新動能城市
Dynamic City: the Furture

1. 19世紀下半葉開始,隨著兩次工業革命的興起,生產力提高,人類社會進入高速發展期。

2. 20世紀下半葉開始,隨著材料與信息技術發展,信息收集與處理效率成指數提高,生產力空前提升。人工智能,量子計算,基因 工程,納米材料......

3. 電網仍舊停留在1882年奠定的模式,燃氣網與1881年英國小鎮‘towngas’類似,仍以碳氫化合物為主。能源結構改革與能源 供應模式發展嚴重滯后......

根據我國的能源消費結構以及電力與燃氣使用情況,我們提出以下能源解決方案:
城市規劃
Urban planning
清潔能源clean energy
鼓勵在綠色生態城建設中,將清潔能源區域化應用作為約束性指標,保證綠色生態城區供熱“無煤化”。繼續推進農村地區清潔能源改造。加快推進實施熱電聯產等一批節能技術改造項目(到2020年,燃氣冷熱電聯供系統10.2%),鼓勵有條件的園區和企業發展熱電聯產和冷熱電聯供分布式能源,提高能源利用效率。
舊城更新Old city update
加大環境整治力度,完善基礎設施和公共服務設施配套,改善人居環境,保護傳承城市風貌特色。與軌道線網的建設相結合,以軌道站點周邊區域的更新為啟動點,統籌研究臨近地區的整體更新,實現城市土地開發效益的整體提升。
綠色建筑Green Building
低碳、循環發展和“十三五”時期建筑節能和綠色建筑發展目標,規劃期內可實現累積節約414.81萬噸標準煤。通過建筑節能與綠色建筑三大領域的發展,到2020年可實現每年節約138.27萬噸標煤,減排339.69萬噸二氧化碳。
綠色交通Green traffic
預計到2020年,基本形成安全、便捷、高效、綠色的現代綜合交通運輸體系,基礎設施銜接順暢、運輸服務便捷高效、科技信息化先進適用、資源環境低碳綠色、安全保障可靠有力、行業管理法治文明,為建設宜居幸福的現代化國際城市,率先全面建成小康社會提供強有力地支撐保障。
新動能城市占地約7500畝
核心區5000畝包括:新動能生產區、研發中心、新動能展廳等
配套區2500畝包括:生活區(住宅、教育、醫療等)、商業配套 (大型商超等)

新動能城市整體規劃:堅持協調發展、環境優先的理念,以科學性規劃,構建新動能城市,其中核心區域為新動能產業園區(內含:工業生產區、新動能展廳、研發中心等);生活區(住宅、教育、醫療等)商業配套圍繞著核心區域外展開, 使城市內商務辦公與品味生活相結合。同時,城市內綜合利用氫能源、太陽能、風能等可再生能源以解決能源需求,力求突出科學性、節能性、便利性以及配套完善的新動能城市特點,打造新型城市集群。

能源規劃
Energy planning

城市的能源系統有三個環節,能源的生產(Production,P)、轉換(Utility,U)和消費(Consumer,C)。在P-U-C三個環節上,P提供產品、U提供服 務,一切圍繞C。

同時,城市能源涉及城市-城區-終端(Urban-Community-End Use)三個層面。

  • 生產環節主要在城市層面;
  • 轉換環節主要集中在城市和城區層面,一次能源 → 二次能源(冷、熱、電)、低品位能源(可再生與未利用能源) → 用戶需求對應的能源(熱、冷) 。
  • 終端用戶主要是能源的合理利用。

隨著信息技術與互聯網的發展,逐漸形成一種以現場發電為核心、分布式熱電聯產和可再生能源為主要產能裝置、依托實時高速的雙向信息數據交互的“能 源互聯網” 。傳統以供應側為主導的能源供給模式將被顛覆,處于能源互聯網中的各個參與主體,既是生產者,又是消費者;互聯、共享、效率,成為核心 價值。

國家發改委對分布式發電/分布式能源的定義:
在用戶所在場地或附近建設安裝、運行方式以用戶端自發自用為主、多余電量上網,且在配電網系統平衡調節為特征的發電設施或有電力輸出的能量綜合梯 級利用多聯供設施。
我國已經進入快速城鎮化和經濟轉型的新常態,在氣候變化和能源緊缺的雙重壓力下,分布式能源正轉向多種能源資源的綜合利用,且用戶端更趨節能。
分布式多能源品種(可再生能源和清潔能源)發電,多種形式能源(熱、電、冷、熱水)輸出,電力驅動熱泵,以能源總線集成熱源和熱匯。每一幢建筑既 產能也用能或蓄能,形成多個產能節點,通過能源互聯網共享資源(能源微網模式)。

能源微網
多源系統

綜合利用市政基礎設施的電力、燃氣、熱力及現場發電的可再生能源和熱電聯產系統,并集成利用低品位可再生能源。

系統集成

通過并網方式,將分布在不同建筑的發電系統及熱電聯 產系統的電力聯網;通過能源總線管網,將分布在不同 位置的低品位熱源熱匯等集成聯網。

以熱定電

根據冷熱電聯產的能效和電力驅動熱泵系統的COP(Coefficient Of Performance,即能量與熱量之間的轉換比率,簡稱制熱能效比),確定冷熱電 分攤比例,將建筑冷熱負荷分別由熱泵系統和冷熱電聯產的余熱 系統承擔。

基于互聯網技術的能源管理系統

系統建立在集成、高速雙向通信網絡上,應用先進的傳感器和檢 測技術、控制方法、執行機構以及決策支持技術。

分布式能源解決傳統集中式供電弊端
分布式能源,是指分布在用戶端的能源綜合利用系統。在環境保 護上,將部分污染分散化、資源化,爭取實現適度排放的目標; 在能源的輸送和利用上分片布置, 減少長距離輸送能源的損失,有效提高能源利用的安全性和靈活性。分布式能源具有能效利用合理、損耗小、污染少、運行靈活,系統經濟性好等特點。

以氫能源為核心的分布式綜合能源解決方案

綜合能源系統被認為是未來人類社會能源的主要承載形式,重點是利用可再生能源復合其他能源的形式,實現區域建筑的能源集中供應,實現能源效率優化配置, 優化投資,達到節能減排的目的。

新動能城市的能源布局,將改變傳統以國家電網為主的能源供應模式,減少并盡量擺脫對化石能源的依賴:

  • 以可再生能源為主,將“氫氣”作為能源的載體,有效融入太陽能、風能利用、生物質發電、熱泵技術等,可顯著減少二氧化碳、硫化物、氮氧化物及 其他顆粒物的排放;相比較傳統的天然氣分布式系統,氫燃料分布式系統有著更低的排放指標,環境效益突出。
  • 同時,通過冷熱電聯供,整體效率可到95%,尤其是在CCHP(<5kW,辦公、社區公共設施、商鋪等)應用領域,效率優勢尤其明顯。

在新城能源系統布局中,區域能源中心是各種能源的匯集點和轉化站;基于互聯網技術的能源管理系統,能夠實現不同終端需求情況下的 能源轉換。通過這種方式,極大提高整個系統的能源利用率,實現了能源的梯級利用。


區域能源中心的能源系統圖


氫氣的多種制取來源也納入區域能源系統管理網絡。同時,新動能城市的區域能源站,也是加氫站。


新動能城市與城市更新

新動能城市的建設與發展,將帶動周邊區域的融合發展和整體功能提升,帶來人民生活品質的提升,成為城市更新的一種新模式。 新城建設對城市更新的影響,體現在以下四個方面:

產業

新動能產業的成功導入與發展,會對周邊區域帶來示范效應
新產業給相對低效、高耗能的傳統產業帶來沖擊,帶來產業升級與轉移,促進城市新舊動能轉換

交通

新城的路網建設,對周邊區域的通行起到分支引流作用,緩解原城區的交通壓力;
更低碳排放交通工具的投入使用,能夠極大改善原城區交通運輸污染;

配套

新動能城市的商業設施、教育資源、文體娛樂等配套實施, 因其更現代、更高端,吸引原城區居民的更多使用;
原城區相應設施的更少使用或者閑置,促使該部分業態的 更新,為城市更新釋放空間;

環境

新動能城市的建設,踐行“以氫為載體的分布式能源應用” 為特色,帶來更低碳、環保、宜居的生態理念;
餐廚等生物質垃圾的綜合利用,直接或間接影響原城區的垃圾處理方式,改善生態環境。

城市更新中的能源規劃

城市更新過程中的能源規劃方案,主要涵蓋用戶級及區域級兩個范疇。
用戶級:涉及范圍較小,主要適用于家庭;
區域級:從城市的某片區開始進行改造,如小區、學校、醫院等;逐步擴大至整個城市的能源系統更新。

區域級改造方式

針對居民小區、學校等區域終端用戶設置小型的氫能源站;因地制宜,綜合利用太陽能、生物質原料等,結合天然氣管網,構建分布式能源系統。
  • ? 通過冷熱電聯供系統降低區域能耗,提高能源綜合利用效率;
  • ? 氫能源站同時是加氫站,為氫燃料電池汽車用戶提供加氫便利。

住宅用燃料電池熱電聯產技術

以燃料電池為核心的微型熱電聯產技術目前正處于商業化推廣階段,系統容量為0.3-25kW,熱電聯產效率可達95%左右。 目前家用微型熱電聯產適用的有質子交換膜燃料電池(PEMFC)與固體氧化物燃料電池(SOFC)。其中,以煤氣、天然氣、生物質氣等碳基燃料工作的固 體氧化物燃料電池(SOFC)已成功實現了示范發電。

能源更新方案

為每一終端用戶(家庭/建筑物)配置一套微型熱電聯產系統:家用儲氫罐/小型戶外制氫 模塊、燃料電堆、鋰電池,和一個戶內智能監控系統面板。
通過儲氫罐或者小型戶外制氫模塊供氫,通過燃料電堆將氫能轉換為電能并儲存至鋰電池, 對終端用電網絡實現供電。通過智能監控面板的實時監控,自動提醒能源服務公司及時更 換儲氫罐,保證終端持續用電。

氫能源在交通領域的應用

氫燃料電池技術在交通領域的應用,可以緩解城市交通污染

目前,氫能源在交通領域已經步入商業化,特別是在公路交通方面。叉車、城市公交、長途客車、城際巴士等,因路線與站點的相對固定,便于在新城內快速推 行;據測算,每輛城市公交車每年可減少碳排放50多噸。

氫能源在軌道交通方面已在我國開始應用,如中國南方鐵路公司/四方公司生產的有軌電車;水路交通方面,燃料電池可使用于內河船只;航空領域方面,氫能源可作為合成燃料的來源。

新動能城市的氫能源交通布局

當前的交通業,幾乎完全依賴于化石燃料,其二氧化碳排放量占總排放量的20%以上,造成了大量溫室氣體排放;將氫能源運用至交通運輸工具上,能夠很大程度解決交通運輸領域的碳排放。

產業規劃
Industrial Park Planning
產業導入

產業園作為產業集群的重要載體和組成部分,能夠有效創造凝聚力,通過資源共享,帶動關聯產業發展,推動產業集群的形成;產業園區和產業集群的良性互動,是城市經濟增長的重要途徑。
氫能源產業是我國的戰略性新興產業,正處在發展的時間窗口。在氫能源產業上的搶先布局,將為城市經濟發展帶來無窮動力。
新動能產業園將導入包括氫能源基礎設施建設項目、氫燃料電池/電堆項目、車用燃料電池系統(發動機)項目、整車研發與運營,以及研究院等眾多項目在內的,涉及氫能源產業鏈上下游的產業集群,也必將集聚國內外氫能源產業相關的企業和專業團隊的入駐。
新動能城市將統籌產業園區、辦公區、生活區、商業區等功能區規劃建設,推進功能混合和產城融合,在集聚產業的同時集聚人口,防止城市空心化。

上游產業
• 制儲運氫材料和設備技術研發中心;
• 氫燃料電池和關鍵零部件技術研發中心;
• 氫燃料電池動力總成系統技術研發中心;
• 固定式氫儲能電站及相關設備技術研發中心;
• 移動式氫儲能設備技術研發中心;
• 高壓氫氣長輸管道技術研發中心。
中游產業
• 制氫設備生產制造企業;
• 儲氫設備生產制造企業;
• 運氫設備生產制造企業;
• 固定式及移動式氫儲能設備生產制造企業;
• 氫燃料電池電堆核心部件和材料生產制造企業。
下游產業
• 汽車工業:氫燃料電池汽車的生產集成車企;
• 電力工業:分布式氫燃料電堆發電設備制造和服務企業;
• 通信工業:通信基站新型氫供能設備生產制造企業;
• 航空航天工業:混合氫燃料精密設備制造企業;
• 醫療保健行業:氫醫療保健產品研發、生產、銷售企業;
• 其他應用行業:氫能無人機、氫能源推廣企業、氫能特色小鎮、氫能監測服務企業等。

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