基于極端氣候事件能源生態系統的調適與優化

摘要能源消費加劇的氣候變化問題成為21世紀全球環境治理的核心議題。能源資源開發和利用引起的溫室氣體排放是全球環境?增溫的主要因素，能源生態系統不平衡導致的極化效應使人類可持續發展面臨越來越嚴重的挑戰，干旱、洪澇、高溫熱浪和低溫冷害?等極端氣候事件又在一定程度上提升了氣候風險的等級，能源生態系統的構建與優化，促進能源生態系統平衡是積極應對氣候變化?的有效舉措。同時，能源又是國民經濟發展的基礎和動力，能源供應和安全事關我國建設社會主義現代化國家的全局，能源生態系統?構建立足生態學理念，借鑒生態系統中的生產、消費、流動、分解恢復等概念，為促進能源可持續健康發展提供理論依據。雄安新區作?為新時代最受關注的區域性國家發展戰略之一，建成綠色智慧新城和“推進生態文明改革創新，建成綠色發展城市典范”是其重要的?發展目標，科學探討能源生態系統調適與優化成為其實施高質量發展戰略的必然需求，通過對雄安新區能源生態系統開展具體剖析，?積極應對極端氣候事件，規避氣候風險，進而提出基于氣候變化的能源生態系統調適與優化方案。雄安新區作為以綠色低碳發展為?設計理念的生態未來城市，能源生態系統設計尚處于起步階段。本文分析認為，雄安新區能源生產的主體為清潔能源，能源消費應以?可再生能源為主導，能源流應大力輸入可再生能源和促進能源基礎設施智能化，同時積極應對能源環境影響，有效開展環境治理，在?此基礎上提出了雄安新區能源生態系統的調適與優化的應對措施。

關鍵詞?極端氣候;雄安新區;能源生態;可再生能源;氣候風險

中圖分類號?F062.1?文獻標識碼?A?文章編號?1002?-2104（2020）06?-0064?-09?DOI：?10.12062/cpre.?20200405

人類在社會經濟活動中消費大量的化石能源，化石能?源燃燒導致溫室氣體和其他污染物的排放，是工業革命以?來全球氣候變化的主要誘因。2015年聯合國氣候大會通?過《巴黎協定》，提出把全球平均氣溫較工業化前水平升?高幅度控制在2?T之內，并為把升溫控制在1.5?T之內而?努力，全球將盡快實現溫室氣體排放達峰，本世紀下半葉?實現溫室氣體凈零排放。

目前，全球化石能源比重仍超過80%，所有國家都必須?強化應對氣候變化行動，大幅度提高國家自主貢獻減排承諾?機制目標。傳統的能源發展模式已經難以為繼，需要在全球?尺度調適和優化能源生態系統，通過采取能源結構綠色化和?低碳化路徑，實現能源效用的最大化，加快能源變革和建設人?類能源命運共同體，積極應對氣候變化和氣候風險。

1研究背景

氣候變化是一種大氣物理特征長期大尺度變化現象，?氣候變化所引起的極端氣候事件，會對人類社會的生存與?發展環境帶來極大破壞和影響。

1.1氣候變化的科學事實

能源是社會經濟發展的物質基礎與重要保障，極端氣?候事件對能源生態系統產生極大擾動[1一2]。鄭景云等分?析了中國過去2000年極端氣候事件變化的若干特征，認?為歷史時期極端氣候事件變化是當前氣候變化研究的熱?點領域[3]，樸世龍等以干旱、極端降水、極端高溫和極端低?溫為例，系統總結了極端氣候事件對陸地生態系統碳循環?的影響及其機理[4]。2020年2月，《自然》同時發表七篇?文章探討極端天氣事件如何影響能源系統，其中通過大量?案例分析了可再生能源發展的潛力與方向[5-12]，對于我國?城市積極應對氣候變化，保障能源生態系統良性運行具有?借鑒意義。

2020年3月發布的《2019年全球氣候狀況聲明》顯示，全球氣溫總體處于上升態勢，2019年是有記錄以來溫?度第二高的年份，2015年至2019年是有記錄以來最熱的?5年，2010年至2019年是有記錄以來最熱的10年;自20?世紀80年代以來，每個連續10年都比1850年以來的前?一個10年更熱;2019年結束時，全球平均溫度比估計的工?業化前水平高出1.1無，僅次于2016年創下的紀錄[13]o?國際上主要從災害損失視角，進行了氣候變化引起的氣候?風險分析，《全球氣候風險指數》（Global?Climate?Risk?Index，簡稱CRI）通過各國歷史災情數據建立氣候風險指?數，用于分析與氣象相關的損失事件（如風暴、洪水、熱浪?等）對世界各國的影響，積極應對氣候風險，變被動適應為?主動調適成為各國特別是受風險影響最大的小島國等最?重要的環境發展任務。

2013年11月，《國家適應氣候變化戰略》指出，應在?基礎設施流域修訂相關標準，根據氣候條件的變化修訂基?礎設施設計建設、運行調度和養護維修的技術標準，根據?氣溫、風力與冰雪災害的變化調整輸電線路、設施建造標?準與電桿間距。2016年，《城市適應氣候變化行動方案》?提出提高城市基礎設施設計和建設標準，調整能源設施標?準，針對不同城市及城市居民、企業、公共部門等不同用?戶，評估氣候變化對制冷、采暖及節能標準的影響，修訂相?關設施標準，進一步明確調整能源工程與供電系統運行的?技術標準。

本文在全球氣候變化背景下，基于極端氣候事件頻發?的事實，討論能源生態系統調適優化的必要性，并以雄安?新區為例，通過能源生產、能源消費、能源流動和能源環境?影響評價分析，提出雄安新區未來建立以非化石能源生?產、消費為主導的能源生態系統，并力求將能源開發、流動?等帶來的環境影響降低到最低，增強基于能源活動的自然?恢復力，為建設全球能源生態文明示范區提供經驗借鑒。

1.2能源消費對全球氣候變化的影響

1.2.?1全球二氧化碳濃度和二氧化碳排放總量變化

目前，世界范圍內普遍關注的是全球氣候變化問題，?而全球氣候變化的核心問題是全球變暖，即溫室效應，雖?然二氧化碳等溫室氣體在我國尚未納入污染物范疇，但歐?盟在20世紀末就將溫室氣體視為大氣污染最突出的典型?代表，而且是生態環境代價中最具全球化威脅的一個問?題。2013年9月，根據政府間氣候變化專門委員會?（IPCC）第五次評估報告《氣候變化2013：物理科學基礎》，?認為人類活動極有可能是20世紀中期以來全球氣候變暖?的主要原因，可能性在95%以上，在過去的130年間全球?升溫了?0.85?2，導致氣溫上升的主要是二氧化碳、甲烷、?一氧化氮、氧化亞氮、氯氟烴等溫室氣體，其中二氧化碳和?甲烷兩類氣體的比重超過了?80%，主要來自礦物燃料為?主的能源消耗排放。根據美國環境保護局的報告，大規模?的礦產資源利用和開發以來，主要溫室氣體分別增長了?1?～400多倍，其中以碳氫礦物為主的能源利用貢獻度在?49%，工業制造業為24%，森林砍伐為14%，農業種植業?為?13%。

根據世界氣象組織2019年11月發布的《溫室氣體公?報2019》，2015年，全球二氧化碳濃度首次突破400?ppm?（1?ppm為百萬分之一），2018年，全球二氧化碳濃度已經?達到?407.?8?ppm，較?2017?年?405.?5?ppm?上升了?5.67?個百?分點，是1750年工業化前水平的147%，同樣，甲烷和氧化?亞氮濃度水平也呈上升態勢，1984—2018年分別上升了?13%和8.?95%，盡管甲烷和氧化亞氮濃度上升水平低于二?氧化碳，但是二者的增溫潛勢卻遠高于二氧化碳，其中甲?烷的增溫潛勢是二氧化碳的20倍以上，氧化亞氮的增溫?潛勢則是二氧化碳的200倍以上。因此，基于溫室氣體減?排的各國行動方案也紛紛展開，其中我國作為溫室氣體第?一排放大國，提出到2030年單位國內生產總值二氧化碳?排放強度在2005年降低60%?-65%，體現了我國參與國?際應對氣候變化治理的大國擔當與減排決心。

根據世界氣象組織溫室氣體統計數據，本文對全球二?氧化碳濃度和二氧化碳排放總量運用散點圖進行多項式?擬合分析，結果見圖1。

第一，擬合曲線顯示全球二氧化碳濃度和二氧化碳排?放總量兩者之間存在著顯著的關聯關系（R2?=0.?969?2）;

第二，根據一元二次函數（『=ax?+bx?+?c?）含義，?模型函數的初始正數常數意味著，隨著全球二氧化碳?濃度的增加，全球二氧化碳排放總量的增長還呈現逐?步上升的趨勢。

因此，從全球碳排放趨勢分析，化石能源消費是碳排?放來源的主體，特別是廣大發展中國家，由于發展階段、資?源稟賦、技術水平的制約，是高碳能源消費增長的主力軍。

大力發展非化石能源，調整優化產業結構和能源消費結?構，提升碳生產力，減低人均碳排放和能源消費碳排放系?數，促進低碳發展是未來降低碳排放的主要途徑。

1.2.2能源系統結構優化與碳排放增長的相關關系

為增強應對極端氣候事件的彈性，需要從能源系統結?構優化和總量增長視角，實現能源與碳排放增長的脫鉤，?從而進一步實現氣候變化調適。根據BP世界能源統計年?鑒（2019年）數據分析，中國、美國和歐盟三大經濟體是世?界能源消費和碳排放的主體，2018年三大經濟體能源消?費量和碳排放總量分別占全球總量的52.4%和53.?3%，?其中中國能源消費量和碳排放總量分別占全球總量的?23.6%和27.8%，而同期中國人口和GDP占全球的比重?分別為18.3%和15.8%，GDP占全球比重比碳排放占全?球比重低了?12個百分點，其中能源利用效率和能源消費?結構是主要因素。

目前能源消費結構的低碳化甚至零碳化成為國際能?源領域應對氣候變化的重要舉措。關于低碳能源的概念，?2011年國家能源局研究認為，中國正在進行著一場新的?低碳能源革命[14]，分析了低碳能源的開發利用狀況，分析?的低碳能源包括水能、核能、風能、太陽能、生物質能、地熱?能、海洋能等類型。煤炭、石油、天然氣單位能源碳排放系?數分別為0?.?747?6，0?.?582?5和0?.?443?5[15]，本文界定碳排放?系數高于0?.?5的煤炭和石油為高碳能源，低于0?.?5的天然?氣為低碳能源，因此廣義的低碳能源包括天然氣、核能和?可再生能源，其中核能和可再生能源屬于非化石能源，也?是零碳能源。

在全世界所有國家和地區中，位于北歐的冰島、挪威?和瑞典是能源消費結構演進程度最高的三個國家（見圖?2），2018年冰島能源碳強度系數為0?.?43?tCO^/tce，僅相當?于我國能源碳強度系數的21.4%，電力系統全部實現水電和地熱發電等可再生能源發電，供熱能源基本上也來自?地熱等可再生能源，是世界上能源消費結構最為“低碳”?的國家，2018年挪威的水電占全部能源消費總量的比重?高達66?.?1%，是世界上水電消費比重最高的國家。2018?年冰島、挪威和瑞典三國的經濟增長率分別為4?.6%、?1.3%和2?.?2%，能源消費和碳排放總量自20世紀90年代?以來呈現顯著脫鉤態勢，其中瑞典能源消費總量呈現零增?長穩態趨勢，碳排放總量自2010年以來呈現絕對量下降?趨勢。盡管近年來我國積極開展綠色低碳行動，大力發展?可再生能源，2018年非化石能源消費比重達到14?.?3%，但?是仍低于世界平均水平，煤炭等高碳能源占能源消費結構?主體的地位短期內很難改變，唯有在部分試驗區實施低碳?或近零碳行動，通過發揮示范效應予以推廣應用。

2能源生態系統的基本理論

2?.?1能源生態系統概念的提出

2004年張雷等[16]從工業生態學視角對能源系統進行?重新界定，提出“能源生態系統”概念，認為能源生態系統?指的是根據現代能源生產、消費活動鏈條為主體組成的人?類社會生態系統，包括3個組成部分：內生系統，外生系?統，共生系統，并探討了其空間結構的類型劃分和基本形?態，建立了現代能源生態建設基本框架。張雷等口"18〕還?以我國西部能源資源開發為案例，分析了能源生態系統的?發育特征，研究認為為了避免西部能源生態系統未來發育?隨著資源開發規模的擴大呈現一定程度的“退縮”，應不?斷加大對外生和共生兩大系統的投入，以保持當地能源生?態系統發育自身的有機協調。張玉卓頃基于近零碳排放?視角，分析了煤炭清潔能源生態系統，認為在全球低碳發?展背景下，應促進煤炭利用方式從高碳向低碳和零碳趨勢?轉變，加速清潔煤轉化，促進煤炭與新能源和可再生能源?的耦合發展，大力促進碳捕獲、利用與封存（CCUS：?Carbon?Capture，Utilization?and?Storage）技術，建立清潔能源智能價?值鏈等。杜祥琬、周大地如研究認為，“科學、綠色、低碳?能源戰略”是經濟與環境雙贏的戰略，也是應對氣候變化?國家戰略的重要組成部分，“科學、綠色、低碳能源戰略”?的實施需要強有力的科技支撐，提出了科技支撐的基礎性?研究、新技術的創新、重大工程項目和戰略性產業的支持?等3個層次。姜巍等[21]分析了我國第一能源消費大省山?東的能源生態系統特征，認為節能、增效是解決山東省能?源短缺和能源污染問題的最現實、有效的途徑。朱守?先[22]以縣域高比例可再生能源示范城市建設為例，分析?了基于近零碳發展的能源生態系統優化路徑。本文認為?能源生態系統是指根據能源生產、消費、空間流動和環境?恢復力鏈條為主體組成的復合社會生態系統，其運行狀態

決定著社會經濟系統的有效性與穩定性。

2.2能源生態系統的基本框架

自然生態系統由非生物環境、生產者、消費者和分解?者4個組分組成，4個組分通過能流和物流為紐帶，形成?協調共生、持續生存和相對穩定的系統[23＼其機理對于人?工生態系統的建設具有借鑒和啟示意義。參考自然生態?系統的理論框架，本文認為，能源生態系統由能源流系統、?能源生產系統、能源消費系統和環境恢復系統4個部分組?成（見圖3），其中能源流系統主要包括促進能源跨區域流?動的交通、電網等基礎設施建設，環境恢復系統主要包括?有效開展環境治理，提升恢復與治理能力，包括能源流動、?生產和消費過程中對生態環境造成的影響與破壞，如電網?建設對土地和生物多樣性的影響，煤炭開采引起的地下水?系破壞，化石能源燃燒引起的大氣污染物與溫室氣體排?放等。

如果說能源生產、消費和流動決定著區域能源保障和?供給安全的話，環境恢復系統則是維護能源可持續發展和?生態系統平衡的紐帶。根據自然生態投入產出公式，能源?生態系統演進水平可以用能源活動的經濟影響來衡量，其?概念評價公式可以定義為：

EEC?=f（EP，EC，EF，ER）

式中，EEC為國家或地區能源生態系統演進狀態系?數;EP為能源生產系統發育狀態;EC為能源消費系統發?育狀態;EF為能源流系統發育狀態;ER為環境恢復系統?發育狀態。

3雄安新區能源生態系統的實證分析

3.1雄安新區能源適應基礎條件

雄安新區作為“十三五”時期國家啟動建設的最受關?注的國家級新區，需要高標準規劃、高質量發展，其中能源?生產與消費結構的優化、嚴格控制碳排放和加強環境綜合?治理是雄安新區總體規劃中建設綠色低碳之城的主要措施。《國務院關于河北雄安新區總體規劃（2018—2035年）?的批復》（國函〔2018〕159號）對雄安新區能源發展提出了?明確要求，即“優化能源結構，建設綠色電力供應系統和清?潔環保的供熱系統，推進本地可再生能源利用，嚴格控制?碳排放”'24。本文從能源生態系統的調適與優化視角探討?雄安新區建設之路，以期為雄安新區的可持續發展和建設?成為“美麗中國”的樣本提供可行性依據。

雄安新區地處京津冀腹地，從地理區位而言，雄安新?區位于北緯38。～39。，屬溫帶大陸性季風氣候，全年平均?氣溫11.92，極端最高氣溫40.92（1972年6月10日），?極端最低氣溫-21.5?2?（1970年1月5日），最熱七月平?均氣溫26.1?2，干旱、洪澇、高溫熱浪和低溫冷害等極端?氣候事件帶來的氣候風險在雄安新區均大概率存在，能源?作為社會經濟發展的基礎與命脈，需要整體性、協同性、系?統性開展風險應對。

雄安新區范圍涉及河北省保定和滄州2個地級市的5?個縣（縣級市），與張北地區構成新時代河北省兩大高質?量發展增長極，和北京市副中心成為北京市非首都功能疏?解的兩翼，同時和北京、天津兩大直轄市構成的“京津雄”?地區也將成為我國北方區域發展最為耀眼的金三角。馬?麗梅，史丹等研究認為，中國能源轉型正處于“十字路?口”，所面臨的問題是何種能源轉型方案在近期所帶來的?成本能夠被經濟系統消納包容，而在長期又能夠推動經濟?的可持續增長[25]o雄安新區規劃面積1?770?km2，大于浦?東新區，略小于深圳市，但是由于原處于經濟洼地，經濟總?量僅200多億元，不足浦東新區的2%，與西部的國家級新?區相比也有較大差距，進入“十四五”時期，雄安新區經濟?發展速度將呈現快速增長態勢，與此同時能源消費總量必?然也會出現快速增長趨勢，需要借鑒國際經驗，高標準規?劃能源發展戰略，實現經濟快速增長階段，依靠科技進步?與效率提升，達到能源消費總量與經濟增長呈現“脫鉤”?態勢，雄安新區能源生態系統的調適與優化不僅具有區域?意義，而且具有全國意義和世界意義。

從能源安全角度，《河北雄安新區規劃綱要》提出保?障新區能源供應安全，落實安全、綠色、高效能源發展戰?略，突出節約、智能，打造綠色低碳、安全高效、智慧友好、?引領未來的現代能源系統，實現電力、燃氣、熱力等清潔能?源穩定安全供應，為新區建設發展夯實基礎。國務院關于?河北雄安新區總體規劃（2018—2035年）的批復提出，建?設綠色低碳之城，要堅持綠色低碳循環發展，推廣綠色低?碳的生產生活方式和城市建設運營模式，推進資源節約和?循環利用;優化能源結構，建設綠色電力供應系統和清潔?環保的供熱系統，推進本地可再生能源利用，嚴格控制碳?排放;提高綠色建筑、節能相關標準，全面推動綠色建筑設燃氣計、施工和運行;實現電力、燃氣、熱力等清潔能源穩定安 全供應，提高能源安全保障水平。能源基礎設施包括電力 生產供應系統、燃氣生產供應系統、供熱生產供應系統以 及其他四大類，四大類型中又可以分為發電設施、變電配 電設施、輸電設施、煤氣站、天然氣站、液化石油氣站、燃氣 輸送管道、供熱站、供熱輸送管道、民用燃煤制品站等。為 有效應對氣候變化，特別是極端氣候事件帶來的損失與負 面影響，需要加強能源基礎設施建設的有效性，規避技術 鎖定和設施鎖定帶來的風險，保障能源供應安全與有效可 持續運行（見表1）。

3.2雄安新區能源生產系統

能源生產系統是對能源資源的勘探、開采與開發。雄 安新區能源資源稟賦較為優越，其地處華北油田和地熱田 腹地[26^28]，主要能源生產類型包括石油、天然氣、地熱、生 物質能等能源品種。毗鄰雄安新區的任丘市是著名的石 油城市，其中3個鄉鎮共172. 3 km2，已經由雄縣托管，占 任丘市土地面積的1/5，1985年任丘油田探明石油儲量為 9. 3億t，天然氣16億m3，千萬噸級石化煉油項目是北京 大興國際機場和未來雄安新區能源供應的重要物質保障。

從可再生能源分析，雄安新區地處的保定市是第一批 國家低碳試點城市，早在2007年初，保定市政府已經提出 了太陽能之城的概念，計劃在整座城市中大規模應用以太 陽能為主的可再生能源，以降低碳排放量。規劃提出力爭 用2～3a時間，將保定建設成國內首座在照明、供熱、取暖 等各個方面大范圍應用太陽能的城市。保定建設低碳城 市的優勢在于，它擁有中國唯一的國家新能源與能源設備 產業基地“中國電谷”，“中國電谷”規劃打造成一個以電 力技術為基礎的產業和企業群，重點發展風力發電的產業 鏈、太陽能光伏發電產業鏈、節能產業鏈等七大產業園區; 通過技術研發、人才培訓、商務服務到產業制造，形成一個 全產業鏈條，為國家提供一個可再生能源和節電產業的戰 略發展平臺。在風電產業上，保定是目前國內最大的葉片 生產研發基地，建立了集群環境最優的風電產業體系;在 太陽能光伏產業上，形成了完備的制造體系。

雄安新區發展地熱和生物質能具備資源條件優勢。 根據國家地熱能開發利用“十三五”規劃，河北省淺層地 熱能供暖/制冷面積和水熱型地熱能供暖面積增量和 2020年累計量均位居全國首位（見表2），其中雄縣境內 60%以上的區域儲藏著優質溫泉，是原國土資源部命名的 “中國溫泉之鄉”，龐忠和等對雄安新區地熱資源與儲量 估算，其中淺層地熱能、砂巖熱儲、碳酸鹽巖熱儲能源開發 潛力分別可達到4億tce、568億tee和660億tee頃，未來 雄安新區必將據此充分利用地熱資源，作為建設“無煙城 市”和“近零碳城市”的重要支撐。

從生物質能利用視角分析，位于雄安新區的白洋淀是 華北地區最著名的濕地之一，蘆葦等生物質能資源豐富， 徐衛華和歐陽志云等運用RS和GIS技術揭示了白洋淀 1987-2003年蘆葦濕地面積的變化規律，水位和葦地面積 相關系數高達0.97，葦地面積介于131. 7 - 160 km2之 間如，占淀區面積35% -45%，由于水資源制約和開發破 壞，2015年白洋淀葦地面積縮減到約50 km2。但是根據 調查，白洋淀地區蘆葦在過去主要用于建筑材料、制作生 活器具和工藝品，其中用于建筑材料的比例最高，約占 80%，白洋淀區農民收入也顯著高于周邊地區以種植糧食 作物為收入主體的農民。但是隨著近年來建筑材料類型 變革為鋼筋混凝土為主，以及大氣環境治理的深入推進， 年產約10萬t的蘆葦如何利用成為新的難題。因此除了 少量蘆葦作為生活器具和工藝品的原料之外，大部分應作 為生物發電和生物燃料顆粒的原料。

3.3雄安新區能源消費系統

3.3.1 雄安新區能源消費結構

與能源生產相對應，雄安新區全境終端能源消費必將 實現無煤化，起步區建設100%可再生能源利用示范區， 即零碳發展示范區，中期發展區實現100%清潔能源（包 括天然氣和可再生能源）利用。在能源消費類型中，地熱 和生物質能可實現資源本地化，但是電力作為未來雄安新 區終端能源利用的主體，如何充分更大程度利用風電、太 陽能電力等可再生能源是能源規劃中需要解決的核心問 題。目前河北省能源消費結構中煤炭比重超過80%，高 出全國平均水平20多個百分點，非化石能源消費比重不 足5%，低于全國平均水平近10個百分點。2019年河北 省發電總量為3 117.7億kWh，占全國發電量的4.16%， 在電力生產結構中，火電比重高達88.37%，超出全國平均 水平18. 8個百分點，電源生產的高碳特征顯著。雄安新 區可再生能源電力在河北省內主要來源是張北地區，張 北一雄安1 000千伏特高壓線路工程于2019年4月全面 開工，線路雙回全長2x319 . 9 km，北起張北特高壓變電 站，南至雄安特高壓變電站，途經張家口市張北縣、萬全 區、懷安縣、陽原縣、蔚縣和保定市淶源縣、易縣、徐水區、 定興縣2個地級市9個縣（區），為雄安新區電力供應提供 了重要保障。

一方面，雄安新區所在的河北省是典型的能源消費大 省，2017年能源消費總量超過3億tee，僅次于山東、廣東 和江蘇，位居全國第4位。但是河北省是典型的能源輸入 型省份，能源自給率僅為22%，需要依靠強大的能源流系 統支撐社會經濟的穩定運行。

另一方面，河北省能源利用效率較低，2017年單位 GDP能耗為0 . 893 tee/萬元，位居東部地區省份首位，高 出全國平均水平60多個百分點，超出廣東和江蘇1.4倍， 與北京相比較差距更為顯著（見圖4）。河北省能源的對 外依存度高和效率的相對低下對雄安新區能源發展帶來 了嚴峻挑戰，作為非首都功能的“集中承載地”和河北省 的新增長極，規劃單位GDP能耗應和北京市大致相當，需 要重點考慮如何改進能源利用效率，通過結構節能大力提 升能源生產力[31]，實現綠色近零碳發展。

3.雄安新區能源消費增長預測

參照浦東新區和深圳特區經濟發展歷程，對雄安新區 經濟增長和能源消費增長演進情況進行多項式擬合分析， 其中數據基礎年份為2019年雄安新區社會經濟和能源消 費數據，結果表明（見圖5）：

（1） 擬合曲線顯示經濟增長和能源消費增長兩者之 間存在著顯著的關聯關系（R2 =0. 9947）;

（2） 根據一元二次函數（y = a*2 + bx+c）含義，模型 函數的初始負數常數表明，隨著經濟增長和產業結構的高 度化演進，單位GDP能耗下降趨勢顯著（見圖6），雄安新 區一次能源消費總量的增長呈現逐步下降的趨勢，以實現 經濟增長和能源消費的脫鉤。

3.4雄安新區能源流系統

如前所述，能源生態系統中，由于能源資源的空間收 斂性，即能源資源富集于局部地區，能源和其他商品物資 系統，需要建立完善的生產與消費系統，從能源生產地到 終端用戶的能源流動，能源流系統通過交通運輸設備和電 力基礎設施等以實現能源的空間位移。其中地熱利用需 要建立水循環流動系統，生物質能需要原料采集、運輸、加 工等環節。張家口可再生能源示范區的智慧化輸電通道 工程，包括張北一雄安1 000千伏特高壓線路工程即是能 源流系統的重要環節。

3.5雄安新區能源環境影響系統

3.5.1能源環境影響的主要因素

當今時代，能源系統對環境影響最大的問題是大氣環 境污染和溫室氣體排放，從國際視角，溫室氣體排放受關 注度最高，而國內更重視大氣環境污染問題。雄安新區所 在的京津冀地區近年來是全國大氣環境污染最為嚴重的 地區之一，主要原因在于重化工業的產業結構類型和以煤 炭為主導的高碳高污染能源的使用。雄安新區地理區位 大致位于京津冀地區的幾何中心，地形以山麓平原和沖擊 平原為主，海拔相對較低，在靜風天氣不利于大氣污染物 的擴散。因此雄安新區未來即使實現100%可再生能源 利用和零碳排放，但僅僅作為“零碳孤島”還遠遠不夠，需 要京津冀地區乃至整個華北地區協同應對，促進產業結構 和能源結構的調適與優化。

3.5.2能源環境影響規劃設計

在雄安新區能源規劃過程中，需要利用LEAP模型 （Long - range Energy Alternatives Planning System），即長期 能源替代規劃系統開展規劃設計，LEAP模型作為自下而 上的模型類型，是由斯德哥爾摩環境研究院開發的基于情 景模擬的能源-環境分析工具。在LEAP模型中，使用者 可以根據研究問題的自身特點和數據的可獲得性而靈活 設定模型結構、數據形式以及具體預測方法，適合長期能 源規劃，同時本身具有詳細的環境數據庫，因而被廣泛應 用于全球、國家以及區域尺度的能源戰略規劃和溫室氣體 減排評價研究。未來需要根據雄安新區數據基礎，區域經 濟活動水平以及能源消費量等數據，作為能源消費以及碳 排放預測的基礎。

根據雄安新區發展規劃及城市定位，未來雄安新區的 產業尤其是工業均面臨著向生態低碳型產業轉型升級的 任務，可再生能源在“十四五”及到2035年中長期規劃期 間將得到快速發展。基于以上考慮，并結合節能減排以及 碳排放達峰的目標要求，設置雄安新區未來的三個發展情 景，即基準情景、低碳情景和清潔低碳情景（見圖7）。

基準情景是指基于雄安新區的發展規劃，優化雄縣、 安新和容城既有產業能耗及排放強度控制目標。高耗能 產業規模逐步穩定并實現產能退出，居民生活及交通能耗 隨著人口遷移增加和人民生活水平不斷提高而逐步提升， 可再生能源應用滿足規劃需求。

低碳情景是指在基準情景的基礎上，一方面隨著產業 結構內部的調整，帶動非高耗能工業以及服務業綜合能耗 水平的顯著下降，另一方面居民生活以及交通運輸等部門 的能耗增長未來逐漸得到控制。此外，新發展地熱等可再 生能源裝機增速加快，“氣化雄安”“零碳雄安”計劃深入 推進落實。

近零碳情景是指在低碳情景的基礎上，加快發展和輸 人可再生能源，產業和居民生活中地熱、生物質能、天然氣 等清潔能源的使用比例進一步加大，到2035年比例達到 80%以上，實現近零碳排放。

（1）美麗雄安能源系統規劃設計

除了能源消費引起的碳排放之外，雄安新區建設應參 照“美麗中國建設評估指標體系”，對每個評估指標開展 深入分析，在全國首先規劃建設美麗中國的示范樣本。根 據國家發展改革委關于印發《美麗中國建設評估指標體系 及實施方案》的通知（發改環資〔2020〕296號），美麗中國 建設評估指標體系包括空氣清新、水體潔凈、土壤安全、生 態良好、人居整潔5大類指標22項具體指標，其中能源清 潔利用是實現空氣清新的重要保障，在地熱等可再生能源 開發利用過程中應避免地下水和地表水水體污染，在白洋 淀區開展生物質能、水源能源、太陽能光伏和光熱利用過 程中，注重濕地類型、生物多樣性和水源保護。

4結論與思考

氣候變化引起的全球環境問題舉世關注，極端氣候事 件的遍在性和頻發性趨勢愈演愈烈，積極開展氣候治理能 力現代化成為各國積極應對氣候變化的共識。能源生態 系統調適優化作為應對氣候變化的重要手段，需要以全球視 角調配能源資源，大力開發利用本地可再生能源，降低化石能 源開發對環境的破壞程度，有效規避環境風險。雄安新區能 源生態系統正處于新構期，如何在白紙上描繪最美的能源生 態文明畫卷成為雄安新區積極應對氣候變化的重要內容。

第一，產業結構高度化是雄安新區能源生態系統優化 的基本保障。能源生態系統優化，需要努力調整產業結構， 雄安新區作為非首都功能的重要疏散地，未來產業類型集 中于總部經濟與制造業研發基地，在產業選擇和甄別時，需 要具備全球視野、國際眼光，以生態文明為引領，大力發展 新型高效生態型產業，在新型產業的培育過程中，需要有序 開展生態文明產業基礎規劃，推進創新型產業發展。

第二，提高能源生產力是能源生態系統優化的重中之 重。能源生產力是衡量能源利用效率和水平的重要尺度， 針對能源對經濟發展的基礎地位與作用分析，以及雄安新 區經濟自身發展特點，提高能源生產力成為能源生態系統 調適的重中之重。通過與深圳特區、浦東新區以及國際諸 多生態城市比較，開展能源精細化智能化管理，建設能源 生產力一流的未來城市。

第三，節能優先是能源生態系統優化的重要手段。節 能是能源開發的另一種形式，通過結構節能、技術節能、管 理節能提高能源供給保障水平是新的生產力，雄安新區在 能源規劃過程中需要借鑒先進理念，在提升本地可再生能 源利用效率和節能效率實現國際創新型突破，將節能優先 設計到極致，做國際節能城市的表率與領軍者。

第四，技術創新是實現能源生態系統優化的基本引 領。通過技術經濟分析，依靠科技引領能源系統調適優化 是解決能源資源問題的基本途徑。雄安新區需要通過建 設新時代的可持續發展議程創新示范區，積極應對氣候風 險，提升應對極端氣候事件響應能力，率先利用5G、人工 智能、工業互聯網、物聯網為代表的新型基礎設施，開展能 源生態系統科學性設計，在能源智能化、基礎設施低碳化、 人居環境國際化等多個領域開展技術創新、研發和示范， 有效實現能源技術及時更新，從根本上解決阻礙生態文明 建設的能源環境問題。

（編輯：于杰）

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Energy ecosystem adaptation and optimization based on extreme climate events

一 a case study of the Xiongan New Area

ZHU Shou-xian1，2

（1. Thinktank for Eco-Civilization Studies，Chinese Academy of Social Sciences，Beijing 100732，China;

2. Human Settlements Research Center，Institute for Eco-Civilization Studies，

Chinese Academy of Social Sciences，Beijing 100732，China）

Abstract Climate change caused by energy consumption has become the core issue of global environmental governance in the 21st century. Climate change not only causes climate risks，brings economic losses and casualties，but also poses great challenges to global sustainable development. Energy systems are progressively more prone to extreme events as the climate crisis worsens. Greenhouse gas emissions caused by energy consumption are the main factors for global environmental warming，and extreme climate events exacerbate the climate risk level. The construction and optimization of energy ecosystems are effective tools for actively responding to climate change. Energy supply and security are related to the overall situation of China's construction of a modernized socialist country. This article tries to explore the primary framework of modern energy ecosystem from following aspects - its basic conceptions，structure of ecosystem，spatial organization and feasibility，thus laying a solid theoretical foundation for further research. The four main parts of energy ecosystems are energy production systems，energy consumption systems，energy flow systems and energy environmental impact systems. They form a life communityandeverylinkisindispensableforsystem construction.How toscientificallystudytheadaptationandoptimizationofthe energy ecosystem in the Xiongan New Area，one of the most popular regional development strategies in China in the new era，has become inevitable in its implementation of a high-quality development strategy. To build a green and smart new city，and to ‘ promote the reform andinnovationofecologicalcivilizationandbuildamodelofgreendevelopmentcity'isoneofitsimportantdevelopmentgoals.Through analyzing its energy ecosystem in detail，a climate change-based energy ecosystem adaptation and optimization plan is proposed to actively respondtoextremeclimateeventsandavoidclimaterisks.TheXionganNewAreawillbeanecologicalcitywithgreenandlow-carbon development as the design concept，and the design of the energy ecosystem is still in its infancy. This article concludes through analysis that the main body of the Xiongan New Area's energy production is clean energy，and energy consumption should be led by renewable energy. Energy flow should be vigorously input into the renewable energy and intelligent energy infrastructure. At the same time，it should actively respond to the impact of energy and the environment and effectively carry out environmental governance. Finally， the article proposescountermeasuresfortheadaptationandoptimizationoftheenergyecosystem intheXionganNewArea.

Key words extreme climate event; Xiongan New Area; energy ecology; renewable energy; climate risk

收稿日期：2020?-02-06?修回日期：2020?-04?-15

作者簡介：朱守先，博士，執行研究員，主要研究方向為資源環境與區域發展。E-mail：?zhushouxian@yeah.?net。

基金項目：科技部國家重點研發計劃資助課題“雄安新區氣候變化風險評估及三生適應模式研究”（批準號：2018YFA0606304）。