绿色生态城区中清洁可持续能源系统的构建

张中秀 马晓虹 吕红亮 / ZHANG Zhongxiu, MA Xiaohong, LYU Hongliang

BAU EINES SAUBEREN NACHHALTIGEN ENERGIESYSTEMS FRKOLOGISCHE STADTVIERTEL

THE CONSTRUCTION OF CLEAN AND SUSTAINABLE ENERGY SYSTEM IN GREEN ECOLOGICAL CITY

1 引言

近年来，随着我国城镇化快速发展、人民生活水平不断提高，能源消费需求不断攀升，同时能源供应结构不合理、环境约束显著的矛盾也日益突出。正如李建军等（2015）所言，如何转变城乡建设模式和能源利用方式，使城镇化快速发展的同时实现节能减排、提高城市的宜居性，已成为亟需解决的重大社会现实问题。

绿色生态城区最初是为了倡导在新建城区中因地制宜地利用当地可再生能源和资源，推进绿色建筑规模化发展而提出的概念。在绿色生态城区中构建清洁、高效、安全、可持续的能源供应系统，开展能源供给侧改革，推进分布式能源和可再生能源的规模化利用，能够有效减少化石能源消耗、优化能源供给侧结构，是实现经济社会可持续发展、改善城市大气环境质量的有效措施，也是绿色生态城区建设的核心内容之一。青岛中德生态园作为国家级绿色生态示范城区，在规划建设过程中，对分布式能源和可再生能源的综合利用进行了实践和探索，取得了较好效果。

2 绿色生态城区对能源系统构建的要求

2013年3月住房和城乡建设部发布的《“十二五”绿色建筑和绿色生态城区发展规划》提出，大力推广可再生能源技术的综合应用，建立包括可再生能源利用率、绿色交通比例、非传统水资源利用率等指标的绿色生态城区控制指标体系，指导绿色生态城区全面建设。同时，鼓励有条件的地区对适合本地区资源条件及建筑利用条件的可再生能源技术进行强制推广。

2018年4月起实施的国家标准《绿色生态城区评价标准》（GB/T 51255－2017）在充分考虑绿色生态城区特点以及发展方向的基础上，将绿色生态城区评价指标体系分为土地利用、生态环境、绿色建筑、资源与碳排放、绿色交通、信息化管理、产业与经济、人文8类指标。能源供应系统作为资源与碳排放方面的重要内容，主要涉及到可再生能源和分布式能源利用两部分。其中，可再生能源供应量占城区一次能源消耗的比例占10分、合理采用分布式能源系统占6分。

表1 2015～2050年我国能源结构中长期目标

3 城市能源系统的构建目标

我国《能源发展“十三五”规划》和《能源生产和消费革命战略（2016－2030年）》提出，将“多元发展、推动能源供给革命”作为未来能源发展的一项主要任务，落实创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。

当前，能源清洁、低碳发展已经成为国际社会共识，包括伦敦、纽约、巴黎、东京、多伦多、阿姆斯特丹在内的许多城市都提出了碳减排的目标和措施。我国作为全球碳排放最多的国家，已承诺于2030年前达到碳排放峰值，面临着较大的碳减排压力。2017年12月，我国启动了全国碳排放权交易市场，通过经济杠杆撬动能源低碳化，低碳能源的发展迎来历史性机遇。未来，清洁能源将以天然气和可再生能源为依托，成为能源结构中的主体（表1）。

另外，提高能源系统的运行效率，推动能源多元协调发展和互补利用也是城市能源系统构建的目标之一。正如龙惟定（2013）和杨竞等（2016）所言，利用可再生能源、天然气的分布式能源系统能够有效减少环境排放、提升能源利用效率、优化能源结构、保障能源供应安全，是开展城市能源供给侧改革的一个重要载体和突破点。在分布式能源的应用和推广中，要根据资源条件、用户需求和政策情况，因地制宜、科学合理地设计。应统筹规划，建立“顶层设计”的系统性思维，改变原有“扩张保供”的能源供应思路和电、气、热（冷）各自为政的规划设计方法，从能源综合供应的角度系统地提出解决方案。

4 青岛中德生态园能源供应系统

4.1 中德生态园概况

青岛中德生态园（Sino-German Ecopark）是首个由中德两国政府合作建设的可持续发展示范项目。园区于2011年12月启动建设，一期规划区面积11.6km2，拓展区面积29.0km2。中德生态园的发展目标是成为彰显中德合作的国际园区、倡导低碳环保的生态园区、促进产业转型的示范园区、推动研发创新的智慧园区、引领绿色生活的宜居园区，近年来先后被授予了“国家首批低碳城镇试点”“国家绿色生态示范城区”“中国人居环境范例奖”“国家绿色制造国际创新园”“全国智慧城市试点”“国家首批新能源示范园区”等荣誉。

在住房和城乡建设部给中德生态园“国家绿色生态示范城区”的批复中，对园区在资源节约、生态保护和低碳发展方面提出了明确的要求，包括可再生能源使用率不低于15%、绿色建筑比例不低于80%等。

4.2 园区能源资源情况

园区本地能源资源主要包括太阳能、风能、生物质能和地热能。另外，天然气、电力、油品等能源通过高效、便捷的输运网络，也可充分满足园区发展要求。

中德生态园全年太阳能辐射总量为5040MJ/m2，年平均日照时数为2345h，具有较好的太阳能利用条件。同时，多风也是中德生态园的气候特点之一，年平均风速5.4m/s，有效风能密度为254W/m2，有效风能年平均时间达6485h，属于风能资源丰富区。

中德生态园地质以砂岩为主，综合导热系数为1.464W/（m ·℃），平均容积比热为1.847MJ/（m3·℃），较适合土壤源热泵的应用。园区附近有河洛埠水库、东窑沟水库、山王西水库、山王东水库等，也可适当使用地表水源热泵。园区可用的生物质能主要来自周边两个生物质热电厂。其中，西海岸生物质热电厂位于规划区西部，以秸秆为主要燃料，每年可发电1.7亿kWh、供蒸汽65万t，未来该厂还将扩建二期工程；恒源热电厂位于规划区南部，是青岛市首批清洁发展机制（Clean Development Mechanism，CDM）项目，近期拟扩建一台150蒸吨（1蒸吨相当于0.7MW热水锅炉或1t /h蒸汽锅炉）生物质蒸汽锅炉，配套30MW抽凝机组，增加对外供热能力300万m2。

4.3 园区能源系统规划

在总体规划层面，园区概念性规划、指标体系规划、资源保护与生态建设规划都明确提出了园区可再生能源利用率达到15%以上，分布式能源供能比例达到60%以上。

在专项规划层面，园区编制了能源专项规划、分布式电源专项规划、基础设施专项规划，提出了“低碳循环、高效利用、安全高质、经济环保”的能源发展总体目标，结合园区的资源条件、用能特点，通过可再生能源、分布式能源和常规市政能源的网络化协同，实现区域内的节能减排和可持续发展。规划建设7座分布式能源站，满足园区内部热、电、冷需求。同时，在园区内建设分布式光伏电站，在园区南侧抓马山建设风力发电场。分布式能源系统每年可节约标准煤约15万t，碳减排率达到64.6%。

根据规划，园区可再生能源利用率将达到15%～20%，CO2减排率达到50%以上，满足绿色生态城区规划建设要求。可再生能源利用量中，生物质能占49%、太阳能占27%、风能占23%，地热能占1%（图1）。能源结构的优化对于提高能源利用效率、减少大气污染物排放、实现可持续发展具有重要意义。

中德生态园是青岛市首批“非煤化”试点区域，未来能源结构中不含燃煤。园区内终端能源消费以电力、天然气和清洁供热为主。其中电力以市政供应为主，本地分布式能源和可再生能源供应为辅；供热以天然气（含分布式能源和燃气锅炉）为主，高效电力设施、可再生能源和市政供应为辅；推广电力、天然气等清洁用能，公共交通清洁能源使用率达到95%以上。

4.4 能源规划实施情况

近年来，随着园区建设的快速开展，清洁、可持续的能源供应系统也已初见成效。

风能利用方面，生态园南侧的大唐抓马山风力发电场已经建成投运（图2），园区内用于道路、广场的风光互补路灯正在开展建设。

生物质能利用方面，西海岸生物质热电厂已经投入运行，燃料主要为花生壳、树皮、秸秆，向园区供电的电缆线路和供热管道正在规划建设中。

太阳能光热利用方面，根据绿色建筑建设要求，12层以下居住建筑全部安装了太阳能热水系统，并优先采用了太阳能热水系统与建筑一体化技术设计。《中德生态园绿色建筑专项规划》提出，太阳能热水系统应满足居住建筑90%和公共建筑50%的生活热水需求量，辅助能源为分户电加热或燃气加热。目前，弗莱社区、德国企业中心、沃邦社区等项目已建成总装机规模约6MW的分布式太阳能集热项目，为社区居民及德国企业中心入驻企业提供可靠的生活热水。

太阳能光伏利用方面，优先利用工业厂房、连片的商业建筑或医院等屋顶安装光伏发电设施。2014年9月，中德生态园与浙江正泰新能源开发有限公司签署了合作协议，合作建设屋顶光伏发电系统，实现新能源、现代工业、民用建筑等产业的结合。

地热能利用方面，地源热泵已在青岛中德生态园体验运营中心、生态技术展示中心、德国企业中心、中德生态小学等多个项目中应用，总装机规模约3MW。

分布式能源系统方面，1#能源站和2#能源站已经投入运营（图3），成为山东省首个运行的泛能微网项目，为弗莱社区2700余户居民以及德国企业中心等项目提供安全稳定、环保舒适的电力、热力等能源供应，系统综合能源利用效率达到80%以上，节能减排效果显著。2017年，园区分布式能源项目入选全国首批多能互补示范工程、新能源微电网示范项目。

图1 中德生态园规划能源结构

图2 中德生态园南部的抓马山风力发电场

图3 中德生态园1#分布式能源站实景

5 结语

能源消费是碳排放和大气污染物排放的主要来源。未来在城镇化快速发展的同时应实现城市的宜居，因此必须建立清洁、可持续的能源供应系统，在满足经济社会发展的前提下，尽可能减少能源消费总量，优化能源消费结构，减少能源消费对环境的影响。

青岛中德生态园在规划和建设过程中始终坚持绿色生态城区的发展理念，在清洁、可持续能源系统构建方面做出了一系列探索，取得了较好的效果，对其他新城新区的开发具有一定的借鉴意义。

[1] 李建军, 袁明敏. 德国绿色能源城镇建设: 思路、策略与经验[J]. 山东科技大学学报(社会科学版), 2015, 17(6).

[2] 龙惟定. 绿色生态城区的智能能源微网[J]. 暖通空调, 2013, 43(10).

[3] 杨竞, 杨继瑞. “供给侧结构性改革”背景下天然气分布式能源发展研究——以四川省为例[J]. 四川师范大学学报(社会科学版), 2016, 43(6).