太陽(yáng)能分布式發(fā)電系統(tǒng)在城市更新工程中的應(yīng)用研究*
——以越南胡志明市為例

馬 妍 王珺玥 THANH T Phuong 沈振江 曹哲靜 MA Yan, WANG Junyue, THANH T Phuong, SHEN Zhenjiang, CAO Zhejing

0 引言

ICT（Information Communication Technology）在城市生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，ICT的技術(shù)實(shí)施會(huì)帶來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，產(chǎn)生新的空間形式[1]。在可持續(xù)發(fā)展的要求下，如今城市規(guī)劃師需要面對(duì)ICT技術(shù)帶來(lái)的新的城市建筑環(huán)境空間的變化。因此，在技術(shù)創(chuàng)新的背景下，理解新技術(shù)帶來(lái)的城市空間的變化是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展城市規(guī)劃的主要挑戰(zhàn)。在城市更新項(xiàng)目中植入ICT基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)實(shí)現(xiàn)智慧城市規(guī)劃與建設(shè)十分重要。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)（SGS）是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的電力系統(tǒng)，需要結(jié)合自然能源利用和城市電力系統(tǒng)中的能源消費(fèi)管理系統(tǒng)[2]，主要利用太陽(yáng)能分布式發(fā)電技術(shù)（SDG）。城市空間中太陽(yáng)能的利用將減少化石能源消耗和碳排放，社區(qū)作為城市系統(tǒng)的主要空間單元[3]，智慧社區(qū)的建設(shè)將為可持續(xù)城市設(shè)計(jì)帶來(lái)契機(jī)[4]。落實(shí)SGS與SDG的建設(shè)，需要在城市空間中整合新的電力系統(tǒng)設(shè)施。然而大多數(shù)研究?jī)H考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和能源管理的相關(guān)問(wèn)題，缺少?gòu)某鞘幸?guī)劃與設(shè)計(jì)的角度來(lái)研究社區(qū)與SDG體系的結(jié)合方式，而北美、歐洲和日本的試點(diǎn)地區(qū)智能電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)可作為重要的經(jīng)驗(yàn)參照。

SGS在SDS中的應(yīng)用在發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛討論，故本研究重點(diǎn)關(guān)注發(fā)展中國(guó)家，選擇了越南胡志明市為研究案例，主要探討社區(qū)層面城市更新中太陽(yáng)能利用的規(guī)劃與設(shè)計(jì)方法。發(fā)展中國(guó)家發(fā)展太陽(yáng)能利用有利于應(yīng)對(duì)快速增長(zhǎng)的能源需求，減緩過(guò)載能源基礎(chǔ)設(shè)施的更新壓力，降低城市地區(qū)的環(huán)境負(fù)擔(dān)。

有關(guān)胡志明市SGS發(fā)展的相關(guān)研究，Ernst等[5]介紹了SGS在胡志明市的應(yīng)用：在削減停電時(shí)間、減少能量傳輸損耗比和降低需求響應(yīng)峰值方面，SGS與SDG在發(fā)展中國(guó)家的能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面具有優(yōu)勢(shì)，可以解決胡志明市每周1—2次從早到晚持續(xù)電力短缺的問(wèn)題。此外，通過(guò)有效管理，SGS投資可以控制能源使用的效率，并滿足胡志明市的可持續(xù)發(fā)展城市建設(shè)要求，避免大型電廠新建工程。

本文在城市更新可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)下，概述SDG相關(guān)概念和經(jīng)驗(yàn)研究；明確了社區(qū)中設(shè)置SDG系統(tǒng)設(shè)備的規(guī)模、效用和對(duì)城市景觀的影響；進(jìn)而確定城市規(guī)劃中的相關(guān)設(shè)計(jì)導(dǎo)則，包括設(shè)計(jì)范圍、特點(diǎn)和方法；最后提出越南胡志明市SDG的實(shí)施流程和應(yīng)用設(shè)計(jì)概念。

1 智能電網(wǎng)系統(tǒng)和太陽(yáng)能分布式發(fā)電的文獻(xiàn)綜述

智能電網(wǎng)技術(shù)的術(shù)語(yǔ)在歐洲智能電網(wǎng)技術(shù)中被定義為“一個(gè)把其發(fā)電機(jī)與消費(fèi)者用戶行為，集成到優(yōu)化和可持續(xù)能源系統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)”[6]，它是有效利用分布式能源的關(guān)鍵[7]；其中小規(guī)模分布式發(fā)電（例如太陽(yáng)能光伏技術(shù)和風(fēng)車）通常設(shè)計(jì)在電力消費(fèi)地點(diǎn)，如社區(qū)周圍，從而滿足能源需求。結(jié)合SGS推廣的SDG是基于太陽(yáng)能光伏（PV）技術(shù)的小規(guī)模發(fā)電的設(shè)備，用于減少國(guó)家電力的需求壓力，多在城市地區(qū)使用，具有易擴(kuò)展的特性。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可用于幾千瓦的住宅地區(qū)，也可用于規(guī)模達(dá)到幾兆瓦的公共事業(yè)項(xiàng)目[8]，因而SGS與SDG對(duì)于社區(qū)的應(yīng)用有明顯潛力。

發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行了SGS的許多研究，北美和歐洲等國(guó)已經(jīng)形成高滲透率分布式發(fā)電的電力市場(chǎng)[9]。美國(guó)能耗占全球75%，產(chǎn)生了全球80%的溫室氣體排放量[10]，北美電力公司（NERC）評(píng)估認(rèn)為：發(fā)電燃料結(jié)構(gòu)到2021年將發(fā)生重大變化，有必要在城市地區(qū)根據(jù)聯(lián)邦政府和各州的制度導(dǎo)入SGS。相關(guān)章程包括IEEEP1547標(biāo)準(zhǔn)（2003）、分布式能源資源實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)保險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)（UL1741（2005））、國(guó)家電氣規(guī)范（NEC）、國(guó)家防火協(xié)會(huì)（NFPA）、國(guó)家電氣安全規(guī)范（NESC）、加利福尼亞州（CA）規(guī)則21號(hào)中頒布的分布式能源發(fā)電機(jī)的特定標(biāo)準(zhǔn)，以及國(guó)家的代碼系統(tǒng)。加拿大的安大略省、不列顛哥倫比亞省、曼尼托巴省和魁北克省的城市，已經(jīng)啟動(dòng)了智能電網(wǎng)項(xiàng)目。加拿大專家還參加了相關(guān)的北美標(biāo)準(zhǔn)制定。歐洲國(guó)家傳統(tǒng)電力基礎(chǔ)設(shè)施面臨著重要挑戰(zhàn)：一方面需要面對(duì)市場(chǎng)一體化和電力供應(yīng)安全的要求，另一方面需要面對(duì)各種可再生能源的增加和基礎(chǔ)設(shè)施的老化問(wèn)題。歐洲國(guó)家SGS實(shí)施的設(shè)計(jì)導(dǎo)則分為3個(gè)層次：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)則，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)則，歐洲各國(guó)城市地區(qū)SGS規(guī)劃和設(shè)計(jì)導(dǎo)則。日本致力于低碳社會(huì)的建設(shè)，旨在最大限度地利用當(dāng)?shù)氐目稍偕茉?，通過(guò)能源消費(fèi)管理系統(tǒng)最大限度地提高能源使用效率[11]。在日本，SGS主要應(yīng)用于低碳智慧社區(qū)建設(shè)。日本政府啟動(dòng)了4個(gè)地區(qū)的試點(diǎn)項(xiàng)目，包括豐田市、東京柏葉地區(qū)、北九州市和橫濱市。這些城市重點(diǎn)建設(shè)家庭能源管理系統(tǒng)（HEM）和建筑能源管理系統(tǒng)（BEM），主要模塊為建筑太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)與插電式電動(dòng)汽車。

從北美、歐洲和日本的情況來(lái)看，SGS主要的發(fā)展動(dòng)力與挑戰(zhàn)均為環(huán)境問(wèn)題。為了確保未來(lái)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和可靠性[7]，需要制定國(guó)家、區(qū)域和地方層級(jí)的相關(guān)發(fā)展目標(biāo)與實(shí)現(xiàn)路徑，包括政策、發(fā)展計(jì)劃、法律和設(shè)計(jì)導(dǎo)則。此外，城市地區(qū)設(shè)計(jì)導(dǎo)則中的SGS設(shè)計(jì)需參照當(dāng)?shù)匾?guī)定、建筑和結(jié)構(gòu)規(guī)范、消防規(guī)范、電氣規(guī)范和包括環(huán)境影響評(píng)估在內(nèi)的各種許可。

2 太陽(yáng)能分布式發(fā)電與居住區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

智慧社區(qū)建設(shè)中，SGS與SDG應(yīng)用需要考慮3個(gè)層次（圖1）：家庭單元，即智能建筑本身[12]；居住地里的共享能量存儲(chǔ)和相關(guān)設(shè)備，即社區(qū)能源存儲(chǔ)設(shè)備（CES），以及鄰近社區(qū)（CES區(qū)域控制）。本研究將關(guān)注城市更新項(xiàng)目的住宅屋頂太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和CES設(shè)備的導(dǎo)入。

（1）住宅屋頂?shù)奶?yáng)能光伏板系統(tǒng)：安裝太陽(yáng)能光伏板需要考慮當(dāng)?shù)氐乩硪蛩睾妥匀粴夂虻纫蛩?，以接收最大量的太?yáng)輻射，根據(jù)住宅類型，屋頂坡度確定用于放置太陽(yáng)能電池板的屋頂面積。

（2）社區(qū)能源存儲(chǔ)（CES）：SDG的一個(gè)具體例子是在住宅區(qū)的供電線上放置少量（1—2 h）的能量存儲(chǔ)裝置[13]，用25 kW低壓設(shè)備管理幾戶家庭。2011年俄亥俄州最先導(dǎo)入CES系統(tǒng)，安裝并測(cè)試了80個(gè)位于客戶鄰近社區(qū)的CES設(shè)備，每個(gè)設(shè)備服務(wù)2—5個(gè)家庭單元（圖2）。CES服務(wù)房屋數(shù)量的性能取決于家庭潛在太陽(yáng)能的發(fā)電總量和經(jīng)濟(jì)財(cái)務(wù)狀況。

城市地區(qū)的SDG的規(guī)劃設(shè)計(jì)需要結(jié)合太陽(yáng)能光板的設(shè)置、電網(wǎng)規(guī)劃和城市規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的能源使用效率。規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)確保太陽(yáng)能發(fā)電量，從而保障城市地區(qū)太陽(yáng)能生產(chǎn)的有效性和預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性[14]，這是城市規(guī)劃中電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施新技術(shù)運(yùn)用必不可少的環(huán)節(jié)。規(guī)劃設(shè)計(jì)的步驟總體為：確定導(dǎo)入方案—評(píng)估—政策情景設(shè)計(jì)—實(shí)施評(píng)估（圖3）。

3 越南胡志明市的SDG實(shí)施

本文根據(jù)胡志明市的城市更新項(xiàng)目，分析城市未來(lái)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，尋找適用條件導(dǎo)入SDG系統(tǒng)。

3.1 越南胡志明市的電力現(xiàn)狀

圖1 鄰里區(qū)域中3個(gè)層級(jí)的SDG應(yīng)用資料來(lái)源：作者自繪。

圖2 CES的特性和變換裝置資料來(lái)源：http://www.dolantechcenter.com/Focus/DistributedEnergy/EnergyStorage.aspx。

表1 越南胡志明市城市規(guī)劃與SGS太陽(yáng)能應(yīng)用的相關(guān)政策和規(guī)章制度

圖3 SDG在城市更新中應(yīng)用的框架資料來(lái)源：作者自繪。

能源問(wèn)題一直是影響越南經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。越南國(guó)家報(bào)告提出，可持續(xù)發(fā)展對(duì)社會(huì)和環(huán)境有著積極作用[15]。為了解決電力傳輸線和國(guó)家電網(wǎng)覆蓋不足的問(wèn)題，2015年越南電力公司計(jì)劃花費(fèi)148兆越南盾，建立和擴(kuò)大輸配電系統(tǒng)[16]。此外，越南的舊能源技術(shù)和不良能源管理系統(tǒng)均導(dǎo)致了能源供需平衡效率低下的問(wèn)題[17]。2013年5月22日，越南南部由于旱季供電過(guò)載，導(dǎo)致嚴(yán)重停電事件的發(fā)生，影響了22個(gè)省市的數(shù)百萬(wàn)人口。事故根本原因是國(guó)家電網(wǎng)安全管理能力低下。電力短缺頻繁發(fā)生，旱季每周發(fā)生一到兩次，每次從早晨到晚上持續(xù)一整天[5]。2011年7月21日，越南總理提出第1208/QD-TTg號(hào)決定，針對(duì)2011—2020年國(guó)家電力發(fā)展計(jì)劃頒布了《電力總體計(jì)劃VII》，強(qiáng)調(diào)了可再生能源發(fā)展、能源安全、能源利用效率等關(guān)鍵問(wèn)題，提出了具體目標(biāo)[18]。為了滿足日益增長(zhǎng)的國(guó)家電力需求，可再生能源作為電力生產(chǎn)的新興方式得到了不斷的發(fā)展[19]。因此有必要加快可再生能源設(shè)備的安裝，盡快連接到配電網(wǎng)絡(luò)，以減少能源傳輸?shù)膿p耗，提高能源的利用效率。

3.2 胡志明市的SGS與SDG應(yīng)用導(dǎo)入方案

表1總結(jié)了越南國(guó)家和地區(qū)的政策，包含SGS的章程和SDG在越南和胡志明市的發(fā)展策略等。2001年越南工業(yè)部（MOI）在世界銀行和越南電力（EV）的支持下發(fā)布了“可再生能源行動(dòng)計(jì)劃”（REAP），為EVN電網(wǎng)未涵蓋的數(shù)十萬(wàn)家庭制定了“可再生能源電氣化目標(biāo)擴(kuò)展規(guī)劃”[15]，制定了國(guó)家2011—2020年期間電力發(fā)展的總體規(guī)劃，為實(shí)現(xiàn)2030年“智能電網(wǎng)”技術(shù)戰(zhàn)略制定了研究計(jì)劃，并采取一系列資金措施，如發(fā)行國(guó)內(nèi)外債券、投資管理電力項(xiàng)目、轉(zhuǎn)移國(guó)內(nèi)儲(chǔ)蓄投資于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

針對(duì)可再生能源發(fā)展，胡志明市人民委員會(huì)于2012年5月7日頒布了《第2305/QD-UBND號(hào)決定》。胡志明市的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為1.581 kWh/m2/y，約4.3 kW/h/m2/d，太陽(yáng)能資源潛力巨大，可供應(yīng)2—3 kW的家庭用電。具有一定資金并對(duì)太陽(yáng)能實(shí)施感興趣的獨(dú)立住戶可以擁有國(guó)家電網(wǎng)和太陽(yáng)能發(fā)電兩種電力資源。家用太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)可以與住宅設(shè)備和國(guó)家電網(wǎng)連接；但是目前太陽(yáng)能發(fā)電成本遠(yuǎn)高于其他電源，與太陽(yáng)能光伏（PV）系統(tǒng)的高投資和成本相比，越南的平均收入仍然較低。因此，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用由于其低層次、小規(guī)模、分散性等特點(diǎn)不易得到社會(huì)各界的重視，只有少數(shù)人希望通過(guò)自身預(yù)算投資該系統(tǒng)。盡管越南沒(méi)有為可再生能源建立上網(wǎng)電價(jià)，但《避免成本關(guān)稅法（ACT）》為可再生能源開(kāi)發(fā)商提供了激勵(lì)措施，如對(duì)太陽(yáng)能組件和太陽(yáng)能項(xiàng)目免去進(jìn)口稅，鼓勵(lì)光伏產(chǎn)業(yè)的投資資本。另一方面，資金來(lái)源包括國(guó)家預(yù)算、企業(yè)投資、亞投行、日本官方發(fā)展援助資金、外國(guó)金融機(jī)構(gòu)（FDI）投資等[20]，推動(dòng)了并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電廠的發(fā)展和越南可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。如能設(shè)定更低的價(jià)格，可以吸引生活在城市地區(qū)的人們的關(guān)注，解決意外的電力短缺帶來(lái)的停電問(wèn)題。

因此，從越南胡志明市的現(xiàn)有情況以及未來(lái)發(fā)展戰(zhàn)略可以看出，發(fā)展SDG的SGS是加快可再生能源利用的必要措施，同時(shí)若能以適當(dāng)?shù)姆绞脚c配電網(wǎng)絡(luò)并網(wǎng)，則可提高電能效率。

3.3 胡志明城市更新項(xiàng)目中SDG的應(yīng)用

高收入水平的發(fā)達(dá)國(guó)家和低收入水平的發(fā)展中國(guó)家在投資成本、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、住房和生活條件方面均存在差異。此外，發(fā)展中國(guó)家住宅的能源使用在能源消耗總量中的占比很大[21]。所以越南和其他發(fā)展中國(guó)家發(fā)展SDG的主要目的應(yīng)落位在改善住宅能源需求和電力供應(yīng)方面，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。因此，要在胡志明市的城市更新項(xiàng)目安裝SDG，需要了解該技術(shù)納入發(fā)達(dá)國(guó)家的真實(shí)情況，并與胡志明市進(jìn)行比較。SGS在胡志明市的城市更新項(xiàng)目中應(yīng)用的可行性，必須根據(jù)建設(shè)地點(diǎn)的條件、相應(yīng)城市水平的相關(guān)設(shè)施和SDG的技術(shù)要求決定。圖4顯示了可能實(shí)現(xiàn)的規(guī)劃戰(zhàn)略，為獲得高水平SGS性能，當(dāng)?shù)卣杩紤]以下4個(gè)方面。

合適的開(kāi)發(fā)地區(qū)：新開(kāi)發(fā)的居住區(qū)或者非高密度的再開(kāi)發(fā)地區(qū)，為了提高能源利用效率，這些區(qū)域的低層住房，以及占地大和屋頂面積大的建筑，最宜建設(shè)SGS。

主要人群目標(biāo)：電力消費(fèi)需求高或太陽(yáng)能資源潛力大的地區(qū)、有能源需求的中高產(chǎn)階級(jí)居住地的城市更新項(xiàng)目。

住宅屋頂安裝太陽(yáng)能光伏板：結(jié)合SDG在胡志明市的城市更新項(xiàng)目，選擇聯(lián)排別墅和獨(dú)立式住宅作為未來(lái)的節(jié)能住宅的原型，進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

社區(qū)能源存儲(chǔ)（CES）：建設(shè)社區(qū)太陽(yáng)能存儲(chǔ)單元，減少每個(gè)家庭的太陽(yáng)能發(fā)電消耗，為擁有大屋頂面積的住宅客戶提供更多的能源共享。在胡志明市，CES設(shè)備應(yīng)作為胡志明市電力公司提供存儲(chǔ)服務(wù)的設(shè)備。

3.4 胡志明市SDG應(yīng)用的設(shè)計(jì)導(dǎo)則

3.4.1 住宅屋頂設(shè)置太陽(yáng)能光伏板系統(tǒng)

在胡志明市，需要根據(jù)規(guī)劃要求考慮如何在住宅屋頂上布置太陽(yáng)能光伏板系統(tǒng)。相關(guān)太陽(yáng)能光伏板安裝的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：

適當(dāng)高度：在建筑物的屋頂上。

適合方向：南向。

適用坡度：15—20°。

最小適宜的屋頂面積：根據(jù)平均8 m2/kW的太陽(yáng)能光伏板的大小，尺寸需與屋頂邊緣匹配。

為了確定建筑物可以獲得高太陽(yáng)輻射能的屋頂形狀，通常使用的主要參數(shù)是縱橫比和具有合理斜率的屋頂面積[22]?？v橫比（圖5）的定義為赤道面向正面寬度（W）和外側(cè)面（D）的比率。在這項(xiàng)研究中，這個(gè)比例將結(jié)合由越南建設(shè)部2008年頒布的“越南建筑規(guī)范，區(qū)域，城市規(guī)劃和農(nóng)村住宅規(guī)劃2008（QCXDVN01：2008/BXD）”來(lái)分析使用太陽(yáng)能的最節(jié)能的建筑屋頂形狀設(shè)計(jì)方案。研究提出了3種縱橫比，并且分析每種縱橫比的值以評(píng)估太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的潛力。每個(gè)長(zhǎng)寬比的值都用聯(lián)排別墅和獨(dú)立式住宅兩種類型分析，結(jié)合建筑形狀如矩形（U和L形狀），以及屋頂類型（平屋頂、山墻屋頂、棚屋頂和四坡屋頂）來(lái)推算潛力。結(jié)果如下：

具有高于或等于67.5 m2的地點(diǎn)，屋頂形狀為朝南的平屋頂，最好可安裝高于或等于3 kW的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（W/D<1）：50 m2以下的地段或四坡屋頂為不合適的區(qū)域。

（W/D=1）：面對(duì)東西山墻屋頂和金字塔屋頂（W≤12 m）不合適。

（W/D>1）：面對(duì)東西的山墻屋頂或低于50 m2的地段不合適。

對(duì)于多個(gè)U或L形狀屋頂?shù)姆课?，屋頂邊緣的尺寸需要滿足以下條件：

其中a，b是太陽(yáng)能光伏板側(cè)面的尺寸；P是太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的容量；W1，W2，D1，D2是南向屋頂?shù)某叽纭?/p>

圖4 胡志明市SDG的設(shè)置資料來(lái)源：作者自繪。

圖5 太陽(yáng)能設(shè)計(jì)的橫縱比資料來(lái)源：參考文獻(xiàn)[23]。

圖6 街道上CES上安裝的最小寬度資料來(lái)源：作者自繪。

圖7 研究案例的位置資料來(lái)源：作者自繪。

3.4.2 社區(qū)的能源存儲(chǔ)—蓄電設(shè)備的規(guī)劃設(shè)計(jì)將CES設(shè)備納入城市地區(qū)和確定設(shè)置地點(diǎn)，需要考慮道路系統(tǒng)、步行者的步行、安全距離以及諸如歷史地區(qū)的景觀影響等因素，并參考越南城市道路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)規(guī)范TCXDVN104：2007[23]。首先，CES設(shè)備和雙向輪椅交通通道的最小寬度分別為3 m和1.5 m。因此，所需的街道寬度為4.5 m（圖6）。4.5 m以上街道的兩側(cè)，最適宜CES設(shè)備的安裝。然而，在4.5 m寬以下的街道，則需要增加寬度，這將導(dǎo)致土地占用和補(bǔ)償措施。CES的安裝位置根據(jù)適用范圍劃分為適合的、可用的和不恰當(dāng)?shù)?。近鄰社區(qū)低層別墅區(qū)的街道安裝CES設(shè)備，地點(diǎn)可包括如下3種基本類型。

類型1：街道寬度大于或等于4.5 m——最適合安裝CES的位置；

類型2：街區(qū)面積S低于100 m2和街邊寬度Ws等于4 m；

類型3：街區(qū)面積S大于100 m2和街邊寬度Ws等于4 m。

CES設(shè)備安裝的設(shè)計(jì)考慮取決于城市道路系統(tǒng)的水平、街道的寬度與住宅的房屋類型。此外，使用CES設(shè)備可以通過(guò)增加行人和社區(qū)空間的綠化空間，改善CES設(shè)備對(duì)街道景觀的影響。

4 胡志明市案例中的可行性分析

4.1 建設(shè)SDG系統(tǒng)的選址和確定戰(zhàn)略目標(biāo)

選定的地理位置（圖7）位于西貢南部的“富美洪新市中心”，這是一個(gè)人口密度較低的新型綜合城市開(kāi)發(fā)區(qū)。這一地方的規(guī)劃目標(biāo)是建造一個(gè)現(xiàn)代化的城市，為中高級(jí)階層提供高質(zhì)量的城市居住空間，并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。在胡志明市人民委員會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，這個(gè)地區(qū)由富美洪公司管理，富美洪公司占有70%的資本，而另一個(gè)在人民委員會(huì)下運(yùn)作的組織則占有30%的合法資本[24]。SDG和 SGS在該地區(qū)的應(yīng)用存在許多有利條件：一是投資的成本由政府組織和非政府組織共同承擔(dān)；二是低密度的新住宅開(kāi)發(fā)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施齊全，有利于將新的SDG設(shè)施融入城市空間中。

4.2 評(píng)定

（1）位置分析

基于土地利用、地塊與建筑分布分析、街道兩邊的設(shè)施導(dǎo)入可能性分析（表2），可以看出該地區(qū)為SDG的實(shí)施提供了兩個(gè)優(yōu)勢(shì)條件：一是因?yàn)榇蟛糠值慕ㄖ际悄媳背虿⑶矣泻艽蟮奈蓓斆娣e，故住宅適合導(dǎo)入太陽(yáng)能光板系統(tǒng)；二是公共空間和人行道的寬度便于安裝CES設(shè)備，且不會(huì)影響到行人的步行空間（圖8）。

表2 土地利用、地段與建筑的情況

表3 居民電源消費(fèi)

（2）能源分析

能源分析主要計(jì)算該項(xiàng)目中現(xiàn)有屋頂面積能產(chǎn)生的太陽(yáng)能電量和居民未來(lái)的電力消耗需求。根據(jù)越南建筑規(guī)范（2008年）中每個(gè)居民和每個(gè)住戶的消耗電力需求（表3）來(lái)計(jì)算屬于最高電力需求的SDG設(shè)備導(dǎo)入地區(qū)。為了確定光伏板安裝的凈屋頂面積，在結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩硇畔⒑偷匦翁卣骱笥肁rcGIS計(jì)算太陽(yáng)輻射能數(shù)據(jù)。所獲得的地圖（圖9）描述了地面上的年度太陽(yáng)輻射能分布特征。從圖中可以看出，選定區(qū)域的年太陽(yáng)輻射能約為1 690 kWh/m2/y。

基于現(xiàn)有的屋頂面積來(lái)預(yù)測(cè)每年在SDG系統(tǒng)中生產(chǎn)的能量如下式[14]：

年度光伏發(fā)電量=PR×Me×Vst×(A×Gr×365)

其中，光伏系統(tǒng)PR的表現(xiàn)比=0.75；光伏組件效率Me=0.13；在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的太陽(yáng)輻射值VST=1 kWh/m2；光伏安裝A m2的可用屋頂區(qū)；胡志明市的Gr的太陽(yáng)總輻射=1 690 kWh/m2/y。

圖8 案例街區(qū)資料來(lái)源：作者自繪。

圖9 全年度太陽(yáng)輻射資料來(lái)源：作者自繪。

在胡志明市安裝太陽(yáng)能光板，需要滿足胡志明市的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的考慮。表4對(duì)太陽(yáng)輻射產(chǎn)量的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行了估計(jì)。從上述節(jié)能住宅的需求評(píng)估和基于屋頂面積的年產(chǎn)量預(yù)測(cè)中，可以看出現(xiàn)有的屋頂面積在收集光伏系統(tǒng)太陽(yáng)輻射上擁有巨大潛力，可以產(chǎn)生滿足居住區(qū)電力需求20年的電量。

（3）新城市設(shè)計(jì)模型

根據(jù)該地區(qū)戰(zhàn)略目標(biāo)、地理位置和太陽(yáng)能分析，本文提出了新的城市設(shè)計(jì)方案。假設(shè)CES設(shè)備的安裝過(guò)程和維護(hù)操作是由第三方或政府投資。為了確定胡志明市的最佳SDG參數(shù)，表5提供了4種政策情景來(lái)測(cè)定導(dǎo)入SDG的效果。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)在這個(gè)區(qū)域的情況有如下3項(xiàng)備選方案：

方案A：根據(jù)當(dāng)前越南政府的政策和計(jì)劃，每家的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)將有2—3 kW，每家自行支付，沒(méi)有政府補(bǔ)貼。

方案B：每家的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)將有2—3 kW，政府補(bǔ)貼20%。

方案C：太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)將有2—5 kW每戶的存儲(chǔ)能力，以從這個(gè)區(qū)域的大量屋頂面積中獲得最高的能源效率。因此，該地區(qū)的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)將假定整個(gè)SDG系統(tǒng)是由胡志明電力總公司（EVN胡志明市）的公用事業(yè)公司占有。在這種情況下，投資者將要與戶主簽訂協(xié)議來(lái)租賃住戶屋頂面積來(lái)生產(chǎn)太陽(yáng)能。

方案A和B的新城市模型如圖10a）所示。3 kW太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)被安裝在聯(lián)排住宅和獨(dú)立式住宅中。方案C中包含的不同類型太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)如圖10b）所示。方案的不同主要體現(xiàn)在投資回收期、高效能源平衡評(píng)估好和基于政策的太陽(yáng)能生產(chǎn)途徑。

方案C將用于CES實(shí)施和評(píng)價(jià)，CES設(shè)備的安裝位置有C1和C2兩個(gè)備選方案，不同點(diǎn)在于CES設(shè)備的安裝位置以及其優(yōu)缺點(diǎn)的評(píng)價(jià)。方案C1（圖11a））中，CES設(shè)備被安裝在距離客戶距離最短的住宅周圍位置。因此，在這個(gè)方案中不同類型的道路將被分析和評(píng)價(jià)。方案C2（圖11b））中，CES設(shè)備將根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則被安裝在道路上，這些路面被分成安裝區(qū)域和人行區(qū)域兩部分。

5 實(shí)施評(píng)價(jià)

表6和表7顯示了經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、投資回報(bào)期、能源平衡效率、城市環(huán)境質(zhì)量等維度的評(píng)定結(jié)果。經(jīng)濟(jì)利益評(píng)估方面，在公用事業(yè)公司占據(jù)所有SDG系統(tǒng)投資份額的情況下（方案三），SDG的總花費(fèi)將包括設(shè)備、施工工藝、操作、維護(hù)期限25年的成本、住宅屋頂?shù)淖饨?。為了滿足住戶的高接受度，本研究假定租賃的費(fèi)用等于提高的電價(jià)。因此，需要制定能源補(bǔ)助政策，鼓勵(lì)投資者擴(kuò)大城市地區(qū)的太陽(yáng)能系統(tǒng)建設(shè)。

表4 對(duì)現(xiàn)有的屋頂太陽(yáng)能生產(chǎn)估計(jì)結(jié)果

表5 場(chǎng)景設(shè)計(jì)方案說(shuō)明

圖10 a） 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)方案A和B資料來(lái)源：作者自繪。

圖10 b） 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)方案C資料來(lái)源：作者自繪。

對(duì)于C1和C2兩種CES設(shè)備布置城市設(shè)計(jì)方案，一些地方存在產(chǎn)權(quán)問(wèn)題，需要進(jìn)行更新補(bǔ)償。然而該區(qū)域土地成本高昂，基于現(xiàn)有的土地成本和房屋租賃價(jià)格，公用事業(yè)公司根據(jù)合同每年將支付房東200 美元/m2的CES設(shè)備安裝費(fèi)用。

SDG系統(tǒng)實(shí)施評(píng)估的結(jié)果也反映出經(jīng)濟(jì)與管理方面因素的重要性。3 kW太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)若在25年項(xiàng)目投資期內(nèi)得不到政府或其他組織的支持，投資回收期約為30年。但越南制定了城市太陽(yáng)能利用的稅收政策，這樣一來(lái)SDG系統(tǒng)會(huì)因稅收增加而縮短投資回收期，提高經(jīng)濟(jì)效益和利潤(rùn)。若政府為客戶提供資金和稅收支持，SDG在發(fā)達(dá)國(guó)家和高收入人口占比較高的城市地區(qū)更易于推廣。此外太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用會(huì)因?yàn)橐恍┎磺‘?dāng)建設(shè)中而受到限制。

當(dāng)節(jié)能平衡比大于1時(shí)，SDG系統(tǒng)更適用于電耗較高的住宅，可生產(chǎn)電力分享到國(guó)家電網(wǎng)。SDG不僅需要滿足居住區(qū)的電力需求，更可以結(jié)合太陽(yáng)能街道節(jié)能燈光系統(tǒng)進(jìn)行道路照明。CES的安裝位置、設(shè)計(jì)理念需要考慮到道路等級(jí)、清洗工作的便利性、對(duì)人流的影響、跟客戶人群的適當(dāng)安全距離等多方面因素。

表6 投資回收期和能源效率的結(jié)果

圖11 a） CES設(shè)備安裝方案C1資料來(lái)源：作者自繪。

圖11 b） CES設(shè)備安裝方案C2資料來(lái)源：作者自繪。

表7 方案的實(shí)施評(píng)估

6 小結(jié)與討論

本文以越南胡志明市為例，通過(guò)實(shí)證分析，證明了SDG與SGS系統(tǒng)在鄰里范圍內(nèi)的城市更新項(xiàng)目中應(yīng)用的有效性和開(kāi)發(fā)的可能性。本文創(chuàng)新性地在社區(qū)尺度將SGS新技術(shù)融合到城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的方案與建設(shè)實(shí)施的導(dǎo)則中。研究結(jié)果表明，城市更新項(xiàng)目中，SDG的規(guī)劃過(guò)程是太陽(yáng)能利用設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃與設(shè)計(jì)的結(jié)合，包括4個(gè)步驟：導(dǎo)入SDG設(shè)施的措施、找出具體項(xiàng)目中規(guī)劃過(guò)程的相關(guān)因素、提升設(shè)計(jì)理念和實(shí)施評(píng)估。SDG的發(fā)展是胡志明市的重要戰(zhàn)略方向，胡志明市的案例研究揭示了SDG戰(zhàn)略未來(lái)在城市更新項(xiàng)目中改進(jìn)的方向：一是考慮SDG的應(yīng)用與未來(lái)城市需求的滿足，二是SDG的運(yùn)用需要與具體環(huán)境相結(jié)合。本文最后給出了不同類型太陽(yáng)能光板和CES設(shè)備安裝情況的城市設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)政策情景分析對(duì)方案進(jìn)行比選分析。

SGS的應(yīng)用應(yīng)該關(guān)注社區(qū)太陽(yáng)能利用模式和電網(wǎng)改造的可能性。SGS系統(tǒng)需要與3個(gè)空間層級(jí)銜接。在確定太陽(yáng)能光伏板系統(tǒng)的特性時(shí)，需要基于家庭電力消費(fèi)、太陽(yáng)能發(fā)電效率計(jì)算能源使用的最高效率。在制定CES城市空間安裝設(shè)計(jì)導(dǎo)則時(shí)，需結(jié)合社區(qū)建筑形態(tài)考慮。在政府支持投資者的情況下，SDG在發(fā)達(dá)國(guó)家和高收入人口占比大的地區(qū)實(shí)施效果更佳，因?yàn)檫@些投資者具有較高的經(jīng)濟(jì)潛力。對(duì)于太陽(yáng)能輻射較強(qiáng)和高收入人口較少的地區(qū)，如越南和一些發(fā)展中國(guó)家，若要實(shí)現(xiàn)SDG的高效推廣利用，公用事業(yè)公司需要作為主要投資者，并與業(yè)主、政府進(jìn)行合作。

建立SGS系統(tǒng)存在一些限制。首先，越南政府沒(méi)有建立電價(jià)政策來(lái)激勵(lì)社區(qū)太陽(yáng)能的利用。其次，智能電網(wǎng)和太陽(yáng)能分布式發(fā)電的主要特征是雙向電流，即國(guó)家電網(wǎng)和住宅用戶的雙向輸送，然而目前越南只允許電能從國(guó)家電網(wǎng)單向賣給住宅用戶。因此，對(duì)于越南政府來(lái)說(shuō)，很有必要建立政策機(jī)制，鼓勵(lì)擁有高太陽(yáng)能產(chǎn)量的客戶將電能輸送給國(guó)家，并進(jìn)行電能儲(chǔ)備，促進(jìn)社會(huì)能源的高效運(yùn)用。

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