AC米兰技术文章
article
热门搜索： 
更新时间：2026-03-22
点击次数： AC米兰·(中文)官方网站-Milan brand-在全球迈向碳中和的竞赛中，城市正成为最关键的战场。而一种正在欧洲迅速兴起的城市发展模式—能源盈余区（PED, Positive Energy District），正在重新定义未来城市的能源逻辑。简单来说，这类街区不仅能满足自身能源需求，还能全年生产超过自身消耗的可再生能源，并将多余能源反哺城市系统。
但PED并不只是“多装几块光伏板”。它本质上是一套系统工程：从高效建筑设计、可再生能源生产、能源储存与灵活调度，到电动交通与智慧电网的协同，共同构成一个动态运行的城市能源生态。
更重要的是，PED改变了传统城市能源体系——从“集中式发电、被动消费”的模式，转向分布式生产、居民参与、能源共享的城市能源社区。建筑不再只是耗能体，而成为微型能源中心；居民不仅是用户，也成为“产消者”。
在欧洲，阿姆斯特丹、格罗宁根、特隆赫姆等城市已经通过光伏街区、地热供热、污水热回收和电动车储能等技术组合，打造出多个真实运行的PED示范区。
可以说，能源盈余区不仅是一种能源技术方案，更是一种城市发展范式的升级：它把气候目标、城市更新、交通转型与居民生活质量整合在一起，为2050碳中和城市提供了一种可落地的路径。
能源盈余区（Positive Energy Districts，简称PEDs）是什么，为什么在低碳转型和可持续发展的国际大背景下，它越来越受到欧盟及国际诸多地区的重视？
本节介绍了智慧城市建设中的能源盈余区（PED）概念，探讨其背景、定义、实施挑战及未来发展方向，并结合欧盟政策和实际案例分析其在低碳转型与可持续发展中的作用。
能源盈余区需要嵌入城市整体可持续发展框架，通过层级协同、多元共治与能源策略创新，推动城市向气候中和与活力宜居转型。
能源盈余区（PED）的构建核心在于物理能源系统。其主要目标与能源相关：高水平的城市可再生能源以及能源效率。本节着重阐述了能源盈余街区能源系统的主要部分，但这并不是全部。大量可被应用于能源盈余街区的能源技术，结合与其对应所需的各类能源服务，导致了能源系统设计的繁杂多样，需要进行专门的评估。
智慧城市信息系统（SCIS）汇聚了欧洲各地的项目开发者、城市、机构、行业专家，旨在促进数据、经验和专业知识的交流，共同创建智慧城市和节能型城市环境。
主要写给城市的管理框架摘要。致力于减少工作量、加速进度、提高成果质量与信心，促进跨学科协同，并为城市参与市场获取解决方案做好准备。
能源盈余区（Positive Energy Districts，简称PEDs）正在受到重视，既作为城市创新实验室，也作为创造未来保障的、能源盈余的、气候中性城市生活环境的具体实地项目。它们从何而来，以及为什么一个城市应该在自己的城市开发一个或多个 PEDs项目?
向可持续和气候中和的城市及区域转型的需求，是推动PEDs发展的主要动力。这些区域通过生产超过自身需求的可再生能源，实现了全年净能源平衡。
更重要的是，它们满足了多种可持续性需求。它们被认为是负担得起、包容性强且未来有保障的城市生活环境，人们为了未来安全和健康的愿景，愿意去居住或工作的区域。
能源盈余区（PEDs）并非城市中的孤立能源岛。它们深深嵌入城市及区域环境之中，既从能源角度考量，也从更全面的视角审视。作为可持续城市发展的一部分，PEDs通常以城市更新项目的形式出现，而非单纯依赖传统能源供应模式。通过新建区域的建设，这增加了实施的挑战和复杂性。目前，基于年度数据，仅有1.3%欧盟存量住宅建筑正在经历深度能源改造。考虑到欧盟的气候目标，这样的改造需求亟待提升。能源盈余区（PEDs）在这一进程中能发挥关键作用，从而助力实现‘绿色协议更新浪潮’目标。
同时，建筑物应从无响应且高能耗的资产，转变为能源盈余区（PEDs）中的高效微能源中心：以智慧化方式消费、生产、管理、存储和供应能源，使系统更加灵活高效。此外，PEDs还将向邻近地区提供多余的能源，特别是在那些深度改造仍面临瓶颈的区域，如历史建筑密集区。
本解决方案手册无法涵盖与PED相关的所有内容。因此，本手册旨在作为一个综合指南，适当引用其他解决方案手册和相关资源。涉及的主题从公民参与和城市规划，到区域供热和冷却网络的技术问题、翻新、本地能源生产或家庭和区域电池。此外，还探讨了创新的商业模式和财务方案。
本手册重点探讨以下问题：如何建立一个能源盈余区？哪些因素是关键的？谁应该参与，以及何时参与？在能源系统中需要考虑的主要问题是什么？如何通过适合此目的的商业模式公平地分配成本和收益？如何确保社会包容性和空间质量等定性方面？
能源盈余街区（PEBs）和能源盈余区域（PEDs）的概念最初源于欧盟的“地平线”智能城市与社区项目，以及战略能源技术计划，该计划中有一项行动目标是在2025年前在欧盟范围内建立100个能源盈余区。这些倡议得到了欧盟长期气候和能源战略的支持，并衍生出一系列政策，如“欧洲人共享清洁能源”一揽子计划。欧盟绿色协议作为最新的政策路线图，补充并整合了这些目标，同时欧盟气候法正在制定中。这为所有相关方设定了更高的目标和更紧密的议程。
同时，PED概念也被其他倡议和组织采纳。例如，智慧城市市场有一个关于PED的活跃项目；欧洲已设立了一个由公共和私营部门合作伙伴共同参与的COST行动，专注于PED；在国际层面，国际能源署启动了新的附件，致力于PED的定义和发展：《IEA附件83能源盈余区》。
在已提及的SET计划行动3.2框架下，JPI城市欧洲和EERA智能城市联合项目已详细制定了PEDs的操作定义。这一初步定义被用作本手册的工作基础。其内容如下：
能源盈余区是指那些高效节能且灵活的区域或建筑群，这些区域或建筑群能够实现温室气体净零排放，并积极管理每年产生的可再生能源盈余。它们需要整合不同的系统和基础设施，促进建筑、用户与区域能源、交通和信息通信技术系统之间的互动，同时确保能源供应充足，为所有人提供良好的生活条件，符合社会、经济和环境的可持续性。[1]
PEDs是一个强大的概念，但同时，它们只是城市低碳拼图中的一块。此外，PEDs并不仅仅关乎能源和气候。根据这一理念，重要的是采取整体系统方法并致力于实现整体的可持续性，这一原则已在上述定义中得到体现。鉴于这一广泛背景，除PED外，可能还存在其他解决方案和策略，具体取决于特定的城市环境。尽管如此，PEDs（规划、教育和设计）可能有助于超越当前的城市规划实践：它们将愿景与实践相结合。
在后疫情时代，可持续城市生活的某些方面可能会面临压力。在封锁期间，住在绿色郊区是否更好？如何以可持续且安全的方式在城市中进行日常出行，使用电动自行车、步行、公共交通，或者也许是电动班车？
虽然没有证据表明城市会增加感染风险，但城市环境确实面临着在各种条件下提供安全和吸引人的生活环境的挑战。这涉及到选址策略、软交通方式的设计、绿地的提供以及足够的个人户外空间。PEDs可能在某种程度上提供有趣的答案，既满足低碳转型的要求，也满足预防大流行病的运作要求，包括已被证明的对公民福祉至关重要的社会价值。
从近零能耗建筑（NZEBs）到能源盈余区（PEDs），再到能源盈余区域，反之亦然，采用结合自下而上和自上而下的方法。
人们可能会尝试通过将每一栋建筑单独提升至近零能耗建筑（NZEB）标准，来使城市实现能源正向盈余和气候中和。然而，这样一个由独立近零能耗建筑组成的城市，将错失许多技术和财务优化的机会，包括规模优势、区域能源系统的应用、能源灵活性服务以及集体能源生产与存储。类似地，从非技术角度来看，城市并非仅仅是建筑的简单堆砌。无论从何种视角出发，实现城市功能的综合集成都是非常重要的目标。
因此，PEDs是继近NZEBs之后的下一个合理演进阶段。一旦城市中出现部分时段或全天候产生盈余能源的建筑，就会发生根本性转变 —— 这些建筑能够以不同方式融入能源系统：以能源盈余建筑为例，其剩余能源必须与其他建筑共享。此时，它们不仅可被视为本地能源生产单元，还能引领更大社区的升级改造。此外，日常能源使用模式不同的建筑之间可以进行能源交换，新建的能源盈余建筑能够为技改潜力有限的旧建筑提供支持。本地能源连接还能减轻电网负担，并推动更大规模的城市更新项目。
解决城市清洁能源难题，最好的方式确实是将自下而上与自上而下的方法相结合。事实上，区域可持续和可再生能源潜力（包括城市内部及其周边地区）决定了实现完全脱碳系统的整体可能性范围。在此框架下，热能可从数十公里外获取，电力若有需要则可从数百甚至数千公里外引入。但能源来源越靠近使用端越好。
因此，一个自然的层级体系应运而生：近零能耗建筑由能源盈余区、能源盈余区补充，最终形成能源盈余城市和能源盈余区域。通过这种方式，可再生能源的使用从根本上改变了能源生产和消费模式 —— 从带有异地发电厂的集中式、层级化系统，转变为互联的分散式系统，其中无数现场产消者与大型异地生产单元相辅相成。从商业模式的角度来看，公民被赋予权力，在地方能源社区（LECs）中占据核心地位。因此，地方能源社区作为一种新的能源市场模式，为能源盈余区提供了全面支持。
地方能源社区（LECs）是一个总体性概念。欧盟监管框架提供了两个体现同一原则但略有差异的定义：可再生能源社区（RECs）（依据《可再生能源指令》）和公民能源社区（CECs）（依据《电力指令》）。
将这些新能源基础设施融入城市设计和规划流程的需求急剧增加：可再生能源需要空间。它们在（城市）公共空间和景观中产生的实质性功能和视觉影响，最好能转化为其自身的特色品质。
包括地方当局、能源公用事业公司、电网运营商、私人房地产开发商、建筑业主和居住者、民间社会组织以及其他相关利益相关者在内的众多参与者，都需要参与到PEDs的开发中。
要实现城市能源系统的转型，必须让所有相关利益相关方参与这一过程，并就发展方向达成共同愿景。
城市（能源）愿景的作用在于制定并确定长期能源规划，该规划将在城市中实施以实现其 2050 年气候目标。此类规划将以一系列行动的形式呈现，这些行动是在对城市现状、可再生能源潜力、战略、计划（短期和中期计划、可持续能源行动计划（SEAPs）或可持续能源与气候行动计划（SECAPs）、可持续城市出行规划（SUMPs）、数字议程等）进行全面分析，并完成技术和财务可行性评估后确定的，最终推动到 2050年所需的能源转型。
城市利益相关方，如公民、企业、知识机构，当然还有地方当局本身，都应参与这一愿景设定和规划过程，以便所有相关方都能对确定的行动拥有主人翁意识。这意味着需要建立适当的治理结构，确保行动的合法性，并保障所有相关利益相关者的长期参与。
城市的能源愿景最好融入更广泛的叙事中，包括一个引人入胜的 “Leitbild”（德语，意为 “主导形象” 或 “愿景蓝图”），将城市的未来设想为充满活力且面向未来的场所，让人们向往在此生活和工作。
由此产生的承诺需要逐步转化为不同活动领域（住宅和第三产业建筑、交通、服务和食品等）的具体行动，所有行动均以实现2050年目标为核心，同时同等重要的是，实现市民向往的高品质城市生活。这些行动构成了PED概念的基础。
在阿姆斯特丹（ATELIER SCC灯塔项目的灯塔城市），该市将愿景与《新阿姆斯特丹气候规划》结合，这是该市迈向2050年气候中和的路线 路线图”展示了如何将具体城市项目纳入城市路线图，作为其气候行动计划的一部分。格罗宁根（MAKING-CITY 灯塔项目的灯塔城市）制定了2050年环境与能源愿景——“未来之城”，该愿景正通过项目中测试和实施PEDs的经验逐步完善。
能源系统是一个旨在为终端用户提供更优质能源服务的物理系统。它包括与能源的生产、转换、储存、输送和使用相关的所有相互连接的组成部分。能源盈余区本身就是一个能源系统，同时也是一个更广泛的能源系统（城市和区域层面）的某个组成部分。
叠加的控制和管理系统也可被视为能源系统的一部分。这些系统被系统运营商用来控制服务的交付方式，例如基于信息与通信技术的智能电网管理系统和建筑能源管理系统，以及被终端用户用来控制对能源服务的需求，例如手动遥控器。
能源盈余区的特征是在特定边界内实现正向的能源平衡。要定义能源盈余区的能源系统边界并非易事。这样的边界可以是地理上的，也可以是虚拟的。在所有情况下，能源系统的边界将包含一个通过与智能电网相连接的虚拟组成部分。
地理边界。能源系统被限制在一个不包含其他独立能源系统的地理区域内。PED在自身的地理边界内实现年度净正向能源平衡，并允许或需要与更广泛的能源系统进行动态交换，以补偿瞬间的盈余和短缺。
虚拟边界。分散的能源系统通过智能电网连接，并由一个共同的能源管理系统进行管理。例如，专为PED服务的可再生能源电源可以位于该区域的地理边界之外。PED在自身的虚拟边界内实现年度净正向能源平衡，并允许或需要与腹地进行动态交换，以补偿瞬间的盈余和短缺。
只有在更宏观的能源系统背景下，并在扩展的战略内，才能确定PED的最优设计及其相应的剩余能源水平。为智能电网的设计和互联以及对影响和性能的评估设定边界是有必要的。然而，也应考虑到这些边界都是暂时的，且在某种程度上是模糊的。过于严格地专注于设定特定边界，要求PED试点项目无论如何必须在这些边界内实现能源正平衡，甚至可能阻碍扩展。
左下：利默里克能源盈余区（+CityxChange）的航拍图图中包含锚点建筑国际花园和历史悠久的乔治亚创新区，照片：Limerick2030 / 利默里克市和县议会。版权：Eugene Hogan
右：在利默里克的虚拟能源盈余区（+CityxChange）该市历史中心街区的部分电力将来自香农河中约一公里外的涡轮机。该涡轮机将成为能源盈余区能源管理系统和智能电网的一部分。更多信息：cityxchange.eu/our-cities/limerick
高度的能源效率和可再生能源生产是能源盈余区（PED）设计中的显性组成部分。作为补充部分，能源灵活性意在允许城市地区更高程度地整合可再生能源。在那些计划扩大电动出行的城市中，充电基础设施和充电需求以及电动出行服务也可被整合进能源系统。介于在大多数考虑实施能源盈余区的城市中都会出现这种情况，电动出行正成为能源盈余区的第四个组成部分。
选择合适的建筑设计（紧凑的结构、最佳的朝向和采光，使用被动式气候控制措施，如太阳遮阳装置）。
选择合适的建筑设计（紧凑的结构、最佳的朝向和采光，使用被动式气候控制措施，如太阳遮阳装置）。
此外，以下措施也可以进一步提高能源效率：采用低温供暖系统（减少热量损失），缩短供暖、热水和通风系统的管道长度（降低热量损失和驱动泵与风机所需的能量），避免热水循环，将热回收系统纳入通风和废水系统，对所有系统进行水力平衡（减少驱动泵与风机所需的能量），使用按需控制的供暖和通风系统（避免过度供给空间新鲜空气和热量），使用高效家用电器和空间照明（结合需求响应控制系统的LED或节能灯）。
在既有建筑中提高能效是能源转型中面临的最大挑战之一，因此在城市能源和气候规划中具有优先地位。对于新建建筑，可以更轻松且低成本地实现更高水平的能效，并且在设计阶段更容易集成可再生能源和储能系统。然而，既有建筑的能效提升无疑更具挑战性，而能源盈余区必须应对这一挑战。
与当前的法规和常规实践相比，能源盈余区（PED）的能源系统将需要更高比例的可再生能源用于供暖、制冷和电力。这可通过以下方式实现：1）将可再生能源融入建筑及其周边环境，如光伏屋顶；以及2）在能源盈余区内增加独立的可再生能源生产设施，如光伏电站。后者的生产单元只要属于能源盈余区的虚拟能源系统边界内，就可以位于构成能源盈余区的建筑群或街区之外。
可再生能源可以通过主动和被动两种方式整合到建筑中。例如，通过窗户的被动式太阳能增益将减少供暖能耗，并利用日光减少照明能耗。主动方式则包括使用太阳能集热器、生物燃料、小型水电、风能、地热能或环境热能以及废热回收。在此系统中，储能单元至关重要。由光伏发电系统或风力涡轮机等供电系统产生的建筑多余电量可用于灵活使用或反馈回能源供应商的电网。除了传统的热水储能罐外，建筑和地下储能（地热）也可作为低温热缓冲。
在阿姆斯特丹，作为ATLLIER项目的一部分，开发了一个高比例采用光伏发电的能源盈余区。部分通过建筑光伏一体化实现，部分通过智能电网连接至街区内的独立光伏电站实现。（详情见smartcity-atelier.eu/about/lighthouse-cities/amsterdam）
在格罗宁根，作为MAKING-CITY项目的一部分，Mediacentrale 建筑的供热需求将通过太阳能热板和地热热泵平衡，热泵利用地下温度。（详情见makingcity.eu/groningen）
在奥卢，同样作为 MAKING-CITY 项目的一部分，能源盈余区内，热水的热能从街区公寓的污水中回收。（详情见makingcity.eu/oulu）
能源盈余区中的能源灵活性旨在提升区域能源系统的韧性与平衡能力，并以实现区域能源系统的最优效益为目标。同时，能源盈余区负责管理城区与区域能源系统之间的所有交互，以实现本地能源消费的碳中和与100%可再生能源利用，并在全年范围内产生额外的可再生能源盈余。
一个具有灵活性的能源系统，是指它能够在所有时间尺度上，以经济高效且可靠的方式满足峰值负荷需求、因可再生能源使用增加而产生的净负荷，并减少能源损失。为此，该系统能够维持供需平衡，并拥有足够的储能容量（既包括电力存储，也包括通过部门耦合实现的可再生热能及气体存储），以平衡波动性可再生能源发电量高的时期以及需求高但发电量低的时期。
在能源盈余区的能源系统内，储能确实具有极高的重要性。储能为能源系统内部的灵活性提供了基础。它通过在可再生能源发电高峰期储存多余的能量，并在需求高峰期释放，从而支持间歇性可再生能源在系统中的整合与优化。储能具有降低能源消耗、减少排放和成本，同时提高整体系统效率的潜力。
能源可以通过多种方式储存。电能存储选项包括抽水蓄能以及各类电池系统（从大型电网系统到建筑级系统，最近还包括车载电池，即车辆到电网技术，V2G）。热能存储系统包括水箱、地下系统、相变材料；以及不同类型的气体存储，包括氢气和压缩气体系统。此外，区域供热网络本身以及建筑物的热质量，也可视为一种储能形式，并可用于热能平衡。
迄今为止，电力、供热供冷系统及管网等能源基础设施的运营和优化通常都是独立进行的。然而，通过发挥不同能源系统和管网之间的协同效应，可以挖掘巨大的技术和经济潜力。与农村地区相比，城市地区基础设施高度密集的特点使这种协同效应尤为显著。在不久的将来，部门耦合（Sector Coupling）将变得越来越重要。以热泵技术为例，它能够实现电力与热能之间的转换，既广泛应用于城市建筑，也可大规模接入区域供热网络，是推动部门耦合的典型技术之一。
目前，电池系统已在众多能源盈余区中得到应用。在阿姆斯特丹ATELIER项目中，采用了集中式（每栋公寓楼）与分散式（每户住宅）相结合的储能系统配置。（详情见smartcity-atelier.eu/about/lighthouse-cities/amsterdam/）
在奥卢MAKING-CITY项目中，为提高传统水基储热系统的能量密度，采用了相变材料（PCM）技术。这些商用相变材料由盐基或有机材料制成，当温度升高时，材料会从固态转变为液态，从而显著提升储热罐的能量存储能力。（详情见smartcity-atelier.eu/about/lighthouse-cities/amsterdam/）
在格罗宁根MAKING-CITY项目中，HeatMatcher作为一种实时匹配供热与制冷系统的解决方案，能够优化热/冷能源的生产者（供应端）与消费者（需求端）之间的平衡。该平台可同时处理多个能源生产与消费节点，预计将成为未来区域供冷供热网络的重要基础。（详情见smartcity-atelier.eu/about/lighthouse-cities/amsterdam/）
许多城市已制定了涵盖能源领域的气候目标，并计划扩大城市电动交通规模。这将催生大量新的电力需求，需通过本地电动汽车充电基础设施来满足。因此，在设计能源盈余区及其城市推广方案时，必须考虑这一不断增长的用电需求，并将充电基础设施整合到PED能源系统中。
智能充电（SC）技术能够有效促进电动交通与PED的整合。该技术通过使充电负荷与电网容量相匹配，实现能源高效利用。电动汽车不仅能够满足出行需求，还可在电网故障或用电高峰时提供储能支持和电网辅助服务。尽管目前大多数电动车并不是为提供电能反充回电网而设计的，但具备车网互动（V2G）技术的车辆能够将车载电池储存的电能回输至电网。这一创新理念正在欧洲多地试点，其中就包括若干PED示范项目。
在PED规划中，需全面考量各类交通形式的能源需求。但由于交通工具通常跨区域使用，精准追踪存在难度。目前虽未形成统一标准，但在无特殊情况下，将辖区内所有充电桩纳入统计不失为可行方案，建筑内部充电设施因其能耗可计量性更易追踪。值得注意的是，当PED区域内充电需求激增时，维持能源正输出将面临挑战。此时，单纯以PED为单位的能源平衡评估已失去标杆意义，需要提升至城市层面进行统筹规划。
能源盈余区（PED）除了要满足电动交通的能源需求外，还应通过优化城市规划和推广共享汽车、完善公共交通系统等高效交通解决方案来降低出行需求。步行和骑行等低碳交通方式不仅能显著提升PED的交通系统效能，还能有效改善当地居民的生活质量。
芬兰埃斯波市和德国莱比锡市开展的SPARCS项目则展示了如何通过开发大规模电动汽车充电系统将电动交通枢纽融入PED，其中埃斯波Sello街区将被打造为连接城际列车、城市电动巴士和新型快速电车线路的电动交通枢纽，其电动汽车充电及电力管理系统通过负荷预测、需求响应服务以及基于商业模式的充电控制策略，与Sello街区的能源需求和虚拟电厂实现协同优化。（详情见cityxchange.eu/our-cities/trondheim）。
PED的最优设计方案及其能源盈余水平必须在更广泛的能源系统背景下进行评估，无法设定统一的能源盈余标准。例如，某些具备城市或周边地区集中式可再生能源发电潜力的城市，近零能耗社区可能已足以实现城市目标；而其他缺乏补充性可再生能源潜力的城市，实现能源盈余则更为关键。
为支持PED的设计与评估，需通过年度能源平衡将其能源绩效与基准案例进行对比。欧盟委员会的建筑能源规范表（BEST）等标准化计算方法可适用于此，目前该方法正在进一步完善以更好匹配PED特性。但在PED能源绩效的事前评估或事后监测中，必须结合PED的地方及城市层面影响与目标，考量所用计算方法的适用范围与局限性。
PED的能源平衡计算具有复杂性，涉及现场可再生能源、一次能源系数、资源是否计入输入等多个参数。为实现年度能源正平衡，街区内建筑必须有效管理自身能耗及与更广泛能源系统间的能量流动。
当前位置： 