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风电的成本较低。据资料(kane2008)分析,假定风电成本为1.0,则核电为1.82,煤电为2.13。当然,风电也有一些技术瓶颈需要研究攻克。主要有噪音、占地问题,风力机变浆距技术,发电机的恒频技术等等。
生物质能利用也是CIEN的低碳产能技术。在城市中主要是如何利用生活垃圾产能。这是该项技术的重点研究。
固定式燃料电池的开发应用是CIEN低碳产能技术的重要部分。固定式燃料电池的理想的应用路线为:利用建筑、家庭的生活垃圾就地产生生物质沼气,直接用于燃料电池发电、产热和生产纯净水,供应家庭和办公建筑使用。相信该项技术不久就会进一步成熟,引领CIEN低碳产能技术的一场革命。
另外,城市中存在大量的温差热能也是CIEN低碳产能领域的有用之材。地表水、地下水、上水、下水的温差热能,发电站、变电站的排热,产业余热,建筑排热以及地铁排热等,量大面广。据估计(NEDO 1994),假定城市垃圾焚烧热量为1的话,则变电站排热量为1.7,地铁排热量为5,下水热量为25,发电站排热量为85,地表水温差热量为3362。如何在CIEN内,充分利用这些温差热能是今后重点研究开发的课题之一。
在低碳能网系统的技术节点中,除了上述的低碳产能技术之外,还有用能技术、节能技术、蓄能技术以及智能技术(物联网技术)。它们对于CIEN的推广应用均起到关键作用。如何协调“五能技术”的全面协调发展,更是智慧能网技术的重要研究课题之一。由于篇幅的限制,对于这部分技术内容的发展和展望,拟在其他的文章中具体描述。
“智慧能网”的应用研究
CIEN的应用研究正在中国科学院上海高等研究院(中科院高等院)基地中,有步骤地规划实施。中科院高等院基地位于上海浦东张江高科技园区,总用地面积1600亩,总建筑面积88万平方米。
中科院高等院是由中国科学院与上海市人民政府共同发起,致力于战略高新技术、多学科交叉前沿技术、应用技术研究的非赢利性机构。是一个交叉型、集成型、开放型的科技创新平台。围绕国家安全、人口健康、资源环境等关系我国经济社会协调、可持续发展的重大问题,针对低碳、环境、通讯等领域的急切课题,为我国经济社会的可持续发展提供系统解决方案。
中科院高等院基地中,规划建设新技术创新(包括信息与电子技术、能源与环境技术、医药与生物技术、新材料与工艺技术、空间技术与国防科技),交叉前沿科学研究,转移转化,以及高层次人才教育的综合平台。其中,教育平台包括工学院、理学院、管理学院、生命学院和能源与环境学院等。
结合自身的特点,中科院高等院希望在基地建设中、采用最新的低碳理念和低碳技术,把中科院高等院基地打造成为中国低碳城市研究的展示平台,低碳新技术的应用平台,引领世界低碳城市的发展方向。
为此,该基地建设以环境和学理论为思想指导,用CIEN作为技术基础,结合基地居住人员的低碳生活意识的普及教育,三位一体,创新理论和技术,力争在短时间内把该基地建设成为世界领先、中国最优的低碳城市示范区。
其中,充分利用CIEN技术是基地低碳建设的亮点之一。首先,明确基地的低碳目标。提出,样板办公楼的碳排放量为控制在30千克/年•平米以下,非样板办公楼碳排放量为控制在40千克/年•平米左右。住宅也按低碳标准设计、建设和管理,使之成为国内同类住宅建筑的低碳化样板。
基地总体规划按低碳化标准进行优化,确定公交优先,人车分流;基地内步行优先,自行车优先;设置公共电动巴士以及自用电动汽车充电站;建设城市轨道交通与基地间的公交摆渡;在教学区和科研区集中设置电动巴士;设置公共自行车网络租赁服务系统。
能源系统低碳化。利用CIEN,合理配套分布式的地源热泵和水源热泵系统。充分利用风力散热,应用太阳能、风能、燃料电池、生物质能、地热能,以及温差能源与热电联产结合(DHC)等综合措施减少能源系统碳排放。
太阳光照明、光导管和中庭采光技术。通过建筑形状、位置等优化组合充分利用自然通风;外墙外窗遮阳,减少建筑空调负荷;园区道路照明利用太阳能。
建筑物的层高、净高要留有余地,建筑单元组合便利化。减少建筑维修和改建的碳排放量。建筑材料低碳化。建筑设备的长寿命化和高效率化,在整个建筑寿命周期内实现二氧化碳的低排放。
利用雨水作为绿化灌溉的基本水源。将绿化引入建筑物地面和屋顶。在园区垃圾分类的前提下,进行园区可燃性生活垃圾的生物质能利用。
建设物联物系统,集成管理上述各种技术设备,系统以及物体,智能减碳。
该基地的CIEM的应用研究课题,还要对中科院高等院基地进行低碳城市满意度评价;研究开发CIEN的通用设计软件包;以及为研究制定CIEN系统的国际标准积累经验。
《中国科技财富》杂志2009年7期刊登了拙文《低碳城市建设的初步思考》,在业内产生较大影响。作为系列探索文章,本文进一步对低碳城市建设的关键技术,或可称之谓低碳城市实践基础的“智慧能网”(CIEN)概念进行描述。期望在全球性低碳城市建设大潮中抛砖引玉,为保持中国在世界低碳城市的研究领域的领先地位贡献一些思想。
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