CN105930940A - 一种城区能源综合利用规划指标评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种城区能源综合利用规划指标评价方法，该方法包括如下步骤：(1)根据待评价城区的土地利用规划，建立最优能流网络；(2)确定最优城区能源转换利用技术方案；(3)求取待评价城区各空间对象的能源综合利用各类指标项的最优值；(4)获取待评价城区的能源综合利用各类指标项的专家评定值；(5)求取对应能源综合利用各类指标项的专家评定值与能源综合利用各类指标项的最优值的比值得到待评价城区的能源综合利用各类指标项的指标值；(6)判定待评价城区的能源综合利用各类指标项的指标值是否在相应的设定范围内，若是，则相应的指标项合格，否则不合格。与现有技术相比，本发明评价方法客观可靠、可行性高、操作性和灵活性高。

Description

一种城区能源综合利用规划指标评价方法
技术领域
本发明涉及一种能源规划指标体系构建方法，尤其是涉及一种城区能源综合利用规划指标评价方法。
背景技术
在低碳生态城市的详细规划中，需要对城区能源利用设定规划目标，并将该目标分解落实到具体的空间对象，以控制和引导城市能源利用，促进能源节约，减少城区能源利用所导致的环境污染。
国内外学者结合低碳生态社区的开发实践，提出不少结合具体项目而制定的社区能源利用指标。中国城市科学研究会在2009年编著的《中国低碳生态城市发展战略》(京：中国城市出版社)针对城区能源利用，给出了单位GDP能耗指标、清洁能源占比以及人均CO2排放量指标。这些指标对实现低碳生态具有重要意义，但是由于各地区基础条件不同，不同城区中实现指标给定值的难度差异很大，特别是不同城区之间缺乏同构性时无法借鉴这些指标，难以构建适合某一城区自身的指标体系。
美国的LEED-NDLEED 2009for Neighborhood Development Rating System(LEED-ND)以及欧洲的BREEAM Communities Manual 2012中也给出了部分和城区能源利用有关的指标，但其评价对象侧重于单体建筑及节能技术的应用情况，并未给出城区能源总体利用的评价指标。
能源利用作为影响低碳生态目标的重要方面，低碳生态城市的研究与示范建设离不开能源综合利用指标的评价。当前城区能源综合利用指标评价并不完整，指标的结构体系尚需完善。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种城区能源综合利用规划指标评价方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种城区能源综合利用规划指标评价方法，该方法包括如下步骤：
(1)根据待评价城区的土地利用规划，采用城区能量系统优化分析模型建立城区最优能流网络；
(2)根据城区最优能流网络得到最优城区能源转换利用技术方案；
(3)求取最优城区能源转换利用技术方案基础上待评价城区各空间对象上的能源综合利用各类指标项的最优值；
(4)获取与待评价城区相似或邻近城区与能源利用各类指标项对应的调研数据，结合待评价城区的能源综合利用各类指标项的最优值，通过专家打分法获取待评价城区的能源综合利用各类指标项的专家评定值；
(5)求取对应能源综合利用各类指标项的专家评定值与能源综合利用各类指标项的最优值的比值大小得到待评价城区的能源综合利用各类指标项的指标值；
(6)判定待评价城区的能源综合利用各类指标项的指标值是否在相应的设定范围内，若是，则相应的指标项合格，否则不合格。
所述的最优城区能源转换利用技术方案包括二次能源生产点位置及生产量、二次能源生产点对应的能源转换利用技术以及二次能源生产点化石能源、可再生能源需求量。
所述的步骤(3)中具体为：将城区划分为城区、社区、地块和建筑四个层次，在最优城区能源转换利用技术方案基础上，分别求取城区能源综合利用各类指标项的最优值、社区能源综合利用各类指标项的最优值、地块能源综合利用各类指标项的最优值和建筑能源综合利用各类指标项的最优值；
相应地，能源综合利用各类指标项的专家评定值和能源综合利用各类指标项的指标值对应包括城区、社区、地块和建筑四个层次相应的能源综合利用各类指标项对应的专家评定值和指标值；
其中，城区能源综合利用各类指标项包括：(101)城区各类能源需求量，所述的各类能源包括电力、燃气和煤炭；(102)城区可再生能源和低品味能源各自的利用占比及利用量；(103)城区能源利用产生的CO2和NOX各自的排放量；(104)城区一次能源利用效率；
社区能源综合利用各类指标项包括：(201)各社区各类能源需求量，所述的各类能源包括电力、燃气和煤炭；(202)各社区可再生能源的利用占比及利用量；(203)各社区能源利用产生CO2和NOX各自的排放量；(204)各社区一次能源利用效率；
地块能源综合利用各类指标项包括：(301)各地块电力、冷量和热量的需求量；(302)各地块可再生能源和低品味能源各自的利用量；(303)各地块绿色建筑比例；
建筑能源综合利用各类指标项包括：(401)各建筑人均年电力、冷量和热量的需求量；(402)各建筑单位建筑面积的冷热负荷；(403)各建筑单位工商业产值年冷量、热量和电力的需求量；(404)光伏、太阳能集热板各自的安装面积以及与屋顶面积的比例。
所述的将城区划分为城区、社区、地块和建筑四个层次具体为：城区内所有建筑组成建筑层；由多个建筑组成一个地块，所有地块组成地块层；根据最优能流网络获取具有冷热量交换的地块并将具有冷热量交换的地块组成一个社区，所有社区组成社区层；整个城区即为城区层。
所述的步骤(4)中专家打分法获取能源综合利用各类指标项的专家评定值具体为：多个专家分别根据能源综合利用各类指标项的最优值以及相似或邻近城区能源利用调研数据进行综合分析得到能源综合利用各类指标项专家个人评定值，并对所有专家求取的专家个人评定值求平均得到能源综合利用各类指标项的专家评定值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的评价方法通过城区能量系统优化分析模型进行定量计算得到能源综合利用各类指标项的最优值，同时通过相似或邻近城区能源综合利用各类指标项对应的调研数据进行分析为基础，结合专家经验法构建城区能源综合利用各类指标项的评定值，最后得到的能源综合利用各类指标项的指标值反应的是能源综合利用各类指标项的评定值接近最优值的程度，进而通过能源综合利用各类指标项的指标值的大小来判定各类指标项的合格与否，从而可以对城区能源利用行为进行约束和引导，以提升城区能源利用效率，增加可再生能源利用，减少城区能源利用导致的污染物排放；
(2)本发明能源综合利用规划指标评价方法得到的能源综合利用各类指标项的指标值是能源综合利用各类指标项的专家评定值与能源综合利用各类指标项的最优值的比值大小，因此能源综合利用各类指标项的指标值都是相对值，反映的是能源综合利用各类指标项的指标值接近能源综合利用各类指标项的最优值的程度，因此能源综合利用各类指标项的指标值不受城市特征差异的影响，不同城区按照本发明能源综合利用规划指标体系构建方法构建的能源综合利用各类指标项的指标值可以进行横向对比，评价更加客观可靠；
(3)本发明基于城区能量系统优化分析模型进行定量计算得到能源综合利用各类指标项的最优值，专家可以据此判断城市能源利用的极限情景，在设定能源综合利用各类指标项的专家评定值时有据可依；
(4)能源综合利用各类指标项均对应于城市空间管理的对象，针对城区、社区、地块、建筑分别给出对应指标项的值，具有很强的针对性，更易于具体落实；
(5)通过评价结果，针对不合格的能源综合利用指标项，专家可以基于理论计算得到的能源综合利用各类指标项的最优值，结合各个城区自身的特点，通过综合经济、社会发展水平以及技术进步等因素，进行修正，给出更加适宜的能源综合利用各类指标项的评定值，从而根据该评定值进行具体落实，提高城区能源综合利用水平。
附图说明
图1为本发明城区能源综合利用规划指标评价方法的流程图；
图2为城区能量系统优化分析模型结构和功能示意框图；
图3为城区能流网络结构示意图；
图4为社区划分结构示意图。
图中1为城区能量系统优化分析模型模块，11为二次能源需求量及位置确定单元，12为可再生能源资源量及位置确定单元，13为社会经济及技术数据输入单元，14为二次能元生产及分配综合优化单元，2为通过城区最优能流网络单元，3为最优城区能源转换利用技术方案单元，31为社区划分单元，32为二次能源生产点位置及生产量确定单元，33为二次能源生产点对应的能源转换利用技术确定单元，34为二次能源生产点化石能源、可再生能源需求量确定单元，G1、G2……Gn为二次能源生产点，X1、X2、X3、X4……Xn为二次能元需求点，4为建筑，5为地块，6为社区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种城区能源综合利用规划指标评价方法，该方法包括如下步骤：
步骤101：根据待评价城区的土地利用规划，采用城区能量系统优化分析模型进行能量优化分析；
步骤102：根据城区能量系统优化分析模型分析结果获取城区最优能流网络；
步骤103：根据城区最优能流网络得到最优城区能源转换利用技术方案，所述的最优城区能源转换利用技术方案包括二次能源生产点位置及生产量、二次能源生产点对应的能源转换利用技术以及二次能源生产点化石能源、可再生能源需求量。
上述三个步骤总的来说即是采用城区能量系统优化分析模型的定量计算，获得最优城区能源转换利用技术方案，城区能量系统优化分析模型可采用模拟仿真模型、数学规划模型以及系统动力学模型等各类模型，该模型可对城区可再生能源资源利用潜力进行分析，基于二次能源需求、能源转换利用技术以及可利用的能源供给，将城区所有的能源转换利用活动作为一个总能系统进行优化，给出城区最优的能源综合利用方案。
继而，将城区划分为城区、社区、地块和建筑四个层次，城区内所有建筑组成建筑层，每个建筑作为建筑层内的一个个体；多个建筑组成一个地块，地块是在城区规划时已经规划好的，所有地块组成地块层，每个地块都是地块层中的一个个体；根据最优能流网络获取具有冷热量交换的地块并将具有冷热量交换的地块组成一个社区，所有社区组成社区层，相同的，每个社区也是社区层中的一个个体；整个城区即为城区层，结合步骤103中最优城区能源转换利用技术方案，根据当前我国城市规划管理的空间层次结构，结合城区能源供给、转换、分配及利用的系统结构确定待评价城区的能源综合利用各类指标项的最优值按照城区-社区-地块-建筑四个层次分别给出，即步骤104得到待评价城区的城区能源综合利用各类指标项的最优值，步骤105得到待评价城区的社区能源综合利用各类指标项的最优值，步骤106得到待评价城区的地块能源综合利用各类指标项的最优值，步骤107得到待评价城区的建筑能源综合利用各类指标项的最优值，上述各个能源综合利用各类指标项的最优值如能源需求、污染物排放、碳排放以及可再生能源占比等的最优值。
继续执行步骤108：获取与待评价城区相似或邻近城区与能源利用各类指标项对应的调研数据；
执行步骤109：将相待评价城区相似或邻近城区与能源利用各类指标项对应的调研数据和待评价城区的能源综合利用各类指标项的最优值分别给到多个专家，各位专家进行比较分析；
执行步骤110：各个专家分别根据待评价城区的能源综合利用各类指标项的最优值以及相似或邻近城区能源利用调研数据进行综合分析，根据个人经验得到待评价城区的能源综合利用各类指标项专家个人评定值，通过计算的最优值和调研数据进行综合分析，最优值作为评定值给出的依据，调研数据作为参考，因此提高了能源综合利用各类指标项专家个人评定值的客观性，做到有据可依；
执行步骤111：对所有专家求取的专家个人评定值求平均得到待评价城区的能源综合利用各类指标项的专家评定值，包括城区能源综合利用各类指标项的专家评定值、社区能源综合利用各类指标项的专家评定值、地块能源综合利用各类指标项的专家评定值和建筑能源综合利用各类指标项的专家评定值；
执行步骤112：将城区能源综合利用各类指标项的专家评定值除以城区能源综合利用各类指标项的最优值得到城区能源综合利用各类指标项的指标值，同时执行步骤113：将社区能源综合利用各类指标项的专家评定值除以社区能源综合利用各类指标项的最优值得到社区能源综合利用各类指标项的指标值，执行步骤114：将地块能源综合利用各类指标项的专家评定值除以地块能源综合利用各类指标项的最优值得到地块能源综合利用各类指标项的指标值，执行步骤115：将建筑能源综合利用各类指标项的专家评定值除以建筑能源综合利用各类指标项的最优值得到建筑能源综合利用各类指标项的指标值。
其中，城区能源综合利用各类指标项是针对整个城区的所有指标项，具体包括：(101)城区各类能源需求量，其中各类能源包括电力、燃气和煤炭；(102)城区可再生能源和低品味能源各自的利用占比及利用量；(103)城区能源利用产生的CO2和NOX各自的排放量；(104)城区一次能源利用效率；社区能源综合利用各类指标项是针对社区层中的每个社区个体的指标项，具体包括：(201)各社区各类能源需求量，其中各类能源包括电力、燃气和煤炭；(202)各社区可再生能源的利用占比及利用量；(203)各社区能源利用产生CO2和NOX各自的排放总量；(204)各社区一次能源利用效率；地块能源综合利用各类指标项是针对到各个地块的指标项，具体包括：(301)各地块电力、冷量和热量的需求量；(302)各地块可再生能源和低品味能源各自的利用量；(303)各地块绿色建筑比例；建筑能源综合利用各类指标项是针对到具体每个建筑的各项指标项，具体包括：(401)各建筑人均年电力、冷量和热量的需求量；(402)各建筑单位建筑面积的冷热负荷；(403)各建筑单位工商业产值年冷量、热量和电力的需求量；(404)光伏、太阳能集热板各自的安装面积以及与屋顶面积的比例。
执行步骤116：根据待评价城区的能源综合利用各类指标项的指标值，具体到城区、社区、地块和建筑的能源综合利用各类指标项的指标值，判定各指标值是够在对应的设定范围内，若是，则对应的指标项合格，否则对应指标项不合格。针对不合格的能源综合利用指标项，专家可以基于理论计算得到的能源综合利用各类指标项的最优值，结合各个城区自身的特点，通过综合经济、社会发展水平以及技术进步等因素，进行修正，给出更加适宜的能源综合利用各类指标项的评定值，从而根据该评定值进行具体落实，提高城区能源综合利用水平。同时能源综合利用各类指标项均对应于城市空间管理的对象，针对城区、社区、地块、建筑分别给出对应各类指标项指标值，具有很强的针对性，评价时更易于具体落实，从而可以根据评价结果进行修正。
图2为本发明城区能量系统优化分析模型结构和功能示意框图，城区用地规划确定之后，城区能量系统优化分析模型模块1中的二次能源需求量及位置确定单元11获取城区二次能源需求和生产点位置，可再生能源资源量及位置确定单元12获取城区范围内可再生能源资源量即位置，同时根据社会经济及技术数据输入单元13获取相应的数据，结合二次能源需求量及位置确定单元11、可再生能源资源量及位置确定单元12和社会经济及技术数据输入单元13的数据，二次能元生产及分配综合优化单元14进行分配优化得到城区最优能流网络，并通过城区最优能流网络单元2对城区最优能流网络进行输出，最后最优城区能源转换利用技术方案模块3根据城区最优能流网络确定最优城区能源转换利用技术方案，包括社区划分单元31进行社区划分，二次能源生产点位置及生产量确定单元32进行二次能源生产点位置及生产量的确定，二次能源生产点对应的能源转换利用技术确定单元33进行二次能源生产点对应的能源转换利用技术的确定以及二次能源生产点化石能源、可再生能源需求量确定单元34进行二次能源生产点化石能源、可再生能源需求量的确定。
二次能源产品在生产点和需求点之间进行交易可用图3所示的交易网络表示。图3中G1、G2……Gn为二次能源生产点，分别代表1号地块，2号地块……n号地块的二次能源生产点，X1、X2、X3、X4……Xn为二次能元需求点，分别代表1号地块，2号地块……n号地块的二次能源需求点。G1→X1表示1号地块生产的热(冷)产品用于自己消费的部分，G1→X2表示1号地块生产的热(冷)产品用于2号地块消费的部分，从i号地块传输到j号地块的二次能源产品数量用Pi-j表示。在满足给定需求的情况下存在一个最优的能流网络配置方案，以使全区总成本最小。配置网络优化的目标社区总成本函数S可用式(1)表示：
S = Σ i = 1 n Σ j = 1 n S i - j · P i - j - - - ( 1 )
其中，S为满足城区所有二次能源产品需求时总的成本；Si-j为单位量的二次能源在i点的生产成本与输送到j点的过程中运输成本的和，可通依据区域供
冷、供热工程设计规范计算确定；Pi-j为i点传输到j点的二次能源量。
由于资源的有限性以及用地限制，以较低成本生产二次能源产品的产量是有限的。以太阳能生产热量为例，在特定的气候条件下单位面积上太阳能资源是有限的，以极低成本生产热量或者电力的量是有限的。资源的有限性对产品产量的约束称之为资源约束，资源约束可用式(2)表示，同时各个地块的需求约束用式(3)表示。
资源约束：
Σ j = 1 n P 1 - j ≤ P 1 Σ j = 1 n P 2 - j ≤ P 2 . . . Σ j = 1 n P n - j ≤ P n - - - ( 2 )
其中P1、P2……Pn记作Pj，j＝1,2……n，Pj表示第j点的二次能源生产量；
需求约束：
Σ i = 1 n P i - 1 ≥ D 1 Σ i = 1 n P i - 2 ≥ D 2 . . . Σ i = 1 n P i - n ≥ D n - - - ( 3 )
其中D1、D2……Dn记作Di，i＝1,2……n，Di表示第i点的负荷需求量；
其他约束如式(4)：
Pj≥0,Di≥0,Pi-j≥0,i＝1,2…n,j＝1,2…n (4)
通过对能源点进行编号，根据对应编号列出如表1所示的能源数据表。能源数据表列出了各个点的用地类型、空间坐标、二次能源产品需求、二次能源生产成本水平、最大产量以及二次能源产品输出潜力(通过产量与需求对比获得)等信息。由于大多数点并不具备以较低的成本水平生产并输出二次能源产品的条件，在实际计算中，只需选择具有二次能源产品输出潜力(产量大于自身需求)的点作为产品输出点即可，以减少模型计算中的变量。
表1能源供需数据表结构
通过调研统计及相关规范确定各个地块的成本水平Si后，需要分析确定合理的Si值作为基准水平。该基准水平表示各个点都能以该成本水平生产出足量的满足自身需求的二次能源产品。通过各个点成本水平与该基准成本水平相比较，只有低于该成本水平且生产量大于自身需求的点才具有向外输出二次能源产品的潜力。将这些点标出，作为产品输出点，产品富余量作为产品最大供应量，其余点作为产品需求点，围绕总成本函数构建约束优化模型。
举例说明，假设城区有9个能源生产消费点，点3、5、6、7具有向外输出热量产品的潜力，可以作为热生产者向其他点供应热量产品。本地热生产成本较高的点优先选择输入热量产品，不足部分通过自身生产进行补充。通过优化计算后可得到各能源生产消费点之间的能量传输大小，如表2所示。
表2城区能量系统优化分析模型输出计算结果表
在得到各个点的二次能源生产量和交易量之后，可确定哪些点之间需要进行冷热量的交换，将这些点所在的地块划分为一个社区。结合该点所采用的能源转换利用技术，可计算出城区、各个社区、各个地块及各个建筑的化石能源需求、可再生能源占比等能源利用有关项的最优值。通过调整各个地块上人均/单位建筑面积负荷指标、绿色建筑比例等得到不同的二次能源需求数据，再带入模型进行计算，得到不同情形下能源利用相关项的最优值。
图4为社区划分结构示意图，图中4为建筑，5为地块，6为社区，箭头代表各地块之间的冷热量交换，将具有冷热量交换的地块5划分为一个社区。
本发明所描述的城区能源综合利用规划指标评价方法，该方法用于对城区的能源综合利用各类指标项是否合格的评定，以量化计算结果为依据，充分考虑了城区能源需求变化对各指标项的影响，通过城区-社区-地块-建筑四个层次结构指标的构建，增强了规划对城区能源利用活动的控制和引导，推动了节能减排理念在城市建设活动中的具体落实。

Claims (5)

1.一种城区能源综合利用规划指标评价方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)根据待评价城区的土地利用规划，采用城区能量系统优化分析模型建立城区最优能流网络；
(2)根据城区最优能流网络得到最优城区能源转换利用技术方案；
(3)求取最优城区能源转换利用技术方案基础上待评价城区各空间对象上的能源综合利用各类指标项的最优值；
(4)获取与待评价城区相似或邻近城区与能源利用各类指标项对应的调研数据，结合待评价城区的能源综合利用各类指标项的最优值，通过专家打分法获取待评价城区的能源综合利用各类指标项的专家评定值；
(5)求取对应能源综合利用各类指标项的专家评定值与能源综合利用各类指标项的最优值的比值大小得到待评价城区的能源综合利用各类指标项的指标值；
(6)判定待评价城区的能源综合利用各类指标项的指标值是否在相应的设定范围内，若是，则相应的指标项合格，否则不合格。
2.根据权利要求1所述的一种城区能源综合利用规划指标评价方法，其特征在于，所述的最优城区能源转换利用技术方案包括二次能源生产点位置及生产量、二次能源生产点对应的能源转换利用技术以及二次能源生产点化石能源、可再生能源需求量。
3.根据权利要求1所述的一种城区能源综合利用规划指标评价方法，其特征在于，所述的步骤(3)中具体为：将城区划分为城区、社区、地块和建筑四个层次，在最优城区能源转换利用技术方案基础上，分别求取城区能源综合利用各类指标项的最优值、社区能源综合利用各类指标项的最优值、地块能源综合利用各类指标项的最优值和建筑能源综合利用各类指标项的最优值；
相应地，能源综合利用各类指标项的专家评定值和能源综合利用各类指标项的指标值对应包括城区、社区、地块和建筑四个层次相应的能源综合利用各类指标项对应的专家评定值和指标值；
其中，城区能源综合利用各类指标项包括：(101)城区各类能源需求量，所述的各类能源包括电力、燃气和煤炭；(102)城区可再生能源和低品味能源各自的利用占比及利用量；(103)城区能源利用产生的CO2和NOX各自的排放量；(104)城区一次能源利用效率；
社区能源综合利用各类指标项包括：(201)各社区各类能源需求量，所述的各类能源包括电力、燃气和煤炭；(202)各社区可再生能源的利用占比及利用量；(203)各社区能源利用产生CO2和NOX各自的排放量；(204)各社区一次能源利用效率；
地块能源综合利用各类指标项包括：(301)各地块电力、冷量和热量的需求量；(302)各地块可再生能源和低品味能源各自的利用量；(303)各地块绿色建筑比例；
建筑能源综合利用各类指标项包括：(401)各建筑人均年电力、冷量和热量的需求量；(402)各建筑单位建筑面积的冷热负荷；(403)各建筑单位工商业产值年冷量、热量和电力的需求量；(404)光伏、太阳能集热板各自的安装面积以及与屋顶面积的比例。
4.根据权利要求3所述的一种城区能源综合利用规划指标评价方法，其特征在于，所述的将城区划分为城区、社区、地块和建筑四个层次具体为：城区内所有建筑组成建筑层；由多个建筑组成一个地块，所有地块组成地块层；根据最优能流网络获取具有冷热量交换的地块并将具有冷热量交换的地块组成一个社区，所有社区组成社区层；整个城区即为城区层。
5.根据权利要求1所述的一种城区能源综合利用规划指标评价方法，其特征在于，所述的步骤(4)中专家打分法获取能源综合利用各类指标项的专家评定值具体为：多个专家分别根据能源综合利用各类指标项的最优值以及相似或邻近城区能源利用调研数据进行综合分析得到能源综合利用各类指标项专家个人评定值，并对所有专家求取的专家个人评定值求平均得到能源综合利用各类指标项的专家评定值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108681816A (zh) * 2018-05-17 2018-10-19 山东省土地调查规划院 一种土地利用综合监管系统和方法
CN111709670A (zh) * 2020-07-13 2020-09-25 鲁能集团有限公司 一种面向地热能的建筑能源调控策略评价方法及装置
CN115577227A (zh) * 2022-09-26 2023-01-06 安徽大学 一种全寿命周期办公楼碳中和监测系统

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