新能源城市理论体系构建研究

娄 伟

一、研究背景

城市是世界能源消费的主体及碳排放的主要来源。国际能源机构（IEA）2009年发布的一份报告［1］认为，城镇排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放总量的七成左右，因此城镇应在减少温室气体排放、应对气候变化问题上发挥关键作用。报告认为，各国政府的减排措施得到越来越多城镇居民的支持，因为他们已意识到气候变化带来的严重后果，这预示着城镇可以在应对气候变化方面大有作为。

城镇减少碳排放的主要途径是使用新能源与可再生能源，建设新能源城市。近年来，欧美发达国家在新能源城市建设方面进展迅速，出现了一些有代表性的新能源城市，一些城市甚至提出了建设“100%可再生能源城市”的目标。国内也有越来越多的城市提出了建设“新能源城市”的诉求。中国国家能源局还将新能源城市建设纳入《可再生能源发展“十二五”规划》，并提出，到2015年，建设100个新能源示范城市及1000个新能源示范园区。

国内外日益关注“新能源城市”建设问题，主要基于以下几方面原因：一是城市能源安全的需要；二是应对气候变化问题的需要；三是技术进步提供了更多的新能源选择；四是同低碳城市、生态城市、绿色城市发展的理念一致。

在国内，建设新能源城市具有更多的现实意义，主要表现在以下几个方面：一是新能源示范城市建设存在诸多问题。近年来，在中国新能源城市建设中，存在明显的“炒概念”倾向，导致这一结果的主要原因在于缺乏科学的标准。例如，在“太阳城”建设方面，中国太阳城成为“无确切内涵、无标准、无政策”的“三无”产品。各地纷纷自封太阳城，导致本该极具指导意义的城市建设方向，很快流于炒作；二是城乡一体化发展的需要。城乡一体化既是我国社会经济发展的需要，也符合新能源开发的特点。可再生能源的能量密度普遍较低，在开发过程中往往需要较大的空间。例如，能源作物的种植、太阳能发电场、风力发电场所等。由于城市的空间普遍狭小，在开发新能源过程中，面临土地等因素的制约。而农村在土地资源及空间方面具有优势，城乡一体化开发新能源，有利于解决新能源城市建设过程中面临的许多问题；三是消化新能源产业产能过剩的需要。近年来，中国新能源产业取得了前所未有的高速发展。在政策和市场的利好下，新能源产业出现爆发性增长。目前国内已经有几十个省市提出了打造新能源基地，或者把新能源当作支柱产业来发展。这种盲目的发展不但导致产业趋同造成浪费，而且出现了明显的产能过剩问题。建设新能源城市有利于消化一些新能源产品，降低行业压力。

新能源城市建设需要相关理论的支持。在新能源城市建设日益成为热点的背景下，关于新能源城市的研究也迅速增加，研究领域涉及新能源城市的理论、方法及发展现状、案例及风险等多个方面。代表性的研究成果有彼得·乔治的专著《可再生能源城市：城市革命综合导论》［2］、国际能源署的研究报告《城镇与可再生能源》［1］、世界未来理事会所作的《100%的可再生能源—超越—城市》［3］研究等。

不同的区域及国家在新能源城市的研究方面也有所区别。欧洲国家由于开始排斥核能，因此，更多地研究可再生能源城市，特别是关于100%可再生能源城市的研究远远多于全球其他区域。美国更多地研究可再生能源电力城市、太阳能城市等。日本则更多地研究生物质能城镇。

由于太阳能的开发利用比较普遍，因此，关于太阳能城市的研究远比研究其他类型的新能源城市多。例如，由非政府组织“国际太阳能城市倡议（ISCI）”举办的“国际太阳能城市会议（ISCC）”以及进行的相关研究。同时，国际上也有大量虽然没有提及新能源城市但同新能源城市有关的相关的研究，例如，低碳城市、绿色生态城市、可再生能源建筑、可再生能源发电、可再生能源供热与制冷、新能源交通、新能源技术等方面的研究。事实上，关于新能源的绝大多数研究都可以作为新能源城市的参考文献。

在国内，早期在把能源与城市结合时，一般称为“能源城市”，主要是指能源产量较大的城市。较早研究改革城市燃料结构，解决“三废”和环境污染问题的学者是“中国人造石油之父”——赵宗燠，在其1978年发表的相关论文［4］中，就开始提出发展清洁能源的概念。但是，现代意义上的“新能源城市”概念是在2000年后才逐渐被提及。

2006年后，随着“新能源建筑示范城市”、“新能源汽车示范城市”、“国家新能源示范城市”等计划的提出及相关工作的推进，出现了大量研究新能源城市、太阳能城市等方面的文献，但这些文献主要是一些新闻报道，针对性的关于新能源城市的研究性成果并不多。主要涉及到新能源城市的指标体系［5］、示范城市建设［6］、可再生能源城市建设模式［7］、新能源与城市空间结构［8］等方面。另外，也出现了相关的专著，如《气象与太阳能生态城》［9］、《微网与太阳能生态城》［10］等。同时，有关低碳城市、零碳城市、新能源汽车、可再生能源建筑、生物质天然气等相关领域的研究成果数量较多，研究涉及到理论、方法、实践，以及规划、标准等多个方面。特别是关于新能源产业可持续发展方面的研究成果较多（如太阳能、风能部分产业产能过剩研究等）。尽管缺乏针对性，但这些研究也大都可以作为新能源城市建设的重要理论基础。

总的来说，新能源城市作为一个新兴概念，缺乏准确的界定，在操作层面上也缺乏相应的评价标准。加之相关研究缺乏，导致目前对新能源城市的认定、规划，以及发展、传播等都比较混乱。如果城市决策者对新能源城市的内涵、建设路径、重要性缺乏必要的认识，在新能源城市的建设中就容易出现偏差甚至背离。显然，加强新能源城市理论的研究具有较强的理论与现实意义。

二、新能源城市的概念及主要模式

新能源城市的理论包含范围较广，既包括新能源城市的概念、内涵、标准方法等，也包括新能源的资源测算、开发利用、规划、节约等方面的相关理论。

（一）新能源城市的内涵

新能源城市（New Energy City）概念可以从狭义与广义两个角度来理解。从狭义上讲，新能源城市是指城市能源消费以新能源为主，并且新能源成为城市显著的品牌与文化元素的城市。新能源占城市能源消费总量的50%以上，才能被认为是城市的主要能源，这类城市也才有资格被称为新能源城市。从广义上讲，一座城市在电力、交通、供热与制冷、建筑等领域中的任一个领域实现了能源消费以新能源为主，这些城市也属于新能源城市范畴，一般被称为绿色电力城市、新能源交通城市、新能源供热与制冷城市、新能源建筑城市等。或者在城市所消耗的所有能源类型中，某一种新能源成为最主要能源（比例最高），这类城市也属于新能源城市范畴，但这类新能源城市一般被称为太阳能城市、风能城市、生物质能城市等。同时，一座城市的新能源应用只要在一个区域或国家的城市中处于比较突出或具有代表性的位置，尽管没有达到“新能源城市”的标准，但也可被称作“新能源应用示范城市”。

新能源城市也重视新能源产业发展，但核心是“技术应用”，而不是“产品制造”。但在一座城市中，如果新能源产业成为了主导产业或支柱产业，这类城市也属于广义上的新能源城市，但应被称作“新能源产业城市”。

新能源城市概念与生态城市、绿色城市、低碳城市、可持续发展城市等近年来比较热的城市概念是交叉关系，相同之处在于都强调使用可再生能源。不同之处在于，新能源城市更着重分析新能源在城市中的应用，而在生态城市、绿色城市、低碳城市、可持续发展城市等城市类型中，应用可再生能源只是重要因素之一。

新能源城市概念包含了可再生能源城市。二者的主要区别在于：可再生能源城市的能源主要来源于可再生能源；新能源城市不仅使用可再生能源，也使用核能等不可再生的新能源。由于中国大多数城市能耗较大，单纯依赖可再生能源难以满足城市的能源需求。因此，中国一般提“新能源城市”，而欧美一些城市由于比较排斥核能，因此，这些城市更多地强调“可再生能源城市”。当前，由于可再生能源逐渐构成了新能源的主体，因此，新能源城市更多是指可再生能源城市。

在近几十年内，新能源城市主要是指以使用核能、氢能及可再生能源的城市，在未来50年或100年后，由于今天所说的新能源届时已不再是新能源，届时的新能源是指更新的能源，新能源城市同今天的新能源城市也将有很大的区别。但是，在近几十年内，新能源城市主要是指以使用核能、氢能等新能源，以及太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源为主的城市。

（二）新能源城市的发展阶段

由于成本、资源及传统能源利用模式等因素的制约，利用新能源替代传统化石能源将是一个长期的过程。全球新能源城市建设将存在三个发展阶段：

1.第一阶段：新能源应用示范阶段

这一阶段的主要特征是在城市中推广应用新能源，并选择一些城市作为“示范”。但如果以“新能源城市是以利用新能源为主的城市”这一角度出发来判断，这一时期，只有很少城市属于真正意义上的“新能源城市”。目前，中国、美国等大多数国家正处于这一阶段。

2.第二阶段：新能源城市推广阶段

在这一阶段，开始出现一些真正意义上的新能源城市，但尚没有大规模普及。目前，欧洲一些国家如德国已经开始进入这一发展阶段。从世界角度来讲，这一阶段应该发生在2030年前后。这一时期的新能源城市具有以下三个基本特征：一是城市能源以新能源为主；二是能源本地化、自给自足化是主要发展模式；二是规模有限的小城镇是新能源城市发展的主体。

3.第三阶段：新能源城市大规模普及阶段

在这一阶段，世界大多数城市的能源利用结构转向以新能源为主，“新能源城市”成为一种主流及常态。从世界角度来讲，这一阶段应该发生在2050年前后。这一时期，由于新能源应用范围相对较广，大中型城市也开始普遍成为“新能源城市”，并且新能源的来源日益多元化。但对小城市来说，能源自给自足依然是主要模式。同时，在这一时期，“新能源”的具体内涵将开始发生变化，新出现的高效能源将逐步取代今天所谓的“新能源”，而成为届时的新能源。

（三）新能源城市的主要模式

在新能源城市建设方面，近年来，国内外积累了一些经验。例如，2007年～2008年，美国能源部指定了25个承诺在当地长期发展太阳能市场的主要城市作为美国的太阳能城市，这些城市代表了16种不同的状态，各自有不同程度的太阳能资源和利用太阳能技术的经验。国内也有一些经验可供参考，如“保定模式”、“德州模式”、“深圳模式”等。从不同的角度，新能源城市有不同的类型：以新能源利用程度来分，可分为100%新能源城市、新能源城市；从新能源种类来分，可分为太阳能城市、风能城市、可再生能源电力城市等。主要分类方法有以下几种：

一是从城市新能源应用的程度来区分，可分为综合型与专项型。综合型主要是指城市各方面的能源都主要来自可再生能源。城市能源消费主要集中在电力、交通、供暖与制冷三大领域，这三大领域的能源消费都普遍使用新能源才能被称为综合型。专项型主要是指在电力、交通、供暖与制冷三大领域的一个或两个领域实现主要采用可再生能源，包括新能源电力城市、新能源建筑城市、新能源交通城市等。目前，由于新能源交通较难实现，国际上所谓的新能源城市，主要是指新能源电力城市。

二是从新能源的使用程度来说，可分为新能源推广示范性城市、新能源城市与100%新能源城市三种类型。新能源推广示范性城市一般是指城市新能源的利用没有成为城市能源消费的主流，但比同时期其他城市突出得多的城市。新能源城市是城市能源消费实现了“以新能源为主”目标的城市。100%新能源城市是指城市消费的能源100%来自新能源，但“100%”更多的是一种愿景，并不一定真正要“100%”。

三是从可再生能源来源的角度来区分，可分为太阳能城市、生物质能城市、风能城市、地热能城市、风能城市等。该类城市的特点是，城市所在区域的某一种可再生能源资源丰富，其中，由于太阳能光伏适用的广泛性，太阳能城市最有可能实现。例如，世界第一座太阳能发电城市——白考克牧场市，就位于被誉为“阳光之州”的佛罗里达州；美国第一个100%风力发电城市——岩石港市位于密苏里州，由美国能源部出版的自然资源分布图显示，该区域是密苏里州风力资源高度集中地区。

四是从能源供给地区分，可分为能源自给自足型与部分依赖外购型。能源自给自足型是指城市自身生产的可再生能源足以满足城市的能源需求。该种模式适用于地处偏远，可再生能源资源又较为丰富的小城镇或孤立的海岛。部分依赖外购型是指城市本地的可再生能源不能满足城市能耗需求，需要从外地购买部分甚至全部购买绿色电力、生物柴油等。这种模式的特点是城镇规模大，或者区域内可再生能源资源相对缺乏，在建设该类型的新能源城市时，需要考虑周围区域可再生能源的供给情况，以及如何降低购买成本。

五是按城市大小划分，可分为大中型新能源城市、小型新能源城镇，以及新能源社区等。建设新能源城市需要从一个个社区做起，社区面积虽小，但在空间布局规划等方面是一个城市的缩小版。例如，英国“贝丁顿零化石能源发展”社区的设计理念就是围绕“零碳”二字，整个小区只使用可再生资源产生的能源，就能满足居民生活所需，主要措施包括：成本低廉的示范建筑；零能耗的采暖系统；零排放的能源供应系统；循环利用的节水系统；绿色出行模式。

六是从城市新旧的角度来区分，可分为传统城市能源替代型与一次性新规划的城市。传统能源替代性，是指用可再生能源替代城市原来使用的化石能源，改变城市能源结构，绝大多数城市在构建新能源城市时，都将采用这种模式。全新规划性，是指在新建或重建的城市中，不受原有城市能源利用模式的制约，全新规划可再生能源的利用。例如，沙漠里的零碳城市——阿联酋“马斯达城”，该城是一次性规划的新城，于2008年初开始兴建，总投资大约为220亿美元。建成后，这座城市将完全依赖太阳能和风能等可再生能源，城里没有汽车，绿树成荫，整座城市将实现零废物、零碳排放，预计将可以容纳 5 万人。［11］［12］一次性新规划的城市具有规划优势，可以面向未来的新理念、新技术与新方法，有利于实现100%可再生能源，但成本高，并且受地理空间的局限。因此，绝大多数新能源城市规划都来自对传统城市规划及能源规划的创新。

三、新能源城市的标准问题

（一）新能源城市标准体系建设现状

如果城市决策者对新能源城市的内涵、建设路径缺乏必要的认识，在新能源城市的构建中就容易出现偏差甚至背离。例如，不少城市把发展新能源作为实现低碳城市的重要手段，但却仅引入了新能源产业中高污染、高能耗的生产环节。这种看似低碳的建设方式非但不能产生碳减排，反而增加了碳排放。

建设新能源城市，需要完善相关标准问题。近年来，国内外已经出现了一些相关标准，例如，日本东京为进一步提高都市内设施的节能性能，制定了“节能及可再生能源东京标准”。

国外有研究认为，决定新能源城市特点的定性指标主要包括以下几点［13］：一个关于全社会能源转换的20年愿景和政策框架；一个集成建筑节能改造、分布式可再生能源，以及智能电网、汽车电动化和区域供热/制冷等新能源基础结构的方案；转向具有长期、适度的利率和公共/私营伙伴关系的能源投融资及财政系统；加强当地能力建设和岗位培训，以最大限度地实现长期的社会效益；能克服障碍，推动业主/管理者参与的实施策略；真正的社会参与，以完善地方政策的规范、引导作用。

国内越来越多的相关政府部门及研究机构也开始制定有针对性的标准。例如：2011年，中国科技部、国家发改委、财政部、工信部正式下发的《关于进一步做好节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知》就明确提出，国家将对25个示范城市进行全面的评估并建立奖惩措施；中国财政部、住房和城乡建设部出台的《可再生能源建筑应用城市示范实施方案》提出，以应用面积、推广技术类型、能源替代效果、能力建设情况等因素综合评定可再生能源建筑应用示范城市；黄石市提出《关于新能源示范城市评价指标体系》；中国经济导报社推出“2011节能与新能源汽车示范城市发展指数”；新能源汽车试点城市“十城千辆”示范城市标准等。2012年，中国国家能源局制定的《新能源示范城市评价指标体系及说明》（试行），其对中国新能源示范城市申报的评价指标要求是：城市的新能源消费量占比3%或不低于10万吨标准煤，太阳能、风能、生物质能、地热能等指标中需有两项达标；规划期末（2015年）新能源消费比重达到6%。

但总体来说，中国新能源城市的标准严重不足，对于什么样的城市才是“新能源城市”、“太阳能城市”、“风能城市”、“建筑节能城”、“新能源城市”等缺乏权威的标准体系。由于标准不一，导致很多地方的新能源城市建设主要是炒概念，缺乏实质性的内涵。这种状况显然不利于建设真正的新能源城市。

（二）判断“新能源城市”的五大标准

由于新能源城市有多种类型，因此，新能源的标准也应是多样的。一般来说，新能源城市的评价标准主要有五个方面：一是城市的能源使用以新能源为主；二是制定科学的新能源城市规划；三是有系统的政策及制度保障；四是有完善的公共服务平台及配套基础设施建设；五是城市的硬件设施及文化特征中的新能源元素是否突出。

标准一：判断“新能源城市的新能源使用量”标准又分两种情况：一是城市能源消费以新能源为主的城市，这类城市是真正意义上的“新能源城市”；二是城市新能源应用没有达到以新能源为主，但同其他城市比较，新能源应用较为突出，这类城市属于“新能源应用示范城市”。由于新能源城市又可以分为新能源电力城市、新能源交通城市等多种不同的类型，因此，新能源城市能源使用量标准又可分为多种不同的标准（见表1）。

表1 新能源城市的新能源使用量标准

标准二：是否制定了“新能源城市规划”是判断一座城市是否是新能源城市的另一条重要标准。新能源城市规划不只是新能源与可再生能源规划，而是要把能源规划与城市规划结合起来，不仅要制定新能源的开发利用目标，也要结合城市空间规划、产业功能分区，制定新能源城市的土地利用规划、规划城市的空间布局等。

标准三：是否有“系统的政策及制度保障”也是判断一座城市是否是新能源城市的一条重要标准。主要是要通过完善优惠政策等多种激励措施以及约束机制，为新能源城市建设提供制度保障。

标准四：“有完善的公共服务平台及配套基础设施建设”主要是指城市的硬件设施有利于推广新能源。例如，兴建电动汽车的充电设施、生物柴油加油站、生物天然气服务机构等。

标准五：“城市的硬件设施及文化特征中的新能源元素是否突出”是指，有志于建设新能源城市的城市，不仅要积极开发利用新能源，也要在城市的品牌形象塑造过程中，突出新能源元素。通过标志性的带有新能源元素的硬件设施及推广传播新能源文化，使新能源成为城市形象的一个显著标签。

四、新能源城市理论体系架构

在新能源城市理论建设方面，国内外已经有一些成果，但总体来说未形成理论体系。构建新能源城市理论体系，需要借鉴能源理论、城市理论、协调发展与可持续发展等相关理论。

（一）新能源城市理论构建路径

传统的城市能源战略一般采取三步骤实现战略：第一步，减少能源使用量；第二步，使用可再生能源；第三步，持续使用清洁能源和提高化石能源利用效率。新的城市能源战略则采取新的三步骤战略：第一步，通过智慧设计，减少能源消费量；第二步，废能源流的再利用；第三步，使用可再生能源，并确保其剩余物的再利用。［14］

新能源城市的最大特点是重视开发当地可再生能源，这也是同传统能源城市的最大区别。在构建新能源城市理论体系时，需要基于四大路径：一是开发新能源；二是智慧设计，减少能源使用量；三是循环利用余热余能，提高能源利用效率；四是关注新能源与社会、经济、环境等方面的协调发展，保障新能源城市的可持续发展。构建新能源城市理论体系应围绕这些理念进行（见图1）。

图1 新能源城市理论体系构建路径

（二）新能源城市规划的理论框架

构建新能源城市理论体系，应在借鉴能源理论、城市理论的基础上，围绕“新能源开发”、“智慧设计，减少能源使用量”、“循环利用能源，提高能源利用效率”、“社会、经济、环境协调发展”几个方面进行，如图2所示。

五、结 论

建设真正意义上的新能源城市，就要在借鉴城市理论、能源理论的基础上，结合新能源城市的规律及特点，构建有针对性的新能源城市理论。

在构建新能源城市理论体系方面，要重视以下理念及路径：一是构建适合新能源城市的理论体系——能源理论与城市理论“二合一”的理论体系；二是“新能源城市”的落脚点是“城市”，在理论体系的构建方面要有别于传统的能源理论，要借鉴城市的功能分区、土地利用等城市理论；三是新能源城市理论不同于一般性的城市理论，新能源城市更多地侧重新能源在城市中的应用，需要借鉴能源替代、能源结构优化等能源理论；四是新能源城市理论包含新能源的“全过程”——开发、利用及提高能源利用效率。而受资源的局限，传统的基于化石能源的城市理论一般不考虑能源的开发；五是新能源城市理论要重视城乡一体化布局，充分利用农村的土地资源与可再生能源资源优势；六是新能源城市理论需要综合考虑能源、资源、社会、经济、环境等多方面的要素，推动新能源城市的协调可持续发展。