大數(shù)據(jù)分析視域下溫州綠色能源規(guī)劃與建設研究

【摘要】隨著城市化進程的加速，城市能源結構和消費模式迫切需求轉(zhuǎn)型升級。文章采用了大數(shù)據(jù)分析法，基于多源數(shù)據(jù)集成分析，對溫州市綠色能源現(xiàn)狀與潛力進行了系統(tǒng)評估，識別出了存在的主要問題，并提出了符合溫州市特定環(huán)境需求的綠色能源規(guī)劃與建設策略。這些策略涵蓋規(guī)劃目標設定、規(guī)劃原則、規(guī)劃內(nèi)容及措施等方面，為綠色能源規(guī)劃提供參考。

【關鍵詞】大數(shù)據(jù)；綠色能源；規(guī)劃建設

【中圖分類號】TU982.2 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）10-0054-03

0 引言

在全球環(huán)境問題日益嚴峻以及對可持續(xù)發(fā)展理念越來越重視的大背景下，能源轉(zhuǎn)型已成為發(fā)展低碳城市的重要議題[1]。本研究基于大數(shù)據(jù)分析，研究溫州市綠色能源規(guī)劃與建設策略，探討如何有效利用溫州的綠色能源資源，優(yōu)化能源結構，提高能源利用效率。

1 基于大數(shù)據(jù)分析視域下的溫州市綠色能源儲量現(xiàn)狀

作為浙江省重要的區(qū)域中心城市，溫州市被列為國家低碳城市建設的試點城市。地處沿海的溫州擁有豐富的風能、海洋能、太陽能等新能源資源。溫州陸地風能資源理論儲量150萬 kW，技術可開發(fā)量超過65萬 kW，全市水深0～50 m的海域內(nèi)風電技術可開發(fā)量達580萬 kW左右。其中近海島嶼及沿海突出地帶屬風能資源一類區(qū)，具有風力密度高且均勻等特點。溫州海區(qū)擁有巨大的潮汐能蘊藏量，屬強潮、半日型潮汐，平均潮差4～5 m，最大潮差6～8 m，潮汐能理論裝機容量4 120 MW，共有17處可建潮汐電站的壩址，是全國潮汐能資源最豐富的地區(qū)之一[2]。由此可見，溫州尤其適宜開展海上風電、海上光電和海洋能發(fā)電項目。

2 溫州市綠色能源規(guī)劃與建設存在的問題

溫州市擁有較高的工業(yè)產(chǎn)值和人口密集度，但受傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)用能結構、資源稟賦等因素影響，短期內(nèi)對煤炭的依賴難以改變。根據(jù)2021年溫州市能源與利用狀況統(tǒng)計，2021年溫州市對化石能源的依賴度高達91.3%，且全部依靠外部調(diào)入，而非化石能源在總能源消耗中的比例較低，僅占8.7%左右，綠色能源消費比重低于全省平均水平。此外，經(jīng)濟持續(xù)較快發(fā)展與資源環(huán)境承載力不足的矛盾、公眾對環(huán)境質(zhì)量高訴求與環(huán)境質(zhì)量持續(xù)性改善高難度的矛盾突出，科技創(chuàng)新對綠色能源產(chǎn)業(yè)培育和升級的動能支撐不夠，社會研發(fā)投入強度相對不足，產(chǎn)業(yè)基礎高級化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平有待提升，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對滯后。

3 基于大數(shù)據(jù)分析視域下的溫州市綠色能源規(guī)劃設計

3.1 規(guī)劃目標

規(guī)劃目標是綜合考慮溫州市現(xiàn)有能源結構、能源需求和環(huán)境承載力等因素，制定適合溫州當?shù)氐木G色能源規(guī)劃體系和建設策略。主要包含能源管理和調(diào)度系統(tǒng)，以及有效的評估和監(jiān)測機制等，為溫州市的綠色能源轉(zhuǎn)型提供建設性思路，提高溫州市的能源可持續(xù)性并降低環(huán)境影響，最終為溫州市的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

3.2 規(guī)劃原則

首先是系統(tǒng)整體性原則，強調(diào)將能源系統(tǒng)視為一個互相依存、高度互動的整體，并注重各環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)與優(yōu)化。其次，遵循數(shù)據(jù)驅(qū)動決策原則，利用大數(shù)據(jù)分析對未來趨勢進行科學預測和精準決策，以確保規(guī)劃的有效性和前瞻性。另外，技術創(chuàng)新也是規(guī)劃的一個重要支撐點，特別是在能源儲存和調(diào)度技術方面的創(chuàng)新，不僅推動了能源系統(tǒng)的智能化和高效化，也為能源的可持續(xù)利用提供技術保障。持續(xù)發(fā)展協(xié)調(diào)原則要求規(guī)劃在推進過程中，需平衡好經(jīng)濟增長、能源需求與環(huán)境保護之間的關系，確保社會經(jīng)濟與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。最后，規(guī)劃鼓勵公眾參與，通過提高社會對能源轉(zhuǎn)型的認同感和參與度，共享綠色發(fā)展成果。

3.3 規(guī)劃內(nèi)容

規(guī)劃內(nèi)容涵蓋能源消耗預測、能源轉(zhuǎn)換優(yōu)化和能源分配策略三大方面。首先，通過分析歷史能源數(shù)據(jù)以及關鍵影響因素，如季節(jié)、天氣和經(jīng)濟活動，采用統(tǒng)計分析和機器學習，建立數(shù)學模型預測未來能源需求。其次，利用環(huán)境負荷數(shù)據(jù)，考慮能源類型和使用方式，結合綠色能源分布，制定能源轉(zhuǎn)換策略，優(yōu)化能源結構，促進各能源品種間的互補。再次，分析能源供需的影響因素，并運用優(yōu)化算法制定能源分配策略，有效利用能源，降低能源成本。最后，根據(jù)大數(shù)據(jù)分析結果，制定適合溫州市的綠色能源規(guī)劃與建設策略。

3.4 規(guī)劃措施

首先，通過數(shù)據(jù)可視化，結合土地利用規(guī)劃，針對不同規(guī)劃片區(qū)、不同建筑功能類型，制定適宜的能源供應模式，編制總體層面的低碳能源系統(tǒng)的控制方案或?qū)t。其次，針對綠色能源資源分布，制定有針對性的開發(fā)策略，促進多能互補和一體化發(fā)展，優(yōu)先發(fā)展資源豐富地區(qū)的綠色能源。此外，對高能耗行業(yè)實施綠色能源使用策略，提升能源利用效率，并建立韌性的能源儲存體系以應對用能波動。最后，通過持續(xù)的數(shù)據(jù)收集和分析，了解規(guī)劃措施的實施效果，并進行必要的調(diào)整，確保規(guī)劃措施能及時響應環(huán)境和需求的變化，保障溫州市綠色能源體系的動態(tài)優(yōu)化與持續(xù)發(fā)展。

4 基于大數(shù)據(jù)分析視域下的綠色能源規(guī)劃運用技術

4.1 大數(shù)據(jù)采集技術

本研究的策略制定建立在多源數(shù)據(jù)的采集和分析基礎之上，從各種不同的源頭收集數(shù)據(jù)，包括能源使用數(shù)據(jù)、能源供給數(shù)據(jù)、碳排放數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)等，并對數(shù)據(jù)進行整合完善，以確保數(shù)據(jù)的完整性和準確性。以往類似研究中，有學者采用傳感器網(wǎng)絡、智能電表等物聯(lián)設備采集能耗數(shù)據(jù)，這種方式在技術、成本和覆蓋范圍上都難以應用到整個城市，采集到的數(shù)據(jù)無法完整繪制能耗分布空間。本研究采用IPCC評估法對不同部門的碳排放數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。IPCC法是全球范圍內(nèi)最權威的氣候變化評估方法之一，用IPCC法測算碳排放數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)化為能耗數(shù)據(jù)，可以將可再生能源消費、用于原料的剛需能源消費排除在外，使結果更加科學合理。

4.2 大數(shù)據(jù)分析技術

規(guī)劃建設策略的有效性取決于高質(zhì)量的數(shù)據(jù)分析以及從中提取的有價值信息。本研究在IPCC評估法的基礎上建立數(shù)學模型，結合土地利用矢量數(shù)據(jù)，運用數(shù)據(jù)可視化技術，得出全市碳排放及能耗空間分布。有學者采用人口和夜間燈光密度推測碳排放，但這種方法無法準確推測出工業(yè)用地的實際能耗，IPCC法結合土地矢量數(shù)據(jù)測算碳排放及能耗。過程更復雜，但具有數(shù)據(jù)覆蓋全面，各不同部門（如居民、工業(yè)、商業(yè)等）的數(shù)據(jù)結果精準的優(yōu)點。該技術可以運用在規(guī)劃建設策略制定、實施效果評估、趨勢預測和調(diào)整修改等多個階段。

4.3 “碳夾點”規(guī)劃方法

區(qū)域規(guī)劃層面可以采用“碳夾點”規(guī)劃方法（簡稱“CEPAP”方法），其核心是改變過去單純以增加資源供給來滿足日益增長的能源需求的模式，可以為區(qū)域規(guī)劃層面的能源系統(tǒng)規(guī)劃提供可行的方案，還可確定區(qū)域建筑能源結構，優(yōu)化碳排放目標[3]。“碳夾點”規(guī)劃方法主要包含以下步驟。首先是數(shù)據(jù)收集，全面了解能源消耗情況、碳排放源以及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的相關數(shù)據(jù)。接著設定目標，明確期望達到的碳減排目標。然后構建碳流圖，清晰展示碳在系統(tǒng)內(nèi)的流動路徑和流量大小，運用數(shù)學模型進行分析計算，找出碳約束下的最小能源需求及最優(yōu)能源配置方案。最后，根據(jù)規(guī)劃結果制定具體的實施策略，包括調(diào)整生產(chǎn)流程、采用低碳技術等，并持續(xù)監(jiān)測和評估效果以便及時調(diào)整優(yōu)化。

4.4 能源模型和優(yōu)化技術

城市的能源系統(tǒng)具有復雜性、風險不確定性和多目標化的特點。因此，建立能源模型和優(yōu)化技術可以更精確地幫助制定和實施綠色能源規(guī)劃與建設策略。能源模型包括能源需求模型、能源供應模型、能源系統(tǒng)模型。能源需求模型根據(jù)人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、技術進步、能源價格等因素預測未來的能源需求[4]。能源供應模型基于能源資源的可用性、能源技術的發(fā)展、能源政策等因素，預測未來的能源供應。針對能源系統(tǒng)的復雜性，能源系統(tǒng)模型包含能源生產(chǎn)、能源轉(zhuǎn)換、能源傳輸、能源使用等關鍵環(huán)節(jié)，確保能源系統(tǒng)運行良好[5]。建立能源模型后，優(yōu)化技術包括線性和非線性優(yōu)化、多目標優(yōu)化、隨機優(yōu)化、動態(tài)優(yōu)化等。通過線性和非線性優(yōu)化技術獲得最優(yōu)的解決方案，如最小化能源成本、最大化能源效率等。通過多目標優(yōu)化，在多個目標之間找到平衡。如在降低能源成本、提高效率、減少環(huán)境影響之間找到平衡。隨機優(yōu)化幫助處理風險不確定性，如能源價格的波動、可再生能源的不穩(wěn)定性等。動態(tài)優(yōu)化則主要處理時間相關的問題，如能源需求的季節(jié)性變化、能源設備的壽命等。

4.5 能源儲存和調(diào)度技術

綠色能源的產(chǎn)生往往與需求不同步，因此，能源儲存和調(diào)度技術是決定綠色能源能否推廣應用的關鍵因素。本研究通過大數(shù)據(jù)分析，給出綠色能源規(guī)劃中能源供應鏈的規(guī)劃建設策略，包括能量儲存、能源調(diào)度等。

5 基于大數(shù)據(jù)分析視域下的綠色能源規(guī)劃與建設策略

5.1 總體層面

在總體層面上，基于大數(shù)據(jù)分析視域下的綠色能源規(guī)劃與建設中，關鍵在于建立和完善數(shù)據(jù)采集體系。廣泛收集能源生產(chǎn)、傳輸、消費等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，以及環(huán)境、氣象等相關信息。利用先進的數(shù)據(jù)分析技術精準預測能源需求變化趨勢。以此為基礎，合理規(guī)劃綠色能源項目的布局與規(guī)模，確保能源供應的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。同時，通過大數(shù)據(jù)分析評估不同綠色能源技術的效能和成本，推動技術創(chuàng)新與優(yōu)化，促進綠色能源產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展，助力實現(xiàn)節(jié)能減排的總體目標。

5.2 產(chǎn)業(yè)布局

在能源供給端，制定更有針對性的綠色能源開發(fā)策略，統(tǒng)籌規(guī)劃綠色能源產(chǎn)業(yè)布局，改變目前不同綠色能源之間結合松散的現(xiàn)狀，實現(xiàn)多能互補、一體化開發(fā)通盤考慮，形成完整產(chǎn)業(yè)體系。對數(shù)據(jù)顯示綠色能源資源豐富的地區(qū)，如洞頭等沿海區(qū)域，進行綠色能源優(yōu)先開發(fā)。在能源消耗端，數(shù)據(jù)顯示溫州能源消耗占比大的行業(yè)，包括電力、熱力的生產(chǎn)和供應業(yè)、橡膠和塑料制品業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、電氣機械及器材制造業(yè)、金屬制品業(yè)、紡織業(yè)以及通用設備制造業(yè)等，結合城市空間布局，優(yōu)先在這些產(chǎn)業(yè)片區(qū)推廣綠色能源的使用，以及規(guī)劃相應的清潔能源基礎設施，提高溫州市綠色能源的發(fā)展與用能空間的關聯(lián)度。

5.3 能源儲存

提高能源利用效率，制定韌性的綠色能源儲存體系，對因季節(jié)、氣候、經(jīng)濟活動等因素產(chǎn)生的用能供需不同步、用能波動等情況制定積極的應對策略。溫州風能資源豐富，受季風和洋流的季節(jié)性變化影響，風能資源呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性波動，大多數(shù)地區(qū)的風能資源變化幅度在冬季比夏季更大，冬季的風能潛力呈增長趨勢，而春夏季白天是溫州地區(qū)產(chǎn)業(yè)能耗、居民能耗的高峰時期。以電化學儲能、氫儲能為代表的新型儲能技術，可廣泛應用于電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)，是未來重要的發(fā)展方向。新型儲能技術不僅可以“填谷削峰”，撫平電力供需，還具有響應速度快等特性，能夠涵蓋秒級、小時級、數(shù)周乃至數(shù)月等各種時長的能量儲存和再釋放的場景，從而提升新型電力系統(tǒng)的靈活性，保障電力供應的安全性和穩(wěn)定性。因此，規(guī)劃布局基于新型儲能技術的基礎設施，提升新型能源體系區(qū)域間的互聯(lián)互通能力，可有效調(diào)節(jié)地區(qū)新能源電力的穩(wěn)定供應，促進新能源消納、提升可再生能源的利用效率與可靠水平，形成可再生能源對化石能源的有效替代。

5.4 實施評估和檢測調(diào)整

實施效果評估主要側(cè)重于能源產(chǎn)量、環(huán)境影響、經(jīng)濟效益、社會影響等方面，而監(jiān)測調(diào)整則是通過大數(shù)據(jù)技術，持續(xù)收集和分析數(shù)據(jù)，以便及時了解策略實施的效果，從而進行必要的策略調(diào)整，使城市綠色能源體系不斷適應變化的環(huán)境和需求。

6 結語

綠色能源的開發(fā)和利用不僅可以滿足溫州市的能源需求，還能通過數(shù)據(jù)挖掘技術分析城市居民的使用習慣和需求變化，以便更好地制定相關政策。此外，結合人工智能技術可以預測未來市場需求的變化，有助于企業(yè)做出更好的決策。利用云計算技術實現(xiàn)資源共享，可以減少重復投資，降低成本，從而提升溫州市綠色能源規(guī)劃和建設的質(zhì)量。

參考文獻

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[作者簡介]吳玢（1988—），女，浙江溫州人，碩士，高級工程師，研究方向：城市規(guī)劃、低碳城市、綠色建筑。

[基金項目]溫州市級科技計劃項目“基于大數(shù)據(jù)分析視域下的溫州市綠色能源規(guī)劃與建設研究”（S2023043）