1 研究背景

 

  國際能源署（I E A ）2 0 0 9 年發(fā)布的一份報告認為，城鎮(zhèn)排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放總量的七成左右，因此城鎮(zhèn)應在減少溫室氣體排放以及應對氣候變化問題上發(fā)揮關鍵作用。經(jīng)分析證明，由于人們已經(jīng)意識到氣候變化帶來的嚴重后果，因此各國政府的減排措施得到越來越多城鎮(zhèn)居民的支持，這預示著城鎮(zhèn)可以在應對氣候變化方面大有作為。

 

  近年來，鑒于傳統(tǒng)化石能源對環(huán)境的污染問題及資源日漸枯竭的趨勢，新能源與可再生能源城市日益成為國內(nèi)外城市建設的熱點。

 

  可再生能源城市是指電力、交通、供熱與制冷等方面能源消費以可再生能源為主的城市，可再生能源城市重視可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但核心是“技術應用”，而不是“產(chǎn)品制造”。新能源城市包括可再生能源城市，新能源城市不僅使用可再生能源，也使用核能、氫能等新能源。

 

  基于對核能的日益排斥，歐美國家一般強調(diào)建設“可再生能源城市”，如，澳大利亞政府計劃建設7 座開拓性的“太陽能城市”，美國密蘇里州的哥倫比亞市建設可再生能源電力城市等。

 

  而我國由于能源消費需求巨大，單獨依賴可再生能源難以滿足需求，需要重視核能等新能源的應用，因此，我國一般倡導的是建設“新能源城市”。

 

  近年來，國內(nèi)很多城市爭相打造“太陽能城市”、“可再生能源建筑應用示范城市”、“風能城市”、“新能源城市”、“新能源汽車示范城市”及“低碳城市”等。

 

  國家能源局也將新能源城市建設納入“十二五”可再生能源規(guī)劃，計劃建設100 座新能源城市，1000個新能源示范園區(qū)，以推動新能源技術在城市中的規(guī)?；瘧?。

 

  在世界各地大力建設新能源與可再生能源城市的過程中，“100% 可再生能源城市”概念也被提出，并受到廣泛關注。

 

  “100％可再生能源”是指零化石燃料及零核能燃料，是可再生能源城市的最高級形態(tài)。從狹義上理解，電力、交通、供暖與制冷三大領域的能源消費完全使用可再生能源的城市才能被稱為1 0 0 % 可再生能源城市。但從廣義上理解，1 0 0 % 可再生能源城市既可以涵蓋城市所有能源消費領域，也可以是一個領域或某種能源類型，如，1 0 0 % 可再生能源電力城市、100% 可再生能源建筑城市及100% 太陽能城市等。

 

  在研究方面，歐美國家近年來發(fā)布了一系列的關于1 0 0 % 可再生能源城市的研究報告，如世界未來理事會2010 年發(fā)布的研究報告——《100% 的可再生能源—超越—城市》。同時，也有眾多的關于1 0 0 % 可再生能源方面的研究報告，雖說這些報告不是針對城市，但也可供研究參考，如世界自然基金會2011 年發(fā)布的研究報告——《2050 年100% 可再生能源》、歐洲新能源協(xié)會2010 年公布的《重新思考2050》報告等。

 

  國際上專門研究1 0 0 % 可再生能源城市的論文與專著數(shù)量不多，但有一些研究可再生能源城市、零碳城市、1 0 0 % 可再生能源等相關方面的論文與專著，內(nèi)容涉及1 0 0 % 可再生能源的理論、方法與經(jīng)驗等。其中，影響較大的是馬克·Z·雅各布森 和馬克·A·德盧基發(fā)表在2009 年11 月出版的《科學美國人》上的《到2030 年的可持續(xù)能源之路》一文。

 

  同時，另有大量研究可再生能源電力、可再生能源交通、可再生能源供熱與制冷等方面的文獻可供研究參考。

 

  國際上研究1 0 0 % 可再生能源城市的網(wǎng)站主要有“http://www.go100percent.org/cms/”及“http://www.100percentrenewables.eu/”等，網(wǎng)站上介紹了大量典型城市案例。

 

  國內(nèi)對1 0 0 % 可再生能源城市的研究較少，主要是一些介紹國外1 0 0 % 可再生能源城市建設實踐的新聞以及對國外文獻的翻譯，如余岳峰等人發(fā)表在2009 年第4 期《上海節(jié)能》上的《丹麥腓特烈松市能源城1 0 0 % 可再生能源城——未來城市可再生能源之路》，以及李月翻譯的丹麥亨利克· 隆德（Henrik Lund）博士的專著——《可再生能源系統(tǒng)：1 0 0 % 可再生能源解決方案的選擇與模型》等。

 

  研究性成果相對缺乏，只有少數(shù)幾篇相關研究文獻，如趙繼龍和李冬發(fā)表在2009 年16 期《商場現(xiàn)代化》上的《零碳城市理念及設計策略分析》等。

 

  在我國積極開發(fā)利用可再生能源及大力推動新能源城市建設的大背景下，一些有條件的區(qū)域?qū)㈤_始1 0 0 % 可再生能源城市的建設。結(jié)合國外理論與實踐，研究1 0 0 % 可再生能源城市的建設模式，探索適合我國城市當前實際情況及未來發(fā)展趨勢的1 0 0 % 可再生能源城市建設路徑，為我國城市應對化石能源危機積累經(jīng)驗具有很強的必要性。

 

  2 100% 可再生能源城市建設現(xiàn)狀

 

  十年前，區(qū)域、城市和企業(yè)設定的20% 可再生能源利用目標，就被認為是最前沿的。很少有人相信，幾十年后能實現(xiàn)一個更高的目標，任何人都認為，100％可再生能源目標是激進的。然而到今天，在歐洲大部分地區(qū)及美國，以及越來越多的發(fā)展中國家，1 0 0 ％可再生能源的發(fā)展目標正在成為人們努力的方向。

 

  近年來， 歐美一些發(fā)達國家的城市提出了1 0 0 % 可再生能源目標，并采取一系列積極的推進措施，部分國家已建成一些帶有典型示范意義的1 0 0 % 可再生能源城市（見表1 ）。

 

  同時，國外也有大量城鎮(zhèn)提出了建設1 0 0 % 可再生能源城市的目標，如德國柏林、慕尼黑、班貝格市，美國舊金山、夏威夷，丹麥哥本哈根市、腓特烈松市、森訥堡市，瑞典的哥特蘭島等。

 

  我國也有城市開始積極探索建設1 0 0 % 可再生能源城鎮(zhèn)的可能性及路徑。如，根據(jù)上海市規(guī)劃，“十二五”期間，崇明將建成一批風能、太陽能和生物質(zhì)能發(fā)電項目，投資主要來自政府和國家電網(wǎng)，裝機容量將占全島能耗的4 0 % 。到2 0 2 0 年，可再生能源電力裝機將達到3200 MW 以上，相當于30 座上海東海大橋風電場的裝機規(guī)模；崇明飽和負荷約為1 0 0 0 M W ，具備了零碳輸入的條件。

 

  3 國外100% 可再生能源城市的主要模式

 

  從目前國際上的實踐經(jīng)驗來看，1 0 0 % 可再生能源城市有多種不同的模式，可以采取不同的分類方法予以區(qū)分。

 

  3.1 完全型與專項型

 

  從城市實現(xiàn)100% 可再生能源的程度來區(qū)分，可分為完全型與專項型。在建設100% 可再生能源城市時，一般都采用專項型與完全型兩種模式進行規(guī)劃。

 

  完全型主要是指城市各方面的能源消費都來自

 

  可再生能源。城市能源消費主要集中在電力、交通、供暖與制冷三大領域，這三大領域的能源消費都使用可再生能源才能被稱為完全型。由于完全型實現(xiàn)較困難，這種模式適用于德國小鎮(zhèn)達爾德斯海姆一類的小型城鎮(zhèn)，及少數(shù)可再生能源開發(fā)基礎較好的大中城市，特別適用于那些地處偏遠的小城鎮(zhèn)或孤島，如丹麥薩姆索島等。目前完全型模式的主要難點在于交通領域的1 0 0 % 可再生能源化。

 

  專項型主要是指在電力、交通、供暖與制冷三大領域的一個或兩個領域?qū)崿F(xiàn)1 0 0 % 可再生能源。

 

  目前，國際上所謂的1 0 0 % 可再生能源城市，主要是指1 0 0 % 可再生能源電力城市。由于專項型實現(xiàn)相對容易，適用于各種類型的城市，特別是對大中型城市來說，這種模式更具可操作性。

 

  3.2 低碳型與零碳（碳中和）型

 

  從碳排放的角度區(qū)分，可分為低碳型和零碳（碳中和）型。

 

  低碳型是指碳排放量較低的1 0 0 % 可再生能源城市。一般是指在城市電力、交通、建筑、供熱或制冷等領域中，一項或多項實現(xiàn)1 0 0 % 可再生能源的城市。這類城市的實現(xiàn)相對容易，其中，100% 可再生能源電力城市是主要建設模式。如舊金山提出的2 0 2 0 年實現(xiàn)1 0 0 % 綠色電力目標。

 

  零碳（碳中和）型是指城市不僅通過100% 使用風能、太陽能、沼氣及海洋能等可再生能源，大力減少碳排放，并通過植樹等措施予以“中和”余下的二氧化碳。該類城市一般同綠色城市、生態(tài)城市建設聯(lián)系較密切，實現(xiàn)難度較大。如哥本哈根市提出的2025年成為世界上第一個零碳排放城市目標。

 

  3.3 能源自給自足型與部分依賴外購型

 

  從能源供給的能力進行分類，可分為能源自給自足型與部分依賴外購型。

 

  能源自給自足型是指城市自身生產(chǎn)的可再生能源足以滿足城市的能源需求。該種模式適用于地處偏遠，可再生能源資源又較為豐富的小城鎮(zhèn)或孤立的島嶼，且該類城鎮(zhèn)一般沒有鋼鐵廠等大的能耗企業(yè)。如已經(jīng)實現(xiàn)1 0 0 % 可再生能源供給的丹麥薩姆索島等。

 

  部分依賴外購型是指城市本地的可再生能源供應不能滿足城市的能耗需求，需要從外地購買部分甚至全部綠色電力及生物柴油等。這種模式的特點是城鎮(zhèn)規(guī)模大，或者區(qū)域內(nèi)可再生能源資源相對缺乏，在建設該類型的1 0 0 % 可再生能源城鎮(zhèn)時，需要考慮周圍區(qū)域可再生能源的供給情況，以及如何降低購買成本。

 

  3.4 交通便利型與偏遠孤立型

 

  從城市地理位置特點來區(qū)分，可分為交通便利型與偏遠孤立型。

 

  交通便利型城市利用外地能源較為容易，成本也相對較低，在自身可再生能源供給不足的情況下，可考慮外購措施。

 

  由于偏遠孤立型特別是獨立島嶼型城鎮(zhèn)的能源供給相對獨立，人口規(guī)模小，對可再生能源需求較少，實現(xiàn)1 0 0 % 可再生能源也相對容易。該類城市的最大特點是強調(diào)能源的獨立性，在充分利用本地風能、太陽能及潮汐能的基礎上，實現(xiàn)能源自給。如全球首個1 0 0 % 可再生能源島嶼——西班牙耶羅島、丹麥的薩姆索島與洛蘭島等。

 

  3.5 單一能源類型

 

  從可再生能源類型的角度來區(qū)分，可分為太陽能城市、生物質(zhì)能城市、風能城市和地熱能城市等。

 

  該類城市的特點是，城市所在區(qū)域的某一種可再生能源資源極其豐富，其中，由于太陽能光伏發(fā)電適用的廣泛性，1 0 0 % 太陽能城市最有可能實現(xiàn)。如世界第一座太陽能發(fā)電城市——白考克牧場市，就位于被稱為“陽光之州”的佛羅里達州；美國第一個1 0 0 % 風力發(fā)電城市——巖石港市位于密蘇里州，由美國能源部出版的自然資源分布圖顯示，該區(qū)域是密蘇里州風力資源極其豐富的地區(qū)。

 

  3.6 大中城市型、小城鎮(zhèn)型與社區(qū)類型

 

  按城市大小劃分，可分為1 0 0 % 使用可再生能源的大中城市、100% 使用可再生能源的小城鎮(zhèn)，以及1 0 0 % 使用可再生能源的社區(qū)等。

 

  建設1 0 0 % 可再生能源城市需要從社區(qū)做起，社區(qū)面積雖小，但在空間布局等規(guī)劃方面，應是一個城市的縮小版。例如，英國“貝丁頓零化石能源發(fā)展”社區(qū)的設計理念就是圍繞“零碳”二字，整個小區(qū)只使用可再生資源，就能滿足居民生活所需。

 

  主要措施包括：成本低廉的示范建筑、零能耗的采暖系統(tǒng)、零排放的能源供應系統(tǒng)、循環(huán)利用的節(jié)水系統(tǒng)和綠色出行模式等。

 

  3.7 能源替代型與全新規(guī)劃型

 

  從城市新舊的角度來區(qū)分，可分為傳統(tǒng)城市能源替代型與一次性新規(guī)劃城市。

 

  傳統(tǒng)能源替代型，是指用可再生能源替代城市原來使用的化石能源，改變城市能源結(jié)構，絕大多數(shù)城市在構建1 0 0 % 可再生能源城市時，都將采用這種模式。

 

  全新規(guī)劃型，是指在新建或重建的城市中，不受原有城市能源利用模式的制約，全新規(guī)劃可再生能源能源的利用。如沙漠里的零碳城市——阿聯(lián)酋“馬斯達城”，該城是一次性規(guī)劃的新城，于2008 年初開始興建，總投資約為220 億美元。建成后，這座城市將完全依賴太陽能和風能等可再生能源，城里沒有汽車，綠樹成蔭，整座城市將實現(xiàn)零廢物與零碳排放，預計將可以容納4 萬居民及數(shù)百家商業(yè)機構。馬斯達爾城市規(guī)劃方法的七個最重要特征包括：重視能源效率、地區(qū)和社區(qū)的整合、低層且高密度、充滿活力的公共領域、行人友好型交通，高品質(zhì)的生活和便捷的公共交通。

 

  一次性新規(guī)劃的城市具有規(guī)劃優(yōu)勢，可以使用面向未來的新理念、新技術與新方法，有利于實現(xiàn)100% 可再生能源，但成本高且受地理空間的局限。

 

  因此，絕大多數(shù)1 0 0 % 可再生能源城市規(guī)劃都來自對傳統(tǒng)城市規(guī)劃及能源規(guī)劃的創(chuàng)新。

 

  4 經(jīng)驗借鑒

 

  從世界各國建設1 0 0 % 可再生能源城市的情況看，1 0 0 % 更多的是一個勵志目標及美好愿景。目前，幾乎所有自稱為1 0 0 % 可再生能源城市并不是真正意義上的使用1 0 0 % 可再生能源，部分能源的消耗并沒有統(tǒng)計在內(nèi)。例如，在澳大利亞一些學者提出1 0 0 % 可再生能源目標的城市中，占總量6 0 ～7 0 % 的使用在商業(yè)和服務業(yè)的能源通常不包括在計算中，但在市政府統(tǒng)計中，與交通能源一起被列入總的能源消費中。

 

  建設1 0 0 % 可再生能源城市，需要政府的引導與規(guī)劃，需要公眾的大力支持，需要關注社會、經(jīng)濟、技術、環(huán)境及政治等要素的可行性，采用符合當?shù)靥攸c的1 0 0 % 可再生能源城市模式。結(jié)合國外1 0 0 % 可再生能源城市建設模式及經(jīng)驗，我國需要關注以下幾個方面。

 

  （1 ）建設少數(shù)1 0 0 % 可再生能源城市試點。由于建設1 0 0 % 可再生能源城市要求較高，目前，國際上對1 0 0 % 使用可再生能源問題存有較大爭議，有贊成，也有激烈反對的。我國也只有少數(shù)有條件的城市可以進行1 0 0 % 可再生能源城市試點建設，絕大多數(shù)城市短期內(nèi)不可能， 也沒有必要建設1 0 0 % 可再生能源城市。

 

  （2 ）模式多樣。由于每個城市有著自身的可再生能源資源稟賦特點及能源結(jié)構基礎，每個城市的1 0 0 % 可再生能源規(guī)劃應是各有特點的，不能照搬其他城市的模式。應圍繞電力、交通、供暖與制冷三大領域，選擇綜合型或是專項型模式。

 

  （3 ）分類實施。小城鎮(zhèn)應是1 0 0 % 可再生能源城市的建設主體。1 0 0 % 可再生能源城市對可再生能源的資源稟賦要求較高，大中城市難以滿足，可再生能源資源豐富的小城鎮(zhèn)相對容易實現(xiàn)。德國的小城鎮(zhèn)是該發(fā)展模式的楷模，如德國柏林周邊的小鎮(zhèn)費爾達姆（Feldheim）已經(jīng)實現(xiàn)了100% 可再生能源發(fā)電。

  地理位置偏遠的城鎮(zhèn)或孤立的島嶼應是目前建設100% 可再生能源城市的重點。由于這些區(qū)域使用傳統(tǒng)化石能源的成本較高，使用可再生能源既能避開成本問題，也能充分開發(fā)當?shù)氐目稍偕茉促Y源。

 

  大中城市建設1 0 0 % 可再生能源電力城市相對容易實現(xiàn)。大中城市由于能源需求大，可考慮專項型模式—— 1 0 0 % 可再生能源電力模式。由于綠色電力可以通過購買實現(xiàn)，這種模式有利于克服大中城市可再生能源資源不足的障礙。

 

  重視1 0 0 % 可再生能源社區(qū)規(guī)劃。對于一座城市來說，實現(xiàn)1 0 0 % 利用可再生能源，面臨諸多制約因素，但在一個社區(qū)實現(xiàn)1 0 0 % 可再生能源則要容易得多，也能為整個城市積累經(jīng)驗。

 

  （4 ）重視城市的可持續(xù)發(fā)展。要實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，無論選擇哪種模式，都要關注以下幾個方面。資源方面，要根據(jù)城市可再生能源資源稟賦的特征，選擇符合地方特色的100% 可再生能源城市建設模式；環(huán)境生態(tài)方面，要與綠色生態(tài)城市建設相結(jié)合，與低碳城市、綠色城市及生態(tài)城市相互補充、相互支持；經(jīng)濟方面，要落實經(jīng)濟可行性，通過成本控制與核算，降低100% 可再生能源城市的成本，要重視具體項目的落實；社會方面，目前建設100% 可再生能源城市的成本相對較高，需要公眾承擔更多的社會責任，并予以理解與支持。同時，也要通過創(chuàng)造新的就業(yè)機會等措施，以推動公眾的接受；技術方面，要充分利用資訊科技，加強智慧城市建設；政治方面，城市政府需要積極制定相關政策，以規(guī)范和引導1 0 0 % 可再生能源城市的建設。