京津冀城市群能源代谢时空特征及优化调控研究

郑宏媚 郑宇涵

【摘  要】随着中国经济的快速发展，能源消费也快速增长。随着节能减排的压力越来越大，能源的代谢需要根据需求进行更替。论文就京津冀城市群能源代谢时空特征分析并对能量代谢进行优化和调控提出建议。

【Abstract】With the rapid development of China's economy， energy consumption is also growing rapidly. With the increasing pressure of energy conservation and emission reduction， the energy metabolism needs to be replaced according to the demand. This paper analyzes the spatiotemporal characteristics of energy metabolism in the Beijing-Tianjin-Hebei city cluster and puts forward some suggestions for the optimization and regulation of energy metabolism.

【关键词】城市群;研究进展;优化调控;空间格局;能源代谢

1 京津冀城市群概念

城市群是指以特大城市为核心，以一个以上的大城市为单位，空间组织非常紧凑并最终实现高度城市化和高度整合的城市群体[1]。它是工业化和城市化发展到高级阶段的产物，也是城市和大都市区发展到高级阶段的产物。从高层城市化的角度来看，它将在城市群空间内突破行政区划制度的约束，逐步实现“十个相同”，即统一规划城乡发展、行业整合、市场整合、运输整合和信息整合，具有共同的经济金融、科学技术、生态和环境保护的经济共同体和利益共同体。具体包括：规划界、经济界、城乡界、交通界、信息界、金融界、市场界、创新界、环境保护界和生态界。从高度综合的分析来看，城市群建设必须促进六大融合，包括区域产业发展的融合和城市群的布局的融合、城乡之间的融合和城乡建设的融合、区域市场建设的融合这几个方面，与基础设施建设整合共同组成[2]。自然环境的保护对应于生态文明建设之间的互相融合、社会的发展和社会的保障体系之间的互相融合。

2 城市能源代谢框架

现今城市化进程越来越快，城市发展中至关重要的是能源问题，此过程中能源的不合理消耗带来了很多环境问题。在可持续发展趋势下，我们需要着眼于“在城市能源方面怎样进行科学的指导”的核心问题，阐明能源内部代谢的工作机制，为转型和发展提供参考。中国城市能源系统的升级，能源代谢形式再到最后消耗形式的所有能量过程，在这个过程中有废物产生。

简而言之，城市能量代谢是城市地区能源消耗和废物产生的过程，主要包括四个环节：能量输入、加工转化、终端消耗和能量代谢污染物的排放。能源代谢的主要特征是直接能量代谢和间接能量代谢的存在。

其中，直接能量代谢是单向的，间接能量代谢是双向的和重叠的。在深入了解城市能源代谢的内涵和特点的基础上，探索城市能源代谢的内在机理，为城市能源系统转型的关键环节确定了依据，为制定城市能源政策提供了科学依据。

近年来，通过不同方法对城市的能源代谢的过程进行分析，研究发现，城市能源代谢的问题，像是复杂性等方面体现在了能源消耗的规模上，反映在城市内部能量代谢途径的交叠处，形成了一个由多个部门、多个能源流组成的复杂的互动网络系统的结构体，这样就能使得城市的能源系统其中的每個部门和能量流描述成为一个组合结构，并且可以使用生态结构来分析城市的能源代谢过程[3]。生态网络分析最初应用于自然生态系统，由于其在分析结构性质方面具有优势性，因此，逐渐应用于城市经济系统、水，还有能源的网络的研究。本文综述了生态网络分析方法的发展及其在城市能量代谢中的使用价值，指出了现有研究的问题。

3 京津冀城市群能源代谢时空特征分析

对于中国各个省份及其地区的研究分析中，结合生态环境方面的具体分析，通过运算得到了各省的能耗以及在能源方面总体的投入和产出，描述了中国的7个城市的能流结构。在北京、天津以及河北的许多部门之间构建生态组合结构，以基于间接能耗计算京津冀城市群的直接能耗考察了城市各部门之间的能量代谢途径，北京、天津以及河北之间的能量流动和这些地区在能量流动中的具体生态状况。

随后，以北京和天津以及河北为整体研究对象，根据总体的投入与产出，结合生态结构，在行业和能源方面对北京-天津-河北城市群进行了进一步研究。流量以节点为单位，以路径的部门网络模型计算部门和区域的能耗，详细描述了各个部门与京津冀之间的能源流动。

最后，研究团队使用此方法将多区域的投入与产出再加上生态结构进行整体分析研究，从多个角度合理分析：一种是利用整个京津冀地区与中国其他省以及自治区的能源流进行研究;另一个观点是分析北京和天津以及河北之间的能量的流动以及代谢机制。

4 能源代谢优化调控

马克思提出过“新陈代谢”，它用来描述涉及城乡之间的新陈代谢关系。雅培·沃曼撰写了一篇重要的文稿，题目为“城市的新陈代谢”。在文稿中介绍整体的规划、设计和工程界有关的新陈代谢的思想。文中对美国的虚拟城市进行了量化，在代谢的输入方面（水、食物、燃料）和输出的方面（污水、固体废物、空气污染物）进行了分析。其研究分析了自然条件和环境存在的问题，强调了能源使用与消费增加有着密切的关系。在过去的几十年中，城市化进程的快速发展导致空气污染、资源枯竭等现象的出现，使得能源的代谢优化和调控势在必行。

目前，设计学科专业有非常多关于城市新陈代谢的研究与思考。流体代谢的过程和流向的概念引申出了一种设计方法，这个方法致力于固定空间形式的过程（方向、柔韧性、开放性）。另外，全世界各个国家都非常关注可持续发展，并且都提出了相应的改造计划，其中比较有名的是LEED计划。这些计划的主要灵感来自定量问题，如资源流动、建筑性能和效率以及城市景观。同时，这些设计方法注重城市新陈代谢的技术方面，并支持了社会经济和生态条件。

相反，城市代谢框架渴望开发一种综合的多指标方法，该方法允许设计师在自然抽象和具体表现之间进行切换。这种方法可以重新配置物质流，以形成资源节约型城市，并解决紧迫的社会和环境问题。

5 结语

对城市新陈代谢的研究变得越来越重要，城市代谢对能源、材料和废物在城市中的代谢进行测量和分析。

当前，关于城市新陈代谢的研究几乎全部集中在分析物质流动上。尽管更好的量化对该区域和区域资源流动的分析很重要，相应的这些研究有一个共同的问题，就是忽视了资源方面与空间方面的改变。

改革开放以来，中国城市群不断发展，能源消耗持续增加，节能与减排产生了非常大的压力，这就需要提高节能减排策略的科学性，并且优化对碳代谢的能量的操控性[4]。

【参考文献】

【1】赵颜创，赵小锋，林剑艺，等.厦门市城市能源代谢综合分析方法及应用[J].生态科学，2016，35（5）：110-116.

【2】Su MR， Fath B D， Yang ZF. Urban Ecosystem Health Assessment：A Review[J]. Science of the Total Environment，2010，408（12）：2425-2434.

【3】Jones NF， Pejchar L， KieseckerJ M. The Energy Footprint：How Oil，Natural Gas，and Wind Energy Affect Land for Biodiversity and the Flow of Ecosystem Services[J]. Bioscience，2015，65（3）：290-301.

【4】张雷.经济发展对碳排放的影响[J].地理学报，2003，58（4）：629-637.