主要來(lái)自能源加工轉(zhuǎn)化和工業(yè), 其中能源加工轉(zhuǎn)化是CO2、NO2和廢熱的首要來(lái)源, 工業(yè)是SO2和PM2.5的首要來(lái)源。主要原因是廈門市當(dāng)年能源加工轉(zhuǎn)化投入量和工業(yè)消費(fèi)量分別為316和253萬(wàn)噸標(biāo)煤, 遠(yuǎn)高于其他行業(yè), 其煤炭比例分別占其能源總投入的94%和30%, 煤炭的各類污染排放系數(shù)一般均高于其他類型的能源, 故二者成為代謝污染物的主要來(lái)源。另外, 能源加工轉(zhuǎn)化的去硫和除塵效率可達(dá)到95%以上, 均高于工業(yè), 使其SO2和PM2.5的排放量少于工業(yè)。

3.5能源代謝評(píng)價(jià)

本研究使用7個(gè)指標(biāo)從資源、環(huán)境和生態(tài)三方面分析了廈門市能源代謝水平, 2009年廈門市能源代謝強(qiáng)度為0.36 tce·萬(wàn)元-1GDP, 能源代謝幅度為2.5 tce·人-1, 能源代謝密度為3997 tce·km-2, CO2、SO2、NO2、PM2.5和廢熱污染強(qiáng)度分別為831 kg·萬(wàn)元-1、0.76 kg·萬(wàn)元-1、5 kg·萬(wàn)元-1、0.3 kg·萬(wàn)元-1和6.8 GJ·萬(wàn)元-1, 其污染幅度分別為5729 kg·人-1、5.26 kg·人-1、34.46 kg·人-1、2.07 kg·人-1和47.2 GJ·人-1,其污染強(qiáng)度分別為9178 t·km-2、8.4 t·km-2、55.2 t·km-2、3.3 t·km-2和75.6 TJ·km-2。根據(jù)廈門市能源總投入量和污染物總排放量, 得到廈門市能源代謝總效率為0.43 tce·t-1。而各部門的能源代謝過(guò)程效率如圖6所示, 服務(wù)業(yè)及其他的代謝效率最高, 能源加工轉(zhuǎn)化部門的代謝效率最低。這與二者的能源結(jié)構(gòu)密不可分, 服務(wù)業(yè)及其他以消耗電力為主, 污染物直接排放量小, 故其代謝效率最高; 而廈門市能源加工轉(zhuǎn)化主要是火力發(fā)電, 以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)致使其污染物排放量與能源消耗量比值最大, 效率最低。

圖6 廈門市各部門的能源代謝效率, 其中(1): 工業(yè)(2): 交通運(yùn)輸業(yè)(3): 農(nóng)林牧副漁業(yè)(4): 建筑業(yè)(5)服務(wù)業(yè)及其他(6):居民生活(7): 能源加工轉(zhuǎn)化Fig. 6 Energy metabolic efficiency of sectors in Xiamen, (1) industry, (2) transport, (3) agriculture, (4) construction, (5) commercial and services, (6) residential, (7) energy process and transformation

通過(guò)對(duì)廈門市能源代謝過(guò)程的綜合分析, 可以發(fā)現(xiàn)廈門市能源代謝存在的問(wèn)題。首先是代謝輸入端, 廈門本地能源稀缺, 幾乎全部從外調(diào)入, 對(duì)外依存度高, 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 廈門市能源需求將不斷增長(zhǎng), 屆時(shí)將會(huì)更加依賴于外界的能源供給,加大了其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。其次是加工轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),廈門市能源加工轉(zhuǎn)化主要是火力發(fā)電、供熱, 雖然其工藝水平高于國(guó)家平均水平, 但其仍是廈門市能源代謝三大主要污染物的首要排放源。另外, 能源終端消費(fèi)結(jié)構(gòu)不盡合理, 尤其是工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)和農(nóng)林牧副漁業(yè), 其煤炭和燃油所占比例較高。為此, 廈門市需要建立能源應(yīng)急儲(chǔ)備制度以保障能源供應(yīng), 同時(shí)加大本地新能源和新技術(shù)的開發(fā)程度,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu), 提高能源代謝效率。另外調(diào)整產(chǎn)業(yè)構(gòu)成, 減少化石能源的消耗, 從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

本文在部門調(diào)研數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)資料分析的基礎(chǔ)上, 提出了一種基于能量流的城市能源代謝綜合分析方法。該方法系統(tǒng)分析能源在城市內(nèi)部的流動(dòng)過(guò)程, 全面核算5種主要代謝污染物的排放量, 并使用7個(gè)指標(biāo)對(duì)能源代謝進(jìn)行評(píng)價(jià), 進(jìn)一步使用該方法系統(tǒng)研究了廈門市2009年能源代謝情況, 得到結(jié)論如下:

(1) 廈門本地能源稀缺, 對(duì)外依存度高, 能源結(jié)構(gòu)較為單一, 主要依賴煤炭和燃油。

(2) 能源代謝污染物主要來(lái)自能源加工轉(zhuǎn)化和工業(yè), 其中能源加工轉(zhuǎn)化是CO2、NO2和廢熱的首要來(lái)源, 工業(yè)是SO2和PM2.5的首要來(lái)源。

(3) 廈門市2009年能源代謝總效率為0.43 tce·t-1,在各部門中服務(wù)業(yè)及其他的效率最高, 加工轉(zhuǎn)化的效率最低, 代謝效率與能源結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。

(4) 本文提出的方法可為城市能源代謝研究提供系統(tǒng)全面的研究方案。

本研究可以為廈門市能源規(guī)劃與政策提供科學(xué)基礎(chǔ), 從而為實(shí)現(xiàn)廈門市可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

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An integrated analysis of urban energy metabolism: a case study of Xiamen City

ZHAO Yanchuang1,2, ZHAO Xiaofeng1,2,*, LIN Jianyi1,2, CUI Shenghui1,2
1.Key Lab of Urban Environment and Health,Institute of Urban Environment,Chinese Academy of Sciences,Xiamen361021,China
2.Xiamen Key Lab of Urban Metabolism,Xiamen361021,China

Urban metabolism is regarded as one of most important methods to systematically analyze urban problem. Energy is essential for human activities and urban development. So research on the rule of energy metabolism can reveal the problems of energy use, which could provide scientific basis for urban energy planning and management. Based on sectoral survey, statistical data, and literature review, this paper proposed a comprehensive energy-flow-based method to analyze the urban energy metabolism. By tracking the energy flows within urban system, this method calculated the emissions of five environmental pollutions, namely carbon dioxide (CO2), nitrogen dioxide (NO2), sulfur dioxide (SO2), PM2.5 and waste heat. And seven indicators were used to evaluate the efficiency of energy metabolism. This method was applied to analyze the energy metabolism of Xiamen City in 2009. Research results are as follows. (1) Most of the energy consumed in Xiamen was imported from outside areas. The dominant energy was coal and petroleum, which contributed 61% and 23% of the total energy consumption, respectively. (2) The CO2, NO2and waste heat were primarily emitted in the energy transformation process, while the SO2and PM 2.5 were primarily emitted by industrial sector. (3) The total efficiency of energy metabolism of Xiamen city was 0.43 tce·t-1in 2009. The metabolic efficiency of service sector was the highest, while that of energy transformation sector was the lowest. The efficiency of energy metabolism was highly related to energy structure. (4) The method proposed by this paper could provide some technical implications for the further study on urban energy metabolism.

energy metabolism; integrated analysis; energy flow; metabolism efficiency; Xiamen City

10.14108/j.cnki.1008-8873.2016.05.016

X24

A

1008-8873(2016)05-110-07

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2015-06-16;

2015-07-18

廈門市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室滾動(dòng)資助項(xiàng)目(3502Z20130037); 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41371392, 71573242); 廈門市科技計(jì)劃項(xiàng)目(3502Z20142020)

趙顏創(chuàng)(1988—), 男, 河南鄭州人, 碩士, 研究實(shí)習(xí)員, 主要從事城市生態(tài)環(huán)境管理研究, E-mail: yczhao@iue.ac.cn

*通信作者: 趙小鋒, 男, 博士, 副研究員, 主要從事城市生態(tài)環(huán)境管理研究, E-mail: xfzhao@iue.ac.cn