一种能源景观空间规划方法

摘要

本发明提出了一种能源景观空间规划方法，属于空间规划技术领域。本发明所述空间规划方法通过生产潜能分析，确立黑龙江省生物质能发展指导策略，并通过能源供需分析、时空变异预测，构建基于能源规划和空间规划交叉研究的空间规划改进策略，能够有效减少不可再生能源的消耗。本发明所述方法适用于各大中小城市的能源景观空间规划领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源景观空间规划方法，属于空间规划技术领域。

背景技术

以往的能源规划只停留于策略性内容，疏于制定图则类指导图纸；以往的景观设计则仅仅侧重于美化环境、生态保护层面的内容，没有针对新能源开发做出相应的考虑；简言之，目前缺乏综合考虑能源规划与景观设计的交叉研究型的新型规划设计方法。尤其对于黑龙江省农业生物质能丰富，林业生物质能贫乏的现状，现有的能源规划方法无法提高农业生物质能利用效率。同时，黑龙江省现有的新能源和可再生能源产业发展规划缺乏空间布局规划造成生物质能的极大消耗。

发明内容

本发明为解决现有现有的能源规划方法无法提高农业生物质能利用效率的问题，提出了一种能源景观空间规划方法，所采取的技术方案如下：

一种能源景观空间规划方法，所述方法的具体步骤包括：

第一步：根据人均能耗指标测算能源需求分布状态，确定能源景观发展定位；

第二步：运动RS栅格图与GIS矢量分析方法结合，测算多种运输距离阈值下的能耗参数以和生物质能转换点的服务半径；

第三步：根据第二步得出的多种服务半径，获得各服务半径对应的生物质能转换点的综合能源利用率、运输成本和投资建设成本指标；

第四步：比对第三步获得的生物质能转换点的综合能源利用率、运输成本和投资建设成本指标，测算加权整体投资产出比，获得最优方案；

第五步：根据第四步所述最优方案形成生物质能转换点的最佳空间规划格局。

进一步地，第一步所述能源需求分布状态的测算过程为：

步骤一：将测试目标所在区域当地政府所持有的各村镇人口数据以及这些村镇地理分布状态输入到Arcgis软件，生成具备空间属性的矢量数据以及与位置对应的属性数据层；

步骤二：从当地政府获取人口每年电能与热能消耗指标，结合步骤一生成的空间与属性数据可以得出分别反映电能与热能需求分布状态的GIS分布矢量数据。

步骤三：运用Arcgis软件对步骤二得到的电能需求分布与热能需求分布状态进行叠加分析，得出能够反映人均能源需求指标与地理分布数据的矢量分析结果。进一步地，第二步所述多种运输距离阈值下的能耗参数以和生物质能转换点的服务半径的测算过程如下：

步骤1：依据现有供热法规规定区间范围确定多个赋值，采用最低数值、最高数值以及若干中间区间数值作为测试对比目标。

步骤2：根据上述多个赋值确定运输距离阈值，在Arcgis软件的网络分析功能分别测算各种方案的生物质转换点服务半径以及其对应的能耗参数。

步骤3：对多个方案的服务半径与能耗参数进行比对分析，采用最佳方案中确定的运输距离阈值作为后续分析过程中的最佳取值。

进一步地，第二步所述运输距离阈值与生物质能转化点的位置关系为：

当一个地区的运输距离阈值的范围为R≤5km时，至少需在该地区周边郊区布置一处生物质能转换点；

当两个运输距离阈值的范围为R<5km时，可在两点之间设置生物质能转换点；

当一个地区的运输距离阈值的范围为5km<R≤7km时，至少需在该地域两侧郊区布置两处生物质能转换点；

当一个地区的运输距离阈值的范围为7km<R≤10km时，至少需在该地区周边郊区布置3处生物质能转换点；

当一个地区的运输距离阈值的范围为R>10km时，则无法通过在郊区设置生物质能转换点的方法来实现覆盖城市全部范围，但带状分布宽度小于7km的地区依然则通过小半径城镇设置方法来进行布置。

进一步地，第三步根据服务半径获得生物质能转换点的综合能源利用率、运输成本和投资建设成本指标的具体过程：

Step 1：在Arcgis软件里输入现有村镇体系道路网络，将其转化为矢量分析路径，依据现有法规确定的距道路300m内区域为设定赋值来利用网络分析与邻近分析功能进行叠加分析。

Step 2：根据上一步的叠加分析可以生成若干距离等级的区划范围，这些不同的距离分区范围代表了不同的运输距离分区，测算出运输能耗；同时设定不同路段的运输速度赋值，通过原料产地与生物质转换点区位来计算运输成本。

Step 3：根据运输能耗、运输成本以及生物质转换点的综合能源利用率来计算整体投资及建设成本。进一步地，第四步测算加权整体投资产出比的具体过程：

第1步：根据村镇区位、人口数据、路网分布测算运输能耗、运输成本。

第2步：对比各代生物质转换技术，综合比较分析各种转换技术的能源利用效率，采用具有最高能源利用效率的方式。

第3步：依托运营成本与生物质转换点自身的能源转化效率来测算整个区域的能源利用效率，确定整体投资产出比，优选出最佳投机建设方案以及选址布局模式。本发明有益效果：

本发明所述方法充分利用黑龙江省农业生物质能丰富的优势，运用“能源景观”理论方法，从空间规划层面引导与控制生物质能的发展。通过生产潜能分析，确立黑龙江省生物质能发展指导策略，并通过能源供需分析、时空变异预测，构建基于能源规划和空间规划交叉研究的空间规划改进策略。优化建立的小城镇与运输成本关系模型，构建适用于黑龙江省的生物质能转换点布局模式。从发展策略与空间布局模式两个角度改变黑龙江省目前生物质能利用效率低、资源浪费严重的现状，优化生物质能消费结构，减少不可再生能源的消耗。

1)本发明所述能源景观空间规划方法结合黑龙江省农业生物质能丰富，林业生物质能贫乏的特点，能够有效提高农业生物质能利用效率、禁止林业生物质能开发作为生物质能开发。对黑龙江省现有的新能源和可再生能源产业发展规划的空间仅能有效的合理布局规划，本发明所述方法能够从生物质能空间分布、生产能力定量分析、生产适宜性可行性分析、选址标准、联结风力发电网络以实现调峰作用等方面，全方位改进现有生物质能消费结构，进而能够极大程度上减少不可再生资源的过度消耗。

2)依据黑龙江省小城镇与道路网布局特点，建立严寒地区小城镇与生物质能转换点布局模式，进而制定区域生物质能能源转换点空间布局模式，为普及小城镇生物质能转换点空间规划提供策略性指导。

3)确定寒地小城镇生物质能发展策略如下：

a城市间道路体系应与环境有机结合，相互协调，在满足交通要求的基础上考虑生物质能转换点运输半径与联营协作效益；

b.生物质能转换点的选址应以运输成本最小化、就地取材为准则，形成密度适宜的可再生能源网络；

c.兼顾经济利益与生态效益，在尽可能提高生态效益的前提下保障生物质发电等运营处于盈利状态，确保实施可行性；

d.建立风能与生物质能联结电力调峰机制，形成稳定持续供电网络；

e.统筹制定能源空间规划，利用GIS、RS技术量化图文分析数据，通过图则与控制指标的形式指导能源规划。

附图说明

图1为小城镇规模与生物质能转换点布置结构图。

图2为以生物质能为研究对象的“能源景观”方法构成图。

图3为生物质能转换点服务范围多方案比较图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。

实施例1：

一种能源景观空间规划方法，所述方法的具体步骤包括：

第一步：根据人均能耗指标测算能源需求分布状态，确定能源景观发展定位；

第二步：运动RS栅格图与GIS矢量矢量分析方法结合，测算多种运输距离阈值下的能耗参数以和生物质能转换点的服务半径；

第三步：根据第二步得出的多种服务半径，获得各服务半径对应的生物质能转换点的综合能源利用率、运输成本和投资建设成本指标；

第四步：比对第三步获得的生物质能转换点的综合能源利用率、运输成本和投资建设成本指标，测算加权整体投资产出比，获得最优方案；

第五步：根据第四步所述最优方案形成生物质能转换点的最佳空间规划格局。

具体的，第一步所述能源景观发展定位中生物质潜能与发展定位的确定过程为：

依据生物质潜在热能数值估算出农业生物质潜能年产量为50900kwh/hm²，森林生物质潜能年产量为17400kwh/hm²，对黑龙江省2016年统计年鉴中的农林业生产情况数据进行计算，可以分别得出黑龙江省各种作物、林地的生物质潜能数值(表1)。

表1 2012年黑龙江省农林业用地面积及生物质潜能

从表1可知，黑龙江省农业资源较为丰富，生物质能发展潜力巨大；而林业资源中大部分为用材林、防护林，薪炭林面积仅有300hm²，因此不具备生物质能发展潜力。在这种情况下，应当将生物质能发展的主要目标确定为提高农作物剩余物的利用效率，加强近期内农业生物质能的运输、加工和发电能力，禁止开发利用林业生物质能，同时大力营林育林，改善林业资源短缺的现状。

第五步所述生物质能转换点的最佳空间规划格局如下：

农业生物质能发展需充分考虑生物质载体运输的有效半径，以此作为衡量建设经济性的标准来选择确定生物质能转换点布局方式。依据多位专家评估结论与GIS模拟分析结果，证明可再生能源载体运输距离具有自身的阈值限制(表2)，过大的运输半径将导致运输成本增加，降低生物质能转换的经济性。

表2可再生能源载体运输距离阈值(单位：m)

按中国常规供热网设计技术，主管道设计比摩阻可取60～100Pa/m，温降15～20℃/km，依据此数值建立的设计规范规定热电厂供热半径一般为6～8km，最长不超过10km，这一数值与表2结论一致。因此，适合于黑龙江的较经济方式是在小城镇附近选址进行生物质能加工转化，这样能够在运输成本与道路建设投资之间取得较好的平衡，获得较为经济的综合效率(图3)。

其中，第一步所述能源需求分布状态的测算过程为：

步骤一：将测试目标所在区域当地政府所持有的各村镇人口数据以及这些村镇地理分布状态输入到Arcgis软件，生成具备空间属性的矢量数据以及与位置对应的属性数据层。

步骤二：从当地政府获取人口每年电能与热能消耗指标，结合步骤一生成的空间与属性数据可以得出分别反映电能与热能需求分布状态的GIS分布矢量数据。

步骤三：运用Arcgis软件对步骤二得到的电能需求分布与热能需求分布状态进行叠加分析，得出能够反映人均能源需求指标与地理分布数据的矢量分析结果。第二步所述多种运输距离阈值下的能耗参数以和生物质能转换点的服务半径的测算过程如下：

步骤1：依据现有供热法规规定区间范围确定多个赋值，采用最低数值、最高数值以及若干中间区间数值作为测试对比目标。

步骤2：根据上述多个赋值确定运输距离阈值，在Arcgis软件的网络分析功能分别测算各种方案的生物质转换点服务半径以及其对应的能耗参数。

步骤3：对多个方案的服务半径与能耗参数进行比对分析，采用最佳方案中确定的运输距离阈值作为后续分析过程中的最佳取值。

如图3所示，第二步所述运输距离阈值即为城镇半径，因此，所述小城镇半径与生物质能转化点的位置关系为：

当小城镇半径为R≤5km时，至少需在小城镇半径周边郊区布置一处生物质能转换点；

当半径为R<5km的两个小城镇距离在3-5km时，可在两小城镇之间设置生物质能转换点；

当小城镇半径为5km<R≤7km时，至少需在该小城镇两侧郊区布置两处生物质能转换点；

当小城镇半径为7km<R≤10km时，至少需在该小城镇周边郊区布置3处生物质能转换点；

当小城镇半径为R>10km时，则无法通过在郊区设置生物质能转换点的方法来实现覆盖城市全部范围，但带状分布宽度小于7km的地区依然则通过小半径城镇设置方法来进行布置。

第三步根据服务半径获得生物质能转换点的综合能源利用率、运输成本和投资建设成本指标的具体过程：

Step 1：在Arcgis软件里输入现有村镇体系道路网络，将其转化为矢量分析路径，依据现有法规确定的距道路300m内区域为设定赋值来利用网络分析与邻近分析功能进行叠加分析。

Step 2：根据上一步的叠加分析可以生成若干距离等级的区划范围，这些不同的距离分区范围代表了不同的运输距离分区，测算出运输能耗；同时设定不同路段的运输速度赋值，通过原料产地与生物质转换点区位来计算运输成本。

Step 3：根据运输能耗、运输成本以及生物质转换点的综合能源利用率来计算整体投资及建设成本。

第四步测算加权整体投资产出比的具体过程：

第1步：根据村镇区位、人口数据、路网分布测算运输能耗、运输成本。

第2步：对比各代生物质转换技术，综合比较分析各种转换技术的能源利用效率，采用具有最高能源利用效率的方式。

第3步：依托运营成本与生物质转换点自身的能源转化效率来测算整个区域的能源利用效率，确定整体投资产出比，优选出最佳投机建设方案以及选址布局模式。本发明所述能源景观空间规划方法结合黑龙江省农业生物质能丰富，林业生物质能贫乏的特点，能够有效提高农业生物质能利用效率、禁止林业生物质能开发作为生物质能开发。对黑龙江省现有的新能源和可再生能源产业发展规划的空间仅能有效的合理布局规划，本发明所述方法能够从生物质能空间分布、生产能力定量分析、生产适宜性可行性分析、选址标准、联结风力发电网络以实现调峰作用等方面，全方位改进现有生物质能消费结构。

同时，依据黑龙江省小城镇与道路网布局特点，建立严寒地区小城镇与生物质能转换点布局模式，进而制定区域生物质能能源转换点空间布局模式，为普及小城镇生物质能转换点空间规划提供策略性指导。

其中，确定寒地小城镇生物质能发展策略如下：

a城市间道路体系应与环境有机结合，相互协调，在满足交通要求的基础上考虑生物质能转换点运输半径与联营协作效益；

b.生物质能转换点的选址应以运输成本最小化、就地取材为准则，形成密度适宜的可再生能源网络；

c.兼顾经济利益与生态效益，在尽可能提高生态效益的前提下保障生物质发电等运营处于盈利状态，确保实施可行性；

d.建立风能与生物质能联结电力调峰机制，形成稳定持续供电网络；

e.统筹制定能源空间规划，利用GIS、RS技术量化图文分析数据，通过图则与控制指标的形式指导能源规划。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。