林家村高端裝備特色小鎮可再生能源規劃研究

王 麗,付嘉峰,王 琳

(1.哈爾濱工業大學 能源科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.哈爾濱廣瀚燃氣輪機有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070；3.中國海洋大學，山東 青島266100)

0 引言

特色小鎮是美麗鄉村建設的一種新模式，是農村經濟建設的一個新階段，是社會主義新農村的一種體現形式。特色體現在依賴某一特色產業和特色環境因素打造的具有明確產業定位、文化內涵、旅游特征和一定社區功能的綠色宜居生態小城鎮建設項目，綠色生態是特色小鎮的基礎。2016年7月1日，住建部、國家發改委、財政部聯合發布通知，提出到2020年要在全國培育1 000個左右的特色小鎮[1]。國外特色小鎮的規劃與建設起步早，能源規劃突出清潔可再生能源。德國的弗賴阿姆特小鎮，為農業旅游特色小鎮，小鎮利用太陽能、風能、沼氣能等實現生產生活用能全部采用清潔可再生能源[7],瑞典的麻摩城[8]充分發揮風能的替代能源政策，該小鎮實現了100%能源來自可再生能源。日本則在20世紀70年代,為縮小城鄉差異，建立“村鎮綜合建設示范工程”[9],充分利用可再生能源，形成日本特色小鎮的雛形。

林家村高端裝備特色小鎮正是在這樣的大背景下規劃的小鎮，林家村位于諸城市東南部24 km，地處諸城、黃島、膠州三市交界，位于青島半小時經濟圈,是青島向魯中地區輻射的重要節點。 規劃特色小鎮位于現狀林家村鎮政府所在地-林家村鎮，在此基礎上規劃林家村高端裝備特色小鎮。綠色生態是林家村高端裝備特色小鎮規劃基礎，清潔低碳、安全高效的生態型能源體系規劃是小鎮規劃的重點。本文通過對林家村資源評估，提出了面向需求分析的能源規劃方法，以生物質能、太陽能為主要補充能源，構建資源循環型分布式能源系統。實現小鎮能源60%以上為可再生能源的規劃目標，實現節能減排。

1 林家村高端裝備小鎮現狀及能源資源評價

1.1 特色小鎮現狀及規劃

小鎮現狀及規劃：小鎮現有人口1.8萬人，規劃人口4.0萬人(1萬戶)；規劃用地面積4.8 km2，產業區規劃面積1.5 km2。人口密度低，居住分散、容積率低，能源輸送距離遠，能耗高，不適合建設大型集中區域能源系統。

產業現狀及規劃：林家村是典型的農業村鎮，第二產業食品加工、服裝家紡為主、第三產業餐飲商貿；第二、第三產業特色不鮮明，發展較弱。規劃在村鎮所在地建設特色高端裝備特色小鎮，小鎮圍繞先進智能裝備制造業-模具設計與制造、海洋功能性食品-蝦青素產品、新能源控制系統三大新興特色產業，對接青島需求。高端特色產業的特點是高附加值，低能耗、低污染的產業。能源規劃是小鎮產業良性發展的保障，以當地優勢資源為核心，高比例配置清潔可再生新能源是小鎮生態宜居的要素，林家村高端裝備小鎮消費特點為常溫、低壓、低品質能源，主要為居民區及廠區供電、供熱、供冷。

圖1 林家村高端裝備小鎮規劃圖

1.2 小鎮能源消費現狀

小鎮規劃區域目前所利用的主要能源形式為電能，少量的生物質直燃、原煤和天然氣，少數家庭利用太陽能熱水器。新能源的利用率低，利用形式落后。沒有形成系統配置規?；目稍偕茉蠢?。

表1 小鎮用能現狀

小鎮電能配套：鎮駐地現有35 KV變電站一處，配備主變兩臺，容量分別為5 000 KVA/6 300 KVA，10 KV出線五條,最高負荷9 000 KVA，為小鎮提供電力保證。

1.3 小鎮資源評估

1.3.1 水資源評價

林家村有“五條河流、兩座中型水庫”水力資源豐富；雖然流經林家村的河流較多，但流域面積不大，水力梯度小，流量小，季節性強，作為能源類資源的利用價值不高。

1.3.2 生物質資源評價

(1)林家村是農業型村鎮，擁有耕地18.5萬畝,皂戶辣椒、綠豐園花生、賢河白菜、荒山口蘋果、青樸火龍果種植業園區6個?？翟次⒃屦B殖基地1個，年產生物質近35萬t,生物質資源豐富。

(2)林家村污水處置規劃：污水處理站確定在林家村鎮駐地西部，鎮北路南側、鎮西路以西。該污水廠總設計規模為10 000 m3/d，處理標準1 A，污水達標回用5 000 t進入沼氣工藝，作為工藝用水，5 000 t作為清潔和綠化用水，年產污泥36 500 t/a(含水率90%)。作為生物質資源化利用。

(3)林家村生活垃圾處置規劃：按城鎮人均垃圾日產生量1 kg/人，預測林家村鎮城鎮垃圾日產生量為3.8 t/d。規劃生活垃圾清運率100%，無害處置化率100%，其中分類廚余垃圾、有機濕垃圾40%，554.8 t/a，可以作為生物質資源化利用。

表2 生物質資源表/t·a-1

1.3.3 太陽能資源評價

山東省太陽能資源豐富，屬于太陽能豐度三類地區，尤其是膠東半島北部、魯東南、魯北為太陽能資源較豐富地區，年可利用量超過(5 000 MJ/m2)，日輻射量3.8～4.5 KWh/m2，依據氣象行業標準《太陽能資源評估方法》“利用各月日照時數大于6 h的天數為指標。評估太陽能資源的利用價值”。林家村地區日照時數>6 h的天數平均在245 d/a。平均月日照時數211 h，日照百分率64%，該地區太陽能資源豐富。

表3 林家村日照時數表/h

注：太陽能監測站*

2 面向需求分析的清潔可再生能源規劃方法

通過對小鎮能源需求的精準預測及村鎮能源資源分析與評價，利用資源生態循環模式和分布式能源微網結構，合理利用當地資源優勢，匹配清潔可再生能源。分布式微網結構可以克服生物質能、太陽能的不穩定性。冷、熱、氣、電等能源全部或部分采用可再生能源，實現可再生能源與電能相互補充，達到節能減排的目標。同時面向需求分析的清潔能源規劃，改變單一能源供給結構，形成多能互補，動態、靈活性適應需求變化，提高綜合能源效率，更好地滿足生產和消費的需要[2]。

2.1 小鎮能源消費預測

表4 小鎮用能規劃指標

表5 小鎮能源消費預測/a

2.2 構建生態循環型小鎮可再生能源系統

林家村高端裝備特色小鎮，所處區域，生物質資源、太陽能資源豐富，通過先進的能源轉化技術，合理的資源配置，可以形成以可再生能源為主的生態能源循環型用能體系，并實現節能減排，綠色發展。林家村資源生態循環系統，使小鎮的林業農業及生活的廢棄物能源化資源化回用，構建能源化過程資源閉環。

圖2 分布式可再生能源系統

(1)生物質生態循環能源系統規劃

建設集中式沼氣站，沼氣站原料為上圖中的生物質投加量為980 t/d,投入回用中水5 000 t/d，使沼氣池的含固率在20%左右，產氣率高，產氣穩定，沼氣鍋爐10%的熱量用于維持沼氣反應35 ℃的中溫運行條件，全年全候產氣，且波動??；便于集中管理，副產品沼渣年產20萬t可以作為農用肥料直接回用大田、沼液182.5萬t作為葉肥，在果園菜地噴灑，林業灌溉，服務于綠色生態農業。生物質集中沼氣站每公斤有機質產沼氣0.7 m3，日產氣總容積為20萬m3(7 439萬m3/a)，年消納秸稈35萬t(含固率89%～90%)，市政污泥3 650 t(含固率70%) 生活垃圾554.8 t(含固率70%)，居民和企業得到集中供氣，供熱，供冷。

建設生物質沼氣站2個和沼氣鍋爐房2個，分別位于小鎮的東西兩側，每個沼氣站日產沼氣量20萬m3，配套低壓濕式儲氣柜，(6萬m3，60%產量存儲)2個，滿足小鎮，生產生活用氣、冬季采暖、夏季制冷需求。規劃采暖負荷采用高溫水作為供熱介質，冬季供熱；采用夏季為企業、商服、管理機構集中供冷。商服及居民用沼氣[4-5]。

圖3 生物質資源能源循環系統

(2)小鎮光電微網規劃

戶級微網+村級光電微網，光伏發電就地使用，無需上網的分布式供電模式，這種光電清潔能源模式，降低了對電網的沖擊，與主體電網互為補充，調節電網峰值，提高供電的可靠性。戶用級別經過統計后選擇10 KW·h作為標準選型。村用級別選擇1 MW·h太陽能基本陣列組作為選型。太陽能電池板選擇多晶硅材料，蓄電池選擇鉛酸蓄電池[3]。

圖4 太陽能光電微網系統圖

3 林家村高端裝備特色小鎮規劃評價

規劃后林家村充分發揮了當地的資源優勢，并對可再生能源進行了合理配置，形成了生態循環型能源配置系統，實現節省電能，SO2，NO2、SS減排。為構建生態型特色小鎮打下良好能源基礎[10]。

(1)小鎮能源評價指標如下：規劃后小鎮秸稈收集資源化率100%，可再生能源利用率：81.7%；年替代62.1萬t標煤；年SO2減排10.56萬t、NOx減排18.63萬t。

(2)規劃后小鎮生態指標：規劃后生物質沼氣后形成固體肥料20萬t/a,回用大田，沼液182.5萬t/a,用于葉菜及林業灌溉用肥，極大的替代化肥，為綠色生態農業提供保障。

(3)規劃后小鎮的環境指標：規劃后小鎮污水處置率100%，回用率100%，生活垃圾處置率100%，資源化率40%。

4 結論

(1)本文通過對林家村高端裝備小鎮資源評估，表明該地區生物質資源、太陽能資源豐富可以作為可再生能源構建生態循環型可再生能源系統；

(2)對于生物質資源采用沼氣化能源利用模式，沼渣、沼液還田，形成資源循環模型；

(3)對于太陽能資源采用光電微網能源利用模式，形成非上網，光電自給；

(4)規劃后小鎮可再生能源的占比大于80%，節省電能大于80%，污染物減排量大幅減低，形成了能源生態化，清潔環境化。