０ 引言

 

  社區(qū)節(jié)能減排不僅要降低用能個體（如建筑）的碳排放，也需要考慮通過系統(tǒng)綜合優(yōu)化的方法降低整體（社區(qū)）的碳排放。國際能源署建筑和社區(qū)節(jié)能項目（ＩＥＡ－ＥＣＢＣＳ）的研究指出，社區(qū)能源系統(tǒng)整體優(yōu)化所產(chǎn)生的節(jié)能潛力遠大于單個用能對象節(jié)能改造所產(chǎn)生的節(jié)能效果［１］。因此，如何通過社區(qū)能源規(guī)劃對社區(qū)范圍內(nèi)的能源資源實施有效調(diào)控已經(jīng)引起眾多學(xué)者的關(guān)注。本文對國內(nèi)外社區(qū)能源規(guī)劃的研究成果進行了歸納總結(jié)，為深入研究提供參考。

 

  １ 社區(qū)能源綜合規(guī)劃的概念

 

  社區(qū)能源規(guī)劃（ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ ｅｎｅｒｇｙ ｐｌａｎｎｉｎｇ）一詞來源于國外，原指通過對社區(qū)空間設(shè)計和市政設(shè)施規(guī)劃的優(yōu)化來促進能源的有效利用。加拿大、英國、丹麥等國對社區(qū)能源規(guī)劃進行了較早的探索和實踐［２］。國內(nèi)區(qū)域能源規(guī)劃和低碳生態(tài)城區(qū)規(guī)劃研究的重點是實現(xiàn)城區(qū)能源系統(tǒng)效率最大化的方法，以及利用可再生能源、清潔能源替代傳統(tǒng)的化石能源減少社區(qū)碳排放的策略。

 

  社區(qū)能源規(guī)劃研究涉及到社區(qū)開發(fā)的各個階段，各階段能源規(guī)劃內(nèi)容如圖１所示。在低碳生態(tài)城市建設(shè)的背景下，總體規(guī)劃中一般都包含節(jié)能低碳的要求。在詳細規(guī)劃階段，針對社區(qū)整體和各個分地塊設(shè)定具體的節(jié)能目標，提出控制和引導(dǎo)策略是該階段能源規(guī)劃的主要目的，也是將低碳目標落實到規(guī)劃地塊和具體項目的重要依據(jù)。在后續(xù)開發(fā)建造階段的主要目標是建筑節(jié)能。在社區(qū)的運營使用階段強調(diào)用戶的行為節(jié)能和能源系統(tǒng)設(shè)備的運營維護。

 

  社區(qū)能源規(guī)劃可歸結(jié)為３個Ｗ 問題：

 

  １）Ｗｈｅｎ：設(shè)施建設(shè)的時間進度，在什么時候進行相關(guān)的建設(shè)。

 

  ２）Ｗｈｅｒｅ：在什么位置進行相關(guān)設(shè)施建設(shè)。

 

  ３）Ｗｈａｔ：建設(shè)什么樣的能源設(shè)施，選擇多大的容量，能源設(shè)施包括鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)機組、制冷機房、房間空調(diào)器、太陽能光伏板、太陽能集熱器、小型風(fēng)電設(shè)備、地源熱泵、輸配管網(wǎng)和換熱設(shè)備等能源利用相關(guān)設(shè)施。

 

  ２ 與一次能源規(guī)劃的對比

 

  一次能源規(guī)劃基于能源供給必須滿足能源需求的理念，規(guī)劃的重點在于通過統(tǒng)籌協(xié)調(diào)獲得足夠的能源供應(yīng)渠道，并規(guī)劃建設(shè)相應(yīng)的能源設(shè)施，保證城市能源安全［５］。各類能源（燃氣、電力、熱力）由對應(yīng)的能源部門分項規(guī)劃建設(shè)，滿足社區(qū)內(nèi)各類用戶的能源需求。一次能源規(guī)劃一般不考慮不同能源種類間的相互替代，也較少考慮城市內(nèi)部可再生能源資源的綜合利用，通過對一次能源的開發(fā)、調(diào)運的合理規(guī)劃，以經(jīng)濟合理的手段解決能源供需矛盾。

 

  社區(qū)能源規(guī)劃可視為建立在一次能源規(guī)劃基礎(chǔ)上的基于需求側(cè)的二次能源規(guī)劃，是對一次能源規(guī)劃的補充和延伸。規(guī)劃對象是可直接供給用戶側(cè)使用的冷、熱、電等二次能源。通過對靠近用戶的二次能源的生產(chǎn)、輸配方案的綜合規(guī)劃，滿足用戶的能源需求。二次能源的生產(chǎn)是指將化石燃料、太陽能等可再生能源資源轉(zhuǎn)換為用戶可以直接使用的冷（熱）量、電力、家用燃料等能源產(chǎn)品。，社區(qū)能源綜合規(guī)劃是在一次能源規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對用戶側(cè)的能源轉(zhuǎn)換利用行為進行圖２ 二次能源規(guī)劃與一次能源規(guī)劃的銜接具體詳細的指導(dǎo)和約束，用能主體通過能源轉(zhuǎn)換設(shè)備將商品燃料、電力等轉(zhuǎn)化為滿足生產(chǎn)生活需要的冷量、熱量、電力等二次能源，并通過低碳節(jié)能技術(shù)的合理應(yīng)用降低社區(qū)碳排放。

 

  ３ 社區(qū)能源綜合規(guī)劃在城市規(guī)劃中的地位一次能源規(guī)劃通過統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，將所需的燃氣、電力等能源輸入城市，驅(qū)動城市的正常運轉(zhuǎn)，為城市的發(fā)展提供能源安全的保證。通過上文的對比分析可以看出，社區(qū)能源綜合規(guī)劃通過對社區(qū)用戶側(cè)的能量需求進行綜合管理，為能源的高效利用提供保證。

 

  社區(qū)能源綜合規(guī)劃的實質(zhì)是將城市總體節(jié)能減排目標分解落實到具體的地塊和具體的項目建設(shè)中。將總體目標分解細化是實現(xiàn)城市節(jié)能減排總目標的根本保證，有助于切實降低能源利用所產(chǎn)生的碳排放。社區(qū)能源綜合規(guī)劃針對各用能對象設(shè)定能效提升、可再生能源利用、污染物排放的量化指標，給出實現(xiàn)方法和措施，對社區(qū)用戶側(cè)的能源利用進行引導(dǎo)和約束。

 

  ４ 二次能源規(guī)劃的工作模式

 

  ４．１ 自上而下的模式

 

  該模式是通過城市規(guī)劃的驅(qū)動力實現(xiàn)社區(qū)能源規(guī)劃的目的。城市詳細規(guī)劃文件是城市建設(shè)和發(fā)展的總依據(jù)，是指導(dǎo)城市各項建設(shè)工作的法定文件，具有普遍性和強制性。在城市詳細規(guī)劃中增加社區(qū)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用、綠色建筑的相關(guān)內(nèi)容可以有力推動低碳社區(qū)的建設(shè)工作，實現(xiàn)社區(qū)能源規(guī)劃的目的。通過城市規(guī)劃學(xué)者的努力，在現(xiàn)有的城市規(guī)劃體系中，增加節(jié)能減排的內(nèi)容，利用規(guī)劃文件的強制性和普遍性推動社區(qū)能源利用的低碳化［６－９］。通過“目標—政策和策略—措施”的方式，自上而下推動社區(qū)采用高效節(jié)能的技術(shù)，增加可再生能源利用，減少化石能源消耗。

 

  ４．２ 自下而上模式

 

  該模式是由從事建筑節(jié)能技術(shù)研究的學(xué)者構(gòu)建社區(qū)能源系統(tǒng)優(yōu)化模型，通過定量化計算分析，確定社區(qū)能源供應(yīng)系統(tǒng)中各類能源適宜的結(jié)構(gòu)和數(shù)量，選擇社區(qū)能源系統(tǒng)集中（分散）的結(jié)構(gòu)形式以及技術(shù)方案。這種基于工程技術(shù)發(fā)展水平制定社區(qū)能源規(guī)劃目標和政策的模式即為自下而上的工作模式。

 

  ５ 社區(qū)能源規(guī)劃模型

 

  國外學(xué)者將社區(qū)能源規(guī)劃的研究重點放在區(qū)域能源系統(tǒng)優(yōu)化分析模型的開發(fā)及對應(yīng)的計算機工具軟件的編制，Ｇｏｎｃａｌｏ Ｍｅｎｄｅｓ等人對用于社區(qū)能源系統(tǒng)綜合規(guī)劃的模型和工具進行了總結(jié)和討論［４］。筆者分析了幾種目前社區(qū)能源系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟模型（又稱為自下而上模型ｂｏｔｔｏｍ－ｕｐｍｏｄｅｌ），包括ＨＯＭＥＲ，ＤＥＲ－ＣＡＭ，ＥＡＭ，ＭＡＲＫＡＬ／ＴＩＭＥＳ，ＲＥＴＳｃｒｅｅｎ，Ｈ２ＲＥＳ等，對其開發(fā)機構(gòu)、模型特點、應(yīng)用時使用者主觀性對結(jié)果的影響等進行了匯總和比較.

 

  這些可用于社區(qū)能源系統(tǒng)優(yōu)化的計算機工具的模型結(jié)構(gòu)如圖４所示。按照能源生產(chǎn)、分配和消費環(huán)節(jié)進行劃分，結(jié)合模型內(nèi)置的能源轉(zhuǎn)換利用技術(shù)庫，在冷、熱、電等需求確定的情況下，使用者從技術(shù)庫中選擇一種或幾種技術(shù)進行組合形成技術(shù)方案，通過模型模擬計算比較，獲得較優(yōu)的社區(qū)能源供應(yīng)系統(tǒng)。

 

  由于區(qū)域能源系統(tǒng)建模對象是一個復(fù)雜的熱力系統(tǒng)，具有多維度、內(nèi)部關(guān)系復(fù)雜、系統(tǒng)龐大等特征，對于不同對象所涉及的能量系統(tǒng)特點不同，基于能源設(shè)備構(gòu)建的能源系統(tǒng)模型不能完全反映出對象能量利用的本質(zhì)特點。特別是在規(guī)劃階段的初期，由于能源供需及轉(zhuǎn)換能力的不確定性，在相關(guān)要素發(fā)生變化時須重新構(gòu)建模型，因此該類模型存在通用性和靈活性不足的問題。此外，因該項工作專業(yè)性強，要求使用者具有豐富的能源規(guī)劃經(jīng)驗和能源技術(shù)基礎(chǔ)，大大增加了使用難度，一般用戶很難利用這些技術(shù)分析軟件。

 

  ６ 社區(qū)能源規(guī)劃的新模式展望

 

  城市規(guī)劃具有公共政策的屬性，具有強制性和法律效力，相對于具體的節(jié)能減排技術(shù)，更能在宏觀方面發(fā)揮其公共政策的作用，作為一種有效的調(diào)控工具，對節(jié)能減排，降低碳排放起到綜合協(xié)調(diào)、上層指導(dǎo)的作用。因此，以社區(qū)能源系統(tǒng)模型定量計算為支撐，將社區(qū)能源系統(tǒng)分析的結(jié)果按照當前城市規(guī)劃的模式融入到城市詳細規(guī)劃文件中，充分發(fā)揮城市規(guī)劃文件普遍性和強制性的優(yōu)勢。這種自上而下與自下而上相融合的模式將有助于更好地解決社區(qū)能源規(guī)劃問題。

 

  兩種模式融合的關(guān)鍵是社區(qū)能源系統(tǒng)分析的模型，應(yīng)具有較好的普遍性，其分析過程和結(jié)果應(yīng)具有足夠的健壯性。該模型應(yīng)能從能量轉(zhuǎn)換利用的本質(zhì)出發(fā)，將能源轉(zhuǎn)換傳輸利用技術(shù)進行數(shù)學(xué)抽象，結(jié)合情景分析獲得理論上最優(yōu)的能流圖或流圖?；谶@種理論能流圖，探討并確定對應(yīng)環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)換利用效率參數(shù)。在情景分析時，通過調(diào)整關(guān)鍵參數(shù)，觀察能流圖結(jié)構(gòu)的演化和輸出數(shù)值的變化范圍?；谕耆橄蠡⒗碚摶哪Ｐ图軜?gòu)，可以減少輸入數(shù)據(jù)的量，簡化分析過程，更適于早期規(guī)劃階段應(yīng)用。

 

  因此，構(gòu)建適應(yīng)于城市詳細規(guī)劃階段應(yīng)用的社區(qū)能源系統(tǒng)規(guī)劃分析模型仍具有重要意義。