太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)在城市更新工程中的應(yīng)用研究*
——以越南胡志明市為例

馬 妍 王珺玥 THANH T Phuong 沈振江 曹哲靜 MA Yan, WANG Junyue, THANH T Phuong, SHEN Zhenjiang, CAO Zhejing

0 引言

ICT（Information Communication Technology）在城市生活中扮演著越來越重要的角色，ICT的技術(shù)實施會帶來社會經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，產(chǎn)生新的空間形式[1]。在可持續(xù)發(fā)展的要求下，如今城市規(guī)劃師需要面對ICT技術(shù)帶來的新的城市建筑環(huán)境空間的變化。因此，在技術(shù)創(chuàng)新的背景下，理解新技術(shù)帶來的城市空間的變化是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展城市規(guī)劃的主要挑戰(zhàn)。在城市更新項目中植入ICT基礎(chǔ)設(shè)施，對實現(xiàn)智慧城市規(guī)劃與建設(shè)十分重要。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)（SGS）是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的電力系統(tǒng)，需要結(jié)合自然能源利用和城市電力系統(tǒng)中的能源消費管理系統(tǒng)[2]，主要利用太陽能分布式發(fā)電技術(shù)（SDG）。城市空間中太陽能的利用將減少化石能源消耗和碳排放，社區(qū)作為城市系統(tǒng)的主要空間單元[3]，智慧社區(qū)的建設(shè)將為可持續(xù)城市設(shè)計帶來契機[4]。落實SGS與SDG的建設(shè)，需要在城市空間中整合新的電力系統(tǒng)設(shè)施。然而大多數(shù)研究僅考慮經(jīng)濟、技術(shù)和能源管理的相關(guān)問題，缺少從城市規(guī)劃與設(shè)計的角度來研究社區(qū)與SDG體系的結(jié)合方式，而北美、歐洲和日本的試點地區(qū)智能電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)可作為重要的經(jīng)驗參照。

SGS在SDS中的應(yīng)用在發(fā)達國家已得到廣泛討論，故本研究重點關(guān)注發(fā)展中國家，選擇了越南胡志明市為研究案例，主要探討社區(qū)層面城市更新中太陽能利用的規(guī)劃與設(shè)計方法。發(fā)展中國家發(fā)展太陽能利用有利于應(yīng)對快速增長的能源需求，減緩過載能源基礎(chǔ)設(shè)施的更新壓力，降低城市地區(qū)的環(huán)境負擔。

有關(guān)胡志明市SGS發(fā)展的相關(guān)研究，Ernst等[5]介紹了SGS在胡志明市的應(yīng)用：在削減停電時間、減少能量傳輸損耗比和降低需求響應(yīng)峰值方面，SGS與SDG在發(fā)展中國家的能源經(jīng)濟發(fā)展方面具有優(yōu)勢，可以解決胡志明市每周1—2次從早到晚持續(xù)電力短缺的問題。此外，通過有效管理，SGS投資可以控制能源使用的效率，并滿足胡志明市的可持續(xù)發(fā)展城市建設(shè)要求，避免大型電廠新建工程。

本文在城市更新可持續(xù)發(fā)展的目標下，概述SDG相關(guān)概念和經(jīng)驗研究；明確了社區(qū)中設(shè)置SDG系統(tǒng)設(shè)備的規(guī)模、效用和對城市景觀的影響；進而確定城市規(guī)劃中的相關(guān)設(shè)計導(dǎo)則，包括設(shè)計范圍、特點和方法；最后提出越南胡志明市SDG的實施流程和應(yīng)用設(shè)計概念。

1 智能電網(wǎng)系統(tǒng)和太陽能分布式發(fā)電的文獻綜述

智能電網(wǎng)技術(shù)的術(shù)語在歐洲智能電網(wǎng)技術(shù)中被定義為“一個把其發(fā)電機與消費者用戶行為，集成到優(yōu)化和可持續(xù)能源系統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)”[6]，它是有效利用分布式能源的關(guān)鍵[7]；其中小規(guī)模分布式發(fā)電（例如太陽能光伏技術(shù)和風車）通常設(shè)計在電力消費地點，如社區(qū)周圍，從而滿足能源需求。結(jié)合SGS推廣的SDG是基于太陽能光伏（PV）技術(shù)的小規(guī)模發(fā)電的設(shè)備，用于減少國家電力的需求壓力，多在城市地區(qū)使用，具有易擴展的特性。太陽能光伏系統(tǒng)可用于幾千瓦的住宅地區(qū)，也可用于規(guī)模達到幾兆瓦的公共事業(yè)項目[8]，因而SGS與SDG對于社區(qū)的應(yīng)用有明顯潛力。

發(fā)達國家進行了SGS的許多研究，北美和歐洲等國已經(jīng)形成高滲透率分布式發(fā)電的電力市場[9]。美國能耗占全球75%，產(chǎn)生了全球80%的溫室氣體排放量[10]，北美電力公司（NERC）評估認為：發(fā)電燃料結(jié)構(gòu)到2021年將發(fā)生重大變化，有必要在城市地區(qū)根據(jù)聯(lián)邦政府和各州的制度導(dǎo)入SGS。相關(guān)章程包括IEEEP1547標準（2003）、分布式能源資源實驗室的相關(guān)保險標準（UL1741（2005））、國家電氣規(guī)范（NEC）、國家防火協(xié)會（NFPA）、國家電氣安全規(guī)范（NESC）、加利福尼亞州（CA）規(guī)則21號中頒布的分布式能源發(fā)電機的特定標準，以及國家的代碼系統(tǒng)。加拿大的安大略省、不列顛哥倫比亞省、曼尼托巴省和魁北克省的城市，已經(jīng)啟動了智能電網(wǎng)項目。加拿大專家還參加了相關(guān)的北美標準制定。歐洲國家傳統(tǒng)電力基礎(chǔ)設(shè)施面臨著重要挑戰(zhàn)：一方面需要面對市場一體化和電力供應(yīng)安全的要求，另一方面需要面對各種可再生能源的增加和基礎(chǔ)設(shè)施的老化問題。歐洲國家SGS實施的設(shè)計導(dǎo)則分為3個層次：國際標準化導(dǎo)則，歐洲標準化導(dǎo)則，歐洲各國城市地區(qū)SGS規(guī)劃和設(shè)計導(dǎo)則。日本致力于低碳社會的建設(shè)，旨在最大限度地利用當?shù)氐目稍偕茉矗ㄟ^能源消費管理系統(tǒng)最大限度地提高能源使用效率[11]。在日本，SGS主要應(yīng)用于低碳智慧社區(qū)建設(shè)。日本政府啟動了4個地區(qū)的試點項目，包括豐田市、東京柏葉地區(qū)、北九州市和橫濱市。這些城市重點建設(shè)家庭能源管理系統(tǒng)（HEM）和建筑能源管理系統(tǒng)（BEM），主要模塊為建筑太陽能光伏系統(tǒng)與插電式電動汽車。

從北美、歐洲和日本的情況來看，SGS主要的發(fā)展動力與挑戰(zhàn)均為環(huán)境問題。為了確保未來電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和可靠性[7]，需要制定國家、區(qū)域和地方層級的相關(guān)發(fā)展目標與實現(xiàn)路徑，包括政策、發(fā)展計劃、法律和設(shè)計導(dǎo)則。此外，城市地區(qū)設(shè)計導(dǎo)則中的SGS設(shè)計需參照當?shù)匾?guī)定、建筑和結(jié)構(gòu)規(guī)范、消防規(guī)范、電氣規(guī)范和包括環(huán)境影響評估在內(nèi)的各種許可。

2 太陽能分布式發(fā)電與居住區(qū)的規(guī)劃設(shè)計

智慧社區(qū)建設(shè)中，SGS與SDG應(yīng)用需要考慮3個層次（圖1）：家庭單元，即智能建筑本身[12]；居住地里的共享能量存儲和相關(guān)設(shè)備，即社區(qū)能源存儲設(shè)備（CES），以及鄰近社區(qū)（CES區(qū)域控制）。本研究將關(guān)注城市更新項目的住宅屋頂太陽能光伏系統(tǒng)和CES設(shè)備的導(dǎo)入。

（1）住宅屋頂?shù)奶柲芄夥逑到y(tǒng)：安裝太陽能光伏板需要考慮當?shù)氐乩硪蛩睾妥匀粴夂虻纫蛩兀越邮兆畲罅康奶栞椛洌鶕?jù)住宅類型，屋頂坡度確定用于放置太陽能電池板的屋頂面積。

（2）社區(qū)能源存儲（CES）：SDG的一個具體例子是在住宅區(qū)的供電線上放置少量（1—2 h）的能量存儲裝置[13]，用25 kW低壓設(shè)備管理幾戶家庭。2011年俄亥俄州最先導(dǎo)入CES系統(tǒng)，安裝并測試了80個位于客戶鄰近社區(qū)的CES設(shè)備，每個設(shè)備服務(wù)2—5個家庭單元（圖2）。CES服務(wù)房屋數(shù)量的性能取決于家庭潛在太陽能的發(fā)電總量和經(jīng)濟財務(wù)狀況。

城市地區(qū)的SDG的規(guī)劃設(shè)計需要結(jié)合太陽能光板的設(shè)置、電網(wǎng)規(guī)劃和城市規(guī)劃，以實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的能源使用效率。規(guī)劃設(shè)計過程中應(yīng)確保太陽能發(fā)電量，從而保障城市地區(qū)太陽能生產(chǎn)的有效性和預(yù)測準確性[14]，這是城市規(guī)劃中電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施新技術(shù)運用必不可少的環(huán)節(jié)。規(guī)劃設(shè)計的步驟總體為：確定導(dǎo)入方案—評估—政策情景設(shè)計—實施評估（圖3）。

3 越南胡志明市的SDG實施

本文根據(jù)胡志明市的城市更新項目，分析城市未來發(fā)展的戰(zhàn)略目標，尋找適用條件導(dǎo)入SDG系統(tǒng)。

3.1 越南胡志明市的電力現(xiàn)狀

圖1 鄰里區(qū)域中3個層級的SDG應(yīng)用資料來源：作者自繪。

圖2 CES的特性和變換裝置資料來源：http://www.dolantechcenter.com/Focus/DistributedEnergy/EnergyStorage.aspx。

表1 越南胡志明市城市規(guī)劃與SGS太陽能應(yīng)用的相關(guān)政策和規(guī)章制度

圖3 SDG在城市更新中應(yīng)用的框架資料來源：作者自繪。

能源問題一直是影響越南經(jīng)濟持續(xù)高速增長的關(guān)鍵因素。越南國家報告提出，可持續(xù)發(fā)展對社會和環(huán)境有著積極作用[15]。為了解決電力傳輸線和國家電網(wǎng)覆蓋不足的問題，2015年越南電力公司計劃花費148兆越南盾，建立和擴大輸配電系統(tǒng)[16]。此外，越南的舊能源技術(shù)和不良能源管理系統(tǒng)均導(dǎo)致了能源供需平衡效率低下的問題[17]。2013年5月22日，越南南部由于旱季供電過載，導(dǎo)致嚴重停電事件的發(fā)生，影響了22個省市的數(shù)百萬人口。事故根本原因是國家電網(wǎng)安全管理能力低下。電力短缺頻繁發(fā)生，旱季每周發(fā)生一到兩次，每次從早晨到晚上持續(xù)一整天[5]。2011年7月21日，越南總理提出第1208/QD-TTg號決定，針對2011—2020年國家電力發(fā)展計劃頒布了《電力總體計劃VII》，強調(diào)了可再生能源發(fā)展、能源安全、能源利用效率等關(guān)鍵問題，提出了具體目標[18]。為了滿足日益增長的國家電力需求，可再生能源作為電力生產(chǎn)的新興方式得到了不斷的發(fā)展[19]。因此有必要加快可再生能源設(shè)備的安裝，盡快連接到配電網(wǎng)絡(luò)，以減少能源傳輸?shù)膿p耗，提高能源的利用效率。

3.2 胡志明市的SGS與SDG應(yīng)用導(dǎo)入方案

表1總結(jié)了越南國家和地區(qū)的政策，包含SGS的章程和SDG在越南和胡志明市的發(fā)展策略等。2001年越南工業(yè)部（MOI）在世界銀行和越南電力（EV）的支持下發(fā)布了“可再生能源行動計劃”（REAP），為EVN電網(wǎng)未涵蓋的數(shù)十萬家庭制定了“可再生能源電氣化目標擴展規(guī)劃”[15]，制定了國家2011—2020年期間電力發(fā)展的總體規(guī)劃，為實現(xiàn)2030年“智能電網(wǎng)”技術(shù)戰(zhàn)略制定了研究計劃，并采取一系列資金措施，如發(fā)行國內(nèi)外債券、投資管理電力項目、轉(zhuǎn)移國內(nèi)儲蓄投資于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

針對可再生能源發(fā)展，胡志明市人民委員會于2012年5月7日頒布了《第2305/QD-UBND號決定》。胡志明市的太陽輻射強度為1.581 kWh/m2/y，約4.3 kW/h/m2/d，太陽能資源潛力巨大，可供應(yīng)2—3 kW的家庭用電。具有一定資金并對太陽能實施感興趣的獨立住戶可以擁有國家電網(wǎng)和太陽能發(fā)電兩種電力資源。家用太陽能發(fā)電機可以與住宅設(shè)備和國家電網(wǎng)連接；但是目前太陽能發(fā)電成本遠高于其他電源，與太陽能光伏（PV）系統(tǒng)的高投資和成本相比，越南的平均收入仍然較低。因此，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用由于其低層次、小規(guī)模、分散性等特點不易得到社會各界的重視，只有少數(shù)人希望通過自身預(yù)算投資該系統(tǒng)。盡管越南沒有為可再生能源建立上網(wǎng)電價，但《避免成本關(guān)稅法（ACT）》為可再生能源開發(fā)商提供了激勵措施，如對太陽能組件和太陽能項目免去進口稅，鼓勵光伏產(chǎn)業(yè)的投資資本。另一方面，資金來源包括國家預(yù)算、企業(yè)投資、亞投行、日本官方發(fā)展援助資金、外國金融機構(gòu)（FDI）投資等[20]，推動了并網(wǎng)太陽能發(fā)電廠的發(fā)展和越南可持續(xù)發(fā)展的目標。如能設(shè)定更低的價格，可以吸引生活在城市地區(qū)的人們的關(guān)注，解決意外的電力短缺帶來的停電問題。

因此，從越南胡志明市的現(xiàn)有情況以及未來發(fā)展戰(zhàn)略可以看出，發(fā)展SDG的SGS是加快可再生能源利用的必要措施，同時若能以適當?shù)姆绞脚c配電網(wǎng)絡(luò)并網(wǎng)，則可提高電能效率。

3.3 胡志明城市更新項目中SDG的應(yīng)用

高收入水平的發(fā)達國家和低收入水平的發(fā)展中國家在投資成本、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、住房和生活條件方面均存在差異。此外，發(fā)展中國家住宅的能源使用在能源消耗總量中的占比很大[21]。所以越南和其他發(fā)展中國家發(fā)展SDG的主要目的應(yīng)落位在改善住宅能源需求和電力供應(yīng)方面，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。因此，要在胡志明市的城市更新項目安裝SDG，需要了解該技術(shù)納入發(fā)達國家的真實情況，并與胡志明市進行比較。SGS在胡志明市的城市更新項目中應(yīng)用的可行性，必須根據(jù)建設(shè)地點的條件、相應(yīng)城市水平的相關(guān)設(shè)施和SDG的技術(shù)要求決定。圖4顯示了可能實現(xiàn)的規(guī)劃戰(zhàn)略，為獲得高水平SGS性能，當?shù)卣杩紤]以下4個方面。

合適的開發(fā)地區(qū)：新開發(fā)的居住區(qū)或者非高密度的再開發(fā)地區(qū)，為了提高能源利用效率，這些區(qū)域的低層住房，以及占地大和屋頂面積大的建筑，最宜建設(shè)SGS。

主要人群目標：電力消費需求高或太陽能資源潛力大的地區(qū)、有能源需求的中高產(chǎn)階級居住地的城市更新項目。

住宅屋頂安裝太陽能光伏板：結(jié)合SDG在胡志明市的城市更新項目，選擇聯(lián)排別墅和獨立式住宅作為未來的節(jié)能住宅的原型，進行開發(fā)。

社區(qū)能源存儲（CES）：建設(shè)社區(qū)太陽能存儲單元，減少每個家庭的太陽能發(fā)電消耗，為擁有大屋頂面積的住宅客戶提供更多的能源共享。在胡志明市，CES設(shè)備應(yīng)作為胡志明市電力公司提供存儲服務(wù)的設(shè)備。

3.4 胡志明市SDG應(yīng)用的設(shè)計導(dǎo)則

3.4.1 住宅屋頂設(shè)置太陽能光伏板系統(tǒng)

在胡志明市，需要根據(jù)規(guī)劃要求考慮如何在住宅屋頂上布置太陽能光伏板系統(tǒng)。相關(guān)太陽能光伏板安裝的設(shè)計標準如下：

適當高度：在建筑物的屋頂上。

適合方向：南向。

適用坡度：15—20°。

最小適宜的屋頂面積：根據(jù)平均8 m2/kW的太陽能光伏板的大小，尺寸需與屋頂邊緣匹配。

為了確定建筑物可以獲得高太陽輻射能的屋頂形狀，通常使用的主要參數(shù)是縱橫比和具有合理斜率的屋頂面積[22]。縱橫比（圖5）的定義為赤道面向正面寬度（W）和外側(cè)面（D）的比率。在這項研究中，這個比例將結(jié)合由越南建設(shè)部2008年頒布的“越南建筑規(guī)范，區(qū)域，城市規(guī)劃和農(nóng)村住宅規(guī)劃2008（QCXDVN01：2008/BXD）”來分析使用太陽能的最節(jié)能的建筑屋頂形狀設(shè)計方案。研究提出了3種縱橫比，并且分析每種縱橫比的值以評估太陽能光伏系統(tǒng)的潛力。每個長寬比的值都用聯(lián)排別墅和獨立式住宅兩種類型分析，結(jié)合建筑形狀如矩形（U和L形狀），以及屋頂類型（平屋頂、山墻屋頂、棚屋頂和四坡屋頂）來推算潛力。結(jié)果如下：

具有高于或等于67.5 m2的地點，屋頂形狀為朝南的平屋頂，最好可安裝高于或等于3 kW的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。

（W/D<1）：50 m2以下的地段或四坡屋頂為不合適的區(qū)域。

（W/D=1）：面對東西山墻屋頂和金字塔屋頂（W≤12 m）不合適。

（W/D>1）：面對東西的山墻屋頂或低于50 m2的地段不合適。

對于多個U或L形狀屋頂?shù)姆课荩蓓斶吘壍某叽缧枰獫M足以下條件：

其中a，b是太陽能光伏板側(cè)面的尺寸；P是太陽能光伏系統(tǒng)的容量；W1，W2，D1，D2是南向屋頂?shù)某叽纭?/p>

圖4 胡志明市SDG的設(shè)置資料來源：作者自繪。

圖5 太陽能設(shè)計的橫縱比資料來源：參考文獻[23]。

圖6 街道上CES上安裝的最小寬度資料來源：作者自繪。

圖7 研究案例的位置資料來源：作者自繪。

3.4.2 社區(qū)的能源存儲—蓄電設(shè)備的規(guī)劃設(shè)計將CES設(shè)備納入城市地區(qū)和確定設(shè)置地點，需要考慮道路系統(tǒng)、步行者的步行、安全距離以及諸如歷史地區(qū)的景觀影響等因素，并參考越南城市道路建設(shè)標準以及設(shè)計規(guī)范TCXDVN104：2007[23]。首先，CES設(shè)備和雙向輪椅交通通道的最小寬度分別為3 m和1.5 m。因此，所需的街道寬度為4.5 m（圖6）。4.5 m以上街道的兩側(cè)，最適宜CES設(shè)備的安裝。然而，在4.5 m寬以下的街道，則需要增加寬度，這將導(dǎo)致土地占用和補償措施。CES的安裝位置根據(jù)適用范圍劃分為適合的、可用的和不恰當?shù)摹＝徤鐓^(qū)低層別墅區(qū)的街道安裝CES設(shè)備，地點可包括如下3種基本類型。

類型1：街道寬度大于或等于4.5 m——最適合安裝CES的位置；

類型2：街區(qū)面積S低于100 m2和街邊寬度Ws等于4 m；

類型3：街區(qū)面積S大于100 m2和街邊寬度Ws等于4 m。

CES設(shè)備安裝的設(shè)計考慮取決于城市道路系統(tǒng)的水平、街道的寬度與住宅的房屋類型。此外，使用CES設(shè)備可以通過增加行人和社區(qū)空間的綠化空間，改善CES設(shè)備對街道景觀的影響。

4 胡志明市案例中的可行性分析

4.1 建設(shè)SDG系統(tǒng)的選址和確定戰(zhàn)略目標

選定的地理位置（圖7）位于西貢南部的“富美洪新市中心”，這是一個人口密度較低的新型綜合城市開發(fā)區(qū)。這一地方的規(guī)劃目標是建造一個現(xiàn)代化的城市，為中高級階層提供高質(zhì)量的城市居住空間，并實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標。在胡志明市人民委員會的領(lǐng)導(dǎo)下，這個地區(qū)由富美洪公司管理，富美洪公司占有70%的資本，而另一個在人民委員會下運作的組織則占有30%的合法資本[24]。SDG和 SGS在該地區(qū)的應(yīng)用存在許多有利條件：一是投資的成本由政府組織和非政府組織共同承擔；二是低密度的新住宅開發(fā)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施齊全，有利于將新的SDG設(shè)施融入城市空間中。

4.2 評定

（1）位置分析

基于土地利用、地塊與建筑分布分析、街道兩邊的設(shè)施導(dǎo)入可能性分析（表2），可以看出該地區(qū)為SDG的實施提供了兩個優(yōu)勢條件：一是因為大部分的建筑都是南北朝向并且有很大的屋頂面積，故住宅適合導(dǎo)入太陽能光板系統(tǒng)；二是公共空間和人行道的寬度便于安裝CES設(shè)備，且不會影響到行人的步行空間（圖8）。

表2 土地利用、地段與建筑的情況

表3 居民電源消費

（2）能源分析

能源分析主要計算該項目中現(xiàn)有屋頂面積能產(chǎn)生的太陽能電量和居民未來的電力消耗需求。根據(jù)越南建筑規(guī)范（2008年）中每個居民和每個住戶的消耗電力需求（表3）來計算屬于最高電力需求的SDG設(shè)備導(dǎo)入地區(qū)。為了確定光伏板安裝的凈屋頂面積，在結(jié)合當?shù)氐牡乩硇畔⒑偷匦翁卣骱笥肁rcGIS計算太陽輻射能數(shù)據(jù)。所獲得的地圖（圖9）描述了地面上的年度太陽輻射能分布特征。從圖中可以看出，選定區(qū)域的年太陽輻射能約為1 690 kWh/m2/y。

基于現(xiàn)有的屋頂面積來預(yù)測每年在SDG系統(tǒng)中生產(chǎn)的能量如下式[14]：

年度光伏發(fā)電量=PR×Me×Vst×(A×Gr×365)

其中，光伏系統(tǒng)PR的表現(xiàn)比=0.75；光伏組件效率Me=0.13；在標準測試條件下的太陽輻射值VST=1 kWh/m2；光伏安裝A m2的可用屋頂區(qū)；胡志明市的Gr的太陽總輻射=1 690 kWh/m2/y。

圖8 案例街區(qū)資料來源：作者自繪。

圖9 全年度太陽輻射資料來源：作者自繪。

在胡志明市安裝太陽能光板，需要滿足胡志明市的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計方面的考慮。表4對太陽輻射產(chǎn)量的相關(guān)數(shù)值進行了估計。從上述節(jié)能住宅的需求評估和基于屋頂面積的年產(chǎn)量預(yù)測中，可以看出現(xiàn)有的屋頂面積在收集光伏系統(tǒng)太陽輻射上擁有巨大潛力，可以產(chǎn)生滿足居住區(qū)電力需求20年的電量。

（3）新城市設(shè)計模型

根據(jù)該地區(qū)戰(zhàn)略目標、地理位置和太陽能分析，本文提出了新的城市設(shè)計方案。假設(shè)CES設(shè)備的安裝過程和維護操作是由第三方或政府投資。為了確定胡志明市的最佳SDG參數(shù)，表5提供了4種政策情景來測定導(dǎo)入SDG的效果。太陽能光伏系統(tǒng)在這個區(qū)域的情況有如下3項備選方案：

方案A：根據(jù)當前越南政府的政策和計劃，每家的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將有2—3 kW，每家自行支付，沒有政府補貼。

方案B：每家的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)將有2—3 kW，政府補貼20%。

方案C：太陽能光伏系統(tǒng)將有2—5 kW每戶的存儲能力，以從這個區(qū)域的大量屋頂面積中獲得最高的能源效率。因此，該地區(qū)的太陽能光伏系統(tǒng)將假定整個SDG系統(tǒng)是由胡志明電力總公司（EVN胡志明市）的公用事業(yè)公司占有。在這種情況下，投資者將要與戶主簽訂協(xié)議來租賃住戶屋頂面積來生產(chǎn)太陽能。

方案A和B的新城市模型如圖10a）所示。3 kW太陽能光伏系統(tǒng)被安裝在聯(lián)排住宅和獨立式住宅中。方案C中包含的不同類型太陽能光伏系統(tǒng)如圖10b）所示。方案的不同主要體現(xiàn)在投資回收期、高效能源平衡評估好和基于政策的太陽能生產(chǎn)途徑。

方案C將用于CES實施和評價，CES設(shè)備的安裝位置有C1和C2兩個備選方案，不同點在于CES設(shè)備的安裝位置以及其優(yōu)缺點的評價。方案C1（圖11a））中，CES設(shè)備被安裝在距離客戶距離最短的住宅周圍位置。因此，在這個方案中不同類型的道路將被分析和評價。方案C2（圖11b））中，CES設(shè)備將根據(jù)設(shè)計準則被安裝在道路上，這些路面被分成安裝區(qū)域和人行區(qū)域兩部分。

5 實施評價

表6和表7顯示了經(jīng)濟效應(yīng)、投資回報期、能源平衡效率、城市環(huán)境質(zhì)量等維度的評定結(jié)果。經(jīng)濟利益評估方面，在公用事業(yè)公司占據(jù)所有SDG系統(tǒng)投資份額的情況下（方案三），SDG的總花費將包括設(shè)備、施工工藝、操作、維護期限25年的成本、住宅屋頂?shù)淖饨稹榱藵M足住戶的高接受度，本研究假定租賃的費用等于提高的電價。因此，需要制定能源補助政策，鼓勵投資者擴大城市地區(qū)的太陽能系統(tǒng)建設(shè)。

表4 對現(xiàn)有的屋頂太陽能生產(chǎn)估計結(jié)果

表5 場景設(shè)計方案說明

圖10 a） 太陽能光伏系統(tǒng)方案A和B資料來源：作者自繪。

圖10 b） 太陽能光伏系統(tǒng)方案C資料來源：作者自繪。

對于C1和C2兩種CES設(shè)備布置城市設(shè)計方案，一些地方存在產(chǎn)權(quán)問題，需要進行更新補償。然而該區(qū)域土地成本高昂，基于現(xiàn)有的土地成本和房屋租賃價格，公用事業(yè)公司根據(jù)合同每年將支付房東200 美元/m2的CES設(shè)備安裝費用。

SDG系統(tǒng)實施評估的結(jié)果也反映出經(jīng)濟與管理方面因素的重要性。3 kW太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)若在25年項目投資期內(nèi)得不到政府或其他組織的支持，投資回收期約為30年。但越南制定了城市太陽能利用的稅收政策，這樣一來SDG系統(tǒng)會因稅收增加而縮短投資回收期，提高經(jīng)濟效益和利潤。若政府為客戶提供資金和稅收支持，SDG在發(fā)達國家和高收入人口占比較高的城市地區(qū)更易于推廣。此外太陽能開發(fā)利用會因為一些不恰當建設(shè)中而受到限制。

當節(jié)能平衡比大于1時，SDG系統(tǒng)更適用于電耗較高的住宅，可生產(chǎn)電力分享到國家電網(wǎng)。SDG不僅需要滿足居住區(qū)的電力需求，更可以結(jié)合太陽能街道節(jié)能燈光系統(tǒng)進行道路照明。CES的安裝位置、設(shè)計理念需要考慮到道路等級、清洗工作的便利性、對人流的影響、跟客戶人群的適當安全距離等多方面因素。

表6 投資回收期和能源效率的結(jié)果

圖11 a） CES設(shè)備安裝方案C1資料來源：作者自繪。

圖11 b） CES設(shè)備安裝方案C2資料來源：作者自繪。

表7 方案的實施評估

6 小結(jié)與討論

本文以越南胡志明市為例，通過實證分析，證明了SDG與SGS系統(tǒng)在鄰里范圍內(nèi)的城市更新項目中應(yīng)用的有效性和開發(fā)的可能性。本文創(chuàng)新性地在社區(qū)尺度將SGS新技術(shù)融合到城市規(guī)劃設(shè)計的方案與建設(shè)實施的導(dǎo)則中。研究結(jié)果表明，城市更新項目中，SDG的規(guī)劃過程是太陽能利用設(shè)計和城市規(guī)劃與設(shè)計的結(jié)合，包括4個步驟：導(dǎo)入SDG設(shè)施的措施、找出具體項目中規(guī)劃過程的相關(guān)因素、提升設(shè)計理念和實施評估。SDG的發(fā)展是胡志明市的重要戰(zhàn)略方向，胡志明市的案例研究揭示了SDG戰(zhàn)略未來在城市更新項目中改進的方向：一是考慮SDG的應(yīng)用與未來城市需求的滿足，二是SDG的運用需要與具體環(huán)境相結(jié)合。本文最后給出了不同類型太陽能光板和CES設(shè)備安裝情況的城市設(shè)計方案，并根據(jù)政策情景分析對方案進行比選分析。

SGS的應(yīng)用應(yīng)該關(guān)注社區(qū)太陽能利用模式和電網(wǎng)改造的可能性。SGS系統(tǒng)需要與3個空間層級銜接。在確定太陽能光伏板系統(tǒng)的特性時，需要基于家庭電力消費、太陽能發(fā)電效率計算能源使用的最高效率。在制定CES城市空間安裝設(shè)計導(dǎo)則時，需結(jié)合社區(qū)建筑形態(tài)考慮。在政府支持投資者的情況下，SDG在發(fā)達國家和高收入人口占比大的地區(qū)實施效果更佳，因為這些投資者具有較高的經(jīng)濟潛力。對于太陽能輻射較強和高收入人口較少的地區(qū)，如越南和一些發(fā)展中國家，若要實現(xiàn)SDG的高效推廣利用，公用事業(yè)公司需要作為主要投資者，并與業(yè)主、政府進行合作。

建立SGS系統(tǒng)存在一些限制。首先，越南政府沒有建立電價政策來激勵社區(qū)太陽能的利用。其次，智能電網(wǎng)和太陽能分布式發(fā)電的主要特征是雙向電流，即國家電網(wǎng)和住宅用戶的雙向輸送，然而目前越南只允許電能從國家電網(wǎng)單向賣給住宅用戶。因此，對于越南政府來說，很有必要建立政策機制，鼓勵擁有高太陽能產(chǎn)量的客戶將電能輸送給國家，并進行電能儲備，促進社會能源的高效運用。

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