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可再生能源城市类型
一 城市形态与可再生能源城市类型
一般从城市的主要职能、人口规模、布局形式、能源类型等角度出发,可以将城市划分成各种不同的类别。不同城市形态对能源的需求不同,对可再生能源的开发利用也有着很大的影响。
按城市的行政级别划分,城市主要包括直辖市、地级市(各省级行政中心或省的经济中心)和县级市以及乡镇级别的小城镇。按人口规模分类,城市可分为特大城市、大城市、中等城市和小城市。一般来说,规模较小的小城市和小城镇由于能耗总量较小,更容易成为真正意义上的可再生能源城市。
其中,小城镇在我国是一个使用频率较高的通用名词,但我国对小城镇概念的运用很不规范,因而在我国对小城镇概念的覆盖范围,无论是理论工作者,还是实际工作者,都存在许多不同的看法。在本书中,小城镇=小城市+建制镇+集镇。尽管这一小城镇概念分属城与乡两个范畴,从理论上讲不太科学,但涵盖面广,更适宜同大中城市对应。因此,本书一般把小城市和小城镇统称为城镇或小城镇(以下行文不再特别说明)。
按城市职能划分,城市大致分为三种类型:具有综合职能的城市,即政治、经济、文化中心;以某种经济职能为主的城市,如工业城市、矿业城市、旅游城市等;具有特殊职能的城市,如革命历史名城延安、遵义等。绝大多数城市的功能是综合性的,兼有一个以上的职能,按职能分类主要为了突出它的特殊性。一般来说,旅游城市等能耗较少的城市更容易成为可再生能源城市,而能耗较大的工业城市则较难成为可再生能源城市。
按布局形式分类,城市不同的平面布局形式也能在一定程度上反映城市发展的内在规律。城市的主要布局形式有块状布局形式、带状布局形式、环状布局形式、串联状布局形式、组团状布局形式、星座状布局形式等。不同的城市布局对以分布式为主要特色的可再生能源规划有着很大的影响,一般来说,分布式、组团式布局的城市更适宜发展以分布式开发利用为主的可再生能源。
按环保类型分类,城市主要包括低碳城市、绿色城市、生态城市等。环保型的城市强调低碳环保,更容易成为可再生能源城市,同时,可再生能源城市也需要成为低碳城市、绿色城市、生态城市。
可再生能源城市类型主要是按能源供给与消费的特色、深度、广度、规模,以及可再生能源资源类型进行分类的。
二 可再生能源城市的分类方法与架构
由于不同城市在开发利用可再生能源的路径、重点方面有所区别,因此可再生能源城市在类型方面也有所不同。
可以基于不同的分类标准对可再生能源城市进行分类:基于可再生能源开发利用程度划分,可分为100%可再生能源城市、可再生能源城市、可再生能源示范城市;基于可再生能源资源类型划分,可分为太阳能城市、风能城市、生物质能城市等;基于可再生能源供给侧划分,可分为可再生能源电力城市、可再生能源供热(采暖)与制冷城市、可再生能源燃料城市;基于可再生能源消费侧划分,可分为可再生能源建筑应用城市、可再生能源交通应用城市、可再生能源工业应用城市等(见图6-1)。

图6-1 可再生能源城市类型架构 可再生能源城市的主要类型
1.基于城市可再生能源开发利用程度划分
从可再生能源开发利用程度出发,可把可再生能源城市划分为可再生能源示范城市、可再生能源城市与100%可再生能源城市三种类型。
可再生能源示范城市一般是指,在城市能源消费的主要领域可再生能源都没有成为主要能源,但与同时期的其他城市相比,可再生能源的开发利用成效比较突出。建设可再生能源示范城市,是在可再生能源尚未普及阶段扩大可再生能源使用范围的必要手段,是总结可再生能源城市建设过程中的经验教训,推动可再生能源城市可持续发展的必要环节。
可再生能源城市是指,在城市能源消费总量中可再生能源成了主要能源的城市。在中国,目前阶段,只有很少城市有条件成为真正意义上的可再生能源城市。
100%可再生能源城市是指城市消费的能源100%来自可再生能源,但“100%”更多的是一种愿景,并不一定真正要“100%”。欧洲发达国家一些城市不仅提出了100%可再生能源城市目标,而且开始积极践行。由于我国城市一般能源消费总量较大,加上可再生能源资源分散的特点,大多数城市在可以预见的时间内很难成为100%可再生能源城市。
2.基于城市可再生能源供给侧与消费侧划分
从可再生能源供给侧角度看,可再生能源城市类型包括可再生能源电力城市、可再生能源供热(采暖)与制冷城市、可再生能源燃料城市等。该类型可再生能源城市的主要特点是,可再生能源电力、可再生能源供热(采暖)与制冷、可再生能源燃料在各自领域成为主要能源。目前,国际上所谓的可再生能源城市,主要是指可再生能源电力城市。
从可再生能源消费侧角度看,可再生能源城市包括可再生能源交通应用城市、可再生能源建筑应用城市、可再生能源工业应用城市等。该类型可再生能源城市的主要特点是,可再生能源成为交通、建筑、工业三大领域的主要能源。
3.基于可再生能源资源类型划分
从可再生能源资源类型的角度出发,可把可再生能源城市划分为太阳能城市、生物质能城市、风能城市、地热能城市、小水电城市等。
该类城市的特点是,由于某一种可再生能源资源相对丰富,该类型可再生能源成为城市的主要能源来源及显著特色。由于太阳能存在的广泛性,太阳能城市最有可能实现,并普遍受到各国重视。当然,在少数风力资源丰富的城市,也有可能建设风能城市,如美国第一个100%风力发电城市——岩石港市位于密苏里州,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。
生物质能城市发展模式一般适用于靠近农村区域且生物质资源丰富的小城镇。德国有大量的生物质能小城镇,不过,从中国的角度来看,这些“小城镇”更多的是属于“村庄”。在中国大力推行新型城镇化建设的大背景下,生物质能城镇有着更广阔的发展前景。
4.基于可再生能源的输入输出角度划分
从可再生能源的输入输出角度划分,可再生能源城市类型可分为能源自给自足型、输出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主要能源需求。该种模式主要适用于位置偏远,可再生能源资源又较为丰富的小城镇或孤立的海岛。如果一些可再生能源城市所生产的可再生能源大量输出,这类城市就属于输出型可再生能源城市,主要是指有大规模集中式发电厂而本身又能耗需求不大的城市。
部分依赖外购型是指城市本地的可再生能源不足以满足城市的主要能源需求,需要从外地购买部分甚至全部可再生能源电力、生物柴油等二次可再生能源。采取这种模式的城市的特点是城市规模大、区域内可再生能源资源相对缺乏。在建设该类型的可再生能源城市时,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。
尽管可再生能源开发立足于本地化,但在可再生能源资源丰富的地区,也可以建设大规模的风电场、太阳能发电厂,如中国内蒙古、新疆地区的大规模风电场,这些电力可以通过大型电网传输到其他城市或区域。这也表明依赖外购二次可再生能源的可再生能源城市是可以存在的。
5.基于城市规模角度划分
按城市规模划分,可再生能源城市可分为大中型可再生能源城市、可再生能源城镇以及可再生能源社区等。
建设可再生能源城市需要从一个个社区做起,社区面积虽小,但在空间布局等规划方面,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,主要措施包括采用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。
实际上,在中国大力推行城乡一体化的大背景下,农村的村庄也可以被看作一个个社区,因此,本书所说的可再生能源社区不仅包含城市社区,而且涵盖了一些社区化的村庄。
城镇的规模较小,能源消费总量也较小,理论上更容易被建成可再生能源城镇,但城镇的经济实力及技术力量都较弱,这也给可再生能源的推广和应用带来不利影响。
大中型城市的经济实力较强,但同时能耗一般较大,本地的可再生能源资源一般很难满足城市能源消费的需要,需要开发高效率的能源,或者从外地输入二次可再生能源。
6.基于城市新旧角度划分
从城市新旧的角度来划分,可再生能源城市可分为传统能源替代型城市与一次性新规划型城市。
传统能源替代型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,绝大多数城市在建设可再生能源城市时,都将采用这种模式。在中国实施化石能源总量控制的大背景下,可再生能源城市建设主要依赖能源替代实现。
一次性新规划型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——阿联酋马斯达尔城,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,预计可以容纳5万人。
一次性新规划型城市具有规划优势,可以面向未来的新理念、新技术与新方法,有利于实现真正意义上的可再生能源利用,但成本高,并且受地理空间的局限。因此,绝大多数可再生能源城市规划都来自对传统城市规划及能源规划的创新。
当前,中国在大力推行新型城镇化,将出现一批新城镇,这些新城镇需要新的规划及布局,这为提前规划可再生能源的开发利用及基础设施提供了机遇。
7.基于产业类型来划分
可再生能源的开发利用涵盖了三次产业,比如,生物质能的种植属于第一产业,可再生能源产品或设备的生产以及大型可再生能源发电等属于第二产业,而可再生能源的利用(消费)属于第三产业。以一、二类可再生能源产业为主的城市可被称作可再生能源产业城市,以三类可再生能源产业为主的城市可被称作可再生能源产业城市,但同时也是可再生能源城市。
无论哪种类型的可再生能源产业城市,其主要特点都是可再生能源产业成了城市的主导产业或支柱产业。
如果一座城市的郊区建有大规模的可再生能源开发利用设施,如大型风力发电厂、光伏发电站,产生的二次能源规模较大,而城市并没有明确区分电力的使用类型,这类城市一般属于可再生能源产业城市,如甘肃酒泉、新疆吐鲁番等。由于可再生能源具有开发利用一体化的特性,因此,这类城市要转变成可再生能源应用城市也相对容易。
当前,我国已建成的一些所谓的“新能源城市”,实质上主要是新能源产业城市。城市大力发展新能源产业是必要的,但问题是,大多数城市过于重视装备、产品的生产制造产业,而弱化了可再生能源的开发利用。


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