低碳能源系统与城市规划一体化的理论构建_宣蔚

[摘　要]研究从城市规划中的区域、城市总体和重点地段3个方面来综合探讨如何将低碳能源系统纳入到城市规划体系中，进而综合土地利用、道路交通、城市空间和生态景观等相关规划，提出和传统城市规划相结合的低碳能源系统与城市规划一体化的理论方法，以推动可持续的低碳化城市建设目标的实现。[关键词]低碳；能源系统；城市规划；一体化[文章编号]1006-0022(2014)11-0082-05　[中图分类号]TU984.199　[文献标识码]BLow Carbon Energy System And Urban Planning Integration/Xuan Wei, Zheng Xin

[Abstract] From region, city, and district perspectives, the paper studies the possibilities of integrating low carbon energy system with urban planning to better promote low carbon city development. The paper raises approaches from land use, transportation, urban space, and ecological landscape for low carbon energy system and urban planning.[Key words] Low carbon, Energy system, Urban planning, Integration

当前，减少碳排放已成为全世界的热点话题，碳排放与能源消耗密切相关，而城市又是能源消耗的主要载体，因此城市低碳能源系统规划担负着减少碳排放、统筹能源消耗和节能环保要求、统筹城乡能源供应、统筹常规能源和新能源及可再生能源发展的重要任务，是低碳生态城市规划的重要组成部分[1]。然而，传统的单一能源结构模式已不能适应今后全球经济低碳可持续发展的需求，进行能源领域技术的呼声日益强烈，因此低碳能源利用是调整能源结构的必由之路。本文探讨的核心问题是如何将低碳能源系统与更高一级的载体—城市紧密结合，把低碳能源系统纳入到城市规划体系中，构建低碳能源系统与城市规划一体化的理论，以达到可持续的低碳化城市建设目标。[基金项目][作者简介]

国家自然科学基金项目(2012GJQN0551)宣　蔚，合肥工业大学讲师，东南大学博士研究生。郑　炘，东南大学教授、博士生导师。1制定与城市规划相结合的分层低碳能源系统

发展规划

1.1能源系统与城市规划相结合的研究进展

目前我国落后的能源结构使环境受到极大的负面影响。在一些大规模的区域开发项目中，开发商大多以经济效益为先，往往忽视区域建筑能源规划。而城市规划是一个复杂的系统，牵涉到多学科的交叉，多种能源的供能规划与城市系统的关系也较为复杂，需要与城市结构、城市形态及城市自然环境条件之间形成有机联系，同时要考虑到社会与经济等因素(这些因素往往具有一定的不可预知性)，如何确定它们之间的制约关系与作用机制将是一个难题。虽然2006年4月1日施行的《城市规划编制办法》中的第十二条、第二十九条、第三十条、第四十一条82

和第四十三条都涉及到能源方面的内容，但是较少将能源供给和节能低碳等目标贯彻到城市规划与城市设计之中。目前，除在城市总体规划、专项规划和分区规划中有城市电力、煤气及供热等工程管网规划外，总体上我国的城市规划对新旧能源混合利用的意识相对淡薄，城市规划较少介入可持续发展能源战略的制定与实施。目前国内对此方面的研究也较为欠缺：一方面鲜有专著；另一方面通过对类似论文的检索发现，大多研究局限在单一能源自身的利用方面。因此，从区域城乡统筹发展层面看，有必要将低碳能源系统纳入到城市规划的内容体系中去研究。相比较而言，国外的研究较为丰富。例如，丹麦于2007年公布并实施了《丹麦能源展望》，明确了2025年的能源发展目标，并将长期能源战略方向确定为促进能源供应的多样化；充分利用国内资源，通过热点联产等方式提高能源的使用效率；鼓励节约能源，发展可再生能源[2]。英国于2009 年正式发布名为《英国低碳转换计划》的国家战略文件，提出到 2020年和 2050年，英国的碳排放量将在1990年的基础上分别减少34％和80％，其实现途径是大力提高能源效率和发展可再生能源、核能、碳捕捉及储存等清洁能源技术，其内容涉及能源、工业、交通和住房等多个方面。总体来看，英国已初步形成了以市场为基础，以为主导，以全体企业、公共部门和居民为主体的互动低碳能源体系[3]。郭万达等提出低碳城市的能源系统供应可以划分为城市、社区及终端3个层面；为了实现低碳城市化，应该提高能源的使用效率，开发低碳或无碳的可再生能源，大力发展太阳能、风能、生物质能及水电和核电能源[4]。本文主要从区域、城市总体和城市重点地段3个层面综合考虑，把低碳能源系统纳入到城市规划体系中，探讨低碳能源系统与城市规划结合的理论构建。要实现将低碳能源系统与城市规划相结合这一目标，首先要了解城市规划与能源发展的关系，了解低碳能源系统自身特征对城市规划潜在的影响因素，这是能源系统与城市规划一体化整合的关键因素。其中，最为重要的是在不同的规划层面制定城市规划分区规范与导则，而规范与导则又将从城市区域层面、城市总体层面和重点地段层面统筹各项能源系统规划，提出与传统城市规划相结合的分层级的低碳能源系统发展规划—这是低碳能源与城市规划相结合的成果反馈(图1)。图2 “CEPAP”方法流程示意图图1 低碳能源系统与城市规划相结合的理论框架图1.2低碳能源系统与城市规划相结合的理论构建

低碳能源系统是一种基于可再生能源、未利用能源和分布式能源的系统，目标是实现传统能源体系的低碳化转变，构建低碳乃至无碳的能源系统。我国低碳能源系统发展的核心问题是如何提高能源的使用效率及加快可再生能源的发展，使其逐步成为我国能源的绿色支柱。1.3制定分层级的低碳能源系统应对方法

1.3.1区域层面的低碳能源系统研究

构建分层级的低碳能源系统，从城市区域层面需要统筹能源结构，实现能源供应低碳化。首先，在区域层面的能 第30卷2014年第11期

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源供应方面，需要通过国家宏观规划和统筹，明确低碳能源的发展目标，并制定宏观区域发展策略，从上确定区域低碳能源的发展指标(包括区域可再生能源替代率、规划区域能耗目标、规划区域碳排放目标和能源碳足迹等)，并在专项规划中列出详细的能源指标控制。同时，制定因地制宜的技术原则，合理确定不同区域的能源策略，结合各区域的具体环境条件和建筑特性，兼顾投资经济性、管理可行性等综合因素，选择合理的低碳能源技术体系。其次，要统筹整合低碳能源系统与区域层面的相关规划。目前的区域规划如城镇体系规划，很少从能源安全、低碳发展的角度思考低碳能源在城市规划中的作用。因此，从区域城乡统筹发展角度看，需要把低碳能源系统纳入到土地利用规划、交通规划和生态规划等相关规划的内容体系中，将低碳能源系统规划与城镇体系规划相结合。区域规划层面可以采用“碳夹点”规划方法(简称“CEPAP”方法)，其核心是改变过去单纯以增加资源供给来满足日益增长的能源需求的模式，可为区域规划层面的能源系统规划提供可行的方案，还可得出区域建筑能源结构，优化碳排放目标(图2)。其主要步骤包括设定建筑能耗目标和区域环境目标、确定区域内可利用的能源资源量、预测区域建筑能源负荷、选择合适的能源系统和技术路线，实现能源的优化配置和利用、区域能源系统的能源利用和环境影响评价等方面。由此，将低碳能源系统规划与区域层面规划相结合，并纳入到区域规划的编制范畴中，使低碳生态城市的能源体系与城市发展紧密结合，保证城市的低碳、可持续发展。1.3.2城市总体层面的低碳能源系统研究

城市总体层面同样需要整合低碳能源系统与城市相关规划。目前的城市总体规划很少从能源安全、低碳发展的角度思考低碳能源的作用。因此，从城市总体发展规划看，需要把低碳能源系统纳入到土地利用规划、交通规划、绿地规划和市政设施规划等相关规划的专项内容体系中。具体操作是在土地利用规划、交通规划、绿地规划和市政设施规划等相关规划的制定过程中，编制专项能源系统规划，通过制定相关的规范导则与指标体系，在城市总体规划层面明确城乡不同地区的能源发展类型、能源低碳发展策略和能源低碳控制指标等问题。例如，在城市总体规划阶段，可进行能源需求分析，结合土地利用规划、交通规划等，明确能耗用途，包括多种产业能耗、居民生活能耗和交通能耗等，提出相应的能源供应模式。通过“碳夹点”规划分析手段，进行能源消耗的总体控制，实现资源的循环利用，降低总体能耗，并确定能源系统供应方案，针对不同规划片区、不同建筑功能类型确定科学合理的能源供应结构，编制总体层面的低碳能源系统的控制方案或导则，明确规划总体片区内的能源供应结构、可再生能源利用率和建筑节能水平等指标要素。城市总体规划层面的低碳能源系统规划还要考虑实现能源供应的分散化。能源系统主要满足建成环境的需要，同时实现低碳化。分布式能源将是未来城市能源的发展趋势，但鉴于低碳能源的低能量密度和低碳生态城市的空间格局，未来城市采用的能源模式将会是一种“城市尺度分散—城区尺度多源集中—终端用户个别用能”的模式。城市层面的低碳能源多为能量密度较低的低晶位能源(如浅层地表蓄热能、地表水温差能、太阳能光热和太阳能光伏等) [5]。 1.3.3重点地段层面的低碳能源系统研究

在城市重点地段层面，应结合城市总体规划中的交通规划、建筑设计、绿地规划和空间设计等内容，进行城区的低碳能源系统规划，如通过对能源进行循环利用来形成低碳能源系统。这个层面尤其关注与建筑相结合的能源系统规划。因为一直以来建筑是城市碳排放的主体，通过对城市建筑整体能源的科学配置、低能耗围护结构、新能源利用、中水回用、绿色建材和智能控制等高新技术的利用，能使城市能源和资源的消耗最为经济合理，对环境的影响最小。所以在重点地段层面，同样需要结合地段控制性详细规划与城市设计等制定低碳能源的专项规划，包括建筑节能水平及绿色建筑等级的控制、节能措施的制定。以城市某一片区为例，首先要明确建筑能耗的基本情况，包括全年采暖空调能耗、照明能耗、天然气能耗和生活热水能耗等，并制定建筑能耗汇总表。其次，要制定建筑能源供给方案，包括采暖空调方案、生活热水方案和能源利用形式等控制导则或指标体系。目前，在能源系统中最有发展前景的是能源总线系统，其充分利用水源热泵能效高于空气源热泵能效这一特点，减少空调取暖的碳排放(图3)。在电力系统中，可以采用能源互联网系统(又称“微网系统”)[5]，这一系统将分散的小型、微型的分布式能源(包括楼宇冷热电联供、燃料电池、太阳能光伏发电及小型风力发电等)所产生的电力，通过连接各建筑的电力微网系统实现分布式电力的互联互通，从根本上建立地段及建筑层面的能源低碳应用方式。同时，把低碳能源系统纳入到城市空间、建筑建造等相关的内容体系中。2确定低碳能源系统在社区的运作

模式

社区作为城市地段中一种最为重要的集合模式，探讨低碳能源系统在社区的运作模式是能源系统规划中极为重要的环节。2.1低碳能源系统在社区运作的研究进展

社区作为城市一定生活空间的居民84

所形成的以区域为纽带的社会共同体，是低碳能源系统在基层的实践载体。低碳能源系统在社区中的运作需要充分考虑社区低碳能源供能系统规划与城市地区级供能系统规划的结合，构建社区低碳能源供给的模式框架，结合社区环境、使用者经济条件及社会关系等不同方面的需求，运用低碳供能技术降低高污染能耗使用，提高清洁能源、可再生能源的利用率，最大限度地节约能源，减少对生态的破坏。同时，需要积极开展低碳供能社区示范性项目。低碳能源系统作为构建低碳和可持续发展社区的一个重要组成部分，集新型能源供给技术与社区规划于一体，是低碳和可持续发展社区的具体化与实际推广发展的重要一环。我国对低碳和可持续社区的研究自2006年起步，通过对主要文献的阅读，发现当前大多数研究还停留在引导层面，并未与设计实践相结合，已有的典型社区规划实践主要在大城市的成熟社区，如上海崇明和扬州老城区等。经过多年的研究与实践，国外已经形成多个成熟的低碳社区，其中，著名的有英国伯丁顿社区、德国弗赖堡弗班社区和瑞典哈默比湖城柯本街区等。以英国为例，2012年英国建设了10个低碳社区，同时构建了社区低碳能源规划框架，将城市划分为六大区域：城市中心区、中心边缘区、内城区、工业区、郊区和乡村区域。针对每个区域，英国还制定了社区低碳发展的中远期能源利用规划方案。中所采取的一些低碳能源技术，如建筑节能、废弃物利用和水循环利用系统等，形成社区自身的低碳能源系统。积极开展低碳社区示范性项目。低碳社区示范性项目展示出低碳技术在社区层面的巨大减排潜力，而社区实现减排目标的措施包括加装住宅隔热层、安装智能电表帮助人们合理管理能源的使用、进行公共和商业建筑的节能改造、通过分布式能源方式为社区供电供热、利用太阳能电池板等可再生能源和利用最佳技术把垃圾转化为能源等[6]。同时，应综合考虑社区内资源环境、气候条件、经济发展、当地能耗、基础设施、城市规划及生活习惯等诸多因素，兼顾不同建筑类型的功能特点和社区内的人居生活品质，遵循提高能源效率、利用可再生能源和终端节能资源化等原则[7]。低碳能源系统管理应形成有效的公众参与能力，不仅是从能源使用的数量上用户，还应向用户提供恰当的能源品种、合理的能源价格，鼓励用户采用高效的用能设备、节能技术、先进工艺和管理模式。2.2低碳能源系统在社区的运作模式

我国应开展以低碳社区为基础的低碳能源系统规划，建立社区能源规划框架。借鉴英国社区能源规划框架经验，我国从发展设想与战略、建立规划机制两大方面建立社区能源规划的框架[2]。首先，结合城市地区级低碳能源规划与建筑层面的单体低碳供能系统展开研究；其次，通过对社区供能效率、供能系统的综合配置、节能发展、物质空间规划及公众对项目的认知与支持程度的探讨，在实践的基础上总结出低碳能源系统在社区的运作模式；最后，对照目前城市低碳、可持续发展的规范要求进行检验与反馈(图4)。核心仍然在于编制社区层面的能源专项规划，从控制导则上明确社区规划应满足较高的能源使用效率、形成低碳能源系统的合理配置等要求。同时，整合居住区低碳能源系统，形成以社区为单元的社区低碳能源系统。在城区的单元划分上，以社区为基本单元，形成紧凑的物质空间结构，整合社区内居住区3保障低碳能源系统在区域及城市

层级的高效利用

我国城市能耗过高的一个主要原因在于能源使用效率偏低，为了保证能源图3 能源总线系统示意图[5]图4 低碳能源系统社区运作模式示意图 第30卷2014年第11期

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目提出能源利用目标。通过将各个层次的城市规划与低碳能源战略相结合，完善能源战略实施手段，有效地保障能源战略目标的实现。[参考文献]

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图5 低碳能源系统的高效利用策略示意图[3]郎一环，李红强．构建城市低碳能源体

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城市规划面对面—2005城市规划年会论文集(下)，2005．[收稿日期]2014-05-24；[修回日期]2014-09-20

系统的高效运行，就需要对以往传统重生产、轻管理的方式加以改进。具体而言，通过规划手段减少能源运输及传输损耗，在城市层面考虑最大效率的利用能源，因地制宜，采取具有针对性的能源结构与搭配，完善多能源供能体系，并提倡经济、合理的消费模式。目前我国关于能源效率研究的文章与专著较多，如陈元在《能源安全与能源发展战略研究》中就谈到我国的能源管理研究及改革建议[8]，但是针对低碳能源系统与城市规划一体化方面的研究较少，尤其没有将城市规划与低碳能源效率联系起来。要保障低碳能源系统的高效利用， 核心是通过引导层面和技术层面的控制，综合考虑效益因素，实现低碳能源系统的高效利用(图5)。从引导层面，需要进行大范围的技术革新与宏观。从技术层面，城市多种能源综合使用的技术尚处于起步实验阶段，各类非常规能源在城市尺度上的供能的稳定性和可靠性还需要通过时间的检验。通过规划或科技手段减少能源运输及传输损耗，在城市层面考虑最大效率地利用能源。同时，需要因地制宜，从城市整体效益出发，采取具有针对性和稳定性的能源结构，如常规能源与非常规能源、成熟技术能源与非成熟技术能源的搭配，完善低碳能源体系。在技术层面，可以考虑分布式能源系统，将能源系统以小规模、小容量、模块化及分散式的方式布置在用户端上，双向传输冷、热、电能。由于可以提高能源利用率和供电安全性，实现按需供能及为用户提供更多选择，分布式能源系统成为全球电力行业和能源产业的重要发展方向。分布式能源系统同时具有良好的减碳作用。例如，2005年，分布式能源系统发电量约占丹麦全国发电总量的一半，而碳排放量比20世纪90年代的水平减少了约一半。4结语

在低碳生态城市整体发展目标指引下，城市能源战略目标应当以“节约用能、构建多元化能源结构、积极发展可再生能源”为主旨，确立“能源消耗低、结构多元化、环境可持续”的城市能源战略目标[9]。在实施低碳能源战略过程中，需要将城市规划作为实施城市能源战略的主要载体。通过各个层面的城市规划编制，将能源战略分阶段、分步骤地落实到城市规划中，促进低碳能源战略的实施。在城市规划及城市设计中，通过开发控制、设计导则等对城市局部片区的能源系统规划及能源利用进行控制。在城市地块的开发建设中，通过能源利用要求、建筑节能标准等对开发建设项86