林家村高端装备特色小镇可再生能源规划研究

王 丽,付嘉峰,王 琳

(1.哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；2.哈尔滨广瀚燃气轮机有限公司，黑龙江 哈尔滨 150070；3.中国海洋大学，山东 青岛266100)

0 引言

特色小镇是美丽乡村建设的一种新模式，是农村经济建设的一个新阶段，是社会主义新农村的一种体现形式。特色体现在依赖某一特色产业和特色环境因素打造的具有明确产业定位、文化内涵、旅游特征和一定社区功能的绿色宜居生态小城镇建设项目，绿色生态是特色小镇的基础。2016年7月1日，住建部、国家发改委、财政部联合发布通知，提出到2020年要在全国培育1 000个左右的特色小镇[1]。国外特色小镇的规划与建设起步早，能源规划突出清洁可再生能源。德国的弗赖阿姆特小镇，为农业旅游特色小镇，小镇利用太阳能、风能、沼气能等实现生产生活用能全部采用清洁可再生能源[7],瑞典的麻摩城[8]充分发挥风能的替代能源政策，该小镇实现了100%能源来自可再生能源。日本则在20世纪70年代,为缩小城乡差异，建立“村镇综合建设示范工程”[9],充分利用可再生能源，形成日本特色小镇的雏形。

林家村高端装备特色小镇正是在这样的大背景下规划的小镇，林家村位于诸城市东南部24 km，地处诸城、黄岛、胶州三市交界，位于青岛半小时经济圈,是青岛向鲁中地区辐射的重要节点。 规划特色小镇位于现状林家村镇政府所在地-林家村镇，在此基础上规划林家村高端装备特色小镇。绿色生态是林家村高端装备特色小镇规划基础，清洁低碳、安全高效的生态型能源体系规划是小镇规划的重点。本文通过对林家村资源评估，提出了面向需求分析的能源规划方法，以生物质能、太阳能为主要补充能源，构建资源循环型分布式能源系统。实现小镇能源60%以上为可再生能源的规划目标，实现节能减排。

1 林家村高端装备小镇现状及能源资源评价

1.1 特色小镇现状及规划

小镇现状及规划：小镇现有人口1.8万人，规划人口4.0万人(1万户)；规划用地面积4.8 km2，产业区规划面积1.5 km2。人口密度低，居住分散、容积率低，能源输送距离远，能耗高，不适合建设大型集中区域能源系统。

产业现状及规划：林家村是典型的农业村镇，第二产业食品加工、服装家纺为主、第三产业餐饮商贸；第二、第三产业特色不鲜明，发展较弱。规划在村镇所在地建设特色高端装备特色小镇，小镇围绕先进智能装备制造业-模具设计与制造、海洋功能性食品-虾青素产品、新能源控制系统三大新兴特色产业，对接青岛需求。高端特色产业的特点是高附加值，低能耗、低污染的产业。能源规划是小镇产业良性发展的保障，以当地优势资源为核心，高比例配置清洁可再生新能源是小镇生态宜居的要素，林家村高端装备小镇消费特点为常温、低压、低品质能源，主要为居民区及厂区供电、供热、供冷。

图1 林家村高端装备小镇规划图

1.2 小镇能源消费现状

小镇规划区域目前所利用的主要能源形式为电能，少量的生物质直燃、原煤和天然气，少数家庭利用太阳能热水器。新能源的利用率低，利用形式落后。没有形成系统配置规模化的可再生能源利用。

表1 小镇用能现状

小镇电能配套：镇驻地现有35 KV变电站一处，配备主变两台，容量分别为5 000 KVA/6 300 KVA，10 KV出线五条,最高负荷9 000 KVA，为小镇提供电力保证。

1.3 小镇资源评估

1.3.1 水资源评价

林家村有“五条河流、两座中型水库”水力资源丰富；虽然流经林家村的河流较多，但流域面积不大，水力梯度小，流量小，季节性强，作为能源类资源的利用价值不高。

1.3.2 生物质资源评价

(1)林家村是农业型村镇，拥有耕地18.5万亩,皂户辣椒、绿丰园花生、贤河白菜、荒山口苹果、青朴火龙果种植业园区6个。康源微藻养殖基地1个，年产生物质近35万t,生物质资源丰富。

(2)林家村污水处置规划：污水处理站确定在林家村镇驻地西部，镇北路南侧、镇西路以西。该污水厂总设计规模为10 000 m3/d，处理标准1 A，污水达标回用5 000 t进入沼气工艺，作为工艺用水，5 000 t作为清洁和绿化用水，年产污泥36 500 t/a(含水率90%)。作为生物质资源化利用。

(3)林家村生活垃圾处置规划：按城镇人均垃圾日产生量1 kg/人，预测林家村镇城镇垃圾日产生量为3.8 t/d。规划生活垃圾清运率100%，无害处置化率100%，其中分类厨余垃圾、有机湿垃圾40%，554.8 t/a，可以作为生物质资源化利用。

表2 生物质资源表/t·a-1

1.3.3 太阳能资源评价

山东省太阳能资源丰富，属于太阳能丰度三类地区，尤其是胶东半岛北部、鲁东南、鲁北为太阳能资源较丰富地区，年可利用量超过(5 000 MJ/m2)，日辐射量3.8～4.5 KWh/m2，依据气象行业标准《太阳能资源评估方法》“利用各月日照时数大于6 h的天数为指标。评估太阳能资源的利用价值”。林家村地区日照时数>6 h的天数平均在245 d/a。平均月日照时数211 h，日照百分率64%，该地区太阳能资源丰富。

表3 林家村日照时数表/h

注：太阳能监测站*

2 面向需求分析的清洁可再生能源规划方法

通过对小镇能源需求的精准预测及村镇能源资源分析与评价，利用资源生态循环模式和分布式能源微网结构，合理利用当地资源优势，匹配清洁可再生能源。分布式微网结构可以克服生物质能、太阳能的不稳定性。冷、热、气、电等能源全部或部分采用可再生能源，实现可再生能源与电能相互补充，达到节能减排的目标。同时面向需求分析的清洁能源规划，改变单一能源供给结构，形成多能互补，动态、灵活性适应需求变化，提高综合能源效率，更好地满足生产和消费的需要[2]。

2.1 小镇能源消费预测

表4 小镇用能规划指标

表5 小镇能源消费预测/a

2.2 构建生态循环型小镇可再生能源系统

林家村高端装备特色小镇，所处区域，生物质资源、太阳能资源丰富，通过先进的能源转化技术，合理的资源配置，可以形成以可再生能源为主的生态能源循环型用能体系，并实现节能减排，绿色发展。林家村资源生态循环系统，使小镇的林业农业及生活的废弃物能源化资源化回用，构建能源化过程资源闭环。

图2 分布式可再生能源系统

(1)生物质生态循环能源系统规划

建设集中式沼气站，沼气站原料为上图中的生物质投加量为980 t/d,投入回用中水5 000 t/d，使沼气池的含固率在20%左右，产气率高，产气稳定，沼气锅炉10%的热量用于维持沼气反应35 ℃的中温运行条件，全年全候产气，且波动小；便于集中管理，副产品沼渣年产20万t可以作为农用肥料直接回用大田、沼液182.5万t作为叶肥，在果园菜地喷洒，林业灌溉，服务于绿色生态农业。生物质集中沼气站每公斤有机质产沼气0.7 m3，日产气总容积为20万m3(7 439万m3/a)，年消纳秸秆35万t(含固率89%～90%)，市政污泥3 650 t(含固率70%) 生活垃圾554.8 t(含固率70%)，居民和企业得到集中供气，供热，供冷。

建设生物质沼气站2个和沼气锅炉房2个，分别位于小镇的东西两侧，每个沼气站日产沼气量20万m3，配套低压湿式储气柜，(6万m3，60%产量存储)2个，满足小镇，生产生活用气、冬季采暖、夏季制冷需求。规划采暖负荷采用高温水作为供热介质，冬季供热；采用夏季为企业、商服、管理机构集中供冷。商服及居民用沼气[4-5]。

图3 生物质资源能源循环系统

(2)小镇光电微网规划

户级微网+村级光电微网，光伏发电就地使用，无需上网的分布式供电模式，这种光电清洁能源模式，降低了对电网的冲击，与主体电网互为补充，调节电网峰值，提高供电的可靠性。户用级别经过统计后选择10 KW·h作为标准选型。村用级别选择1 MW·h太阳能基本阵列组作为选型。太阳能电池板选择多晶硅材料，蓄电池选择铅酸蓄电池[3]。

图4 太阳能光电微网系统图

3 林家村高端装备特色小镇规划评价

规划后林家村充分发挥了当地的资源优势，并对可再生能源进行了合理配置，形成了生态循环型能源配置系统，实现节省电能，SO2，NO2、SS减排。为构建生态型特色小镇打下良好能源基础[10]。

(1)小镇能源评价指标如下：规划后小镇秸秆收集资源化率100%，可再生能源利用率：81.7%；年替代62.1万t标煤；年SO2减排10.56万t、NOx减排18.63万t。

(2)规划后小镇生态指标：规划后生物质沼气后形成固体肥料20万t/a,回用大田，沼液182.5万t/a,用于叶菜及林业灌溉用肥，极大的替代化肥，为绿色生态农业提供保障。

(3)规划后小镇的环境指标：规划后小镇污水处置率100%，回用率100%，生活垃圾处置率100%，资源化率40%。

4 结论

(1)本文通过对林家村高端装备小镇资源评估，表明该地区生物质资源、太阳能资源丰富可以作为可再生能源构建生态循环型可再生能源系统；

(2)对于生物质资源采用沼气化能源利用模式，沼渣、沼液还田，形成资源循环模型；

(3)对于太阳能资源采用光电微网能源利用模式，形成非上网，光电自给；

(4)规划后小镇可再生能源的占比大于80%，节省电能大于80%，污染物减排量大幅减低，形成了能源生态化，清洁环境化。