规划问道作者信息：
荆锋 中国城市规划设计研究院区域规划研究所高级规划师
前言
资源和能源一直是人类战争爆发的重要诱因，尤其是步入科技时代之后，能源对于人类社会的发展更是不可或缺的重要战略要素。能源所转化的电能、冷或热能，影响并构筑了现代社会生活的方方面面，也奠定了现代城市的格局与基础，但现有能源种类、总量和可被开发利用的规模有多少？未来的能源会是什么？而未来的城市又应该是什么尺度与形态？大众生活会因此发生哪些不可预期的变化？我们会面临能源危机吗？这些与能源相关的问题却鲜被大众关注。
现代城市发展与能源息息相关，城市引领着现代社会的文明变革。国际上相关的城镇化研究均表明，在城镇化率50%的前后，世界各国均采取了相应的措施来适应或调整此前的种种制度与结构，以便于更好的促进人类社会向更好的未来发展。随着中国正式迈入城市型社会。对于此前发展的反思与未来新的政策与机制的调整势在必行，能源资源的有效利用与环境保护正是其中不可忽视重要问题之一。
在此背景下，由中国城市规划设计研究院与英国皇家测量师协会共同承担的“分布式能源理念下的中国城镇化的清洁低碳转型项目”，得到英国驻中国大使馆、住房和城乡建设部科技司的支持，并在联合国开发计划署能源部门、联合国环境规划署环境部门、国家发改委宏观研究院、中国燃气协会分布式能源委员会、北京市燃气集团等单位部门的关注下，立足低碳转型领域，为促进未来绿色、可持续增长开展此项研究。
研究目的与意义：
在十三五、新型城镇化与生态文明等核心理念指引下，能源利用逐渐趋于高效集约、结构合理化、供需平衡化、形式多元化。分布式能源作为未来能源体系中的重要组成部分，将会在新一轮城镇化中成为能源供给的重要方式之一。对于生态环境、资源与能源的关注与学科交叉研究也将成为城市规划未来热点。
本次研究是给定目标，但实施途径并不清晰的课题，实现新能源推广运用主要的动力与难点在于政策与市场，而城市规划仅是在理想状态下的一种推手，但这不成为弃之于不顾的理由。由于城市规划与能源规划之间的鸿沟由来已久，本次研究力图通过规划+能源的复合视角，探索从既有规划向生态文明转型发展的途径。事实上，从国际案例研究中可获知，尽管新能源的应用从市场环境与公众认知程度上还未能与西方世界相提并论，但中国的制度环境更加适合统筹协调各方矛盾，推动新能源在中国的发展。因此本次研究内容与目标主要侧重于体制机制与技术两个层级来开展，研究的最终目的如下：
• 增进规划师与地方政府对能源领域的关注与了解
• 总结既有能源利用模式下城镇化的问题与挑战
• 构建城市规划与分布式能源理念的相关性
• 厘清能源领域尤其是分布式能源与规划相结合的障碍
• 提出分布式能源与城市规划结合需构建的政策平台与技术指引
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中国的城镇化与能源挑战
新中国的城镇化经历了一段“跨越”与“时空压缩”式的爆发性发展：仅30余年就完成了西方发达国家近百余年的发展历程。城市规划在新中国发展建设的宏大叙事中的实践与作用，足以被规划师引以为豪。但在以“经济建设为中心”的思想指导下，规划盛行“拿来主义”，对于土地、水、能源资源等要素的按需索取、利用粗放，缺乏约束与危机感的扩张性规划，导致城市病的大量出现，虽然城镇化建设成果斐然，但代价也可见一斑。在“高增长”的背后，固然存在后发的优势，但也将本应在不同阶段衍生、循序渐进爆发并得以先后解决的种种矛盾，在当前的时空界面集中爆发出来，能源资源的可持续利用与环境保护问题将严重影响中国城镇化的进程。
1.1 碳排瓶颈制约中国发展
从国际能耗和占有格局上看，发达国家能源资源消费总量居高不下，人口庞大的新兴市场国家和发展中国家对能源资源的需求迅速膨胀，全球资源供需矛盾和碳排放权争夺更加尖锐。我国人均排放已超过欧洲，但产业与能源结构的滞后导致我国面临节能减排的压力愈加增大。
图1 各种燃料的消费趋势与新型能源的消费趋势
资料来源：《BP2035世界能源展望》
1.2 城镇化与生活水平的提高导致能源消费总量攀升
人口增长和人均收入的提高是导致能源需求不断增长的两个关键因素。中国的城镇是最大的耗能主体。到2014年，中国已成为全世界城镇化发展规模最大的国家之一，到2030年中国城镇人口将超10亿，大量中产阶级的涌现导致个人对能源的消费需求也将不断增长，未来人口与能源、环境之间的矛盾也将日趋尖锐。
图2 中国人口、城镇化发展趋势图
数据来源：中国统计年鉴、中国能源统计年鉴
1.3 能源供需不平衡与大气环境问题日益突出
我国能源资源的分布与消费不均呈现不平衡性，人口和产业发展相对发达的东部沿海地区能源资源相对匮乏，中西部地区资源富集但能源资源消费量较小。大规模、长距离的能源调度这一显著特征导致基础设施投资、能源损耗也较高。同时，一次能源结构的不合理也加剧了碳排放量，导致城镇化密集地区出现了严重的大气污染问题，尤其集中在京津冀、长三角、珠三角和成渝等发展最快速的区域。
图3 中国城市能源供需的空间分布情况
1.4 城市扩张导致能源供给存在安全隐患
随着城市规模的提升，城市能源供应的巨系统愈加复杂和脆弱。而目前能源利用也过于粗放，随着人口城镇化进程的深入，现有城市普遍面临原有电网、热网能力不足，设施升级改造困难等诸多问题。目前以大型发电厂为核心的能源供应系统，在面临突发性自然灾害、恐怖袭击等紧急情况时，较为脆弱。
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分布式能源应用前景与国家战略
国际上现行分布式能源定义较多，本次研究则从城市规划应用的角度上，对分布式能源概念加以定义：即临近负荷中心，以满足城市多元化用能需求和安全为目的，为城市生产生活提供多种能源的分散式清洁、高效的可再生与不可再生能源供应系统。主要包括以冷热电三联供为主体的燃气能源，以及各种可再生如风能、太阳能、潮汐能等能源形式。
分布式能源的推广在我国具有资源优势，除天燃气资源丰富外，目前我国探明的页岩气储量也位居世界第一。燃气类分布式能源应用还有利于节能减排，针对适用区域，其能源综合利用率可达80%～90%，为能源的综合梯级利用提供了可能，同时由于采用液体或气体燃料，减少了生产能源过程中的污染与排放，具有良好的环保性能；此外，根据我国太阳能、风能、水能、地热、生物质等可再生能源资源分布广、开发潜力大。各种形式的分布能源系统不但能提高城市运行的安全性，同时分布式能源站建设与配置具有灵活性，实现能源就地转换、就地供应，为终端用户节约资金。
中国政府明确提出了未来转变发展模式，走绿色、低碳和资源节约集约高效利用的生态文明道路，并出台了一系列能源环境相关的政策和规划，提出把生态文明理念全面融入城镇化进程，着力推进分布式能源的应用，倡导绿色发展、循环发展、低碳发展，强化环境保护和生态修复，促进能源节约、提高能效、优化结构和保障供应安全，实现能源发展的转型。
表1 中国能源利用发展目标
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城市规划与能源规划结合的主要问题
无论从目前燃气还是可再生能源资源的储量与技术优势上看，分布式能源在未来的推广应用势在必行。城市规划是分布式能源应用推广的平台之一，但研究分布式能源在城市规划建设中合理的统筹利用接近空白。虽然能源领域尝试从“区域能源规划”与“微电网”入手向社会推广，并寻求与城市发展建立更紧密的联系，但效果并不显著。研究认为，除却目前市场收益率较低和能源技术尚未成熟的问题外，目前主要存在以下两个层面的壁垒。
3.1 认知壁垒
由于环境问题凸显，近年来中国对城镇化模式、机制和动力也开始重新认知，在城市规划中对作为显性要素的土地、水资源被占用和污染等问题越来越重视。但能源问题一直未能得到正视。如前文所言，国家对能源资源的宏观调控，弥补了我国大区域尺度上能源禀赋的差异性；此外，能源资源的利用需要通过相应设备与技术进行转化，因此规划部门以及大众对于能源安全、获取如“脏电”所产生的污染以及能源利用效率等问题，均缺乏直观地认知。上述因素均导致能源始终未能如同其他资源要素一样，在城市规划中形成前置或约束性条件而存在。
部门壁垒同样也是新能源技术推广应用的一大障碍。目前能源政策的调整、管控与技术革新等主要由发改部门主要负责，能源利用市场主体则是企业与用户，对于分布式能源的讨论与实践，大多在能源部门内部与能源用户之间开展，在能源站的空间落位与选址上则由地方规划部门负责。缺乏部门协作和统筹组织，导致从宏观政策到微观的市场终端之间，中观层级的城市战略与空间资源合理配给的缺位。
除此之外，公众与相关部门缺乏应对环境恶化和能源危机的意识，相应监督、评估与激励机制未能出台，从短期市场收益率角度上看，难以吸引广大社会个体的参与和投入，也导致能源结构转型和新能源项目在城市规划建设中，难以得到重视。
3.2 技术壁垒
首先，城市规划与能源规划管理部门之间缺乏协作。城市规划是能源规划实施的空间载体，但现行能源规划更多涉及能源自身发展的问题，两者仅在重大能源基础设施的空间落位上存在交集。部门沟通协调不畅导致新能源项目难以在空间上落位。
其次，城市规划与国家能源战略目标缺乏整合。在城市规划编制过程中，仅侧重于各类重大能源设施系统自身的完整性，并未能作为各级规划编制与实施的前置约束条件，如对城市规模与增长边界的划定、开发强度的限制等，也较少反映国家能源战略的目标和要求。
最后，因为目标的不统一，导致城市规划与能源规划利用理念与技术上相应缺乏统筹。现阶段各层级城市规划中的能源规划以满足建设需求为原则，“用多少”则“供多少”，未考虑常规能源的有限性、对外依存度过高所导致的能源稳定性与安全性问题，同时也忽略对本地可再生能源开发利用，导致用能粗放，城市规模和发展失控。
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分布式能源在城市规划中的运用探索
尽管存在上述挑战与困难，但从世界各国对分布式能源的应用实践案例来看，DER在我国的城市规划中大有用武之地，本章节从区域、城市不同功能区以及绿色交通等层面来研究分布式能源在城镇化中的适应性。
4.1 不同区域的分布式能源运用
• 针对边远地区与生态环境敏感区，本地可再生能源以其小规模、分散化的特征，有效缓解当地用能短缺问题，降低建设成本和对环境的污染破坏，保障用能需求。
• 针对地质灾害多发区，分布式能源布局相对灵活，降低集中敷设与地下管廊的昂贵成本，增加城市抵抗自然灾害能力，保障城市能源生命线安全。
案例：2014年9月，中国南部沿海城市防城港受台风“海鸥”登陆影响，造成了全市70%的用电户电力中断；2008年，中国南方发生特大暴雪自然灾害，导致交通瘫痪、高压输电线路中断，多地出现了大面积停电事故，数千万居民生活受到影响，直接经济损失达千亿元之多。
• 针对城镇密集区与大都市区，作为能源巨系统的有效补充，缓解如北京、上海等特大城市的能源对外依存度，合理控制城市发展规模与功能空间布局，保障城市重要功能地区在极端状况下的正常运行，减少经济损失。
案例：2012年7月印度发生全国大面积停电事故，全国约一半以上地区受到影响，交通、金融等系统陷入瘫痪。在首都新德里卫星城古尔冈的IT重镇DLP数码城，其凭借着自身天然气燃气轮机组分布式能源站，保障了其内部微软、IBM等高科技巨头用能问题，成为黑暗中的一片孤岛。
图4 城市在供电中断情况下部分功能瘫痪
• 针对广大农村与小城镇地区，基础设施难以全面覆盖，大力发展投资规模小的沼气与生物质电厂，可以解决如焚烧秸秆等带来的环境污染，既满足热、电需求，同时获得有机肥料，实现农业资源的循环生态利用。
案例：位于英国萨顿的Elean生物质发电厂规模为38MW。该项目投资6000英镑，于1998年建造，并于2000年开始运营。以生物质能（以秸秆为主）发电，年发电量270GWh，年消耗秸秆约20万吨。
图5 Elean生物发电厂（世界上最大的秸秆电厂）
4.2 城市中的不同功能区的分布式能源应用
• 针对老旧城区与历史文化街区，合理布局分布式能源系统，保持原有的空间格局和景观风貌，缓解因地区功能提升与结构变化带来的供能压力，满足现代化城市建设需求，提高老旧城区与文保地区的生活质量。
案例：英国伦敦奥林匹克公园的分布式能源站，利用既有建筑改造，不但满足奥运期间供能服务外，还为伦敦东部地区提供长期的可持续的能源供应。
图6 伦敦奥林匹克公园能源中心
• 针对市郊与外围地区。 “垃圾围城”造成的环境压力日趋严峻，基础设施也难以全部覆盖，充分利用废弃物发热发电实现垃圾资源化与无害化处理，并通过太阳能、风能等实现多种可再生能源的联合供能，推进城市郊区的“生态社区”建设。
案例：英国伦敦郊区贝丁顿充分利用太阳能，倡导绿色交通，以太阳能为电动车出行提供充足的电力，构建低碳节能的绿色生态社区；瑞典斯德哥尔摩城郊的大型热电联供厂，大量使用城市的废弃物发电发热，不但减少垃圾填埋，也满足超过70%的城市居民的供能需求。
图7 英国伦敦贝丁顿零碳社区
• 针对新城、新区。分布式能源因其小型化、建设快、能源供应复合等诸多优点，适宜在短时间、特定区域内实现集中供能，较好应对新城新区前期开发建设投入巨大，资金难以保障的问题，滚动开发，后期可并网，进一步降低综合用能成本。
案例：吐鲁番新城位于戈壁荒滩上，地区太阳能和风能资源富集。规划新城充分利用光伏与风电，不但满足自身能耗需求，还并网出售，实现能源资源本地化利用与清洁、低碳的可持续发展目标，保障了新城地区的用能需求。
• 针对CBD与核心功能区。分布式能源的引入利用，避免了因设置电力、燃气廊道，对既有城市空间格局的破坏与重构，优化简化工程复杂性，节约高效利用土地资源，最大化发挥核心地区的土地经济价值，提升能源总体利用效率，保障区域能源供给的系统安全性，并可随未来用能需求调整改造。
案例：在上海、北京等特大城市的商业中心地带能耗负荷巨大，需在城市功能最为密集的繁华地区开辟新的电力等走廊，导致城市格局变更以及高价值土地的浪费。北京中央商务区核心区在地下建设集中能源中心、集中水资源处理中心，通过集中的方式为各个楼宇提供低碳的能源和水供给。同时，充分利用热电厂发电余热蒸汽，采用冷热电联供系统，实现能量的梯级利用，推进低碳商务区的建设。
• 针对城市普通功能区。分布式能源技术的逐步成熟与引入，可缓解城市用能负荷峰值，促进城市街区供能调蓄相结合，并在供能范围内实现土地混合利用与街区功能多元化，有利于城市能源运行效率与生活质量的提升。
案例：伦敦编制供热地图，可根据热源需求合理配置新能源基站，并实现跨行政区域尺度或差异化功能地块之间的共用供热管网，实现能源高效利用，也有利于地块的功能混合。如地铁热源还同时可供给城市居民使用。
4.3 城市绿色交通
分布式能源的普及对于促进TOD导向的城市开发建设，构建职住平衡的多中心城市空间具有良好的支撑。分布式能源站建设与电池技术的成熟将在一定程度上改善、补充绿色交通能源供应设施，并可将公交场站等与周边高耗能单位结合，结合起到蓄值调峰作用。
案例：新疆吐鲁番新区以太阳能电力来发展城市电动公交系统，主要在城市内部低速运行，不但清洁无污染，同时便于集中充电，降低充电成本并提高充电效率，降低对电网的冲击，实现新区主导交通方式的零碳排放目标，电动公交还将承担对太阳能微电网的调峰蓄能作用。
图8 分布式能源与城市中的汽车充电站设施
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政策建议与技术指引
综上所述，分布式能源虽然不能取代传统能源，但作为现有能源的必要补充，并以其投资小、适应性广、对于实现生态环境保护、城市供能安全以及滚动开发角度上看，将在未来城市建设中承担更为重要的作用，但目前仍然面临诸多困境，国内实践刚刚起步，且大部分限于建筑单体。为了有效促进未来城市规划与能源规划的有效结合，并推动分布式能源能够更好的融入空间规划进行统筹布局，本次研究以“规、建、管”为出发点，重点研究相关政策应该突破的方向与技术指引。
5.1 政策建议
中央政府应加强顶层设计，强化政府各部门间的协同。能源相关部门应出台碳交易和能源价格环境补偿机制，体现清洁电力的价值；建立评估与实施保障细则，鼓励分布式能源在地方的应用；制定分布式能源标准规范和运行管理导则；完善配套政策，保证上下级政府之间的政策一致性。
城市规划部门应完善法律法规，保证城市经济运行效率的同时，兼顾并加强对长远生态效益，在城市规划建设中推广运用分布式能源；建立弹性调控与激励机制，提升分布式能源利用比例；倡导公众参与力度，建立试点，完善对新能源项目在城市规划中应用的监测与评估。
5.2 技术指引
• 宏观层面－区域规划、城镇体系规划、总体规划
跨区域或流域规划应依据全国和省域城镇体系规划中提出的分布式能源发展目标，盘点本地能源资源禀赋，拟定能源发展综合战略，作为城市总体规划编制的重要依据；在总体规划中，应结合分布式能源的特点，合理划分服务半径与相应的功能空间布局结构，制定土地混合利用策略，实现分布式能源与土地开发一体化；贯彻TOD城市开发理念，鼓励发展新能源交通工具，提高分布式能源的综合利用效率。
• 中观层面－控制性详细规划、修建性详细规划、城市设计、旧城更新和社区规划
在总体规划的战略意图下，基于分布式能源的服务半径，改变传统中观层面城市规划以开发为导向，以经济效率为衡量标准的开发模式，综合考虑规划地块主导属性与适用的分布式能源类型，优化传统规划编制单元。合理确定片区开发容量和开发强度，指导（区域）能源规划，或微电网构建以及分布式能源设施的落位与布局。
• 微观层面－绿色建筑
加强分布式能源与建筑设计一体化，推广建筑群和综合体的建造模式，提升设计水平，构建协调统一城市风貌。利用微电网、智能电网技术，保证全天主要负荷匹配，保证能源供给的稳定性和利用效率。
附录：SPF研究团队
英方团队
英国皇家特许测量师学会 RICS
英国分布式能源协会
中国城市规划设计研究院团队
主管院长：李晓江
主管所长：商静
项目负责人：
荆锋
任希岩
项目组成员：
张中秀
张 强
刘世伟
朱海波
曹培灵
樊 超
王鹏苏
魏东海
李雅琳
协调员：
张辛悦
致谢：
由于此次课题的前瞻性和复合性，几乎没有可借鉴的经验与案例。从最初的选题、立项，中期的人员变更、大量资料、文献查阅、国内外实地考察研究与会议讨论，到最终的撰写成文，项目组成员付出了大量心血。
短短一年的时间远不足将如此复杂的两个领域摸索清楚，因此研究还留有较多不足与遗憾，但值得欣喜的是，本次研究改变了课题组内能源规划师与城市规划师的固有视角、引发了对相关领域的深入挖掘与积极思考、并成功获取相关地方政府、公益机构与其他利益相关方的重视，最终顺利通过英方评审，这有赖于项目组全体成员的共同努力，以及RICS的全力配合。
项目过程中得到院杨明松总工的帮助，区域所所长商静、陈明的大力支持，特致以感谢。
参考文献：
（略）
相关链接：
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