中国新型城镇化建设中能源互联网应用研究

 

关键词：新型城镇化；能源消费；能源互联网；分布式能源

 

一、 中国新型城镇化居民用能需求状况

 

中国目前与世界大部分发达国家在城市化进程中经历一样，迎来了人均能源消费量的较快增长和能源结构快速变化的过程。之前的诸多文献对中国未来的能源消费或利用大多是从工业化角度，忽略了城镇化进程中生活能源消费的巨大增量。

 

中国的城镇化和英国城市化、美国和北美城市化、拉美及其他发展中国家城市化（欧美国家一般使用城市化概念）差异很大，中国人口规模大、贫困人口多、城镇化速度低、城乡户籍制度，加上全球化、信息化，中国城镇化进程既要符合先行欧美国家所没有遇到的严格的环保和低碳排放要求，又不能像第三阶段拉美国家采用移民的方式进行。与欧美国家相比，中国城镇化的突出特征是政府主导、大范围规划、整体推动、土地的国家或集体所有、空间上有明显的跳跃性、民间社会尚不具备自发推进城镇化的条件等特征。这些特殊性意味着中国必须根据自身条件选择一条不同的城镇化发展道路。

 

起点低、速度快是改革开放三十多年来中国城镇化的发展主要特征。在1980年～2013年期间，中国常住城镇人口从1.9亿人增加到7.3亿人，年均提高1个百分点，农业人口移入城镇年均1 600万（见图1）；城市数量从193个增加到658个，建制镇数量从2 173个增加到20 113个。在快速发展中，旧模式的城镇化出现了土地城镇化快于人口城镇化、城乡差距加大、东中西部城镇差异拉大等问题。新型城镇化建设目标是重质量轻速度、一体化统筹、缩小城乡差距、城市结构合理和城市群体系趋于成熟等。

 

能源总消耗量的大规模上升是中国城镇化的发展中必然要面对的挑战，一个农业人口转移进入城市，其生活用能消费水平将提升至原来的3倍及以上。而城镇居民的生活能源消费由直接用能量和间接用能量两部分构成。居民的间接用能量远远大于直接用能量，前者又是后者的2倍～3倍以上。根据《中国能源统计年鉴2013》数据，中国在1980至2012年期间，中国城镇人口和农村人口直接用能量都呈现增长态势，但城市人均生活用能量一直高于农村人口的消费量（图2），过去33年间城乡差值在93千克～272千克标准煤。伴随城镇化的发展，同时拉动城市基础设施建设，城镇居民生活用能总量将进一步增长，且间接用能量增速也高于直接用能量。

 

农村人口向城镇人口转变所引起的居民生活用能量的增加量取决于城乡居民生活用能量的差值。西方发达国家城市化发展历程表明，当其人均生活水平和质量进入发达国家行列，其人均能源消耗量不低于4 000千克标准煤，人均直接生活用能量大都在1 000千克～1 800千克标准煤之间。根据十八大报告提出2020年“国内生产总值和城乡居民人均收入倍增目标”，届时的能源需求总量将达到53亿吨标准煤。按国家发展目标，中国将在2050年进入中等发达国家水平，城镇单位用能消耗将在目前的基础上提高15倍～20倍，届时即使中国人均能效达到目前能效水平最高的日本的水平，能源需求也将接近77亿吨标准煤。如此高的能源需求，迫使中国需要改变当前的能源生产和消费方式，寻找开发新能源之路，实现社会持续发展。

 

二、 影响新型城镇化建设的能源问题

 

自中国2011年超过美国成为世界上最大的能源生产和消费国，能源问题已成为中国城镇化进一步发展的瓶颈。目前国内能源主要受三方面约束：化石能源国内供应有限，能源效率较低；石油、天然气对外依存度高；高强度能源开发对生态环境造成巨大压力；产能和用能中心在地理上布局不均衡。能源是支撑一个国家国民经济与社会发展的物质基础，，更是中国新型城镇化建设的和发展的重要物质基础，中国当前面临的常规能源有限供应能力挑战和严重的生态环境危机，亦是当前世界各国需要共同面对和解决的能源问题。

 

1. 能源效率低。与发达国家相比，中国目前能源的效率比较低。每生产1 000美元GDP，中国需要消耗273千克油当量，而美国仅需要171千克，韩国为184千克，日本则为125千克。国际经验表明，一个国家或地区的城镇化率在30%～60%之间时，是这个国家城镇化加快阶段，而城镇化发展速度和城市能源需求两者关联密切。

 

统计数据显示，截至2013年，中国石油、天然气、煤炭、核能、水力发电、可再生能源等一次性能源消费所占比例分别为17.8%、5.1%、67.5%、0.9%、7.2%、1.5%。中国是目前世界上唯一的以煤炭为主的能源消费大国，煤炭能源在中国能源结构中仍旧处于主导的地位。

 

2013年中国能源总体消费情况，总能耗是34.2亿吨标煤（电热当量计算法），能源集中生产和供应中上述标煤41.7%用于发电、4.7%用于供热、14.9%用于炼油，其他用途9.1%、损失29.6%，而发电使用效率34.6%、供热使用效率74.5%炼油使用效率97.9%。煤炭作为主要的化石能源，通过火车、汽车、船运送到城市去，其中在运输过程中所产生的能耗就占到了总能耗的20%以上，能源的集中式生产以发电、供热、炼油为主，但集中式发电、供热效率非常低。如热电厂，要划分一个供热半径，以供热半径内的最高负荷来建热电站，但是供热范围内的用户不可能同时开启所有的用能设备，所以其整体的供电供热效益在40%左右，而且终端用户在建筑、工业的能源利用效率低于国际先进水平至少20%左右。

 

2. 废水、垃圾处理难和空气污染重。废水、垃圾处理和空气污染是城镇化建设中与能源问题密切相关的另外两方面。中国目前城市环境矛盾凸显，600多座大中小城市中，有70%被废水、垃圾所包围，一些重点流域、海域水污染严重，部分区域和城市大气灰霾现象突出，形成“垃圾包围城市”的局面，许多城市和地区的主要污染物排放量超过环境容量。2012年城市生活垃圾清运量1.7亿吨，比2011年增加4.2%；城镇生活污水排放量462.7亿吨（见表1），比2011年增加8.1%，占全国废水排放总量的67.6%。预测到2030年，中国城市垃圾年产总量将达到4.09亿吨，城市废水、垃圾总量增速堪比当前国家GDP增长速度。而城市空气污染问题，根据国家统计年鉴显示的31个主要城市2012年主要废气污染物排放统计数据，这些城市年均二氧化硫排放11.19万吨，氧氮化物14.36万吨，烟尘5.28万吨。而同年北京的上述三种废弃污染物排放分别为9.38万吨、17.75万吨和6.68万吨，PM10年均值每立方109微克，2013年北京PM2.5年均值是每立方90微克。根据2012年国家颁布的空气质量新标准，PM2.5年均值达到每立方米35微克以下才算二级良好水平。