绿色生态城区的能源规划

 

2016年，中国城市化率已达到56.4%。而今后二、三十年，将是中国城市化的关键时期。中国城市化的速度和规模，在人类历史上也是空前的。城市化也将成为中国经济社会持续发展的原动力之一。但在另一方面，中国的资源和环境容量都不足以支撑如此巨大的建设规模。因此，在中国287个地级以上城市中，约280个城市将“低碳”、“生态”城市作为自己的发展目标，国内几乎所有新建开发区或工业园区都制订了低碳生态发展规划。而能源专项规划则是低碳生态发展规划的重要组成。与过去电力、燃气和城市热网等能源供应侧规划不同，绿色生态城区能源专项规划是一种需求侧规划，它最主要的功能是：设定城区节能减排的战略目标和关键性能指标，集成应用低密度的可再生能源和低品位的可再生热源，将虚拟能源(即用户端的节能)作为无碳的替代资源，高效利用低碳的分布式能源热电联产DCHP，实现化石能源资源的梯级利用和热回收，预测建筑能源需求，利用布局调整、负荷参差率和同时系数使负荷平准化，实现城区能源投资的多元化、能源管理的市场化，以及清洁发展机制CDM。

 

可以说，如果没有上述内涵，就没有必要做能源专项规划。能源规划最主要目的是实现城区能源效率的最大化、用清洁能源、可再生能源、可再生热源和终端节能替代化石燃料能源。

 

具有颠覆性的能源微网

 

根据知名学者杰里米˙里夫金的归纳，第三次工业革命的五大特征是：利用可再生能源，将建筑转化为微型发电厂，在建筑及基础设施中使用氢和其他储能技术，利用能源互联网技术将分散的电力网转化为能源共享网络，运输工具转向插电式以及燃料电池动力车辆。

 

这些论述指出了未来低碳生态城区能源系统的技术路线。即产能、供能、用能、蓄能和节能相互协调统一，它很像信息互联网，把分散的用能和分布式的产能互相连通、实现共享。

 

提到能源的互联互通，不能不提及智能电网。所谓智能电网，是现代化的电力网，利用信息和通信技术(ICT)，收集和处理供应侧和需求侧的信息，自动地提高电力生产和输配的效率、可靠性、经济性和可持续性。即智能电网是传统电力网与现代信息网的两网融合。而在低碳生态城区中还要增加智能热力网(供冷供热)，成为三网融合。因此，在低碳生态城区层面，我们要构建的是一种能源微网，即融合了电力微网、热力微网和信息网的能源互联网。

 

城区能源微网有三个层次：核心层，以光伏、小型风电、燃料电池、利用天然气或生物质气的小微型热电联产系统等现场发电(On Site Generation)系统为核心;框架层，以分布式热泵、集成各种低品位热源/热汇的能源总线，以及蓄冷蓄热设施为框架。核心层、框架层和用户之间，热泵作为重要的联系纽带;管理层，以网络技术、物联网技术、云技术等信息通信技术为支撑，对城区能源系统进行双向管理，这种管理本质上是一种能源服务。

 

可再生能源和清洁能源现场发电的最大特点是不稳定性，特别是供应(发电)与需求(负荷)的不匹配，表现在时间上的不匹配与功率上的不匹配。对于热电联产系统，还有一个热与电的不匹配问题，在城区范围内，不可能将电力和供热同步用掉。按照目前的技术水平，大规模蓄电还无法实现商业化运行。而所有发电设备都有一定的热电比范围，如果发出电力用不掉，就会影响产热，致使系统无法运行。

 

因此，如何通过蓄能使负荷平准化、协调供应和需求，是智能电网技术中重点研究的课题，称为“智能电网备份”技术。研究中的“备份”办法有很多，例如用燃料电池、用电动汽车蓄电池等，但可以立即实现的是利用热泵蓄热从而间接蓄电，称为“智能电网备份热泵”技术。

 

能源微网是一种分布式供能和分散式用能的模式，而且是分层次和交互式的管理架构。