低碳住区的可再生能源利用

刘立钧 刘振 田芳

住区是人们生活、居住的主要场所，透过低碳社区建设低碳经济更具效果。低碳住区指在住区内除了将所有活动所产生的碳排放降到最低外，也希望透过生态绿化等措施达到零碳排放的目标。减少温室气体的排放，可以通过在住区规划设计时设置可再生能源装置，使居民使用可再生能源，减少对化石能源的使用，进而达到减少温室气体的效果。

全球各地已出现了不少低碳住区或碳中和住区，典型的有英国的贝丁顿(BedZED)、德国的弗班(VaubanDistrict)和瑞典的维克舍。这些社区在设计之初就考虑到通过运动可再生能源来取代化石能源，进而減少二氧化碳的排放。

1 住区可再生能源(如风能、太阳能、生物等)的使用推广

在低碳住区中，常规能源的使用量应该控制在小区总能源使用量的一定比例(如 75%)之下。高效再生和可循环能源应尽量多运用于低碳住区的设计中，从而达到碳减排的目标。目前这类技术主要有以下几种:

1)风力发电:发展最快、最具工业开发价值的可再生能源技术。

风能是目前开发前景最好的可再生能源。风能的利用方式首先是发电。国际风力发电发展趋势为:风机技术不断改进，装机容量迅速增加，发电成本不断下降。国外有专家乐观的估计，到2020年，全球风力发电可望占发电总量的 10%。目前我国共建成风电场24个，总装机容量达到441MW，至2003年达到570MW。

住宅一般可采用小型或微型风力发电机，目前主要供应没有电网覆盖的偏远地区使用，在城市中较少应用。风力发电的最大问题是受环境影响大，运行不稳定。解决这个问题，可以优先采取与大型蓄电池相连或采用“风力—光伏—电池”互补系统。以光伏电池与风轮机结合驱动的混合系统效率很高，因为两者可以很好互补:在冬季，阳光较弱但风力较强;在夏季，风力虽强但阳光较强。

2)光电发电:把太阳能转换成电能，如太阳能电池等。

太阳能光伏技术产生的能源将成为 21世纪最重要的清洁能源。太阳能光伏技术即太阳能电池技术近 20年来的平均年增长率超过 30%。太阳能电池板砷化镓的电池现在效率最高，转化效率大于37%，1m2的功率也就是370W，1 h也就是0.37度，普通商用太阳能电池转化效率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。随着太阳能光伏技术的不断提高，电池成本也在慢慢下降，越来越多的人会选用这种清洁能源。尤其是将建筑屋顶(或屋面)与太阳能发电系统相结合，发展成为功能型建筑材料与构件，将是今后发展的重点。

伊恩·罗兰的悲壮牺牲几乎使斯通的探险计划成为泡影。一个队员护送伊恩的尸体回苏格兰。其余的队员都愤怒地指责斯通，说他作为队长，对洞穴着了迷，工作热心得过了头。一时间，探察队里人们的关系紧张起来。幸好经过会议表决后，剩下的队员都同意留下，但他们要求摄影师韦斯·史基尔斯把洞穴已知部分用文字记录下来。

随着太阳能光伏发电系统的大量推广应用，光伏与建筑相结合近年来得到了迅速的发展。光伏与建筑相结合初期是将一般的光伏方阵安装在建筑物的屋顶或阳台上，可以配备蓄电池独立供电，也可以通过与公共电网并联，共同向建筑物供电。光伏器件与建筑相结合的发展是光伏组件与建筑材料融为一体，采用特殊的材料和工艺手段，将光伏组件做成屋顶、外墙、窗户等形状，可以直接作为建筑构件使用。

3)地源热泵系统:地源热泵技术是一种利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源的高效节能，零污染，低运行成本，既可供暖又可制冷并能提供生活热水的新型热泵技术。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了大量的太阳辐射能量。它不受地域、资源、环境等的限制，几乎是无限的可再生清洁能源，是一种节能、环保的新型能源利用技术。

地源热泵系统的运行不产生任何污染物，且噪声小，可以建造在居民区内，适宜住宅推广应用。该系统较好地利用了环境条件而实现了建筑与自然的共生，同时又是一种节能技术，实现热量的再循环利用，可以带来舒适的生活环境，是绿色的建筑技术，完全符合生态的设计理念。

4)生物能技术:是唯一的既可再生又可储存与运输的能源。

通过农业的废料发电或制造沼气。全球每年由于光合作用产生的生物质约有1 200亿t，虽然其中仅1%用作能源，但却已为全世界提供了 14%的能源，并成为世界上 15亿人口赖以生存的主要能源。许多国家都制定了相应的开发生物质研究计划(如日本的“阳光计划”、印度的“绿色能源工程”等)。在沼气技术、生物质热裂解气化技术和生物质液体燃料技术等均取得较大的发展。

我国早在 20世纪 50年代就在农村推广沼气(甲烷)的开发利用。到 2008年年底，户用沼气池已达 2 800多万口，沼气年利用量达到了约 120亿m3。2006年 12月，国内第一家秸秆直燃生物发电厂在单县正式并网发电。到 2007年年底，全国生物质发电装机容量已达300万kW。

5)热电联产:在同一生产过程中，既生产电量又生产热量。

太阳能热利用已经成为应用最为广泛的可再生能源技术。太阳能热技术包括:低温太阳能热水和热空气技术、太阳能空调采暖技术、高温太阳能动力和太阳能热发电技术等，其中太阳能热水器已经成为产量最大、覆盖最广的太阳能产业，在提供生活热水和工业低温热水方面发挥着重大的作用。

随着城市的发展，一方面建筑密度日益增加，城市住宅在向高层化发展，有限的建筑空间难以安装足够多的传统型太阳能热水器;另一方面，传统的太阳能热水器在一定程度上影响了城市的美观。太阳能热水器与建筑一体化是绿色能源和生态建筑理念的有机结合，将成为未来太阳能系统的发展趋势。

使用以上技术的目标是希望通过使用像风能和太阳能这样的可再生能源，减少燃烧煤炭或石油等不可再生能源，从而减少对化石燃料的使用，减少空气污染、水体污染和固体废弃物污染，减小运行中的维修问题。

2 我国低碳住区中可再生能源发展所遇问题

2.1 可再生能源与节能减排之间的关系

虽然可再生能源具有诸多优点且技术发展相对成熟，但在短时期内我们的主要能耗还是来源于化石能源。短时间内可再生能源还无法取代化石能源。因此仅希望通过依靠可再生能源，不能解决 2020年的二氧化碳减排问题。

目前来说，节能减排仍旧是发展低碳经济的唯一途径，我们应该走“节能减排为主，可再生能源为辅”的发展路线。

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，以太阳能利用为例。太阳能是间断性、不稳定能源，如果使用也可以是间断性的(像太阳能热水器)，加之价格也适当，普及推广就很容易;如果使用是连续性的、稳定的，或者与太阳能的产生时间上下不同步(如白天太阳能发电晚上电灯照明)，为了保证使用，必须有另外的使用常规能源的备用系统。目前很多家庭虽然安装了太阳能热水器，但为了保证阴雨天和动态的使用，又安装了电热水器等，为了一个使用功能，却配置了两套系统，一方面增加了投资，另一方面也增加了生产制造另一套设备所消耗的能源和资源。这时就要按“全生命周期”来计算。

小规模的个体太阳能发电(及风力发电)需要能够在发电时可以把发的电汇入电网，电网予以收购，在没有太阳和风而又要用电时，从电网购取。在德国，收购价还高于购买价。这一方面是技术问题(已经可以解决)，另一方面是电网管理和体制问题。

目前太阳能光伏发电还存在生产硅晶片耗能高、效率低、污染大等的问题，未能大量推广，更不能在中国生产硅晶片出口发达国家。能耗和污染留在中国，让发达国家用“清洁能源”，减少二氧化碳。

3 结语

“低碳”是我们未来经济发展和城市发展的必经之路。伴随着城市化的发展和城市的大规模建设，我们应该在保证节能减排的前提下，实现经济的增长。我国的可再生能源尚处于发展中的阶段，因此节能减排仍旧是我们发展的方向。随着时代的发展，可再生能源的运用将更多的在我们的日常生活中实现，将渐渐取代化石能源。“低碳”不应该是阻止我们发展经济的障碍，应该是促进我们经济增长和城市化的良好方式。中国未来发展情景分析表明，只有采用低碳发展模式，才有可能在 2040年之前实现能量需求与二氧化碳排放总量净减少，也才有可能在 2050年当中国基本完成城镇化进程之前出现能源消耗和二氧化碳排放矛盾基本缓解局面。

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