• 生態(tài)城市

生態(tài)城市這一概念是在70年代由聯(lián)合國(guó)教科文組織提出的，從廣義上講，是建立在人類對(duì)人與自然關(guān)系更深刻認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上的新的文化觀，是按照生態(tài)學(xué)原則建立起來(lái)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然協(xié)調(diào)發(fā)展的新型社會(huì)關(guān)系，是有效的利用環(huán)境資源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新的生產(chǎn)和生活方式。從狹義的講，就是按照生態(tài)學(xué)原理進(jìn)行城市設(shè)計(jì)，建立高效、和諧、健康、可持續(xù)發(fā)展的人類聚居環(huán)境。
國(guó)內(nèi)外的生態(tài)城市建設(shè)可分為三個(gè)階段：
第一個(gè)階段可以叫淺綠型的生態(tài)城市，就是以關(guān)注綠化，大力發(fā)展城市綠色運(yùn)用為代表；
第二個(gè)階段叫中綠型的生態(tài)城市，隨著城市快速城市化進(jìn)程，加入了城市的能源系統(tǒng)、垃圾系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)，是城市發(fā)展中的一個(gè)亮點(diǎn)；
第三個(gè)階段是深綠型的生態(tài)城市，這是一個(gè)系統(tǒng)的工程，從規(guī)劃設(shè)計(jì)開(kāi)始作為龍頭，引進(jìn)不同的生態(tài)城市技術(shù)支撐體系，加上運(yùn)營(yíng)管理的經(jīng)驗(yàn)，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合集成，最終達(dá)到深綠型的生態(tài)城市。
如圖1所示，城市生態(tài)系統(tǒng)分為兩部分，生物系統(tǒng)及非生態(tài)系統(tǒng)，本文我們將重點(diǎn)研究非生態(tài)系統(tǒng)下屬的能源系統(tǒng)。
二、化石性燃料
自從工業(yè)革命以來(lái)，由于大量的使用能源，人類的文明程度得到了空前的發(fā)展。在所使用的能源中，大部分是化石性燃料（煤炭，石油和天然氣）。化石燃料在全世界的能源消耗中占主導(dǎo)地位，它約占全球初級(jí)能源消耗的85%。人類不斷地燃燒化石燃料是排放溫室氣體二氧化碳的來(lái)源之一，是加快全球變暖的因素之一。
1．煤炭
煤炭是化石燃料資源中數(shù)量最大的部分。世界上的煤炭大部分儲(chǔ)藏在前蘇聯(lián)和美國(guó)。但是，煤炭是污染環(huán)境最嚴(yán)重的一種能源。而且，煤炭形成的年代越近污染就越嚴(yán)重。煤炭一般這樣分類，從地質(zhì)上的石炭紀(jì)到古生代末，即大約3.45億年前至2.8億年前期間形成的煤，含碳豐富，稱為無(wú)煙煤或煙煤，第三紀(jì)時(shí)形成的是褐煤而第四紀(jì)時(shí)形成的是泥煤。
表1-1我國(guó)部分地區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量分布

省(區(qū))	預(yù)測(cè)資 源量	褐煤	低變質(zhì) 煙煤	氣煤	肥煤	焦煤	瘦煤	貧煤	無(wú)煙煤
全國(guó)	45521.0	1903.06	24215.1	9392.38	1032.11	1957.29	803.75	1468.88	4742.43
新疆	18037.3	---	12920.0	4754.50	312.60	24.80	25.40	---	---
山西	3899.18	12.68	53.85	70.42	343.90	508.02	301.89	589.79	2018.63
陜西	2031.10	---	523.79	800.15	115.89	111.49	64.45	94.53	320.80
貴州	1896.90	---	---	5.22	41.40	319.57	133.97	247.27	1149.47
寧夏	1721.11	---	1264.83	84.31	20.73	17.75	24.79	123.52	185.18
甘肅	1428.87	---	242.49	1172.99	1.63	---	5.72	4.83	1.21

 
2．石油
石油又稱原油，它是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的演化形成的混合物，與煤一樣屬于化石燃料。石油主要被用來(lái)作為燃油和汽油，燃料油和汽油組成目前世界上最重要的一次能源之一。但是由于石油是一種不可更新原料，現(xiàn)在許多人擔(dān)心石油用盡會(huì)對(duì)人類帶來(lái)災(zāi)難性的后果。中國(guó)石油資源集中分布在渤海灣、松遼、塔里木、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、珠江口、柴達(dá)木和東海陸架八大盆地。
3．天然氣
從廣義的定義來(lái)說(shuō)，天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體，包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈中各種自然過(guò)程形成的氣體。而人們長(zhǎng)期以來(lái)通用的“天然氣”的定義，是從能量角度出發(fā)的狹義定義，是指天然蘊(yùn)藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，主要存在于油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣中。世界上2/3的儲(chǔ)藏量位于前蘇聯(lián)和中東（伊朗等）。我國(guó)天然氣資源量區(qū)域主要分布在我國(guó)的中西盆地。
三、可再生資源
人們使用可再生資源的歷史已有幾十萬(wàn)年。這種資源具有斷續(xù)性和稀缺性的特征。自然界有時(shí)會(huì)將可再生能源富集。例如，利用水流所經(jīng)過(guò)的地形的高低差可以獲得巨大的水利勢(shì)能。目前在我國(guó)修建的長(zhǎng)江三峽大壩正是利用這個(gè)原理修建的水電站。
大多數(shù)可再生資源(水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能和生物能)都是源自于太陽(yáng)輻射，這對(duì)于人類史值得慶幸的事情，因?yàn)檫@些能源是取之不盡，用之不竭的，直到太陽(yáng)和地球的毀滅為止。來(lái)源于人類活動(dòng)的某些垃圾也可以視為一種可再生資源。
1．水能
    水能是一種可再生能源，水能或稱為水力發(fā)電，是運(yùn)用水的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能來(lái)發(fā)電的方式。以水力發(fā)電的工廠稱為水力發(fā)電廠，簡(jiǎn)稱水電廠，又稱水電站。水能主要用于水力發(fā)電，其優(yōu)點(diǎn)是成本低、可連續(xù)再生、無(wú)污染。缺點(diǎn)是分布受水文、氣候、地貌等自然條件的限制大。水容易受到污染，也容易被地形，氣候等多方面的因素所影響。
廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源； 　　狹義的水能資源指河流的水能資源。是常規(guī)能源，一次能源。狹義的水能是指河流水能.人們目前最易開(kāi)發(fā)和利用的比較成熟的水能也是河流能源。
2．太陽(yáng)能
太陽(yáng)能，一般是指太陽(yáng)光的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽(yáng)提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽(yáng)光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚(yú)等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽(yáng)能進(jìn)一步發(fā)展。太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用（光熱轉(zhuǎn)換）、光電轉(zhuǎn)換和光式轉(zhuǎn)換三種方式。太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來(lái)源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。
2.1太陽(yáng)能的優(yōu)點(diǎn)
(1)普遍：太陽(yáng)光普照大地，沒(méi)有地域的限制無(wú)論陸地或海洋，無(wú)論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開(kāi)發(fā)和利用，且無(wú)須開(kāi)采和運(yùn)輸。
(2)無(wú)害：開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能不會(huì)污染環(huán)境，它是最清潔能源之一，在環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。
(3)巨大：每年到達(dá)地球表面上的太陽(yáng)輻射能約相當(dāng)于130萬(wàn)億噸煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開(kāi)發(fā)的最大能源。
(4)長(zhǎng)久：根據(jù)目前太陽(yáng)產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個(gè)意義上講，可以說(shuō)太陽(yáng)的能量是用之不竭的。
2.2太陽(yáng)能的缺點(diǎn)
(1)分散性：到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說(shuō)來(lái)，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽(yáng)輻射的輻照度最大，在垂直于太陽(yáng)光方向1平方米面積上接收到的太陽(yáng)能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1／5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽(yáng)能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)較高。
(2)不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽(yáng)輻照度既是間斷的，又是極不穩(wěn)定的，這給太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽(yáng)能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問(wèn)題，即把晴朗白天的太陽(yáng)輻射能盡量貯存起來(lái)，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽(yáng)能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。
(3)效率低和成本高：目前太陽(yáng)能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽(yáng)能利用裝置，因?yàn)樾势停杀据^高，總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。
3．風(fēng)能
風(fēng)能是地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。由于地面各處受太陽(yáng)輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動(dòng)，即形成風(fēng)。風(fēng)能資源決定于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時(shí)數(shù)。風(fēng)能密度是單位迎風(fēng)面積可獲得的風(fēng)的功率，與風(fēng)速的三次方和空氣密度成正比關(guān)系。據(jù)估算，全世界的風(fēng)能總量約1300億千瓦，中國(guó)的風(fēng)能總量約16億千瓦。
3.1風(fēng)能的優(yōu)點(diǎn)
（1）風(fēng)能為潔凈的能量來(lái)源。風(fēng)能設(shè)施日趨進(jìn)步，大量生產(chǎn)降低成本，在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電成本已低于發(fā)電機(jī)。
（2）風(fēng)能設(shè)施多為不立體化設(shè)施，可保護(hù)陸地和生態(tài)。
（3）風(fēng)力發(fā)電是可再生能源，很環(huán)保。
3.2風(fēng)能的缺點(diǎn)
（1）風(fēng)力發(fā)電在生態(tài)上的問(wèn)題是可能干擾鳥(niǎo)類，如美國(guó)堪薩斯州的松雞在風(fēng)車出現(xiàn)之后已漸漸消失。目前的解決方案是離岸發(fā)電，離岸發(fā)電價(jià)格較高但效率也高。　　
（2）在一些地區(qū)、風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性不足：許多地區(qū)的風(fēng)力有間歇性，更糟糕的情況是如臺(tái)灣等地在電力需求較高的夏季及白日、是風(fēng)力較少的時(shí)間；必須等待壓縮空氣等儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展。　　
（3）風(fēng)力發(fā)電需要大量土地興建風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，才可以生產(chǎn)比較多的能源。　　進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)發(fā)出龐大的噪音，所以要找一些空曠的地方來(lái)興建。 　　
（4）現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電還未成熟，還有相當(dāng)發(fā)展空間。
4．生物能
生物能是以生物為載體將太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存的一種能量，它直接或間接地來(lái)源于植物的光合作用，其蘊(yùn)藏量極大，僅地球上的植物，每年生產(chǎn)量就像當(dāng)于目前人類消耗礦物能的20倍。在各種可再生能源中，生物質(zhì)是貯存的太陽(yáng)能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉(zhuǎn)化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。
4.1生物能的優(yōu)點(diǎn)
(1)提供低硫燃料；
(2)于某些條件下可提供廉價(jià)能源；
(3)將有機(jī)物轉(zhuǎn)化成燃料可減少環(huán)境公害(例如，垃圾燃料)；
(4)與其他非傳統(tǒng)性能源相比較，技術(shù)上的難題較少。
4.2生物能的缺點(diǎn)
(1)植物僅能將極少量的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成有機(jī)物； 　　
(2)單位土地面的有機(jī)物能量偏低；
(3)缺乏適合栽種植物的土地；
(4)有機(jī)物的水分偏多(50%～95%)。
4.3沼氣
在日常生活中，沼氣算是我們最常用到的生物質(zhì)能。沼氣是有機(jī)物在厭氧條件下被微生物分解發(fā)酵生成的一種可燃性氣體。其主要成分是甲烷,含量占60%左右,此外,二氧化碳占40%左右,以及其他微量成分。我國(guó)的沼氣最初主要為農(nóng)村戶用沼氣池，20世紀(jì)70年代初，為解沼氣綜合利用解決的秸稈焚燒和燃料供應(yīng)不足的問(wèn)題，我國(guó)政府在農(nóng)村推廣沼氣事業(yè)，沼氣池產(chǎn)生的沼氣用于農(nóng)村家庭的炊事來(lái)逐漸發(fā)展到照明和取暖。目前，戶用沼氣在我國(guó)農(nóng)村仍在廣泛使用。
中國(guó)農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境的承載力十分有限，發(fā)展農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，不能以消耗農(nóng)業(yè)資源、犧牲農(nóng)業(yè)環(huán)境為代價(jià)。農(nóng)村沼氣把能源建設(shè)、生態(tài)建設(shè)、環(huán)境建設(shè)、農(nóng)民增收鏈接起來(lái)，促進(jìn)了生產(chǎn)發(fā)展和生活文明。發(fā)展農(nóng)村沼氣，優(yōu)化廣大農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，是中國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分，對(duì)增加優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)、緩解國(guó)家能源壓力具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
四、實(shí)例分析
1．哈默比湖城
   在哈默比湖城的規(guī)劃和實(shí)施階段，它擁有一套完整的環(huán)境質(zhì)量控制計(jì)劃，要求在能源、水、垃圾、交通、建筑設(shè)計(jì)與施工管理等各個(gè)方面采用新的理念和技術(shù)。由斯德哥爾摩水公司，弗頓能源公司及斯德哥爾摩垃圾處理署共同制定的環(huán)境與基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃，其核心內(nèi)容可以被總結(jié)為一個(gè)生態(tài)循環(huán)模型，即著名的哈默比模型（圖8）。下面我們著重講一下能源。
在能源處理上，哈默比湖城遵循以下五點(diǎn)內(nèi)容：

1. 垃圾燃燒產(chǎn)生供本區(qū)域使用的熱能和電能；
2. 用生態(tài)燃料生產(chǎn)供本區(qū)域使用的熱能和電能；
3. 廢水處理產(chǎn)生的熱能用于區(qū)域的供暖和制冷；
4. 太陽(yáng)能被用于發(fā)電和供應(yīng)熱水；
5. 所有用的電都應(yīng)該獲得“優(yōu)質(zhì)環(huán)境選擇”或相關(guān)認(rèn)證。

哈默比湖城建立的環(huán)境友好型能源系統(tǒng)。
首先確保從城市電網(wǎng)輸入的是水力、風(fēng)力、太陽(yáng)能等環(huán)境友好型電能。其次，哈默比堆肥廠制成的生物燃料以及易燃垃圾在熱電廠、熱力站作為重要的補(bǔ)充燃料，其生產(chǎn)的熱能和電能被返送回來(lái)，為哈默比及周邊地區(qū)提供區(qū)級(jí)的供熱和電能。除提供熱和電外，哈默比熱力站還設(shè)有區(qū)級(jí)“免費(fèi)制冷”系統(tǒng)，所謂“免費(fèi)”是因?yàn)閮H需要將冷的海水在區(qū)域中輸送與分配，同樣是一種對(duì)環(huán)境友好的制冷方式。能源在這里被慎重地、從系統(tǒng)整體的角度加以考慮，例如強(qiáng)調(diào)區(qū)域中不同部門的協(xié)作，不要同時(shí)加熱和冷卻。為了使建筑能源需求達(dá)到最小化，一些建筑物屋頂還裝有太陽(yáng)能光電板和熱水器，它們分別為住戶節(jié)約5%的電力，供應(yīng)50%的熱水，預(yù)計(jì)在全部建成后哈默比湖城的能源自給率將達(dá)到50%。2010年3月的統(tǒng)計(jì)顯示，哈默比電力及采暖耗能中已有50%取自有機(jī)堆肥及垃圾燃燒的循環(huán)利用。
哈默比湖城有望在2015年全面實(shí)現(xiàn)20年碳排放減半的目標(biāo)，作為一個(gè)基于低碳目標(biāo)的重建開(kāi)發(fā)案例，哈默比湖城是歐洲眾多可持續(xù)與低碳城市試驗(yàn)項(xiàng)目中的優(yōu)秀范例之一，它不僅是瑞典生態(tài)城市建設(shè)的一個(gè)成功樣板，同時(shí)也為全世界低碳城市的建設(shè)發(fā)展提供了良好的示范。
五、結(jié)語(yǔ)
   我們要明白，現(xiàn)在地球上所有的能源并不是我們獨(dú)占的，而是向我們的子孫后代借取的。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的勢(shì)頭下，建筑的能耗達(dá)到了社會(huì)總能耗的45%，在某種程度上，中國(guó)當(dāng)前的城鎮(zhèn)建設(shè)對(duì)全球的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程產(chǎn)生不可忽視的重要影響。在今后的道路上，對(duì)于可持續(xù)發(fā)展道路的探討還將延展下去。
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