基于极端气候事件能源生态系统的调适与优化

摘要能源消费加剧的气候变化问题成为21世纪全球环境治理的核心议题。能源资源开发和利用引起的温室气体排放是全球环境 增温的主要因素，能源生态系统不平衡导致的极化效应使人类可持续发展面临越来越严重的挑战，干旱、洪涝、高温热浪和低温冷害 等极端气候事件又在一定程度上提升了气候风险的等级，能源生态系统的构建与优化，促进能源生态系统平衡是积极应对气候变化 的有效举措。同时，能源又是国民经济发展的基础和动力，能源供应和安全事关我国建设社会主义现代化国家的全局，能源生态系统 构建立足生态学理念，借鉴生态系统中的生产、消费、流动、分解恢复等概念，为促进能源可持续健康发展提供理论依据。雄安新区作 为新时代最受关注的区域性国家发展战略之一，建成绿色智慧新城和“推进生态文明改革创新，建成绿色发展城市典范”是其重要的 發展目标，科学探讨能源生态系统调适与优化成为其实施高质量发展战略的必然需求，通过对雄安新区能源生态系统开展具体剖析， 积极应对极端气候事件，规避气候风险，进而提出基于气候变化的能源生态系统调适与优化方案。雄安新区作为以绿色低碳发展为 设计理念的生态未来城市，能源生态系统设计尚处于起步阶段。本文分析认为，雄安新区能源生产的主体为清洁能源，能源消费应以 可再生能源为主导，能源流应大力输入可再生能源和促进能源基础设施智能化，同时积极应对能源环境影响，有效开展环境治理，在 此基础上提出了雄安新区能源生态系统的调适与优化的应对措施。

关键词 极端气候;雄安新区;能源生态;可再生能源;气候风险

中图分类号 F062.1 文献标识码 A 文章编号 1002 -2104（2020）06 -0064 -09 DOI： 10.12062/cpre. 20200405

人类在社会经济活动中消费大量的化石能源，化石能 源燃烧导致温室气体和其他污染物的排放，是工业革命以 来全球气候变化的主要诱因。2015年联合国气候大会通 过《巴黎协定》，提出把全球平均气温较工业化前水平升 高幅度控制在2 T之内，并为把升温控制在1.5 T之内而 努力，全球将尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶 实现温室气体净零排放。

目前，全球化石能源比重仍超过80%，所有国家都必须 强化应对气候变化行动，大幅度提高国家自主贡献减排承诺 机制目标。传统的能源发展模式已经难以为继，需要在全球 尺度调适和优化能源生态系统，通过采取能源结构绿色化和 低碳化路径，实现能源效用的最大化，加快能源变革和建设人 类能源命运共同体，积极应对气候变化和气候风险。

1研究背景

气候变化是一种大气物理特征长期大尺度变化现象， 气候变化所引起的极端气候事件，会对人类社会的生存与 发展环境带来极大破坏和影响。

1.1气候变化的科学事实

能源是社会经济发展的物质基础与重要保障，极端气 候事件对能源生态系统产生极大扰动[1一2]。郑景云等分 析了中国过去2000年极端气候事件变化的若干特征，认 为历史时期极端气候事件变化是当前气候变化研究的热 点领域[3]，朴世龙等以干旱、极端降水、极端高温和极端低 温为例，系统总结了极端气候事件对陆地生态系统碳循环 的影响及其机理[4]。2020年2月，《自然》同时发表七篇 文章探讨极端天气事件如何影响能源系统，其中通过大量 案例分析了可再生能源发展的潜力与方向[5-12]，对于我国 城市积极应对气候变化，保障能源生态系统良性运行具有 借鉴意义。

2020年3月发布的《2019年全球气候状况声明》显示，全球气温总体处于上升态势，2019年是有记录以来温 度第二高的年份，2015年至2019年是有记录以来最热的 5年，2010年至2019年是有记录以来最热的10年;自20 世纪80年代以来，每个连续10年都比1850年以来的前 一个10年更热;2019年结束时，全球平均温度比估计的工 业化前水平高出1.1无，仅次于2016年创下的纪录[13]o 国际上主要从灾害损失视角，进行了气候变化引起的气候 风险分析，《全球气候风险指数》（Global Climate Risk Index，简称CRI）通过各国历史灾情数据建立气候风险指 数，用于分析与气象相关的损失事件（如风暴、洪水、热浪 等）对世界各国的影响，积极应对气候风险，变被动适应为 主动调适成为各国特别是受风险影响最大的小岛国等最 重要的环境发展任务。

2013年11月，《国家适应气候变化战略》指出，应在 基础设施流域修订相关标准，根据气候条件的变化修订基 础设施设计建设、运行调度和养护维修的技术标准，根据 气温、风力与冰雪灾害的变化调整输电线路、设施建造标 准与电杆间距。2016年，《城市适应气候变化行动方案》 提出提高城市基础设施设计和建设标准，调整能源设施标 准，针对不同城市及城市居民、企业、公共部门等不同用 户，评估气候变化对制冷、采暖及节能标准的影响，修订相 关设施标准，进一步明确调整能源工程与供电系统运行的 技术标准。

本文在全球气候变化背景下，基于极端气候事件频发 的事实，讨论能源生态系统调适优化的必要性，并以雄安 新区为例，通过能源生产、能源消费、能源流动和能源环境 影响评价分析，提出雄安新区未来建立以非化石能源生 产、消费为主导的能源生态系统，并力求将能源开发、流动 等带来的环境影响降低到最低，增强基于能源活动的自然 恢复力，为建设全球能源生态文明示范区提供经验借鉴。

1.2能源消费对全球气候变化的影响

1.2. 1全球二氧化碳浓度和二氧化碳排放总量变化

目前，世界范围内普遍关注的是全球气候变化问题， 而全球气候变化的核心问题是全球变暖，即温室效应，虽 然二氧化碳等温室气体在我国尚未纳入污染物范畴，但欧 盟在20世纪末就将温室气体视为大气污染最突出的典型 代表，而且是生态环境代价中最具全球化威胁的一个问 题。2013年9月，根据政府间气候变化专门委员会 （IPCC）第五次评估报告《气候变化2013：物理科学基础》， 认为人类活动极有可能是20世纪中期以来全球气候变暖 的主要原因，可能性在95%以上，在过去的130年间全球 升温了 0.85 2，导致气温上升的主要是二氧化碳、甲烷、 一氧化氮、氧化亚氮、氯氟烃等温室气体，其中二氧化碳和 甲烷两类气体的比重超过了 80%，主要来自矿物燃料为 主的能源消耗排放。根据美国环境保护局的报告，大规模 的矿产资源利用和开发以来，主要温室气体分别增长了 1 ～400多倍，其中以碳氢矿物为主的能源利用贡献度在 49%，工业制造业为24%，森林砍伐为14%，农业种植业 为 13%。

根据世界气象组织2019年11月发布的《温室气体公 报2019》，2015年，全球二氧化碳浓度首次突破400 ppm （1 ppm为百万分之一），2018年，全球二氧化碳浓度已经 达到 407. 8 ppm，较 2017 年 405. 5 ppm 上升了 5.67 个百 分点，是1750年工业化前水平的147%，同样，甲烷和氧化 亚氮浓度水平也呈上升态势，1984—2018年分别上升了 13%和8. 95%，尽管甲烷和氧化亚氮浓度上升水平低于二 氧化碳，但是二者的增温潜势却远高于二氧化碳，其中甲 烷的增温潜势是二氧化碳的20倍以上，氧化亚氮的增温 潜势则是二氧化碳的200倍以上。因此，基于温室气体减 排的各国行动方案也纷纷展开，其中我国作为温室气体第 一排放大国，提出到2030年单位国内生产总值二氧化碳 排放强度在2005年降低60% -65%，体现了我国参与国 际应对气候变化治理的大国担当与减排决心。

根據世界气象组织温室气体统计数据，本文对全球二 氧化碳浓度和二氧化碳排放总量运用散点图进行多项式 拟合分析，结果见图1。

第一，拟合曲线显示全球二氧化碳浓度和二氧化碳排 放总量两者之间存在着显著的关联关系（R2 =0. 969 2）;

第二，根据一元二次函数（『=ax +bx + c ）含义， 模型函数的初始正数常数意味着，随着全球二氧化碳 浓度的增加，全球二氧化碳排放总量的增长还呈现逐 步上升的趋势。

因此，从全球碳排放趋势分析，化石能源消费是碳排 放来源的主体，特别是广大发展中国家，由于发展阶段、资 源禀赋、技术水平的制约，是高碳能源消费增长的主力军。

大力发展非化石能源，调整优化产业结构和能源消费结 构，提升碳生产力，减低人均碳排放和能源消费碳排放系 数，促进低碳发展是未来降低碳排放的主要途径。

1.2.2能源系统结构优化与碳排放增长的相关关系

为增强应对极端气候事件的弹性，需要从能源系统结 构优化和总量增长视角，实现能源与碳排放增长的脱钩， 从而进一步实现气候变化调适。根据BP世界能源统计年 鉴（2019年）数据分析，中国、美国和欧盟三大经济体是世 界能源消费和碳排放的主体，2018年三大经济体能源消 费量和碳排放总量分别占全球总量的52.4%和53. 3%， 其中中国能源消费量和碳排放总量分别占全球总量的 23.6%和27.8%，而同期中国人口和GDP占全球的比重 分别为18.3%和15.8%，GDP占全球比重比碳排放占全 球比重低了 12个百分点，其中能源利用效率和能源消费 结构是主要因素。

目前能源消费结构的低碳化甚至零碳化成为国际能 源领域应对气候变化的重要举措。关于低碳能源的概念， 2011年国家能源局研究认为，中国正在进行着一场新的 低碳能源革命[14]，分析了低碳能源的开发利用状况，分析 的低碳能源包括水能、核能、风能、太阳能、生物质能、地热 能、海洋能等类型。煤炭、石油、天然气单位能源碳排放系 数分别为0 . 747 6，0 . 582 5和0 . 443 5[15]，本文界定碳排放 系数高于0 . 5的煤炭和石油为高碳能源，低于0 . 5的天然 气为低碳能源，因此广义的低碳能源包括天然气、核能和 可再生能源，其中核能和可再生能源属于非化石能源，也 是零碳能源。

在全世界所有国家和地区中，位于北欧的冰岛、挪威 和瑞典是能源消费结构演进程度最高的三个国家（见图 2），2018年冰岛能源碳强度系数为0 . 43 tCO^/tce，仅相当 于我国能源碳强度系数的21.4%，电力系统全部实现水电和地热发电等可再生能源发电，供热能源基本上也来自 地热等可再生能源，是世界上能源消费结构最为“低碳” 的国家，2018年挪威的水电占全部能源消费总量的比重 高达66 . 1%，是世界上水电消费比重最高的国家。2018 年冰岛、挪威和瑞典三国的经济增长率分别为4 .6%、 1.3%和2 . 2%，能源消费和碳排放总量自20世纪90年代 以来呈现显著脱钩态势，其中瑞典能源消费总量呈现零增 长稳态趋势，碳排放总量自2010年以来呈现绝对量下降 趋势。尽管近年来我国积极开展绿色低碳行动，大力发展 可再生能源，2018年非化石能源消费比重达到14 . 3%，但 是仍低于世界平均水平，煤炭等高碳能源占能源消费结构 主体的地位短期内很难改变，唯有在部分试验区实施低碳 或近零碳行动，通过发挥示范效应予以推广应用。

2能源生态系统的基本理论

2 . 1能源生态系统概念的提出

2004年张雷等[16]从工业生态学视角对能源系统进行 重新界定，提出“能源生态系统”概念，认为能源生态系统 指的是根據现代能源生产、消费活动链条为主体组成的人 类社会生态系统，包括3个组成部分：内生系统，外生系 统，共生系统，并探讨了其空间结构的类型划分和基本形 态，建立了现代能源生态建设基本框架。张雷等口"18〕还 以我国西部能源资源开发为案例，分析了能源生态系统的 发育特征，研究认为为了避免西部能源生态系统未来发育 随着资源开发规模的扩大呈现一定程度的“退缩”，应不 断加大对外生和共生两大系统的投入，以保持当地能源生 态系统发育自身的有机协调。张玉卓顷基于近零碳排放 视角，分析了煤炭清洁能源生态系统，认为在全球低碳发 展背景下，应促进煤炭利用方式从高碳向低碳和零碳趋势 转变，加速清洁煤转化，促进煤炭与新能源和可再生能源 的耦合发展，大力促进碳捕获、利用与封存（CCUS： Carbon Capture，Utilization and Storage）技术，建立清洁能源智能价 值链等。杜祥琬、周大地如研究认为，“科学、绿色、低碳 能源战略”是经济与环境双赢的战略，也是应对气候变化 国家战略的重要组成部分，“科学、绿色、低碳能源战略” 的实施需要强有力的科技支撑，提出了科技支撑的基础性 研究、新技术的创新、重大工程项目和战略性产业的支持 等3个层次。姜巍等[21]分析了我国第一能源消费大省山 东的能源生态系统特征，认为节能、增效是解决山东省能 源短缺和能源污染问题的最现实、有效的途径。朱守 先[22]以县域高比例可再生能源示范城市建设为例，分析 了基于近零碳发展的能源生态系统优化路径。本文认为 能源生态系统是指根据能源生产、消费、空间流动和环境 恢复力链条为主体组成的复合社会生态系统，其运行状态

决定着社会经济系统的有效性与稳定性。

2.2能源生态系统的基本框架

自然生态系统由非生物环境、生产者、消费者和分解 者4个组分组成，4个组分通过能流和物流为纽带，形成 协调共生、持续生存和相对稳定的系统[23＼其机理对于人 工生态系统的建设具有借鉴和启示意义。参考自然生态 系统的理论框架，本文认为，能源生态系统由能源流系统、 能源生产系统、能源消费系统和环境恢复系统4个部分组 成（见图3），其中能源流系统主要包括促进能源跨区域流 动的交通、电网等基础设施建设，环境恢复系统主要包括 有效开展环境治理，提升恢复与治理能力，包括能源流动、 生产和消费过程中对生态环境造成的影响与破坏，如电网 建设对土地和生物多样性的影响，煤炭开采引起的地下水 系破坏，化石能源燃烧引起的大气污染物与温室气体排 放等。

如果说能源生产、消费和流动决定着区域能源保障和 供给安全的话，环境恢复系统则是维护能源可持续发展和 生态系统平衡的纽带。根据自然生态投入产出公式，能源 生态系统演进水平可以用能源活动的经济影响来衡量，其 概念评价公式可以定义为：

EEC =f（EP，EC，EF，ER）

式中，EEC为国家或地区能源生态系统演进状态系 数;EP为能源生产系统发育状态;EC为能源消费系统发 育状态;EF为能源流系统发育状态;ER为环境恢复系统 发育状态。

3雄安新区能源生态系统的实证分析

3.1雄安新区能源适应基础条件

雄安新区作为“十三五”时期国家启动建设的最受关 注的国家级新区，需要高标准规划、高质量发展，其中能源 生产与消费结构的优化、严格控制碳排放和加强环境综合 治理是雄安新区总体规划中建设绿色低碳之城的主要措施。《国务院关于河北雄安新区总体规划（2018—2035年） 的批复》（国函〔2018〕159号）对雄安新区能源发展提出了 明确要求，即“优化能源结构，建设绿色电力供应系统和清 洁环保的供热系统，推进本地可再生能源利用，严格控制 碳排放”'24。本文从能源生态系统的调适与优化视角探讨 雄安新区建设之路，以期为雄安新区的可持续发展和建设 成为“美丽中国”的样本提供可行性依据。

雄安新区地处京津冀腹地，从地理区位而言，雄安新 区位于北纬38。～39。，属温带大陆性季风气候，全年平均 气温11.92，极端最高气温40.92（1972年6月10日）， 极端最低气温-21.5 2 （1970年1月5日），最热七月平 均气温26.1 2，干旱、洪涝、高温热浪和低溫冷害等极端 气候事件带来的气候风险在雄安新区均大概率存在，能源 作为社会经济发展的基础与命脉，需要整体性、协同性、系 统性开展风险应对。

雄安新区范围涉及河北省保定和沧州2个地级市的5 个县（县级市），与张北地区构成新时代河北省两大高质 量发展增长极，和北京市副中心成为北京市非首都功能疏 解的两翼，同时和北京、天津两大直辖市构成的“京津雄” 地区也将成为我国北方区域发展最为耀眼的金三角。马 丽梅，史丹等研究认为，中国能源转型正处于“十字路 口”，所面临的问题是何种能源转型方案在近期所带来的 成本能够被经济系统消纳包容，而在长期又能够推动经济 的可持续增长[25]o雄安新区规划面积1 770 km2，大于浦 东新区，略小于深圳市，但是由于原处于经济洼地，经济总 量仅200多亿元，不足浦东新区的2%，与西部的国家级新 区相比也有较大差距，进入“十四五”时期，雄安新区经济 发展速度将呈现快速增长态势，与此同时能源消费总量必 然也会出现快速增长趋势，需要借鉴国际经验，高标准规 划能源发展战略，实现经济快速增长阶段，依靠科技进步 与效率提升，达到能源消费总量与经济增长呈现“脱钩” 态势，雄安新区能源生态系统的调适与优化不仅具有区域 意义，而且具有全国意义和世界意义。

从能源安全角度，《河北雄安新区规划纲要》提出保 障新区能源供应安全，落实安全、绿色、高效能源发展战 略，突出节约、智能，打造绿色低碳、安全高效、智慧友好、 引领未来的现代能源系统，实现电力、燃气、热力等清洁能 源稳定安全供应，为新区建设发展夯实基础。国务院关于 河北雄安新区总体规划（2018—2035年）的批复提出，建 设绿色低碳之城，要坚持绿色低碳循环发展，推广绿色低 碳的生产生活方式和城市建设运营模式，推进资源节约和 循环利用;优化能源结构，建设绿色电力供应系统和清洁 环保的供热系统，推进本地可再生能源利用，严格控制碳 排放;提高绿色建筑、节能相关标准，全面推动绿色建筑设燃气计、施工和运行;实现电力、燃气、热力等清洁能源稳定安 全供应，提高能源安全保障水平。能源基础设施包括电力 生产供应系统、燃气生产供应系统、供热生产供应系统以 及其他四大类，四大类型中又可以分为发电设施、变电配 电设施、输电设施、煤气站、天然气站、液化石油气站、燃气 输送管道、供热站、供热输送管道、民用燃煤制品站等。为 有效应对气候变化，特别是极端气候事件带来的损失与负 面影响，需要加强能源基础设施建设的有效性，规避技术 锁定和设施锁定带来的风险，保障能源供应安全与有效可 持续运行（见表1）。

3.2雄安新区能源生产系统

能源生产系统是对能源资源的勘探、开采与开发。雄 安新区能源资源禀赋较为优越，其地处华北油田和地热田 腹地[26^28]，主要能源生产类型包括石油、天然气、地热、生 物质能等能源品种。毗邻雄安新区的任丘市是著名的石 油城市，其中3个乡镇共172. 3 km2，已经由雄县托管，占 任丘市土地面积的1/5，1985年任丘油田探明石油储量为 9. 3亿t，天然气16亿m3，千万吨级石化炼油项目是北京 大兴国际机场和未来雄安新区能源供应的重要物质保障。

从可再生能源分析，雄安新区地处的保定市是第一批 国家低碳试点城市，早在2007年初，保定市政府已经提出 了太阳能之城的概念，计划在整座城市中大规模应用以太 阳能为主的可再生能源，以降低碳排放量。规划提出力争 用2～3a时间，将保定建设成国内首座在照明、供热、取暖 等各个方面大范围应用太阳能的城市。保定建设低碳城 市的优势在于，它拥有中国唯一的国家新能源与能源设备 产业基地“中国电谷”，“中国电谷”规划打造成一个以电 力技术为基础的产业和企业群，重点发展风力发电的产业 链、太阳能光伏发电产业链、节能产业链等七大产业园区; 通过技术研发、人才培训、商务服务到产业制造，形成一个 全产业链条，为国家提供一个可再生能源和节电产业的战 略发展平台。在风电产业上，保定是目前国内最大的叶片 生产研发基地，建立了集群环境最优的风电产业体系;在 太阳能光伏产业上，形成了完备的制造体系。

雄安新区发展地热和生物质能具备资源条件优势。 根据国家地热能开发利用“十三五”规划，河北省浅层地 热能供暖/制冷面积和水热型地热能供暖面积增量和 2020年累计量均位居全国首位（见表2），其中雄县境内 60%以上的区域储藏着优质温泉，是原国土资源部命名的 “中国温泉之乡”，庞忠和等对雄安新区地热资源与储量 估算，其中浅层地热能、砂岩热储、碳酸盐岩热储能源开发 潜力分别可达到4亿tce、568亿tee和660亿tee顷，未来 雄安新区必将据此充分利用地热资源，作为建设“无烟城 市”和“近零碳城市”的重要支撑。

从生物质能利用视角分析，位于雄安新区的白洋淀是 华北地区最著名的湿地之一，芦苇等生物质能资源丰富， 徐卫华和欧阳志云等运用RS和GIS技术揭示了白洋淀 1987-2003年芦苇湿地面积的变化规律，水位和苇地面积 相关系数高达0.97，苇地面积介于131. 7 - 160 km2之 间如，占淀区面积35% -45%，由于水资源制约和开发破 坏，2015年白洋淀苇地面积缩减到约50 km2。但是根据 调查，白洋淀地区芦苇在过去主要用于建筑材料、制作生 活器具和工艺品，其中用于建筑材料的比例最高，约占 80%，白洋淀区农民收入也显著高于周边地区以种植粮食 作物为收入主体的农民。但是随着近年来建筑材料类型 变革为钢筋混凝土为主，以及大气环境治理的深入推进， 年产约10万t的芦苇如何利用成为新的难题。因此除了 少量芦苇作为生活器具和工艺品的原料之外，大部分应作 为生物发电和生物燃料颗粒的原料。

3.3雄安新区能源消费系统

3.3.1 雄安新区能源消费结构

与能源生产相对应，雄安新区全境终端能源消费必将 实现无煤化，起步区建设100%可再生能源利用示范区， 即零碳发展示范区，中期发展区实现100%清洁能源（包 括天然气和可再生能源）利用。在能源消费类型中，地热 和生物质能可实现资源本地化，但是电力作为未来雄安新 区终端能源利用的主体，如何充分更大程度利用风电、太 阳能电力等可再生能源是能源规划中需要解决的核心问 题。目前河北省能源消费结构中煤炭比重超过80%，高 出全国平均水平20多个百分点，非化石能源消费比重不 足5%，低于全国平均水平近10个百分点。2019年河北 省发电总量为3 117.7亿kWh，占全国发电量的4.16%， 在电力生产结构中，火电比重高达88.37%，超出全国平均 水平18. 8个百分点，电源生产的高碳特征显著。雄安新 区可再生能源电力在河北省内主要来源是张北地区，张 北一雄安1 000千伏特高压线路工程于2019年4月全面 开工，线路双回全长2x319 . 9 km，北起张北特高压变电 站，南至雄安特高压变电站，途经张家口市张北县、万全 区、怀安县、阳原县、蔚县和保定市涞源县、易县、徐水区、 定兴县2个地级市9个县（区），为雄安新区电力供应提供 了重要保障。

一方面，雄安新区所在的河北省是典型的能源消费大 省，2017年能源消费总量超过3亿tee，仅次于山东、广东 和江苏，位居全国第4位。但是河北省是典型的能源输入 型省份，能源自给率仅为22%，需要依靠强大的能源流系 统支撑社会经济的稳定运行。

另一方面，河北省能源利用效率较低，2017年单位 GDP能耗为0 . 893 tee/万元，位居东部地区省份首位，高 出全国平均水平60多个百分点，超出广东和江苏1.4倍， 与北京相比较差距更为显著（见图4）。河北省能源的对 外依存度高和效率的相对低下对雄安新区能源发展带来 了严峻挑战，作为非首都功能的“集中承载地”和河北省 的新增长极，规划单位GDP能耗应和北京市大致相当，需 要重点考虑如何改进能源利用效率，通过结构节能大力提 升能源生产力[31]，实现绿色近零碳发展。

3.雄安新区能源消费增长预测

参照浦东新区和深圳特区经济发展历程，对雄安新区 经济增长和能源消费增长演进情况进行多项式拟合分析， 其中数据基础年份为2019年雄安新区社会经济和能源消 费数据，结果表明（见图5）：

（1） 拟合曲线显示经济增长和能源消费增长两者之 间存在着显著的关联关系（R2 =0. 9947）;

（2） 根据一元二次函数（y = a*2 + bx+c）含义，模型 函数的初始负数常数表明，随着经济增长和产业结构的高 度化演进，单位GDP能耗下降趋势显著（见图6），雄安新 区一次能源消费总量的增长呈现逐步下降的趋势，以实现 经济增长和能源消费的脱钩。

3.4雄安新区能源流系统

如前所述，能源生态系统中，由于能源资源的空间收 敛性，即能源资源富集于局部地区，能源和其他商品物资 系统，需要建立完善的生产与消费系统，从能源生产地到 终端用户的能源流动，能源流系统通过交通运输设备和电 力基础设施等以实现能源的空间位移。其中地热利用需 要建立水循环流动系统，生物质能需要原料采集、运输、加 工等环节。张家口可再生能源示范区的智慧化输电通道 工程，包括张北一雄安1 000千伏特高压线路工程即是能 源流系统的重要环节。

3.5雄安新区能源环境影响系统

3.5.1能源环境影响的主要因素

当今时代，能源系统对环境影响最大的问题是大气环 境污染和温室气体排放，从国际视角，温室气体排放受关 注度最高，而国内更重视大气环境污染问题。雄安新区所 在的京津冀地区近年来是全国大气环境污染最为严重的 地区之一，主要原因在于重化工业的产业结构类型和以煤 炭为主导的高碳高污染能源的使用。雄安新区地理区位 大致位于京津冀地区的几何中心，地形以山麓平原和冲击 平原为主，海拔相对较低，在静风天气不利于大气污染物 的擴散。因此雄安新区未来即使实现100%可再生能源 利用和零碳排放，但仅仅作为“零碳孤岛”还远远不够，需 要京津冀地区乃至整个华北地区协同应对，促进产业结构 和能源结构的调适与优化。

3.5.2能源环境影响规划设计

在雄安新区能源规划过程中，需要利用LEAP模型 （Long - range Energy Alternatives Planning System），即长期 能源替代规划系统开展规划设计，LEAP模型作为自下而 上的模型类型，是由斯德哥尔摩环境研究院开发的基于情 景模拟的能源-环境分析工具。在LEAP模型中，使用者 可以根据研究问题的自身特点和数据的可获得性而灵活 设定模型结构、数据形式以及具体预测方法，适合长期能 源规划，同时本身具有详细的环境数据库，因而被广泛应 用于全球、国家以及区域尺度的能源战略规划和温室气体 减排评价研究。未来需要根据雄安新区数据基础，区域经 济活动水平以及能源消费量等数据，作为能源消费以及碳 排放预测的基础。

根据雄安新区发展规划及城市定位，未来雄安新区的 产业尤其是工业均面临着向生态低碳型产业转型升级的 任务，可再生能源在“十四五”及到2035年中长期规划期 间将得到快速发展。基于以上考虑，并结合节能减排以及 碳排放达峰的目标要求，设置雄安新区未来的三个发展情 景，即基准情景、低碳情景和清洁低碳情景（见图7）。

基准情景是指基于雄安新区的发展规划，优化雄县、 安新和容城既有产业能耗及排放强度控制目标。高耗能 产业规模逐步稳定并实现产能退出，居民生活及交通能耗 随着人口迁移增加和人民生活水平不断提高而逐步提升， 可再生能源应用满足规划需求。

低碳情景是指在基准情景的基础上，一方面随着产业 结构内部的调整，带动非高耗能工业以及服务业综合能耗 水平的显著下降，另一方面居民生活以及交通运输等部门 的能耗增长未来逐渐得到控制。此外，新发展地热等可再 生能源装机增速加快，“气化雄安”“零碳雄安”计划深入 推进落实。

近零碳情景是指在低碳情景的基础上，加快发展和输 人可再生能源，产业和居民生活中地热、生物质能、天然气 等清洁能源的使用比例进一步加大，到2035年比例达到 80%以上，实现近零碳排放。

（1）美丽雄安能源系统规划设计

除了能源消费引起的碳排放之外，雄安新区建设应参 照“美丽中国建设评估指标体系”，对每个评估指标开展 深入分析，在全国首先规划建设美丽中国的示范样本。根 据国家发展改革委关于印发《美丽中国建设评估指标体系 及实施方案》的通知（发改环资〔2020〕296号），美丽中国 建设评估指标体系包括空气清新、水体洁净、土壤安全、生 态良好、人居整洁5大类指标22项具体指标，其中能源清 洁利用是实现空气清新的重要保障，在地热等可再生能源 开发利用过程中应避免地下水和地表水水体污染，在白洋 淀区开展生物质能、水源能源、太阳能光伏和光热利用过 程中，注重湿地类型、生物多样性和水源保护。

4结论与思考

气候变化引起的全球环境问题举世关注，极端气候事 件的遍在性和频发性趋势愈演愈烈，积极开展气候治理能 力现代化成为各国积极应对气候变化的共识。能源生态 系统调适优化作为应对气候变化的重要手段，需要以全球视 角调配能源资源，大力开发利用本地可再生能源，降低化石能 源开发对环境的破坏程度，有效规避环境风险。雄安新区能 源生态系统正处于新构期，如何在白纸上描绘最美的能源生 态文明画卷成为雄安新区积极应对气候变化的重要内容。

第一，产业结构高度化是雄安新区能源生态系统优化 的基本保障。能源生态系统优化，需要努力调整产业结构， 雄安新区作为非首都功能的重要疏散地，未来产业类型集 中于总部经济与制造业研发基地，在产业选择和甄别时，需 要具备全球视野、国际眼光，以生态文明为引领，大力发展 新型高效生态型产业，在新型产业的培育过程中，需要有序 开展生态文明产业基础规划，推进创新型产业发展。

第二，提高能源生产力是能源生态系统优化的重中之 重。能源生产力是衡量能源利用效率和水平的重要尺度， 针对能源对经济发展的基础地位与作用分析，以及雄安新 区经济自身发展特点，提高能源生产力成为能源生态系统 调适的重中之重。通过与深圳特区、浦东新区以及国际诸 多生态城市比较，开展能源精细化智能化管理，建设能源 生产力一流的未来城市。

第三，节能优先是能源生态系统优化的重要手段。节 能是能源开发的另一种形式，通过结构节能、技术节能、管 理节能提高能源供给保障水平是新的生产力，雄安新区在 能源规划过程中需要借鉴先进理念，在提升本地可再生能 源利用效率和节能效率实现国际创新型突破，将节能优先 设计到极致，做国际节能城市的表率與领军者。

第四，技术创新是实现能源生态系统优化的基本引 领。通过技术经济分析，依靠科技引领能源系统调适优化 是解决能源资源问题的基本途径。雄安新区需要通过建 设新时代的可持续发展议程创新示范区，积极应对气候风 险，提升应对极端气候事件响应能力，率先利用5G、人工 智能、工业互联网、物联网为代表的新型基础设施，开展能 源生态系统科学性设计，在能源智能化、基础设施低碳化、 人居环境国际化等多个领域开展技术创新、研发和示范， 有效实现能源技术及时更新，从根本上解决阻碍生态文明 建设的能源环境问题。

（编辑：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，执行研究员，主要研究方向为资源环境与区域发展。E-mail： zhushouxian@yeah. net。

基金项目：科技部国家重点研发计划资助课题“雄安新区气候变化风险评估及三生适应模式研究”（批准号：2018YFA0606304）。