低碳时代的中国城市能源规划(DOC)

低碳时代的中国城市能源规划

华贲

(华南理工大学天然气利用研究中心，广东广州510640) 摘要：气候变化要求世界石油、煤、天然气、可再生能源按占一次能源比率的排序逆转。中国一次能源中煤的比重也需从70%逐步降到30%；且须采用CCS技术。这使得城市从一次能源到终端利用的路线图发生重大变化：煤退出工业燃料领域，主要用于气化多联产和发电；采用以集约化为主导的、9种不同类型的冷热电联供技术的天然气分布式能源系统（DES/CCHP）将成为城市工业、商住的主要能源。这要求基于中国国情、在系统规划和运营机制两方面集成创新。相应的城市能源规划必须细化，与工、交、主功能区块布局时空规划无缝衔接配合；并且量化反映城市发展规划是否符合国家下达的能源强度ε、碳强度κ指标。

关键词：低碳能源终端利用冷热电联供分布式能源系统城市能源规划

一、低碳发展要求世界和中国一次能源构成重大转型

气候变化已成为世界各国面临的最紧迫问题之一。2009年12月的哥本哈根会议以世界192个国家的声音，肯定了会议前夕国际能源署（IEA）提出的“450情景方案”的三个具体目标中的两个，即：全球平均气温不应比工业化开始前高出2摄氏度；这要求全球排放量减到1990年（209亿吨CO2当量）的一半。为此发达国家应当减少至少80%温室气体排放量，发展中国家的温室气体排放量应当比“通常情况下”低15%-30%。至于第三个目标，即碳排放的峰值年和减排到1990年排放的一半的时限，以及发达国家以资金和技术支持发展中国家减排的具体安排，留待2010年末的墨西哥会议解决。

文献[1、2、3]研究了能耗、一次能源构成和应用碳捕获和封存（Carbon Capture and sequestation,CCS）技术三者与CO2排放之间的制约关系，并推算出了在上述减排目标和进程下世界能耗和一次能源构成变化的走势。见图1

图1 低碳发展的世界能源构成变化走势

未来的10-20年，即2020-2025年，将是世界一次能源构成的转折点。石油与可再生能源（I、IV两条曲线）在一次能源构成中的排位互换；而煤和天然气两者（II、III两条曲线）的走势高低将取决于煤的CCS利用技术经济指标与非常规天然气开采成本和规模两者之间的博弈。科技进展我们现在还难以预测。图中最右端的能源构成，是IEA提出的2050年在总能耗约225亿tce/a之下，可再生能源、天然气、煤、石油四种能源的构成比与目前刚好逆转，而且大部分的煤通过CCS利用；对应的CO2排放量能够控制在108亿吨/年的情景。至于今年末的墨西哥坎昆会议上对长期目标时间点的共识是否在2050年，还是推迟到2060年？并不改变图上各曲线变化的趋势，只不过各条曲线的斜率变化都放缓而已。

在目前世界能源转型和低碳发展的格局中，中国处于最特殊的地位。这是由

下列几个因素决定的：中国是人口第一大国，由于煤占一次能源近70%的能源禀赋，CO2排放不仅总量最多，人均也已超过世均，但是人均GDP还远很低，属于发展中国家。这决定中国继续完成工业化和城镇化只能走低碳发展之路。未来10-20年中国的总能耗还会增加，CO2排放也将经历一个先增再减的过程；两个峰值年都可能在2023-2030年之间。但在达到峰值年之后，中国的碳减排将与世界同行；见表1。

表1 2005—2050年中国CO2排放总量、能源碳强度ω和总能耗的变化预计项目/ 时间2005 2020 2030（1）2030（2）2050（60？）CO2排放,tCO2/人均,t/p.a 51/ 3.9 74/ 5.3 60/4.1 54/ 3.7 22/1.5

能源碳强度ω 2.3 1.7 1.25 1.2 0.67

高碳能源比率γ 0.93 0.71 0.52 0.5 0.28

煤CCS使用比例β 0 0.1 0.3 0.4 0.6

总能耗,亿tce/人均,tce/p.a 22.2/1.7 41/2.93 48/ 3.3 45/3.1 33/ 2.2

煤(亿t/a / %) 15.15/69.7 30.5 /52.5 29/43 25.2/40 14/30

石油(亿t/a / %) 4.68/21.0 5.0 /17.4 5.7/17 5.0/ 16 2.3/10 天然气(tcm/a /%) 0.06/2.7 0.4 /12.4 0.56/15 0.59 /17 0.45/18 其它（亿tce/a / %) 1.47/6.6 7.3/17.7 12/25 12.2/27 14 /42 上述趋势分析的基本思路是：核能与可再生能源以5%的年率持续增长，10年后中国非常丰富的非常规天然气资源得以大规模开发，煤的CCS利用比率2020年以后的30年间从10%提高到60%，石油因资源的有限性和CCS利用的规模限制将在2020年左右达到峰值后逐步减少[3]。

二、城市一次能源到终端利用（工业、商住、交通）的新格局

1、低碳时代一次能源在城市用能中的格局

低碳发展要求世界和中国的一次能源消费格局在30-40年间完成如图1所示的重大转型。煤碳最终必须在扑捉和封存二氧化碳的条件下（CCS）才能利用；由于CCS 的经济规模所限，这使它必然退出城市终端用能市场；而转向发电和煤气化多联产为主，（后者就是带冷热电联供的现代煤化工Multi-Producted Coal Chem., MCC/CCHP）；部分用于制水泥和炼铁（煤或合成气直接还原炼铁将替代传统的焦炭/高炉）。可再生能源将大部分用于电力生产，部分直接用于向低品位、低能量密度的建筑物用能和化工原料。天然气超过石油成为主要的工业和民用燃料。

2、未来10-20年城市能源需求的挑战

按照表1的估算，2020年中国的总能耗/人均能耗将分别由2005年的22.2增加到2020年的的41亿tce / 2.93 tce/p.a。显然在这个完成工业化和城镇化的历史时期内，增加的能耗主要是在城市工业、建筑物和交通三大领域。按天津市供热办的数据，该市集中供热负荷将由目前的200万m2增加到2013年的2400万m2和2020年的5500万m2。按国家发改委能源所的数据，珠三角城市建筑面积2030年将达到160亿m2，接近目前的4倍。目前广东空调耗电已占电网夏季高峰负荷的一半，如此大幅度增长的供能需求增长，按照现在的利用模式和能效，是不可承受的。

3、CHP和DES/CCHP在能源终端利用中的地位

至少在本世纪中叶之前，气候变化所要求的能源转型，还容许使用一半的化石能源。迄今在中国占总能耗80%--85%的工业和商住建筑物耗能中，大部分都