近零碳排放示范园区综合能源概念性规划案例分析

近零碳排放示范园区综合能源概念性规划案例分析

林原

黄河电力检修工程有限公司 青海西宁 810000

摘要：本文以梅山国际近零碳排放试验区为案例，分析了该案例中资源能源的现状与需求以及负荷需求，并以此讨论梅山国际近零碳排放试验区所采取的具体规划措施。在梅山国际近零碳排放试验区内所采取的规划措施目标上是利用现代信息技术，构建较为完整的网络体系和安全机制，积极利用能源高效发输变储用技术，使异质能源得以高效使用。基于纳什均衡博弈论理论进行顶层设计，以时间轴线、空间轴线和碳汇轴线为三条主线，以碳平衡为基础，综合考虑碳排放和减碳能力输出，按减碳实现途径分类控制碳排放总量，在促进政府、电力、燃气、热力以及用户等达成一致的基础上，实现各方利益最大化。

关键词：近零碳排放；梅山国际试验区；案例分析；能源规划；自然资源；碳排放

0引言

大多数碳排放都是来自于电力等能源生产和使用上，所以梅山国际在近零碳排放规划中，应该将规划重点放在能源减排和可再生能源的开发使用上，有效控制汽油、柴油、煤炭等能源的使用上，逐渐提升天然气、太阳能、风能、水资源等环保且可再生的能源使用占比，提高新型能源的使用效益，通过不断强化技术投入，利用先进的科学技术和规划理念提高新型能源的使用能力。随着近零碳排放规划的持续推进，应该将碳排放量与经济增长之间的关系进行进一步脱节，实现碳排放绝对量逐渐降低并趋近于零的目标愿景。

1资源能源现状与需求

1.1太阳能应用

园区现有分布式光伏发电系统光伏组件总面积为21.38万m²，总装机容量约21.38MW，年发电量达0.21 亿kWh。现有太阳能光伏发电量距离2030年近零碳排放要求的0.34亿kWh的目标仍有差距。

未来规划从“港、产、城”三个层面最大限度发展太阳能光伏、适度发展太阳能光热，充分利用建筑屋面、建筑立面以及构筑物一体化设计太阳能系统。

1.2风能资源评估

园区处于我国有效风能分布的第Ⅲ级可利用区，利用其得天独厚的地理位置优势，可大力开发风电。园区现有两组风力发电机组，总装机容量为94.5MW，年发电量达2.55亿kWh。现有风力发电量与园区近零碳排放的中、远期目标要求的10.2亿kWh和14.4亿kWh相差较大。

1.3浅层地热能资源条件

1.3.1水源热泵

水源热泵运行的适宜水温为15～35℃。园区周围海域海水最低温度在9-23℃，最高水温在 20-28℃，因此水温非常适宜作为热泵冷热源。

1.3.2污水源热泵

至规划期末，园区组团污水排放量为19.85万吨/日，且其周围建有大规模污水处理厂，结合污水处理厂规模及区域，园区可考虑利用污水作为热泵的冷热泵。

1.3.3地下水源热泵

园区地热资源非常稀缺，且市区严禁采用地下水做水源热泵的热源热汇。

1.3.4土壤源热泵

园区浅层地表非扰动土壤15m左右为常温层，土壤初始温度为19.3～19.8℃，地下10～80米平均温度为21.3℃，园区土壤温度适宜作为热泵冷热源。

1.4生物质能资源评估

园区现有一座生活垃圾焚烧厂。该垃圾焚烧厂日垃圾焚烧量达1500吨，总装机32MW，年发电上网量1.98亿kWh，约占园区2017年电力消费的25%。规划区内日产垃圾产量约为100吨，该垃圾焚烧厂已完全覆盖园区所有生活垃圾产量，且区域内无大型农场，秸秆产量低，不建议新建生物质/垃圾发电厂。

1.5海洋能资源评估

园区海域有较好的波浪能资源，在规划远期（2050年）建设波浪能发电站，有助于实现规划区内100%可再生能源供电。

1.6余热余冷资源评估

示范区域内现有天然气热电厂一座，规划总装机25.774万千瓦，已建成一套6B燃机联合循环发电机组和配套的两台20吨/小时燃气锅炉以及燃气调压站、热网管线等设施。现有机组主要向工业企业供应热蒸汽，虽然机组本身具备供冷和供热水能力，但周边冷用户和热水用户较少，且因发电时间、天然气供应等条件限制，规模运营极不经济，目前只是企业内部自用。

2 负荷需求

2.1 能源供应现状

2017年园区能源消费总量为31.84万吨标煤。其中电力消费为23.58万吨标煤，天然气消费为2.75万吨标煤，分别占一次能源消费的74.1%和8.6%。化石能源（煤炭、石油）消费为5.5万吨标煤，占一次能源消费的17.3%。

2017年园区总CO₂排放量达31.5万吨。其中外调电力碳排放量最高，为17.02万吨；其次为化石能源，达10.11万吨。从工业、交通和建筑行业来看，工业的能源消费和碳排放比重均为最高，占比约为50%。园区可再生能源发电占总电力消费的28%，其中生物质垃圾发电占比达25%。2017年园区能源消费、碳排放情况详见图1，可再生能源发电情况见图2。

典型日冷热电总负荷逐时曲线示例详见图3

3 规划总则

3.1规划目标

针对能源互联网的网络体系架构、能源传输/转化技术、优化管控体系架构和安全体系架构，构建较为完整的多能流网络体系、综合管控与协同优化体系架构、信息和能量融合的安全机制，发展能源高效发输变储用技术，使异质能源自由高效互联和使用。

设计基于网元和能源节点的多能流能源互联网架构；揭示能源节点的网络动力学特征；建立多层互联网络体系结构和标准模型与协议。利用模块化智能单元组合技术打造各区块能源子系统，使其可以互通互联，形成区域的泛能网络，打造能量流、物质流、信息流、业务流等多重耦合的复杂网络系统。

3.2规划方法

基于纳什均衡博弈论理论，对综合能源规划进行顶层设计，使得各方参与主体：政府、电力、燃气、热力、用户等达成一致，保证实现各方利益最大化的顶层机制。基于纳什均衡能源规划构建能源“生态圈”，进行案例规划设计示范和经验总结，形成可复制的能源规划模式，落实“三型两网” 思路理念。详见图 3.2.1-1

3.3 规划思路

规划以时间轴线、空间轴线和碳汇轴线为三条主线，按时间轴线将规划分为启动期、发展期和繁荣期三个阶段；以空间轴线将规划片区分为项目示范、功能区示范和梅山示范区；按照碳汇轴线将零碳示范区分为碳汇叶、碳汇枝和碳汇体。

在三条主线的基础上，规划思路按照点线面法则展开，各项能源技术以临近法则构成绿色能源轴线，为临近用户提供能源服务；将各条绿色能源轴线互联互通构成绿色能源互联网，使其各能源轴线之间互联互通，提高能效匹配和能源利用效率。

实现碳减排的五大途径如式1

ΔC=C+L+E+A+R

ΔC：碳排放减量

C：碳汇集量

L：能源资源循环利用减排量

E：降低使用需求和提高效率减排量

A：减排力输出

R：可再生能源替代减排量

CLEAR 原则：以碳平衡为基础，综合考虑碳排放和减碳能力输出，按减碳实现途径分类控碳排放总量。

4 未来规划建议

一方面，政策上应该进一步推进电力生产的环保化能力。通过调整能源消费结构，稳步实现电力生产的清洁、环保目的。梅山国际等各类高新工业园区需要坚持将降低碳排放工作作为电力生产和消费的强制性原则，可将减排成本纳入到整个园区的用电成本之中，提高对于先进的供电技术和蓄能节能技术的投入，从根本上解决电力资源浪费症结，全面提高电力设备的利用效益。与此同时，园区内应该进一步加强“煤改气”工作的推进力度，降低煤炭等能源的使用量，促进能源使用的结构转型，积极使用太阳能、风能等可再生清洁能源；另一方面，园区内的产业结构应该进一步的优化升级，对于高能耗的行业需要进行现代化整改，重点推进各类先进的低碳技术，确保碳排放的稳定。深入挖掘碳汇潜力，努力尽快实现碳中和。可以与全国碳市场进行合作，共同实现“零碳”目标；最后，园区内不同的结构环境下，会有着不同的差异性影响，所以眉山国际在参与全国近零碳排放示范建设过程中，应该结合区域内的特色，凸显出本区域内生产建设的优势，通过更新各类低碳技术和产品，对激励政策和市场竞争机制进行完善性规划，进一步强化零碳排放效果，提高园区内参与低碳排放的积极性，探索出可推广、可复制的低碳发展制度。

结束语：综上所述，案例中通过科学合理的规划，实现了碳排放增速逐渐减缓的目的。由于碳排放主要来自于电力消耗，而无论是生产建设上，抑或是民生发展上，都离不开电力能源的使用，这就意味着未来在持续进行近零碳排放时，应该将低碳发展重点应用在电力减排和可再生能源开发利用上。目前，梅山国际近零碳排放试验区已经呈现出碳强度稳步下滑，这也足以说明该园区具备碳排放减量的能力和条件，各行各业在科学合理的规划引导下，能够获得良好的减排效果，而这将为未来全国共同参与近零碳排放规划带来更多的信心和经验。我们在未来发展目标上，应该进一步凸显出将碳排放与经济发展相脱离，实现经济发展持续进步，而碳污染排放持续下降的目的。

参考文献：

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