１ 概述

 

  可再生能源有六大類：太陽能、風能、地熱能、生物質(zhì)能、海洋能和水電。可再生能源利用對調(diào)整城市能源結構、減少礦物能源消耗、推進城市可持續(xù)發(fā)展意義重大，受關注程度越來越高。

 

  在新區(qū)層面提出科學合理的可再生能源利用目標，從規(guī)劃階段開始統(tǒng)籌考慮可再生能源的合理開發(fā)和利用，同時實現(xiàn)其與常規(guī)能源系統(tǒng)的有效匹配，是新區(qū)綜合能源規(guī)劃的關鍵內(nèi)容?，F(xiàn)有國內(nèi)外綠色建筑標準、政策引導目標、生態(tài)城市指標體系、區(qū)域能源規(guī)劃目標中，出現(xiàn)頻率最高的控制性指標為可再生能源利用率。但對于可再生能源利用率的具體評價方法，目前尚無統(tǒng)一的標準界定和規(guī)范的算法。

 

  因此，如何進行可再生能源利用的合理評價，特別是科學統(tǒng)一的可再生能源利用率算法，對明確規(guī)劃新區(qū)能源系統(tǒng)建設目標，同時作為管理抓手在后續(xù)工作中落實，是值得重視并亟需深入研究的問題。

 

  １．１ 相關標準

 

  美國ＬＥＥＤ規(guī)定，可再生能源替代率為５％，１０％和２０％的得分分別為１分、２分和３分；在綠色建筑評價標準中規(guī)定，居住建筑可再生能源的使用量占建筑總能耗的比例大于５％，１０％的分別為一般項、優(yōu)選項；公共建筑可再生能源產(chǎn)生的熱水量不低于建筑生活熱水消耗量的１０％，或可再生能源發(fā)電量不低于建筑用電量２％的，為優(yōu)選項。

 

  １．２ 支持政策

 

  《財政部 住房城鄉(xiāng)建設部關于進一步推進可再生能源建筑應用的通知》（財建［２０１１］６１號）提出切實提高太陽能、淺層地能、生物質(zhì)能等可再生能源在建筑用能中的比例，到２０１５年重點區(qū)域內(nèi)可再生能源消費量占建筑能耗的比例達到１０％以上；到２０２０年，實現(xiàn)可再生能源在建筑領域消費量比例占建筑能耗的１５％以上。

 

  １．３ 新區(qū)指標

 

  在低碳生態(tài)城區(qū)中，可再生能源利用率幾乎成了所有能源規(guī)劃或生態(tài)規(guī)劃的指標必選項。

 

  如天津中新生態(tài)城的指標體系中，提出可再生能源比例占２０％；城科會提出的生態(tài)城市指標體系，可再生能源所占比例≥２０％；北京長辛店生態(tài)城指標體系，可再生能源使用率≥２０％；武漢綠色ＣＢＤ建設體系的指標體系，提出可再生能源使用比例為２％。

 

  １．４ 能源規(guī)劃

 

  國家“十二五”能源規(guī)劃提出，要確保到２０１５年非礦物能源消費占一次能源消費的比例達到１１％以上，為實現(xiàn)２０２０年非礦物能源消費比例占一次能源消費比例達１５％和單位ＧＤＰ二氧化碳排放比２００５年下降４０％～４５％的目標奠定堅實的基礎。

 

  北京市“十二五”能源規(guī)劃明確提出，２０１５年北京優(yōu)質(zhì)能源消費比例將達到８０％以上。可再生能源發(fā)展比例將由原來的３．２％增加到６％左右。

 

  ２ 問題分析

 

  可再生能源利用率這一項重要指標貫穿建筑、

 

  新區(qū)、城市、國家等不同層面。在實際項目操作過程中，由于缺少權威的、統(tǒng)一的可再生能源利用率算法，對可再生能源利用評價存在多種不同算法，且不同算法得出的結果大相徑庭，導致橫向項目指標難以比對、縱向項目指標難以銜接。

 

  歸納目前大多算法的分歧點、主要問題，如下。

 

  ２．１ 對常規(guī)能源消耗的考慮

 

  現(xiàn)有的評價方法大多針對可再生能源利用收

 

  益進行評價，忽視了可再生能源利用過程中的額外能耗，如：熱泵系統(tǒng)應用中的電耗、太陽能熱水系統(tǒng)應用中的輔助電耗。由此，導致評價結果夸大可再生能源利用的作用，可能誤導人們只注重追求擴大可再生能源利用系統(tǒng)的規(guī)模，而不重視提高可再生能源利用系統(tǒng)的效率。

 

  可再生能源利用評價中，應扣除由于可再生能源應用引起的常規(guī)能源消耗。

 

  ２．２ 對不同能源品位的考慮

 

  在扣除常規(guī)能源消耗時，采用等熱或等效電的換算方法，前者未考慮能源品位，后者則以高品位的電作為標準。將其他終端能源按照一定的折算系數(shù)轉(zhuǎn)化為電，就不僅考慮了不同能源之間量的差異，還體現(xiàn)出質(zhì)的不同。

 

  可再生能源利用評價中，應區(qū)分利用方式和能源品質(zhì)的差異，綜合考慮利用過程中的得與失，即采用等效電換算方法。表１給出等效電換算方法參考折算系數(shù)。

 

  ２．３ 對基準情景門檻的設置

 

  相對于不同基準情景，替代能源種類及替代量會不同，尤其是對于可再生能源熱泵系統(tǒng)的應用。

 

  如果常規(guī)能源利用效率足夠高，甚至超過某種可再生能源的利用效率，就沒有必要應用這種可再生能源。

 

  在進行可再生能源利用評價時，第一步就應將可再生能源系統(tǒng)與基準情景下的常規(guī)能源系統(tǒng)效率進行比較，只有當前者綜合效率高于后者時，該可再生能源系統(tǒng)方案才具備應用的價值與意義。

 

  基準情景的設置，與規(guī)劃區(qū)域的常規(guī)能源供應條件有關。比如，在有市政熱力條件的區(qū)域，供熱的基準情景方案為市政熱力供熱；倘若不具備市政熱力條件而有較好的天然氣供應條件，則供熱的基準情景方案為燃氣鍋爐供熱等。

 

  ２．４ 折算到源端消耗而非用戶端

 

  可再生能源替代量應統(tǒng)一折算到源端消耗，這樣才能把系統(tǒng)能源效率的差異考慮進去。例如，ＣＯＰ 為４的地埋管地源熱泵冬季從土壤中吸收３份熱，消耗１份電，向用戶端提供４份熱；那么，雖然用戶端的４份熱全部由地埋管地源熱泵系統(tǒng)承擔，但該系統(tǒng)中可再生能源替代量并不是４份熱，而應該是從４份熱中扣除掉１份電（按當年國家公布的電網(wǎng)效率轉(zhuǎn)為一次能源量）后得到的值。

 

  ２．５ 對大水電的考慮

 

  在進行區(qū)域能源規(guī)劃時，應將當地大水電、核電、風電等比例考慮在內(nèi)，從而形成一種對當?shù)卣牡贡茩C制。比如，某區(qū)域使用的電力由大電網(wǎng)提供，該電網(wǎng)供電量中約１０％來自水電，這部分水電量應納入可再生能源利用量中。

 

  ２．６ 對被動式可再生能源應用的考慮

 

  除了太陽能光熱、太陽能光電、風力發(fā)電、各類熱泵等主動式應用，還有自然采光、自然通風、被動式太陽房等可再生能源被動式應用。但由于后者目前還沒有成熟的量化評價方法，特別是新區(qū)、城市或更高層面，因此尚未納入到可再生能源應用的總體量化目標中。

 

  在新區(qū)層面，建議與城市設計相結合，通過布局優(yōu)化、景觀設計等方式，采用計算機模擬，對風、光、熱等區(qū)域微環(huán)境進行改善，并對區(qū)域內(nèi)建筑設計中被動式技術應用提出引導性要求；在建筑層面，通過細部窗洞設計、空間排布、構造節(jié)點等方式，采用模擬方法，對利用自然采光、遮陽、自然通風、太陽房減少建筑能耗進行量化評估，進而納入到可再生能源利用量中。

 

  ３ 評價方法

 

  可再生能源利用評價的三個關鍵指標為：可再生能源替代量、可再生能源利用量、可再生能源利用率。替代量與利用量是兩個不同的概念，不應混為一談，前者關乎礦物能源消耗量的減少，與基準情景下的能源消耗種類和能源綜合效率有關；后者關乎當前情景下能源結構的優(yōu)化，與基準情景無關。明確替代量、利用量等絕對值的統(tǒng)一評價算法，可實現(xiàn)建筑、新區(qū)、城市、國家等不同層面可再生能源利用評價的縱向銜接；明確利用率等相對值的統(tǒng)一評價方法，可實現(xiàn)同類建筑、同類新區(qū)、同類城市之間等不同對象的橫向比較。

 

  ３．１ 可再生能源替代量

 

  可再生能源替代量是指與基準情景相比，減少礦物能源的消耗量，亦可理解為，可再生能源節(jié)能貢獻量。依據(jù)當?shù)爻Ｒ?guī)能源供應條件及需求特性，設置基準情景，判斷替代能源種類及替代量，當綜合效率低于基準情景下的常規(guī)系統(tǒng)，則替代量為負數(shù)，該可再生能源利用方式不可行，不應計入可再生能源利用量。

 

  對于太陽能光電、風力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源系統(tǒng)形式，在產(chǎn)電過程中基本不消耗常規(guī)能源，可再生能源替代量就等于發(fā)電量。對于太陽能光熱系統(tǒng)，需要一定的電輔助加熱；追溯到能源供應源頭，替代電或替代氣的結果也會有所不同。詳見如下算例分析。

 

  １）例１

 

  基準情景下，規(guī)劃所在地住宅生活熱水主要采用燃氣熱水器，燃氣熱水器效率８５％。設基準情景每戶年生活熱水用熱量為２ １６０ＭＪ；采用太陽能生活熱水器（分散式）后，實現(xiàn)太陽能保證率６０％，則電輔助加熱量占總耗熱量的４０％，電加熱效率９０％。

 

  太陽能生活熱水器的應用，減少原有的耗氣量約２ １６０ＭＪ÷８５％÷３５．１６ＭＪ／ｍ３＝７２．３ｍ３，增加輔助電加熱的耗電量約２ １６０ＭＪ×４０％÷９０％÷３．６ＭＪ／（ｋＷ·ｈ）＝２６７ｋＷ·ｈ，綜合考慮不同能源品位，統(tǒng)一折算成標準煤，可得可再生能源替代量為：７２．３ｍ３×３５．１６ ＭＪ／ｍ３ × （６６．１％ ÷４５．４％）÷２９．２７ＭＪ／ｋｇ－２６７ｋＷ·ｈ×３．６ＭＪ／（ｋＷ·ｈ）×（１００％÷４５．４％）÷２９．２７ＭＪ／ｋｇ＝５４ｋｇ。

 

  ２）例２

 

  基準情景下，規(guī)劃所在地住宅生活熱水主要采用電熱水器，其他條件同例１。

 

  太陽能生活熱水器的應用，減少原電熱水器的耗電量約６００ｋＷ·ｈ÷９０％＝６６７ｋＷ·ｈ，增加太陽能熱水器電輔助加熱的耗電量約６００ｋＷ·ｈ×４０％÷９０％＝２６７ｋＷ·ｈ，統(tǒng)一折算成標準煤，可再生能源替代量為：６６７ｋＷ·ｈ×３．６ＭＪ／（ｋＷ·ｈ）× （１００％ ÷４５．４％）÷２９．２７ ＭＪ／ｋｇ－２６７ｋＷ·ｈ×３．６ＭＪ／（ｋＷ·ｈ）×（１００％÷４５．４％）÷２９．２７ＭＪ／ｋｇ＝１０８ｋｇ。

 

  ３）例３

 

  基準情景下，規(guī)劃所在地采用燃氣鍋爐供暖，系統(tǒng)熱效率約９０％；當?shù)仉娋W(wǎng)效率轉(zhuǎn)為一次能源為標準煤３２０ｇ／（ｋＷ·ｈ）；某用戶供暖季用熱量約１ ０００ＭＷ·ｈ，若采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)，冬季工況供暖平均ＣＯＰ 約為４。

 

  地埋管地源熱泵系統(tǒng)的應用，減少耗氣量約１ ０００ＭＷ·ｈ×３ ６００ ＭＪ／（ＭＷ·ｈ）÷９０％÷３５．１６ＭＪ／ｍ３＝１１３ ７６５．６ｍ３，取天然氣標準電折算系數(shù)為７．１５６ ｋＷ ·ｈ／ｍ３［４］，等效電量為１１３ ７６５．６ｍ３×７．１５６ｋＷ·ｈ／ｍ３＝８１４ＭＷ·ｈ；增加耗電量約１ ０００ＭＷ·ｈ÷４＝２５０ＭＷ·ｈ；按當?shù)仉娋W(wǎng)效率統(tǒng)一折算成標準煤，可再生能源替代量為：（８１４ ＭＷ·ｈ－２５０ ＭＷ·ｈ）×３２０ｋｇ／（ＭＷ·ｈ）＝１８０．５ｔ。若地埋管地源熱泵系統(tǒng)冬季工況供暖平均ＣＯＰ 提升至５左右，則可再生能源替代量增加為１９６．５ｔ標準煤。

 

  ３．２ 可再生能源利用量

 

  光電、風電、生物質(zhì)能的可再生能源利用量即為產(chǎn)電量（規(guī)劃區(qū)域內(nèi)全部消納），太陽能生活熱水系統(tǒng)的可再生能源利用量對應用戶消耗的太陽能產(chǎn)熱量。而各類可再生能源熱泵，其可再生能源利用量的計算方法參考歐盟Ｄｉｒｅｃｔｉｖｅ ｏｎ ｔｈｅｐｒｏｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｆｒｏｍ ｒｅｎｅｗａｂｌｅｓｏｕｒｃｅｓ（ＣＯＭ／２００８／１９／ｆｉｎａｌ）的相關規(guī)定：

 

  Ｅｒ＝Ｑｕ（１－ＳＰ１Ｆ）

 

  （２）式中 Ｅｒ為可再生能源利用量；Ｑｕ為熱泵產(chǎn)生的總的可利用熱量，且符合可再生能源替代量為正值時才計入；ＳＰＦ      為熱泵平均季節(jié)性能系數(shù)。

 

  對于例１及例２，可再生能源利用量為：６００ｋＷ·ｈ×６０％＝３６０ｋＷ·ｈ，即太陽能對生活熱水的有效加熱量；對于例３，可再生能源利用量為：

 

  １ ０００ＭＷｈ×（１－１／４）＝７５０ＭＷ·ｈ，即地埋管地源熱泵從土壤中吸收的熱量。

 

  按上述方法計算得到的可再生能源利用量僅為初步結果，最后還需考慮不同能源品位，采用等效電算法統(tǒng)一折算成標準煤量。

 

  ３．３ 可再生能源利用率

 

  單獨討論可再生能源利用率是沒有意義的，需在可再生能源替代量大于零的前提下來討論?？稍偕茉蠢寐什皇菃我恢笜耍怯赡茉聪目偭亢涂稍偕茉蠢昧繕嫵?

 

  ４ 結論

 

  ４．１ 可再生能源利用評價中，應扣除由于可再生能源應用引起的常規(guī)能源消耗；應區(qū)分利用方式和能源品質(zhì)的差異，即采用等效電換算方法；應將可再生能源系統(tǒng)與基準情景下的常規(guī)能源系統(tǒng)效率進行比較，且只有當前者綜合效率高于后者時，可再生能源才具備應用價值；可再生能源利用量應統(tǒng)一折算成源端消耗，以將系統(tǒng)能源效率的差異考慮進去；應將當地大水電、核電、風電等的使用量考慮在內(nèi)，從而形成對當?shù)卣牡贡茩C制；自然采光、自然通風、被動式太陽房等可再生能源被動式技術應受到重視并納入量化評估。

 

  ４．２ 闡述了可再生能源利用評價的三個關鍵指標及計算方法?？稍偕茉刺娲渴侵概c基準情景相比，減少的礦物能源消耗量。對于太陽能光電、風力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等可再生能源系統(tǒng)形式，替代量就等于發(fā)電量；對于太陽能光熱系統(tǒng)，其替代量等于常規(guī)情景熱水系統(tǒng)的電或燃氣消耗量，扣除太陽能系統(tǒng)輔助電或燃氣的消耗量；對于各類熱泵系統(tǒng)，其替代量等于常規(guī)供熱系統(tǒng)燃料消耗量，扣除熱泵系統(tǒng)耗電量，并統(tǒng)一按當年國家公布的電網(wǎng)效率轉(zhuǎn)為一次能源?？稍偕茉蠢昧?，關乎對當前情景能源結構的優(yōu)化，與基準情景無關：光電、風電、生物質(zhì)能的可再生能源利用量即為產(chǎn)電量（規(guī)劃區(qū)域內(nèi)全部消納）；對于熱泵系統(tǒng)，則為冬季工況熱泵產(chǎn)生的總的可利用熱量?？稍偕茉蠢寐蕿榭稍偕茉蠢昧颗c能源消耗總量的比值，且需在可再生能源替代量大于零的前提下討論。

 

  統(tǒng)一可再生能源利用評價方法，明確替代量、利用量等絕對值算法，可實現(xiàn)建筑、新區(qū)、城市、國家等不同層面可再生能源利用評價的縱向銜接；明確利用率等相對值的統(tǒng)一評價方法，可實現(xiàn)同類建筑之間、同類新區(qū)之間、同類城市之間等不同對象的橫向比較。