張中秀 馬曉虹 呂紅亮 / ZHANG Zhongxiu, MA Xiaohong, LYU Hongliang

BAU EINES SAUBEREN NACHHALTIGEN ENERGIESYSTEMS FRKOLOGISCHE STADTVIERTEL

THE CONSTRUCTION OF CLEAN AND SUSTAINABLE ENERGY SYSTEM IN GREEN ECOLOGICAL CITY

1 引言

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展、人民生活水平不斷提高，能源消費需求不斷攀升，同時能源供應結構不合理、環(huán)境約束顯著的矛盾也日益突出。正如李建軍等（2015）所言，如何轉變城鄉(xiāng)建設模式和能源利用方式，使城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的同時實現(xiàn)節(jié)能減排、提高城市的宜居性，已成為亟需解決的重大社會現(xiàn)實問題。

綠色生態(tài)城區(qū)最初是為了倡導在新建城區(qū)中因地制宜地利用當?shù)乜稍偕茉春唾Y源，推進綠色建筑規(guī)模化發(fā)展而提出的概念。在綠色生態(tài)城區(qū)中構建清潔、高效、安全、可持續(xù)的能源供應系統(tǒng)，開展能源供給側改革，推進分布式能源和可再生能源的規(guī)模化利用，能夠有效減少化石能源消耗、優(yōu)化能源供給側結構，是實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展、改善城市大氣環(huán)境質量的有效措施，也是綠色生態(tài)城區(qū)建設的核心內容之一。青島中德生態(tài)園作為國家級綠色生態(tài)示范城區(qū)，在規(guī)劃建設過程中，對分布式能源和可再生能源的綜合利用進行了實踐和探索，取得了較好效果。

2 綠色生態(tài)城區(qū)對能源系統(tǒng)構建的要求

2013年3月住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布的《“十二五”綠色建筑和綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展規(guī)劃》提出，大力推廣可再生能源技術的綜合應用，建立包括可再生能源利用率、綠色交通比例、非傳統(tǒng)水資源利用率等指標的綠色生態(tài)城區(qū)控制指標體系，指導綠色生態(tài)城區(qū)全面建設。同時，鼓勵有條件的地區(qū)對適合本地區(qū)資源條件及建筑利用條件的可再生能源技術進行強制推廣。

2018年4月起實施的國家標準《綠色生態(tài)城區(qū)評價標準》（GB/T 51255－2017）在充分考慮綠色生態(tài)城區(qū)特點以及發(fā)展方向的基礎上，將綠色生態(tài)城區(qū)評價指標體系分為土地利用、生態(tài)環(huán)境、綠色建筑、資源與碳排放、綠色交通、信息化管理、產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟、人文8類指標。能源供應系統(tǒng)作為資源與碳排放方面的重要內容，主要涉及到可再生能源和分布式能源利用兩部分。其中，可再生能源供應量占城區(qū)一次能源消耗的比例占10分、合理采用分布式能源系統(tǒng)占6分。

表1 2015～2050年我國能源結構中長期目標

3 城市能源系統(tǒng)的構建目標

我國《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略（2016－2030年）》提出，將“多元發(fā)展、推動能源供給革命”作為未來能源發(fā)展的一項主要任務，落實創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，建設清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。

當前，能源清潔、低碳發(fā)展已經(jīng)成為國際社會共識，包括倫敦、紐約、巴黎、東京、多倫多、阿姆斯特丹在內的許多城市都提出了碳減排的目標和措施。我國作為全球碳排放最多的國家，已承諾于2030年前達到碳排放峰值，面臨著較大的碳減排壓力。2017年12月，我國啟動了全國碳排放權交易市場，通過經(jīng)濟杠桿撬動能源低碳化，低碳能源的發(fā)展迎來歷史性機遇。未來，清潔能源將以天然氣和可再生能源為依托，成為能源結構中的主體（表1）。

另外，提高能源系統(tǒng)的運行效率，推動能源多元協(xié)調發(fā)展和互補利用也是城市能源系統(tǒng)構建的目標之一。正如龍惟定（2013）和楊競等（2016）所言，利用可再生能源、天然氣的分布式能源系統(tǒng)能夠有效減少環(huán)境排放、提升能源利用效率、優(yōu)化能源結構、保障能源供應安全，是開展城市能源供給側改革的一個重要載體和突破點。在分布式能源的應用和推廣中，要根據(jù)資源條件、用戶需求和政策情況，因地制宜、科學合理地設計。應統(tǒng)籌規(guī)劃，建立“頂層設計”的系統(tǒng)性思維，改變原有“擴張保供”的能源供應思路和電、氣、熱（冷）各自為政的規(guī)劃設計方法，從能源綜合供應的角度系統(tǒng)地提出解決方案。

4 青島中德生態(tài)園能源供應系統(tǒng)

4.1 中德生態(tài)園概況

青島中德生態(tài)園（Sino-German Ecopark）是首個由中德兩國政府合作建設的可持續(xù)發(fā)展示范項目。園區(qū)于2011年12月啟動建設，一期規(guī)劃區(qū)面積11.6km2，拓展區(qū)面積29.0km2。中德生態(tài)園的發(fā)展目標是成為彰顯中德合作的國際園區(qū)、倡導低碳環(huán)保的生態(tài)園區(qū)、促進產(chǎn)業(yè)轉型的示范園區(qū)、推動研發(fā)創(chuàng)新的智慧園區(qū)、引領綠色生活的宜居園區(qū)，近年來先后被授予了“國家首批低碳城鎮(zhèn)試點”“國家綠色生態(tài)示范城區(qū)”“中國人居環(huán)境范例獎”“國家綠色制造國際創(chuàng)新園”“全國智慧城市試點”“國家首批新能源示范園區(qū)”等榮譽。

在住房和城鄉(xiāng)建設部給中德生態(tài)園“國家綠色生態(tài)示范城區(qū)”的批復中，對園區(qū)在資源節(jié)約、生態(tài)保護和低碳發(fā)展方面提出了明確的要求，包括可再生能源使用率不低于15%、綠色建筑比例不低于80%等。

4.2 園區(qū)能源資源情況

園區(qū)本地能源資源主要包括太陽能、風能、生物質能和地熱能。另外，天然氣、電力、油品等能源通過高效、便捷的輸運網(wǎng)絡，也可充分滿足園區(qū)發(fā)展要求。

中德生態(tài)園全年太陽能輻射總量為5040MJ/m2，年平均日照時數(shù)為2345h，具有較好的太陽能利用條件。同時，多風也是中德生態(tài)園的氣候特點之一，年平均風速5.4m/s，有效風能密度為254W/m2，有效風能年平均時間達6485h，屬于風能資源豐富區(qū)。

中德生態(tài)園地質以砂巖為主，綜合導熱系數(shù)為1.464W/（m ·℃），平均容積比熱為1.847MJ/（m3·℃），較適合土壤源熱泵的應用。園區(qū)附近有河洛埠水庫、東窯溝水庫、山王西水庫、山王東水庫等，也可適當使用地表水源熱泵。園區(qū)可用的生物質能主要來自周邊兩個生物質熱電廠。其中，西海岸生物質熱電廠位于規(guī)劃區(qū)西部，以秸稈為主要燃料，每年可發(fā)電1.7億kWh、供蒸汽65萬t，未來該廠還將擴建二期工程；恒源熱電廠位于規(guī)劃區(qū)南部，是青島市首批清潔發(fā)展機制（Clean Development Mechanism，CDM）項目，近期擬擴建一臺150蒸噸（1蒸噸相當于0.7MW熱水鍋爐或1t /h蒸汽鍋爐）生物質蒸汽鍋爐，配套30MW抽凝機組，增加對外供熱能力300萬m2。

4.3 園區(qū)能源系統(tǒng)規(guī)劃

在總體規(guī)劃層面，園區(qū)概念性規(guī)劃、指標體系規(guī)劃、資源保護與生態(tài)建設規(guī)劃都明確提出了園區(qū)可再生能源利用率達到15%以上，分布式能源供能比例達到60%以上。

在專項規(guī)劃層面，園區(qū)編制了能源專項規(guī)劃、分布式電源專項規(guī)劃、基礎設施專項規(guī)劃，提出了“低碳循環(huán)、高效利用、安全高質、經(jīng)濟環(huán)?！钡哪茉窗l(fā)展總體目標，結合園區(qū)的資源條件、用能特點，通過可再生能源、分布式能源和常規(guī)市政能源的網(wǎng)絡化協(xié)同，實現(xiàn)區(qū)域內的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。規(guī)劃建設7座分布式能源站，滿足園區(qū)內部熱、電、冷需求。同時，在園區(qū)內建設分布式光伏電站，在園區(qū)南側抓馬山建設風力發(fā)電場。分布式能源系統(tǒng)每年可節(jié)約標準煤約15萬t，碳減排率達到64.6%。

根據(jù)規(guī)劃，園區(qū)可再生能源利用率將達到15%～20%，CO2減排率達到50%以上，滿足綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃建設要求。可再生能源利用量中，生物質能占49%、太陽能占27%、風能占23%，地熱能占1%（圖1）。能源結構的優(yōu)化對于提高能源利用效率、減少大氣污染物排放、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

中德生態(tài)園是青島市首批“非煤化”試點區(qū)域，未來能源結構中不含燃煤。園區(qū)內終端能源消費以電力、天然氣和清潔供熱為主。其中電力以市政供應為主，本地分布式能源和可再生能源供應為輔；供熱以天然氣（含分布式能源和燃氣鍋爐）為主，高效電力設施、可再生能源和市政供應為輔；推廣電力、天然氣等清潔用能，公共交通清潔能源使用率達到95%以上。

4.4 能源規(guī)劃實施情況

近年來，隨著園區(qū)建設的快速開展，清潔、可持續(xù)的能源供應系統(tǒng)也已初見成效。

風能利用方面，生態(tài)園南側的大唐抓馬山風力發(fā)電場已經(jīng)建成投運（圖2），園區(qū)內用于道路、廣場的風光互補路燈正在開展建設。

生物質能利用方面，西海岸生物質熱電廠已經(jīng)投入運行，燃料主要為花生殼、樹皮、秸稈，向園區(qū)供電的電纜線路和供熱管道正在規(guī)劃建設中。

太陽能光熱利用方面，根據(jù)綠色建筑建設要求，12層以下居住建筑全部安裝了太陽能熱水系統(tǒng)，并優(yōu)先采用了太陽能熱水系統(tǒng)與建筑一體化技術設計。《中德生態(tài)園綠色建筑專項規(guī)劃》提出，太陽能熱水系統(tǒng)應滿足居住建筑90%和公共建筑50%的生活熱水需求量，輔助能源為分戶電加熱或燃氣加熱。目前，弗萊社區(qū)、德國企業(yè)中心、沃邦社區(qū)等項目已建成總裝機規(guī)模約6MW的分布式太陽能集熱項目，為社區(qū)居民及德國企業(yè)中心入駐企業(yè)提供可靠的生活熱水。

太陽能光伏利用方面，優(yōu)先利用工業(yè)廠房、連片的商業(yè)建筑或醫(yī)院等屋頂安裝光伏發(fā)電設施。2014年9月，中德生態(tài)園與浙江正泰新能源開發(fā)有限公司簽署了合作協(xié)議，合作建設屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)，實現(xiàn)新能源、現(xiàn)代工業(yè)、民用建筑等產(chǎn)業(yè)的結合。

地熱能利用方面，地源熱泵已在青島中德生態(tài)園體驗運營中心、生態(tài)技術展示中心、德國企業(yè)中心、中德生態(tài)小學等多個項目中應用，總裝機規(guī)模約3MW。

分布式能源系統(tǒng)方面，1#能源站和2#能源站已經(jīng)投入運營（圖3），成為山東省首個運行的泛能微網(wǎng)項目，為弗萊社區(qū)2700余戶居民以及德國企業(yè)中心等項目提供安全穩(wěn)定、環(huán)保舒適的電力、熱力等能源供應，系統(tǒng)綜合能源利用效率達到80%以上，節(jié)能減排效果顯著。2017年，園區(qū)分布式能源項目入選全國首批多能互補示范工程、新能源微電網(wǎng)示范項目。

圖1 中德生態(tài)園規(guī)劃能源結構

圖2 中德生態(tài)園南部的抓馬山風力發(fā)電場

圖3 中德生態(tài)園1#分布式能源站實景

5 結語

能源消費是碳排放和大氣污染物排放的主要來源。未來在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的同時應實現(xiàn)城市的宜居，因此必須建立清潔、可持續(xù)的能源供應系統(tǒng)，在滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的前提下，盡可能減少能源消費總量，優(yōu)化能源消費結構，減少能源消費對環(huán)境的影響。

青島中德生態(tài)園在規(guī)劃和建設過程中始終堅持綠色生態(tài)城區(qū)的發(fā)展理念，在清潔、可持續(xù)能源系統(tǒng)構建方面做出了一系列探索，取得了較好的效果，對其他新城新區(qū)的開發(fā)具有一定的借鑒意義。

[1] 李建軍, 袁明敏. 德國綠色能源城鎮(zhèn)建設: 思路、策略與經(jīng)驗[J]. 山東科技大學學報(社會科學版), 2015, 17(6).

[2] 龍惟定. 綠色生態(tài)城區(qū)的智能能源微網(wǎng)[J]. 暖通空調, 2013, 43(10).

[3] 楊競, 楊繼瑞. “供給側結構性改革”背景下天然氣分布式能源發(fā)展研究——以四川省為例[J]. 四川師范大學學報(社會科學版), 2016, 43(6).