基于需求侧视角的低碳生态城区能源规划技术路径研究

石 心 刚

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

基于需求侧视角的低碳生态城区能源规划技术路径研究

石 心 刚

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

用综合资源规划方法研究了低碳生态城区能源规划技术路径的构建过程，从需求侧视角将城区能源规划进行了解构，对城区能源规划阶段冷热负荷预测方法进行了比较研究，分析了城区能源规划阶段冷热负荷预测方法的适用性.城区各类能源要实行统筹规划，协同运行，优化可调，有利于低碳生态城区能源资源的有效使用和节能减排.

城区能源规划;需求侧;负荷预测;技术路径

0 引 言

在我国城镇化进程中，能源利用形态发生了很大变化，从而需求侧城区能源规划应运而生[1].即从需求角度出发，以构建低碳生态城区为目标，研究低碳生态城区能源资源的合理整合和有效的使用.

需求侧城区能源规划是以大力推广应用绿色能源为主的能源规划，是对城区内及周边可以利用的能源进行挖掘整合，使得终端用能负荷在满足要求的前提下降低.在配置能源系统时，达到经济效益、社会效益和环境效益相互协调，进一步提高能源效率.为实现低碳生态城区的能源结构调整与优化，城区能源规划的需求侧目标应以城区各类能源相互支撑与相互补充的多元化、梯次利用多级化、区域内外互联互通网络化、协同运行优化可调.

1 低碳生态城区的能源规划目标

1.1 当前国内能源消费调控目标是从“少增长”到“多减少”.为应对能源资源紧缺和遏制环境污染，我国开始实施能耗总量控制和排污量控制的双控政策，“少增长”即为我国温室气体排放量在2030年达到峰值并作出不再增加的承诺，使得能源消费接近峰值后控制增加量，能源消费增速进一步放缓.

“多减少”即为加大淘汰落后产能力度，降低能耗，减少污染，从源头治理污染，优化能源结构，提高可再生能源的应用比例，实现能源效率的提高.

1.2 当前城市能源需求主要用于满足及提高居民衣食住行的需要，建筑室内环境的健康舒适已成为居民提升生活品质的追求目标，并且呈现出持续的上升趋势.以生活消费型为主导的消费结构日益成为国内经济结构调整和转型的内生动力，节能、环保、低碳已经成为居民理性消费的理念.

1.3 当前我国的新建城区(包括工业园区、高科技创新园区和金融商务区)是以打造现代服务业和先进制造业为核心目标.产业结构的升级和转型是新型城镇化的客观产物，其重点是发展现代服务业和先进制造业.该类产业均需要依托建筑物为生产平台，属于建筑环境依赖型产业.由于产业结构调整和转型升级，能源需求的类型由高温、高压、高品位用能向低温、低压、低品位用能转化，能源需求的主要用途是满足建筑环境的用能，包括建筑物供暖、供热水、供冷和照明.

1.4 以建设低碳生态城区作为新建城区的绿色生态核心目标，重点围绕能源合理利用.要改变以往沿用供应侧能源规划的思路，着力应用需求侧城区能源规划的理念和方法，例如过度安全冗余的技术设计，往往人为地高估供热负荷，提高供热系统安全系数，造成了高能耗的浪费及其对周围环境的影响.

2 低碳生态城区需求侧能源规划的技术路径

2.1 采用分布式产能方式，运行具有灵活性，能适应分散式个性化用能，为终端用户提供灵活节能型的综合能源服务的重要途径.实现能源应用结构性调整，将以往基于化石能源的热质交换、蓄能和电热冷三联供方式转变为基于可再生能源的能源供给方式，而化石能源仅作为辅助或补充手段，形成微小型燃气轮机与燃料电池混合的分布式终端能源供给系统.

2.2 以综合资源规划(IRP)理论为指导，以利于实现终端节能目的[2].综合资源规划(integrated resource planning IRP)是采用最小费用原理所进行的规划方式，是规划部门将能源供应侧和需求侧的各种类型的资源整合为一个整体，以实现能源统筹规划.通过经济合理地利用供需侧资源潜力，在保持能源服务水平的前提下，使整个规划系统的社会总成本最小.

2.3 改变过度依赖矿石能源的传统习惯，采取绿色能源作为替代，走绿色能源、低碳经济、可持续发展之路.

绿色能源最显著的优势是可再生性，虽然形式不同，诸如太阳能、风能、地热能、水能、海洋能、生物质能，但其实质都属于直接或间接地来源于太阳或地球内部所形成的热能.目前太阳能作为绿色能源的主要形式，其发展潜力巨大，太阳能光热和光电转换技术已经迅速发展并成熟.根据住建部编写的《太阳能供热采暖工程技术规范》所提出的太阳能保证率[4]，我国大部分地区属于太阳能资源较丰富地区，特别是在我国中部和北部地区，太阳能供热采暖优势明显.

太阳能的热利用，包括主动式和被动式，主动式太阳能采暖系统组成部分包括集热器、管道、散热器、机械循环辅助设备和蓄热装置.被动式太阳房可以不依赖外界辅助动力，是由太阳能辐射直接透过建筑物玻璃窗、墙体，被室内墙体、地面所吸收并储能.而将主动式和被动式相互结合、取长补短是今后太阳能采暖技术发展的趋势.

2.4 改变以往偏重于供应侧进行能源规划的模式，转变为基于需求侧理念进行能源规划，依托互联网平台，构建能源微网系统，实现城区能源资源共享和互联互通机制.

能源微网依照分类属于分布式能源系统，其形式是通过发电机、蓄能设备、控制设备来为用户提供电能和热能，为用户完成所需负荷，它可以按照模块化的单元进行组合[3].由于能源微网在物理结构上具有模块化和可集成性，所使用储能装置一般是小型化并可与多种供能类型相兼容.由于使用绿色可再生能源，并与需求侧直接相连，就有了较好的灵活性.能源微网在与城市热网联通时，可以做到系统可调节，在城市热网发生故障时，可以起到应急保障作用；主网因检修断开后，能源微网可以单独向用户提供所需负荷.随着需求侧用热负荷大小的变化，及时作出相应灵活调整，体现了在供热服务期，用户至上的全面质量管理理念.以实现资源共享和互联互通为目标构建能源微网系统，在某一个节点上，微网就是一个微热源，为特定用户提供按需服务；而在整体上则是城市热网的有机组成部分，在降低全网能耗、提高城区资源规划系统可靠性方面发挥重要作用.

2.5 城区能源规划需要从传统城市规划中过渡到由专业机构完成，实现建筑区域规划对能源应用的统筹.

需求侧城区能源系统规划要由热能动力专业和暖通空调专业承担，而目前是由设计部门提供节能运行方案及节能评价.其中供热规划在需求侧城区能源规划中影响较大，具有全局性作用.在城区供热总规划的指导下，科学合理地确定供热方案，使得供热方案能够实现节约能源、节省总投资、系统运行费用合理和保护环境的目标.由于一些用热单位高估需热量，习惯于保留一定富余量以防范风险，出现了需热量大于实际用热量，而设计部门据此就对最大热负荷很关注，忽视了需求侧用户最大负荷使用小时数及用热的同时率，在能源规划阶段，形成了热源重复投资和建设，导致了产能过剩，不利于实现需求侧城区能源规划的经济效益.因此，供热规划要具备全局性和前瞻性，立足长远，着力点是在对需求侧进行评估的基础上，作出合理的需求预测.在总体规划上，基于需求侧，采取热电联产集中式供能与能源微网分布式供能相结合的方式.

3 城区能源规划阶段冷热负荷预测方法的比较选择

对于低碳生态城区需求侧能源规划而言，城区内建筑的冷热负荷预测是必不可少的.目前预测方法类别主要有单位面积指标法、回归分析法、时间序列分析法、人工神经网络法、数值模拟预测法、情景分析法、虚拟特征建筑法、数据统计分析法和负荷因子法[5].在规划阶段初期，单体建筑的具体方案尚未成型，尚有不确定因素存在，无法采用建筑动态负荷模拟软件将负荷较为准确地计算出来.

而在城区能源规划阶段，各单体建筑的控制性参数已经确定下来，诸如建筑面积、使用功能等，但具体的建筑设计还没有完成，具体任务是完成对所规划的建筑物总冷热负荷作出逐时预测，并掌握其冷热负荷逐时变化的规律，有助于市政管理部门对城区能源基础设施进行优化配置，有助于设计师对方案进行比选、调整和决策.对预测方法进行适用性分析，其实质是预测模型应用合理、预测方法应用得当，则预测结果正确，可以用来指导城区能源规划，并为下个阶段的系统设计提供了论证依据.

表1 各类预测方法对比分析

结合上述预测方法对比分析，在区域用能规划阶段，开发适合规划阶段的建筑负荷预测软件是解决该问题的重要手段.

4 结 论

需求侧城区能源规划要以城市规划与节能相互协调为出发点，以建设低碳生态城区为目标，将可再生能源作为满足城区冷热负荷需要的重要来源，充分挖掘终端节能的潜力，选取合适的负荷预测方法，使得区域建筑冷热负荷预测方法使用得当，预测成果可以为低碳城区能源规划提供决策依据，并且也是低碳生态城区用能系统负荷计算的基础.需求侧城区能源规划目标的实现，使得各项节能减排规划指标做到了测量、报告、核查相同步，有利于低碳生态城区能耗的总量控制.

[1]龙惟定.建筑节能管理的重要环节—区域建筑能源规划[J].暖通空调.2008.38(3)：31～38

[2]朱兰，严正，杨秀，符杨.计及需求侧响应的微网综合资源规划方法[J].中国电机工程学报.2014.34(16)：2621～2628[3]王锐，顾伟，吴志.含可再生能源的热电联供型微网经济运行优化[J].电力系统自动化.2011.35(8)：22～27

[4]住房和城乡建设部.太阳能供热采暖工程技术规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2009

[5]欧科敏，韩杰，周晋，张国强.区域建筑冷热负荷预测方法研究进展[J].暖通空调.2014.44(10)：94～100

Research on Energy-planning Technology Path of Low-carbon Ecological Cities from the Perspective of DSM

SHIXin-gang

(Hebei University of Architecture，Zhangjiakou 075000，Hebei，China)

In this paper,the construction process of energy-planning technology path of low carbon ecological cities is first studied by using the comprehensive resource-planning method.Then,deconstruction of urban energy-planning is made from the perspective of DSM.Moreover,a comparative study is made in terms of cold-load and hot-load forecasting methods at urban energy-planning stage.At last,the applicability of these two methods is analyzed.The comprehensive planning,cooperative operation and optimized adjustment of urban energy are beneficial to the effective use of energy resources,energy conservation and emission reduction in low-carbon ecological cities.

urban energy planning；DSM；load forecasting；technical route

2016-10-31

河北建筑工程学院校级科研基金项目(y-201317)

石心刚(1965-)，男，硕士，教授，从事建筑节能研究.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.01.022

TU-0

A