構建“生態人居能源體系”的三重邏輯

城市和鄉村既是人民生活生產的依託，也是新型能源體系的重要載體。“生態人居能源體系”以能源系統爲出發點，以人居環境爲載體，以生態文明爲目標，實現人與自然和諧共生。人居環境是指人們居住和生活的空間環境，包括居住區、公共空間、交通、教育、醫療等各個方面。良好的人居環境能夠提高人們的生活質量，促進社會和諧穩定。生態保護是指對自然環境的保護和修復，以保持生態系統的平衡和穩定。人居環境和生態保護是相互依存、相互促進的關係。良好的人居環境依賴健康的生態環境，而生態保護也需要人居環境的改善和提升。“生態人居能源體系”的構建，既符合國家建設新型能源體系的政策要求，也符合人民對宜居生活環境品質提升、生態環境改善、產業結構調整、經濟低碳綠色發展的需求，具有重大戰略意義。

以複雜巨系統理論指導構建“生態人居能源體系”

“生態人居能源體系”關注解決城鄉生態環境保護、宜居環境建設與新型能源體系構建之間相互支撐和互相制約問題，以複雜巨系統理論爲指導，以生態能源大系統爲對象，研究多學科交叉、多目標驅動的生態人居能源體系構建，促進“生態—人居—能源”協同發展。“生態人居能源體系”建設的內涵包括六個方面。一是構建清潔能源供給體系，構建以風光發電、核電、水電爲主的清潔能源供給體系，適應氣候變化和滿足人民對美好生活的期待。二是建設面向清潔能源的能源傳輸及配送網絡，考慮氣—電—氫—冷—熱多能協同的傳輸及配送網絡，提升清潔能源的接入、送出和消納能力。三是優化能源消費結構，以能源爲先導，優化城鄉產業佈局，促進城鄉經濟與能源協調發展。推動行業生產用能及人民生活用能電氣化，推進終端用能低碳化、零碳化。四是建設零碳城市及社區，使建築節能與清潔能源相融合，提高綜合利用能效，減少建築、電力、生物資源、工業、交通與出行等方面的碳排放；通過發展綠色生態智慧技術，提高建築本體節能率，降低社區碳排放，提高社區固碳能力，建設生態零碳社區。全面推廣分佈式光伏和分散式風電在園區末端的應用，鼓勵利用新建住宅小區屋頂、廠房和公共建築屋頂安裝光伏發電，提高建築可再生能源利用比例。五是推進農村能源改革，以農村分佈式光伏、風電、小型水電、生物質能等帶動農村生態及經濟發展，推進可再生能源發電就地就近開發和利用，鼓勵利用公共建築屋頂、農民自有建築屋頂、農業設施等建設光伏發電，積極推進農業農村領域電氣化，加強農業種植、養殖、農產品加工、農業大棚等農業生產加工領域的電氣化改造。六是推進綠色低碳基礎設施體系建設，打造能源高效利用、資源循環再生、碳排放大幅降低且能適應和減緩氣候變化影響的基礎設施網絡，涵蓋交通、能源、建築、水利等多個領域。推動城鄉信息基礎設施建設，推動城市—社區—建築多層級智慧管理平臺建設，促進能源、環境、社會信息數據融合，促進城鄉更新綠色化、低碳化發展。

開展面向城鄉生態人居環境的能源融合規劃與管理

人居環境生態規劃以人居環境提升爲導向，開展城市規劃、建築設計、能源規劃、交通規劃、公共設施建設、環境質量監測與治理。在“雙碳”目標背景下，城鄉規劃應對人居環境和能源系統進行融合規劃。針對高比例風光發電消納和接入難題，考慮提升清潔能源接入和消納效率爲先導的城鄉產業佈局優化策略；考慮發電基地、能源站、儲能站、充電設施等合理布點，能源網絡規劃應與供用能規劃相匹配，建設比例合理的零碳園區、綠色建築；以安全、高效、經濟、環保爲目標，構建“電—氣—氫—冷—熱”多能互補的能源系統架構，基於“源—網—荷—儲”協同優化調度與運行思路，提出城鄉跨區能源協同共濟策略，實現能源系統分層分區的調度和資源優化配置，建設“省—市—縣”多層級能源調度管理平臺，創新能源市場商業模式，建立能源市場激勵及懲罰機制。“生態人居能源體系”面對的是跨市、跨省甚至跨國的能源規劃與調度，區域內存在傳統發電廠、風光電站、冷熱電聯供站、供熱站、供冷站和制氫站等供能主體，輸配電站網、冷/熱管網、供氣/氫網等輸配能主體，儲能站、抽水蓄能等儲能主體，工業園區、辦公園區、商業綜合體、居住區、交通行業、充電樁、農業等用能主體，這些海量主體間既有合作也有博弈，形成複雜的自適應系統。

能源系統的規劃及運行基礎是建立準確有效的能源系統模型，系統㶲經濟學模型以及基於能量品質的系統㶲經濟評價方法，以及分層集羣系統協同優化思路已經在新型電力系統中得到廣泛應用。能源系統是新型電力系統的外延與拓展，分層集羣系統協同優化方法同樣適用於能源系統。能源系統中的衆多主體可視爲智能體集羣，多主體的優化問題可採用集羣智能協同控制思路解決，這一思路框架與能源系統跨區域的分散、分佈式架構可以完美匹配。對於分層集羣的能源系統，可以將子系統根據調度運行需求，劃分爲不同層次和區域，形成集羣，以集羣作爲系統調度控制對象，靈活構建源側、網側與荷側多種資源的協同控制方案和策略。考慮當前能源系統的實際，應在多能耦合背景下，研究考慮能源品質和碳排放的綜合能源系統機理，對系統建模並進行分析評價，開展規劃及運行控制研究。

此外，“生態人居能源體系”的建立與發展還需要完善的法律法規和標準體系來規範和保障。相關部門應加強對城鄉建設、環境保護和能源行業的監管，制定相關法律法規和政策，明確各方責任和義務。

推動零碳建築、零碳園區技術創新與集成應用

建築是“生態人居能源體系”的細胞和重要落地實施承接體。建築行業產生的碳排放在二氧化碳排放總量中佔比較高，會對環境產生連帶效應。近年來能源界的研究和實踐表明，提升建築能效和改進建築供用能是解決社會經濟發展和能源供應不足之間矛盾的最有效措施之一。建築低碳化已逐漸成爲國際主流趨勢和未來的實踐標準。我國推動建築領域低碳轉型，在零能耗建築的基礎上，結合建築全生命週期，提出近零碳建築、零碳建築。零碳建築是指充分利用建築本體節能措施和可再生能源，使年減碳量大於等於建築全年碳排放量、可以在運營階段實現淨零排放的建築。國家和各級地方政府出臺相關政策推動建築低碳化。2024年3月，國務院辦公廳轉發國家發改委、住房城鄉建設部《加快推動建築領域節能降碳工作方案》，對推動建築領域節能降碳具有重要意義。推動零碳建築的四個關鍵手段是脫碳、電氣化、高能效和數字化。零碳建築和零碳園區技術衆多，主要包括五個方面。一是降低建築用能需求，如採用被動式建築設計、自然通風、自然採光、建築遮陽隔熱、圍護結構熱工性能提升等措施；二是提升建築能源系統效率，如提高冷熱源系統性能係數、新風熱回收效率、地道風、照明系統及電器等設備能效，並結合智能優化控制算法進一步降低建築能源消耗；三是引入可再生能源，通過最大化利用太陽能、風能、地熱能等可再生能源替代常規能源，減少建築能源的碳比例；四是增加碳匯，增加項目可綠化面積，增加山體綠化土壤保持率等；五是增加能源及碳管理，設置能源監測與碳排放監測、覈算管理平臺。

經過多年研發與應用，降低建築用能需求、提升建築能源設備效率等方面的技術已經較爲成熟，可挖掘的技術改進潛力較小。但在可再生能源利用、能源與碳管理方面的相關技術仍待進一步研究和應用。衆多單項技術應用在同一個建築物，並非先進技術的簡單堆砌，它們之間存在相互影響和制約，形成整體效應。技術集成通過對各種零碳建築技術的綜合優化，減少相互之間的不利影響，使建築技術集成後發揮最佳效能、減少重複設備投資、降低綠色建築的綜合造價，達到經濟效益、社會效益和環境效益的綜合最優。零碳建築技術集成應用研發的難點之一是解決分佈式光伏、充電樁、儲能的接入問題，通過“源—網—荷—儲”協同互動策略提升建築能效、提高分佈式光伏消納比例，其中光儲直柔微網技術集光伏、充電樁、儲能的接入和“源—網—荷—儲”互動技術於一體，在可再生能源利用、能源和碳管理方面提供了一種良好的技術集成方案。

（陳皓勇系華南理工大學電力經濟與電力市場研究所所長、發展中世界工程技術院院士；莫理莉系華南理工大學建築設計研究院有限公司電氣總工程師；王永華系國網江西電力新型電力系統源網荷儲規劃技術科研攻關團隊帶頭人）