低碳住區(qū)的可再生能源利用

劉立鈞 劉振 田芳

住區(qū)是人們生活、居住的主要場(chǎng)所，透過(guò)低碳社區(qū)建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)更具效果。低碳住區(qū)指在住區(qū)內(nèi)除了將所有活動(dòng)所產(chǎn)生的碳排放降到最低外，也希望透過(guò)生態(tài)綠化等措施達(dá)到零碳排放的目標(biāo)。減少溫室氣體的排放，可以通過(guò)在住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置可再生能源裝置，使居民使用可再生能源，減少對(duì)化石能源的使用，進(jìn)而達(dá)到減少溫室氣體的效果。

全球各地已出現(xiàn)了不少低碳住區(qū)或碳中和住區(qū)，典型的有英國(guó)的貝丁頓(BedZED)、德國(guó)的弗班(VaubanDistrict)和瑞典的維克舍。這些社區(qū)在設(shè)計(jì)之初就考慮到通過(guò)運(yùn)動(dòng)可再生能源來(lái)取代化石能源，進(jìn)而減少二氧化碳的排放。

1 住區(qū)可再生能源(如風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物等)的使用推廣

在低碳住區(qū)中，常規(guī)能源的使用量應(yīng)該控制在小區(qū)總能源使用量的一定比例(如 75%)之下。高效再生和可循環(huán)能源應(yīng)盡量多運(yùn)用于低碳住區(qū)的設(shè)計(jì)中，從而達(dá)到碳減排的目標(biāo)。目前這類(lèi)技術(shù)主要有以下幾種:

1)風(fēng)力發(fā)電:發(fā)展最快、最具工業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的可再生能源技術(shù)。

風(fēng)能是目前開(kāi)發(fā)前景最好的可再生能源。風(fēng)能的利用方式首先是發(fā)電。國(guó)際風(fēng)力發(fā)電發(fā)展趨勢(shì)為:風(fēng)機(jī)技術(shù)不斷改進(jìn)，裝機(jī)容量迅速增加，發(fā)電成本不斷下降。國(guó)外有專家樂(lè)觀的估計(jì)，到2020年，全球風(fēng)力發(fā)電可望占發(fā)電總量的 10%。目前我國(guó)共建成風(fēng)電場(chǎng)24個(gè)，總裝機(jī)容量達(dá)到441MW，至2003年達(dá)到570MW。

住宅一般可采用小型或微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，目前主要供應(yīng)沒(méi)有電網(wǎng)覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)使用，在城市中較少應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電的最大問(wèn)題是受環(huán)境影響大，運(yùn)行不穩(wěn)定。解決這個(gè)問(wèn)題，可以優(yōu)先采取與大型蓄電池相連或采用“風(fēng)力—光伏—電池”互補(bǔ)系統(tǒng)。以光伏電池與風(fēng)輪機(jī)結(jié)合驅(qū)動(dòng)的混合系統(tǒng)效率很高，因?yàn)閮烧呖梢院芎没パa(bǔ):在冬季，陽(yáng)光較弱但風(fēng)力較強(qiáng);在夏季，風(fēng)力雖強(qiáng)但陽(yáng)光較強(qiáng)。

2)光電發(fā)電:把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，如太陽(yáng)能電池等。

太陽(yáng)能光伏技術(shù)產(chǎn)生的能源將成為 21世紀(jì)最重要的清潔能源。太陽(yáng)能光伏技術(shù)即太陽(yáng)能電池技術(shù)近 20年來(lái)的平均年增長(zhǎng)率超過(guò) 30%。太陽(yáng)能電池板砷化鎵的電池現(xiàn)在效率最高，轉(zhuǎn)化效率大于37%，1m2的功率也就是370W，1 h也就是0.37度，普通商用太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率13%～22%，1m2的功率也就是 130W～220W，1 h的功率也就是 0.13度～0.22度。隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的不斷提高，電池成本也在慢慢下降，越來(lái)越多的人會(huì)選用這種清潔能源。尤其是將建筑屋頂(或屋面)與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合，發(fā)展成為功能型建筑材料與構(gòu)件，將是今后發(fā)展的重點(diǎn)。

伊恩·羅蘭的悲壯犧牲幾乎使斯通的探險(xiǎn)計(jì)劃成為泡影。一個(gè)隊(duì)員護(hù)送伊恩的尸體回蘇格蘭。其余的隊(duì)員都憤怒地指責(zé)斯通，說(shuō)他作為隊(duì)長(zhǎng)，對(duì)洞穴著了迷，工作熱心得過(guò)了頭。一時(shí)間，探察隊(duì)里人們的關(guān)系緊張起來(lái)。幸好經(jīng)過(guò)會(huì)議表決后，剩下的隊(duì)員都同意留下，但他們要求攝影師韋斯·史基爾斯把洞穴已知部分用文字記錄下來(lái)。

隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的大量推廣應(yīng)用，光伏與建筑相結(jié)合近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展。光伏與建筑相結(jié)合初期是將一般的光伏方陣安裝在建筑物的屋頂或陽(yáng)臺(tái)上，可以配備蓄電池獨(dú)立供電，也可以通過(guò)與公共電網(wǎng)并聯(lián)，共同向建筑物供電。光伏器件與建筑相結(jié)合的發(fā)展是光伏組件與建筑材料融為一體，采用特殊的材料和工藝手段，將光伏組件做成屋頂、外墻、窗戶等形狀，可以直接作為建筑構(gòu)件使用。

3)地源熱泵系統(tǒng):地源熱泵技術(shù)是一種利用淺層常溫土壤或地下水中的能量作為能源的高效節(jié)能，零污染，低運(yùn)行成本，既可供暖又可制冷并能提供生活熱水的新型熱泵技術(shù)。地表淺層是一個(gè)巨大的太陽(yáng)能集熱器，收集了大量的太陽(yáng)輻射能量。它不受地域、資源、環(huán)境等的限制，幾乎是無(wú)限的可再生清潔能源，是一種節(jié)能、環(huán)保的新型能源利用技術(shù)。

地源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行不產(chǎn)生任何污染物，且噪聲小，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，適宜住宅推廣應(yīng)用。該系統(tǒng)較好地利用了環(huán)境條件而實(shí)現(xiàn)了建筑與自然的共生，同時(shí)又是一種節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)熱量的再循環(huán)利用，可以帶來(lái)舒適的生活環(huán)境，是綠色的建筑技術(shù)，完全符合生態(tài)的設(shè)計(jì)理念。

4)生物能技術(shù):是唯一的既可再生又可儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)哪茉础?/p>

通過(guò)農(nóng)業(yè)的廢料發(fā)電或制造沼氣。全球每年由于光合作用產(chǎn)生的生物質(zhì)約有1 200億t，雖然其中僅1%用作能源，但卻已為全世界提供了 14%的能源，并成為世界上 15億人口賴以生存的主要能源。許多國(guó)家都制定了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)生物質(zhì)研究計(jì)劃(如日本的“陽(yáng)光計(jì)劃”、印度的“綠色能源工程”等)。在沼氣技術(shù)、生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)和生物質(zhì)液體燃料技術(shù)等均取得較大的發(fā)展。

我國(guó)早在 20世紀(jì) 50年代就在農(nóng)村推廣沼氣(甲烷)的開(kāi)發(fā)利用。到 2008年年底，戶用沼氣池已達(dá) 2 800多萬(wàn)口，沼氣年利用量達(dá)到了約 120億m3。2006年 12月，國(guó)內(nèi)第一家秸稈直燃生物發(fā)電廠在單縣正式并網(wǎng)發(fā)電。到 2007年年底，全國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)300萬(wàn)kW。

5)熱電聯(lián)產(chǎn):在同一生產(chǎn)過(guò)程中，既生產(chǎn)電量又生產(chǎn)熱量。

太陽(yáng)能熱利用已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的可再生能源技術(shù)。太陽(yáng)能熱技術(shù)包括:低溫太陽(yáng)能熱水和熱空氣技術(shù)、太陽(yáng)能空調(diào)采暖技術(shù)、高溫太陽(yáng)能動(dòng)力和太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)等，其中太陽(yáng)能熱水器已經(jīng)成為產(chǎn)量最大、覆蓋最廣的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)，在提供生活熱水和工業(yè)低溫?zé)崴矫姘l(fā)揮著重大的作用。

隨著城市的發(fā)展，一方面建筑密度日益增加，城市住宅在向高層化發(fā)展，有限的建筑空間難以安裝足夠多的傳統(tǒng)型太陽(yáng)能熱水器;另一方面，傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱水器在一定程度上影響了城市的美觀。太陽(yáng)能熱水器與建筑一體化是綠色能源和生態(tài)建筑理念的有機(jī)結(jié)合，將成為未來(lái)太陽(yáng)能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

使用以上技術(shù)的目標(biāo)是希望通過(guò)使用像風(fēng)能和太陽(yáng)能這樣的可再生能源，減少燃燒煤炭或石油等不可再生能源，從而減少對(duì)化石燃料的使用，減少空氣污染、水體污染和固體廢棄物污染，減小運(yùn)行中的維修問(wèn)題。

2 我國(guó)低碳住區(qū)中可再生能源發(fā)展所遇問(wèn)題

2.1 可再生能源與節(jié)能減排之間的關(guān)系

雖然可再生能源具有諸多優(yōu)點(diǎn)且技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，但在短時(shí)期內(nèi)我們的主要能耗還是來(lái)源于化石能源。短時(shí)間內(nèi)可再生能源還無(wú)法取代化石能源。因此僅希望通過(guò)依靠可再生能源，不能解決 2020年的二氧化碳減排問(wèn)題。

目前來(lái)說(shuō)，節(jié)能減排仍舊是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的唯一途徑，我們應(yīng)該走“節(jié)能減排為主，可再生能源為輔”的發(fā)展路線。

2.2 可再生能源的“全生命周期”使用

可再生能源的使用具有一定的局限性，以太陽(yáng)能利用為例。太陽(yáng)能是間斷性、不穩(wěn)定能源，如果使用也可以是間斷性的(像太陽(yáng)能熱水器)，加之價(jià)格也適當(dāng)，普及推廣就很容易;如果使用是連續(xù)性的、穩(wěn)定的，或者與太陽(yáng)能的產(chǎn)生時(shí)間上下不同步(如白天太陽(yáng)能發(fā)電晚上電燈照明)，為了保證使用，必須有另外的使用常規(guī)能源的備用系統(tǒng)。目前很多家庭雖然安裝了太陽(yáng)能熱水器，但為了保證陰雨天和動(dòng)態(tài)的使用，又安裝了電熱水器等，為了一個(gè)使用功能，卻配置了兩套系統(tǒng)，一方面增加了投資，另一方面也增加了生產(chǎn)制造另一套設(shè)備所消耗的能源和資源。這時(shí)就要按“全生命周期”來(lái)計(jì)算。

小規(guī)模的個(gè)體太陽(yáng)能發(fā)電(及風(fēng)力發(fā)電)需要能夠在發(fā)電時(shí)可以把發(fā)的電匯入電網(wǎng)，電網(wǎng)予以收購(gòu)，在沒(méi)有太陽(yáng)和風(fēng)而又要用電時(shí)，從電網(wǎng)購(gòu)取。在德國(guó)，收購(gòu)價(jià)還高于購(gòu)買(mǎi)價(jià)。這一方面是技術(shù)問(wèn)題(已經(jīng)可以解決)，另一方面是電網(wǎng)管理和體制問(wèn)題。

目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電還存在生產(chǎn)硅晶片耗能高、效率低、污染大等的問(wèn)題，未能大量推廣，更不能在中國(guó)生產(chǎn)硅晶片出口發(fā)達(dá)國(guó)家。能耗和污染留在中國(guó)，讓發(fā)達(dá)國(guó)家用“清潔能源”，減少二氧化碳。

3 結(jié)語(yǔ)

“低碳”是我們未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市發(fā)展的必經(jīng)之路。伴隨著城市化的發(fā)展和城市的大規(guī)模建設(shè)，我們應(yīng)該在保證節(jié)能減排的前提下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。我國(guó)的可再生能源尚處于發(fā)展中的階段，因此節(jié)能減排仍舊是我們發(fā)展的方向。隨著時(shí)代的發(fā)展，可再生能源的運(yùn)用將更多的在我們的日常生活中實(shí)現(xiàn)，將漸漸取代化石能源?！暗吞肌辈粦?yīng)該是阻止我們發(fā)展經(jīng)濟(jì)的障礙，應(yīng)該是促進(jìn)我們經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和城市化的良好方式。中國(guó)未來(lái)發(fā)展情景分析表明，只有采用低碳發(fā)展模式，才有可能在 2040年之前實(shí)現(xiàn)能量需求與二氧化碳排放總量?jī)魷p少，也才有可能在 2050年當(dāng)中國(guó)基本完成城鎮(zhèn)化進(jìn)程之前出現(xiàn)能源消耗和二氧化碳排放矛盾基本緩解局面。

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