1 低碳發(fā)展要求世界和中國一次能源構(gòu)成重大轉(zhuǎn)型

 

  氣候變化已成為世界各國面臨的最緊迫問題之一。2009 年12 月的哥本哈根會議以世界192 個國家的聲音，肯定了會議前夕國際能源署( IEA) 提出的“450 情景方案”的3 個具體目標(biāo)中的2 個，即全球平均氣溫不應(yīng)比工業(yè)化開始前高出2 ℃，這要求全球排放量減，到1990 年( 209 億tCO2當(dāng)量) 的50%。為此發(fā)達(dá)國家應(yīng)當(dāng)減少至少80% 的溫室氣體排放量，發(fā)展中國家的溫室氣體排放量應(yīng)當(dāng)比“通常情況下”低15% ～ 30%。至于第3 個目標(biāo)，即碳排放的峰值年和減排到1990 年排放量的50% 的時限，以及發(fā)達(dá)國家以資金和技術(shù)支持發(fā)展中國家減排的具體安排，留待2010 年年末的墨西哥會議解決。能耗、一次能源構(gòu)成和應(yīng)用碳捕獲和封存( Carbon Capture and Sequestation，CCS) 技術(shù)三者與CO2排放之間的制約關(guān)系，并推算出了在上述減排目標(biāo)和進(jìn)程下世界能耗和一次能源構(gòu)成變化的走勢。

 

  未來的10 ～ 20 年，即2020 ～ 2025 年，將是世界一次能源構(gòu)成的轉(zhuǎn)折點。可再生能源與石油( 曲線Ⅰ和Ⅳ) 在一次能源構(gòu)成中的排位互換;而煤和天然氣( 曲線Ⅱ和Ⅲ) 的走勢高低將取決于煤的CCS技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與非常規(guī)天然氣開采成本和規(guī)模兩者之間的博弈。圖1 中最右端的能源構(gòu)成是在IEA提出的2050 年總能耗約225 億tce / a 的情況之下，可再生能源、天然氣、煤和石油4 種能源的構(gòu)成比與目前剛好逆轉(zhuǎn)，且大部分的煤通過CCS 利用，對應(yīng)的CO2排放量能夠控制在108 億t / a 的情景。至于2010 年年末的墨西哥坎昆會議中對長期目標(biāo)時間點的共識是否是2050 年，還是推遲到2060 年，并不會改變圖中各曲線變化的趨勢，只不過各條曲線的斜率變化都將放緩而已。

 

  在目前世界能源轉(zhuǎn)型和低碳發(fā)展的格局中，中國處于最特殊的地位。這是由下列幾個因素決定的:中國是世界人口第一大國，由于煤的消耗占一次能源近的70% ，CO2排放不僅總量最多，人均也已超過世界平均值，但是人均GDP 還很低，屬于發(fā)展中國家。這決定了中國繼續(xù)完成工業(yè)化和城鎮(zhèn)化只能走低碳發(fā)展之路。未來10 ～ 20 年中國的總能耗還會增加，CO2排放也將經(jīng)歷一個先增再減的過程，2 個峰值年都可能出現(xiàn)在2023 ～ 2030 年之間。但在達(dá)到峰值年之后，中國的碳減排將與世界同行.

 

  核能與可再生能源以5% 的年率持續(xù)增長，10 年后中國非常豐富的非常規(guī)天然氣資源得以大規(guī)模開發(fā)，煤的CCS 利用比例2020 年以后的30 年間從10% 提高到60% ，石油因資源的有限性和CCS 利用的規(guī)模限制將在2020 年左右達(dá)到峰值后逐步減少。

 

  2 城市一次能源到終端利用( 工業(yè)、商住和交通) 的新格局

 

  2. 1 低碳時代一次能源在城市用能中的格局

 

  低碳發(fā)展要求世界和中國的一次能源消費格局在30 ～ 40 年間完成如圖1 所示的重大轉(zhuǎn)型。煤最終必須在捕獲和封存CO2的條件下( CCS) 才能利用;由于CCS 技術(shù)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模所限，使它必然退出城市終端用能市場，轉(zhuǎn)向發(fā)電和煤氣化多聯(lián)產(chǎn)為主( 后者即是帶冷熱電聯(lián)供的現(xiàn)代煤化工Multi-Producted Coal Chemistry /Combined Cold，Heat andPower，MCC /CCHP) ，部分用于制水泥和煉鐵( 煤或合成氣直接還原煉鐵將替代傳統(tǒng)的焦炭/ 高爐)。

 

  可再生能源將大部分用于電力生產(chǎn)，部分直接用于低品位、低能量密度的建筑用能和化工原料。天然氣超過石油成為主要的工業(yè)和民用燃料。

 

  2. 2 未來10 ～ 20 年城市能源需求的挑戰(zhàn)按照表1 的估算，中國的總能耗/ 人均能耗將分別由2005 年的22. 2 億tce / 人和1. 7 tce / ( 人·a) 增加到2020 年的41 億tce / 人和2. 93 tce / ( 人·a)。

 

  顯然在這個完成工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的歷史時期內(nèi)，增加的能耗主要是在城市工業(yè)、建筑和交通3 大領(lǐng)域。

 

  由天津市供熱辦的數(shù)據(jù)可知，該市集中供熱負(fù)荷將由目前的200 萬m2 增加到2013 年的2 400 萬m2和2020 年的5 500 萬m2。由國家發(fā)改委能源所的數(shù)據(jù)可知，珠三角城市建筑面積在2030 年將達(dá)到160 億m2 ，接近目前的4 倍。目前廣東空調(diào)耗電已占電網(wǎng)夏季高峰負(fù)荷的50% ，如此大幅度增長的供能需求增長，按照現(xiàn)在的利用模式和能效，是不可承受的。

 

  2. 3 CHP 和DES /CCHP 在能源終端利用中的地位

 

  至少在21 世紀(jì)中葉之前，氣候變化所要求的能源轉(zhuǎn)型還容許使用一半的化石能源。迄今為止，在中國占總能耗80% ～ 85% 的工業(yè)和商住建筑能耗中，大部分都是低品位的熱能。例如，占中國能耗近40% 的過程工業(yè)，終端能耗熱/ 電比在5 以上，大部分在400 ℃以下;建筑能耗的80% 的溫位與環(huán)境溫度只差10 ～ 30 ℃。按照熱力學(xué)第二定律，化石能源化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電力的效率不可能為100% ，必定有一部分以較低溫位的熱量的形式傳遞到環(huán)境。熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP) 正是運用這個規(guī)律，同時產(chǎn)電和熱，提高了能源轉(zhuǎn)換效率。但是傳統(tǒng)CHP 的熱電比取決于特定的技術(shù)，不能適應(yīng)各種終端用戶變化的需求。

 

  發(fā)達(dá)國家近30 年來建筑物能效大大提高，一是圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能有所改進(jìn)，二是采用分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)( Distributed Energy System /Combined Cold，Heat and Power，DES /CCHP) 集成各種熱機(jī)、熱泵、吸收制冷和可再生能源技術(shù)，實現(xiàn)化石能源“吃干榨凈”的高效利用。前者使住宅單位面積能耗逐年降低，僅為中國的50% ，后者使公共建筑一次能源的終端利用效率提高到70% 以上。可以說，只要人類還使用化石能源和生物質(zhì)能，CHP 和DES /CCHP就是科學(xué)用能的必由之路，永遠(yuǎn)不會過時。發(fā)達(dá)國家正在繼續(xù)和加深研究這些措施，并成為他們完成減排指標(biāo)的重要途徑。丹麥全國DES /CCHP 產(chǎn)生的電力已經(jīng)超過50% ，美國2000 年已定下2020 年達(dá)到29% 的目標(biāo)，而中國CHP 裝機(jī)雖占10% ，產(chǎn)電量則遠(yuǎn)低于此，發(fā)展空間還很大。

 

  2. 4 終端用能模式的轉(zhuǎn)型和效率提高的途徑

 

  按照國際市場天然氣的價格，中國城市終端用天然氣和煤的等熱值比價約為2. 5 ～ 3 倍。簡單地用天然氣替代煤用于城市供暖和工業(yè)鍋爐，單位面積供暖費用和蒸汽價格都將至少增加1 倍。這是居民和工業(yè)企業(yè)都無法承受的。同時，這也使天然氣下游市場難以按照市場機(jī)制進(jìn)行開拓。另一方面，按照這種傳統(tǒng)模式以氣代煤，能效提高有限，CO2減排也只有40% ～ 50% ，不能適應(yīng)中國節(jié)能減排的目標(biāo)要求。這是擺在當(dāng)前中國城市用能面前的一道難題。

 

  與發(fā)達(dá)國家相比，中國的國情特點如下:一是城鎮(zhèn)化要求繼續(xù)新建大量新城鎮(zhèn)和住區(qū);二是城市工業(yè)區(qū)、商業(yè)中心和居住區(qū)的布局及模式與西方國家大不相同。這就使得中國能夠、而且必須在借鑒西方國家DES /CCHP 經(jīng)驗和技術(shù)的基礎(chǔ)上，依照具體國情，自主創(chuàng)新，創(chuàng)立中國自己的城市終端用能模式和DES 系統(tǒng)。在政府主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)體制下實現(xiàn)跨越式發(fā)展:伴隨工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的進(jìn)展，使多數(shù)工業(yè)園區(qū)80% 的供暖、空調(diào)、熱水能耗和占14% 的用電能耗可以盡可能地用天然氣DES /CCHP 加可再生能源集約化高效聯(lián)供，不足部分由電網(wǎng)提供。

 

  迄今為止，絕大部分交通能源依賴石油產(chǎn)品的局面將隨著科技的加速進(jìn)步而根本改變。占中國柴油耗量近半的中、重型卡車、部分公交車將改用高效、廉價、低排放的LNG;智能電網(wǎng)所推進(jìn)的插電式汽車將替代大部分小型轎車的燃油;第二代生物燃油將提供大部分航空燃料;非糧乙醇和煤基二甲醚將取代部分仍作為車用燃料的汽、柴油;太陽能制氫氣/燃料電池車也將在20 年后實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。上述交通替代能源科技以及高鐵、城市公共交通的發(fā)展所帶來的經(jīng)濟(jì)、能效和CO2排放方面的優(yōu)勢，必將在今后20 ～ 40 年替代絕大部分汽、柴油。這樣就可以使耗量逐漸減少的石油與帶CCS 的煤氣化和生物質(zhì)多聯(lián)產(chǎn)一道，主要用于有機(jī)化工原料。

 

  3 新格局下城市能源供應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)、運營和監(jiān)管機(jī)制

 

  3. 1 發(fā)電、供熱、制冷能源轉(zhuǎn)換聯(lián)產(chǎn)———終端供應(yīng)組合呼喚集成創(chuàng)新

 

  必須指出的是，CCHP 決不是反對者簡單理解的0. 2 MPa 抽汽加熱120 ℃ 熱水供暖，蒸汽吸收制冷供7 /12 ℃冷凍水這樣概念化的組合。它是基于科學(xué)用能，即“高熱高用、低熱低用，溫度對口、梯級利用”的思想，嚴(yán)格按照熱力學(xué)第二定律和經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，采用系統(tǒng)工程方法，在對各種冷熱電用戶8650 h / a 負(fù)荷統(tǒng)計、分析的基礎(chǔ)上，采用各種燃?xì)庾鞴?a href="http://lichunhm.cn/t/發(fā)電技術(shù).html" >發(fā)電技術(shù)、各種制冷技術(shù)、熱泵技術(shù)、再生能源利用技術(shù)，以及強(qiáng)化傳熱技術(shù)，集成建模和優(yōu)化求解而得到的，在經(jīng)濟(jì)效益、能效、CO2減排3 個方面都比較好的組合方案，是現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、管理科學(xué)與各種能源轉(zhuǎn)換、傳遞科學(xué)和技術(shù)的集成。某些CCHP 項目效果不顯著，是源于過于簡單化的理解和主觀的組合所致。

 

  目前許多北方大城市迫于環(huán)境和CO2減排壓力，正在大規(guī)模淘汰燃煤的CHP 供暖和工業(yè)供熱機(jī)組;有些城市正在走大規(guī)模地源或海水源熱泵路線;因地質(zhì)條件有限或沒有打井位置的中心區(qū)，只能以天然氣聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為基礎(chǔ)，尋找其它的熱泵熱源。

 

  由此，一批中國特色的天然氣CCHP 創(chuàng)新系統(tǒng)將脫穎而出。除此之外，需要考慮的問題是非供暖期怎么辦? 如何開發(fā)常年的生活熱水供應(yīng)市場? 如何開拓公共建筑夏季供冷的用戶? 對于中國南、北方的不同城市，情況大不相同。如果說燃煤CHP 供熱機(jī)組還常常虧損的話，以比煤貴2 ～ 3 倍的天然氣為熱源按常規(guī)CHP 供暖，沒有集成技術(shù)的突破和機(jī)制的創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)上是完全不可行的。

 

  此外，隨寒流來去供暖期熱負(fù)荷也有成倍的波動，同時熱負(fù)荷隨城區(qū)建設(shè)的逐步擴(kuò)大而增長。這就要求系統(tǒng)必須有一定的柔性和前瞻性，不僅可以適應(yīng)四季、晝夜等氣候條件的變化，也應(yīng)考慮到能源價格等市場條件的變化和園區(qū)規(guī)模的擴(kuò)展，甚至新的成熟技術(shù)的應(yīng)用。幾十個工程規(guī)劃的經(jīng)驗表明，由于氣候條件、負(fù)荷的時間變化和空間分布、附近可用的余熱和再生能源的情況有所不同，每一個項目的規(guī)劃方案都是不一樣的。例如，一個項目采用35℃左右的汽輪機(jī)冷凝潛熱循環(huán)冷卻水，在能源站內(nèi)用不同的廢熱或低溫余熱加熱到45 ～ 50 ℃，連續(xù)輸送到分散在用戶負(fù)荷中心的熱水站儲罐，再根據(jù)實際情況，分別采用當(dāng)?shù)乜捎玫摹⒆畋阋说姆绞剑瑢⑵浼訜岬?5 ℃左右，供隨時使用。這些方式主要包括熱水型蒸汽吸收制冷，即梯級利用70 ℃左右的溫排水、蒸汽吸收熱泵、電壓縮熱泵、太陽能集熱器、小( 微) 型CCHP 的余熱等。包括管網(wǎng)、儲罐等投資折舊在內(nèi)，熱水成本只是天然氣家用熱水器成本的一半。

 

  工業(yè)的CCHP 項目還必須建立在采用能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)規(guī)劃和改進(jìn)能源利用的總體方案的基礎(chǔ)上。一個過程工業(yè)企業(yè)，首先必須優(yōu)化工藝和總流程，降低工藝總用能，然后再采用換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化匹配、低溫熱系統(tǒng)優(yōu)化利用、余熱升級利用等技術(shù)提高能量回收循環(huán)利用率。這樣，需要通過CHP 或CCHP 由一次能源轉(zhuǎn)換的冷、熱、電負(fù)荷將會大大減少。國務(wù)院把能量系統(tǒng)優(yōu)化列為“十一五”國家重大節(jié)能工程的真正意義就在于此。

 

  3. 2 中國城市規(guī)模化能源集成供應(yīng)系統(tǒng)的類型中國地域廣闊，各城市的氣候和產(chǎn)業(yè)特點千差萬別，DES /CCHP 大致可有下列幾種類型。

 

  1) 北方集中供暖為主型。如3. 1 節(jié)所述，首先必須滿足大部分城市居民冬季供暖的需求。進(jìn)而考慮非供暖期如何開拓冷用戶和熱水用戶，延長機(jī)組設(shè)備利用時間和提高天然氣轉(zhuǎn)換效率; 如何將地、水、工業(yè)廢熱等各種低溫熱源和可再生能源相結(jié)合來適應(yīng)四季不同的供能服務(wù)。

 

  2) 南方區(qū)域供冷為主型。以滿足城市商業(yè)、行政中心區(qū)公共建筑集中供冷需求為主，規(guī)劃天然氣能源轉(zhuǎn)換機(jī)組的規(guī)模和類型;同時向附近住區(qū)居民提供生活熱水，以充分利用能源轉(zhuǎn)換價值鏈末端的極低品位余熱，提高能源利用效率。

 

  3) 大型過程工業(yè)( 園區(qū))。過程工業(yè)多以熱加工為主，不論南、北方，主要熱用戶是工業(yè)用蒸汽，規(guī)模從數(shù)十t / h 到數(shù)百t / h 不等，而且多半是24 h 連續(xù)用汽。這類項目可采用2 ～ 3 臺6B 級或9E 級燃?xì)廨啓C(jī)+ 余熱鍋爐為基本配置的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組為基礎(chǔ)，配以抽凝和背壓式汽輪機(jī)組，能夠使能源轉(zhuǎn)換效率達(dá)到70% 以上。

 

  4) 大型聯(lián)合循環(huán)調(diào)峰機(jī)組———離散制造業(yè)園區(qū)。本文4 節(jié)中給出了具體實例。

 

  5) 現(xiàn)有鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)工業(yè)園區(qū)。有2 種基本類型,過程工業(yè)園區(qū)的負(fù)荷以蒸汽為主，用量從數(shù)十t / h到數(shù)百t / h 不等;離散制造業(yè)園區(qū)以耗電和空調(diào)制冷負(fù)荷為主。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)工業(yè)園區(qū)的特點也是商業(yè)建筑、住區(qū)與工業(yè)園區(qū)毗鄰或交錯，聯(lián)供蒸汽、熱、冷的負(fù)荷有利于提高能源轉(zhuǎn)換和終端供應(yīng)效率。

 

  6) 大城市規(guī)劃新區(qū)。布局規(guī)劃有2 種不同類型:一是整個城市統(tǒng)籌布局，大工業(yè)區(qū)、住區(qū)和CBD各自集中，相互隔離，三類區(qū)域供能需求不同，較難實現(xiàn)集成聯(lián)供;另一種是分多個區(qū)塊或中心城區(qū)加衛(wèi)星城區(qū)( 副中心區(qū)) 規(guī)劃布局，在每個區(qū)塊內(nèi)規(guī)劃工業(yè)區(qū)、住區(qū)和CBD，這樣的功能區(qū)較小、相互之間的距離近，有可能集成聯(lián)供。

 

  7) 新規(guī)劃的中小城鎮(zhèn)。在幾km2 范圍內(nèi)，根據(jù)氣候條件和自身負(fù)荷特點，可規(guī)劃1 個或幾個集約化的冷熱電聯(lián)供能源系統(tǒng)。

 

  8) 獨立的公共建筑群。南方現(xiàn)有城市中心沒有條件規(guī)劃大型DES，但可以規(guī)劃公共建筑群小型DES /CCHP，如醫(yī)院、學(xué)校、機(jī)關(guān)或密集的酒店和商廈集群。其特點是同時有空調(diào)冷水和熱水需求，負(fù)荷在1 ～ 5 MW 左右。

 

  9)現(xiàn)有分散電源點聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的改造。以廣東為例，已建的30 多臺9E 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組汽輪機(jī)都是純凝的。按照附近城鎮(zhèn)各類冷、熱、蒸汽的具體需求負(fù)荷，可部分改造為抽凝和背壓機(jī)，可以大大提高能源效率和運營的經(jīng)濟(jì)效益。

 

  3. 3 城市能源供應(yīng)系統(tǒng)建設(shè)、運營和監(jiān)管機(jī)制上述各種類型能源供應(yīng)系統(tǒng)的簡單描述已經(jīng)勾畫了出一個新的高科技服務(wù)行業(yè)的雛形。這不是一個孤立的行業(yè)，而是同城區(qū)工業(yè)、商住、交通規(guī)劃和布局密切交織在一起的。因此其發(fā)展有自己的規(guī)律性要求。

 

  1) 必須由政府牽頭，在城市發(fā)展總體規(guī)劃格局下，統(tǒng)一規(guī)劃、布局，否則完全無法建設(shè)。

 

  2) 能源供應(yīng)服務(wù)屬于公用事業(yè)，牽涉千家萬戶民生，但又不是要害部門，無需由政府包辦或國有企業(yè)壟斷。OECD 國家30 年的經(jīng)驗表明，由電力、燃?xì)夂湍茉捶?wù)等利益相關(guān)方按照市場機(jī)制組合且允許包括多種所有制的股份公司作為投資建設(shè)和運營的主體，有利于平衡各方利益、抵御各種風(fēng)險。

 

  3) 政府在統(tǒng)一規(guī)劃下，主持投資建設(shè)的項目業(yè)主招標(biāo)，適當(dāng)給以融資支持、稅收優(yōu)惠，提供良好的投資運營和技術(shù)、設(shè)備等各方面的支持是十分必要的。

 

  4)能源供應(yīng)服務(wù)公司在一個區(qū)域內(nèi)具有市場

 

  的獨占性。因此各種能源供應(yīng)服務(wù)價格需由政府部門監(jiān)管，必要時應(yīng)舉行公眾聽證會，平衡各方利益。

 

  目前一些地方的一些企業(yè)以“搶灘登陸”的心態(tài)，期望從地方政府手中獲取區(qū)域排他性燃?xì)馓卦S經(jīng)營權(quán)，從而獲得地區(qū)能源供應(yīng)的壟斷經(jīng)營權(quán)和定價權(quán)，以獲取超額的利潤。這不僅會侵害用戶的利益，而且也給能源供應(yīng)服務(wù)行業(yè)的健康發(fā)展帶來了負(fù)面的影響。必須意識到，城市能源供應(yīng)服務(wù)企業(yè)屬于帶有公益性質(zhì)的、長期穩(wěn)定、低風(fēng)險、低收益的行業(yè)。政府的支持、優(yōu)惠和監(jiān)管是保障其公益性，維護(hù)廣大用戶利益、促進(jìn)行業(yè)發(fā)展、擴(kuò)大就業(yè)、社會穩(wěn)定的基石。企業(yè)片面追求利潤、不盡社會責(zé)任，或政府方支持和監(jiān)管缺位，都是不能容許的。

 

  4 新格局下城市能源規(guī)劃如何制定

 

  低碳經(jīng)濟(jì)是前所未有的新事物，新能源格局下的城市第二代能源供應(yīng)系統(tǒng)如何規(guī)劃也是一個嶄新的課題。從時間和空間兩方面來分析，都需要拓展視野、高屋建瓴，要求在工作方法和機(jī)制上有所創(chuàng)新。

 

  1) 經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展目標(biāo)和約束條件

 

  今后10 ～ 20 年，國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展目標(biāo)和生態(tài)、CO2減排等約束條件都已基本確定。在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，一個城市的發(fā)展規(guī)劃將不僅僅體現(xiàn)為GDP 的總量和人均年增長數(shù)據(jù)，而必將有城市化率、能源強(qiáng)度ε、碳強(qiáng)度κ，以及總能耗、總排放量等各項指標(biāo)的約限。換句話說，城市的科學(xué)發(fā)展規(guī)劃必須給出類如表1 中列出的、與國家發(fā)展規(guī)劃相應(yīng)的數(shù)據(jù)，描繪出城市在生態(tài)約束下的科學(xué)發(fā)展格局。

 

  不能像以往那樣，僅憑GDP 目標(biāo)、一次能源消耗和能源彈性系數(shù)的歷史數(shù)據(jù)外推出未來各年份的能源需求總量就萬事大吉。文獻(xiàn)研究了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能效、一次能源構(gòu)成對能源強(qiáng)度ε、碳強(qiáng)度κ，以及總能耗、總排放量等的影響關(guān)系。顯然，低碳經(jīng)濟(jì)時代的城市能源規(guī)劃必須做到這樣的深度。

 

  2) 目標(biāo)約束下城市發(fā)展規(guī)劃初稿的制定

 

  首先可以根據(jù)城市在地區(qū)中的定位，擬定發(fā)展規(guī)劃的初稿，包括一、二、三各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模、比率和內(nèi)容，工業(yè)、商住、交通3 大耗能領(lǐng)域的空間布局以及按時間發(fā)展的進(jìn)度。城市功能區(qū)的空間布局規(guī)劃對于能源規(guī)劃有著決定性的影響。如上所述，如西方許多城市，工業(yè)區(qū)、住區(qū)和CBD 在空間上相互分開的統(tǒng)一布局必然帶來工作日大流量、長距離的人流交通負(fù)荷。3 種功能區(qū)的能源需求也各不相同，必須分別規(guī)劃。分多個區(qū)塊、在每個區(qū)塊內(nèi)規(guī)劃布置工業(yè)區(qū)、住區(qū)和CBD 有可能實現(xiàn)冷熱電需求互補(bǔ)，提高能效。總之，城市發(fā)展和建設(shè)布局規(guī)劃初稿是進(jìn)一步制訂能源供應(yīng)規(guī)劃的基礎(chǔ)。

 

  3) 工業(yè)、商住、交通能源規(guī)劃的細(xì)化

 

  有了工業(yè)、商住、交通和空間布局的初步規(guī)劃，就可以進(jìn)一步細(xì)化制訂能源利用的具體規(guī)劃方案了。以盡可能提高規(guī)模化的天然氣DES /CCHP 能源供應(yīng)系統(tǒng)在城區(qū)的覆蓋率為指針，依照具體情況，參照3. 2 節(jié)中9 種類型能源供應(yīng)系統(tǒng)來制訂具體方案。不排除因考慮能源供應(yīng)的優(yōu)化而反饋調(diào)整功能區(qū)布局的可能。

 

  深圳市光明新區(qū)是一個有一定典型意義的例子。這個在原有2 個鎮(zhèn)的基礎(chǔ)上新規(guī)劃的156 km2、100 萬人口的城區(qū)，以高科技離散制造工業(yè)園區(qū)為目標(biāo)，新設(shè)了1 個3 × 9F 天然氣調(diào)峰機(jī)組的電力布局需要，規(guī)劃了1 個以該電站為主體的DES /CCHP能源供應(yīng)系統(tǒng)，兼有向工業(yè)廠房和CBD 供冷，向居民供應(yīng)生活熱水的優(yōu)勢，可使發(fā)電成本顯著降低，天然氣能源利用效率提高到了75% 以上。

 

  南方遠(yuǎn)離居民區(qū)的純CBD 或離散制造業(yè)工業(yè)區(qū)，僅有空調(diào)制冷負(fù)荷，沒有熱水負(fù)荷，低品位余熱沒有適宜用戶，就難以達(dá)到更高的能效。單純以普通市民住區(qū)為對象規(guī)劃區(qū)域供冷，按目前的生活水平和經(jīng)濟(jì)能力，也還難以實現(xiàn)。北方城市則不然，氣候條件要求集中供熱覆蓋所有的居民住宅，必須以此為供能規(guī)劃目標(biāo)。但夏季空調(diào)負(fù)荷則只有商業(yè)和公共建筑的需求，蒸汽需求則取決于過程工業(yè)的布局安排。集約化的DES /CCHP 系統(tǒng)設(shè)置與城市功能區(qū)規(guī)劃布局之間有可能需要多次反饋、協(xié)調(diào)，這就是中國國情所要求的集成創(chuàng)新。

 

  交通能源規(guī)劃需要落實到功能區(qū)塊空間布局所要求的交通方案，包括市內(nèi)優(yōu)先發(fā)展的軌道交通———接駁巴士/BRT 銜接的規(guī)劃;各類中、重型卡車，公交車采用LNGV 的產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)規(guī)劃;小轎車逐步轉(zhuǎn)向插電式汽車、混合動力車或DME、摻加甲醇或非糧乙醇汽油的規(guī)劃;以及長遠(yuǎn)的氫氣燃料電池車的規(guī)劃。

 

  有了上述細(xì)化的規(guī)劃工作，就可以相當(dāng)準(zhǔn)確地估算出各區(qū)塊和全市工業(yè)、商住用能對天然氣和電力供應(yīng)的需求總量和空間分布，交通用電、LNG 和其它燃料的數(shù)量，以及各能源消耗按年度增長、變化的趨勢。

 

  4) 立足于能源規(guī)劃的城市發(fā)展規(guī)劃

 

  落實到每個區(qū)塊的、與功能區(qū)規(guī)劃融為一體的多個DES /CCHP 系統(tǒng)規(guī)劃所包含的冷、熱水，以及蒸汽管線( 網(wǎng)) 的網(wǎng)絡(luò)和路由，必須與城區(qū)道路和綠化規(guī)劃協(xié)同配合。原來各自獨立規(guī)劃的高、低壓供電網(wǎng)絡(luò)、商住炊事用低壓天然氣管網(wǎng)，在冷熱電聯(lián)供的能源系統(tǒng)規(guī)劃下，自然也會大不相同。這就給城市規(guī)劃道路和配套的共同管溝奠立了基礎(chǔ)。

 

  更重要的是，細(xì)化的能源規(guī)劃能夠給出城市對天然氣、石油、煤、可再生能源的需求逐年增長數(shù)據(jù)，據(jù)此便可以推算各類能耗是否能夠滿足國家下達(dá)的各項指標(biāo)。城市中心雖然不再燃煤，但市郊燃煤電廠和外部電網(wǎng)供入的電力都是要追溯到實際消耗的一次能源和碳排放量的。規(guī)劃之中還必須列入相應(yīng)的燃煤電廠、市內(nèi)現(xiàn)代煤化工、煉焦和水泥企業(yè)燃煤排放的CO2通過CCS 技術(shù)捕獲和封存的逐年進(jìn)展數(shù)據(jù)，這是控制碳排放指標(biāo)所必須的。

 

  文獻(xiàn)給出了由產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能效和一次能源構(gòu)成估算能源消耗和能源彈性系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。

 

  人們通常誤以為節(jié)能降耗取決于風(fēng)機(jī)、水泵、家電等耗能設(shè)備或產(chǎn)品的效率，或建筑物墻體等的保溫性能。上述分析表明，無論是在國家層面，還是對于一個城市，節(jié)能減排，即單位GDP 耗能和排碳，或能源強(qiáng)度ε 和碳強(qiáng)度κ 降低等指標(biāo)的落實，根本上取決于制訂經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展規(guī)劃與制訂一次能源到終端利用規(guī)劃的密切配合與協(xié)同。其間的關(guān)系是清楚的、可分析推算的、可控制的。市政府只把指標(biāo)分解下壓到區(qū)、縣、企業(yè)一級是無濟(jì)于事的。反之，通過2 個規(guī)劃的協(xié)同制訂，落實工業(yè)、商住和交通領(lǐng)域能量系統(tǒng)優(yōu)化以及冷熱電聯(lián)供技術(shù)和機(jī)制的創(chuàng)新和升級，就完全有可能實現(xiàn)低碳、高能效的經(jīng)濟(jì)、社會科學(xué)發(fā)展目標(biāo)。