城市燃气市政基础设施绿色发展理念

高文学， 杨 林， 李颜强， 王 艳， 徐少杰、3

(1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司城市燃气热力研究院，天津300384；2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300381；3.天津大学环境科学与工程学院，天津300072)

1 概述

随着社会经济的快速发展，城镇化水平不断提高，城市燃气因其具有清洁、低碳、高效、方便等优势在城市能源中占据一席之地，并且在低碳经济、节能减排需求的推动下得到迅速发展，国家政策和基础设施的建设同样为其发展创造了优越条件。本文以城市燃气为研究对象，其定义与GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》中城镇燃气相同，但涉及的研究范围相对缩小，不包括县和乡镇，只针对城市中的燃气市政基础设施，城市燃气一般包括天然气、液化石油气和人工煤气。城市燃气系统即城市燃气供应体系涵盖了燃气从城市的地区性气源点，通过城市燃气输配系统，供给各类城市终端用户的整个环节，主要包括气源、城市燃气输配系统、燃气用户3部分。城市燃气市政基础设施则主要包括气源和城市燃气输配系统中需要的设备设施等，城市燃气市政基础设施的完整性建设构成城市燃气供应工程。城市燃气输配系统与城镇燃气输配系统相同，一般由门站、燃气管网、储气设施、调压设施、管理设施、监控系统等组成。

2016年国家发展和改革委员会联合国家能源局共同发布发改能源[2016]2744号《能源发展“十三五”规划》，提出2020年能源发展在消费总量、安全保障、供应能力、消费结构、系统效率、环保低碳和普遍服务等多方面的目标，为实现上述目标，我国需要大幅度调整能源系统结构，提高能源利用率，提高居民生活质量，针对城市燃气市政基础设施，则需要向清洁低碳、安全高效的绿色化方向发展。绿色发展理念起源于1989年英国经济学家皮尔斯提出的绿色经济的概念，2002年联合国开发计划署发布《中国人类发展报告2002：绿色发展，必选之路》，正式提出绿色发展理念。2015年我国“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念的提出顺应世界能源发展大势，促进清洁低碳、安全高效现代能源体系的构建，其中绿色发展理念历史发展过程为：合理利用资源—科学技术是第一生产力—坚持科学发展观—建立资源节约型、环境友好型社会，直到“绿色发展理念”的提出，绿色发展规模不断扩大，认识逐渐深化。

关于绿色发展理念的内涵，曹建宇[1]认为绿色发展理念是指节约利用自然资源、保护自然环境、改善修复生存状态、促进协调共同发展的理念；彭畅[2]指出绿色发展不同于传统发展观念，要以“自然共生”为核心，健全生态体制、实现资源高效利用且有效控制污染，推动生态效益和社会经济发展效益的统筹、可持续发展；吴晓青[3]提出要从转变发展观和发展理念、加强环境治理、加快工业绿色化、推动绿色消费革命4个方面促进绿色发展；杜玥[4]认为绿色发展理念是寻求和谐生态关系的价值理念，应置于社会发展的动态过程中；胡鞍钢[5]提出绿色发展能力和绿色发展战略概念，指出绿色发展能力包括识别能力、投入能力和评估能力，绿色发展战略包括绿色规划、绿色金融和绿色财政，从功能界定、机制分析与发展战略方面诠释了绿色发展的定义。上述关于绿色发展理念的理解虽有差异，但核心内容一致，即在与自然和谐共生的前提下发展技术，实现资源的高效利用且能有效控制污染，促进经济建设与生态环境的协调、可持续发展。

近年来，随着我国绿色发展理念的提出，各行业将其运用在各自领域的研究如火如荼，其中“绿色建筑”的研究和实践走在前列，2006年建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布国家标准GB/T 50378—2006《绿色建筑评价标准》，提出绿色建筑的概念与“四节一环保”的绿色发展理念，即“节能、节地、节水、节材、保护环境”。之后分别于2014年、2019年对此标准进行了修订，最新版标准(以下简称GB/T 50378—2019)将于2019年8月1日实行。张滨[6]、朱小溪[7]、李光煜[8]分析了绿色发展理念下建筑学的发展前景，可通过合理利用土地、科学选用环保材料和突出植物生态功能应用价值等途径在建筑学领域实现绿色发展理念。此外，在城市规划、水利工程等方向也有学者展开研究。2017年张程[9]提出绿色发展理念在城市规划中的应用，通过合理布局建筑、优化建筑构造等方式满足绿色建筑设计的严格要求，在全生命周期内减少能耗和废弃物，在各个设计层面把握生态发展理念和原则，坚持生态环境保护、绿色发展理念，合理控制板块景观，做好城市规划工作。梁贞堂[10]将绿色发展理念融入到水利工程设计中，对水库、河道、灌区等工程项目分别提出绿色发展理念下的设计原则与设计要点。2015年詹梦愚等人[11]剖析了建筑给排水及供暖通风空调安装遇到的常见问题，给出在绿色发展理念下的安装优化措施。

2 城市燃气市政基础设施的发展历程

2.1 国外城市燃气市政基础设施发展历程

国外城市燃气的利用开始较早，但发展道路曲折，英国、美国和德国等在城市燃气利用方面走在世界前列。1684年，英国John Clayton在干馏釜中加热煤制取煤气，开始了人工煤气的利用，人工煤气成为城市燃气最初的主要气源。1805年，英国王子委托德国人在伦敦装设煤气灯，并用镀锡铁管将炭化炉制取的煤气输送到煤气灯，搭设了第一个欧洲的城市燃气输配管道工程。1812年初，英国创立了煤气公司，用于大规模的照明，并于第二年与煤炭公司达成协议，签订第一个市政煤气照明合同，将煤气通过管道输送到用户用于照明，此事件标志着燃气供应系统的开始。此后，城市燃气系统得到迅速发展，1900年，德国已铺设的配气管道超过1×104km。1936年，日本的燃气用户超越了200×104个。1949年—1960年期间，煤制气较高的成本促进新技术的研发，油制气工厂应运而生，液化石油气逐渐取代人工煤气成为城市燃气的主要气源。1964年10月，美国与阿尔及利亚签订液化天然气合同，完成世界首次天然气国家贸易。随后，天然气利用逐渐增多，拉开了燃气结构变革的帷幕。德国煤化工水平较为发达且具有丰富的煤炭资源，在煤炭干馏、煤炭气化等方面技术先进，但煤制气成本始终较高，相对廉价、清洁的天然气技术飞速发展，1992年，德国成为西欧最主要的天然气消费国之一[12]。目前，经过多年发展，各国城市燃气市政基础设施日臻完善，使得城市燃气逐渐成为城市能源的主要组成部分。

2.2 国内城市燃气市政基础设施发展历程

改革开放以来，我国燃气事业突飞猛进，李猷嘉院士[13]将我国城市燃气的发展主要划分为3个阶段：第一阶段是20世纪80年代，在国家节能政策与资金的推动下，全国范围内开始建设燃气输配管网等基础设施，开展合理利用工业余气工程，发展燃气用具设备制造厂，生产民用燃具，大大提高了居民燃气普及率，此阶段城市燃气气源主要为人工煤气。第二阶段是20世纪90年代，国家批准液化石油气的进口，政策的放开导致液化石油气资源得到充分利用，液化石油气逐步成为城市燃气的主要气源。第三阶段从20世纪90年代末开始，1992年联合国召开环境与发展大会后，我国加大了对绿色能源的投入，随着“陕气进京”、“西气东输”等工程的竣工，拉开了天然气供应的序幕，清洁高效的天然气逐渐取代液化石油气，成为城市燃气的主要气源。

城市燃气经过长输管道运输后到达城市门站，经过城市燃气输配管道输送至用户。近年来，随着我国城镇化进程的加快，城市燃气输配系统发展迅速，大部分城市地下敷设了大量的城市燃气输配管道。“十一五”期末，我国城市燃气管道长度由“十五”期末的16.2×104km增加至30.8 ×104km。“十二五”期间，我国新建城市燃气管道约22×104km，到“十二五”期末，城市燃气管道长度达到52.8×104km。2017年，城市燃气管道长度为64.1×104km，城市燃气普及率达到96.3%[14]。为了保证城市燃气输配管网运行的稳定、安全与高效，智能化技术逐渐融入城市燃气系统。目前，我国智能燃气管网的发展已经初具规模，以GIS系统和SCADA系统为典型代表，实现管道地理信息查询和数据监控与采集功能，创造性地将北斗精准定位技术应用到燃气管网运行上，提升了定位准确度，方便了燃气管网的管理。

3 城市燃气市政基础设施绿色发展理念

将绿色发展理念的内涵与城市燃气市政基础设施自身的特点结合，提出应用在城市燃气市政基础设施上绿色发展理念的内涵，即指城市燃气供应工程通过科技创新的手段，提高燃气利用效率，减少污染物排放，做到节约资源，保护环境，促进经济建设与生态环境的协调、可持续发展。

通过对国内外城市燃气市政基础设施发展历程的回顾可知，燃气供应工程技术在不断改革与创新，城市燃气主要气源由成本较高的人工煤气发展到成本较低的液化石油气，再发展到现在清洁高效的天然气，城市燃气输配管网逐渐复杂，规模日益扩大，且向着智能化方向发展，城市燃气市政基础设施逐步完善。

为了加快城市燃气供应工程的绿色化发展进程，明确发展方向，本文提出绿色发展理念下城市燃气市政基础设施的愿景与发展目标，确定其基本属性，为进一步构建城市燃气市政基础设施绿色评价技术指标体系奠定基础，更好地将绿色发展理念融入到城市燃气供应工程中。

3.1 愿景

愿景是具有引导与激励作用的对未来情景的意象描述，在不确定和不稳定的环境中，提出方向性的长程导向，使其能持续依循明确的方向、步骤与路径前进，一般不包含具体的行动方案和行动策略。城市燃气市政基础设施的愿景是指引城市燃气供应工程建设的根本前提，决定其发展战略目标，指导其长期发展。

通过分析国内外城市燃气市政基础设施的发展历程，结合绿色发展理念，总结与归纳城市燃气市政基础设施的发展愿景为：通过科技创新，发展和推广城市燃气供应工程新技术，提高燃气利用效率，促进经济建设与生态环境协调发展，推进燃气生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的城市燃气供应体系。

3.2 发展目标

结合绿色发展理念在其他领域的应用研究，例如“绿色建筑”，可先确定城市燃气供应工程的绿色评价技术，明确绿色评价指标，形成城市燃气市政基础设施的绿色评价标准，对现有的城市燃气供应工程进行绿色评价。GB/T 50378—2019中指出，绿色建筑是在全寿命期内最大限度地节约资源、保护环境、减少污染，为人民提供健康、适用和高效的使用空间。城市燃气供应工程的建设也应在全生命周期内坚持绿色规划、绿色设计、绿色建设和绿色运行，可以通过智能化手段，优化城市燃气输配管网，进而实现燃气供应网络的互联互通，提高能源的利用效率。

总结上述思路，提出绿色发展理念下城市燃气市政基础设施的发展目标为：

① 提出符合我国国情的城市燃气供应工程绿色评价指标，构建城市燃气市政基础设施技术指标体系。

② 推动城市燃气市政基础设施绿色评价标准化。

③ 逐步实现城市燃气供应工程规划、设计、施工、运行等全生命周期的绿色建设、绿色技术应用和智慧管理。

④ 注重材料循环利用，加快可再生能源等新型能源的可持续、综合和互补应用，促进城市燃气供应网络的互联互通，实现城市燃气供应高效能利用。

3.3 基本属性

城市燃气市政基础设施的基本属性可概括为：清洁低碳、保障供应、安全可靠、节约高效、智能管控。

① 清洁低碳

清洁低碳是城市燃气的最重要特征。

天然气因其燃烧后的排放产物主要是二氧化碳和水，被公认为地球上最清洁的化石能源。燃煤和燃油会产生二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物和粉尘等，天然气代替煤和油作为燃料燃烧会大幅减少二氧化碳和氮氧化物的排放，杜绝二氧化硫与粉尘的产生，更加清洁与环保。随着天然气在国家能源消费结构中的比例不断上升，二氧化碳的排放将有效减少，并能起到改善城市空气质量、降低温室效应的作用。

② 保障供应

保障供应是实现城市燃气发展目标和国家能源战略的基本要素。

2015年—2016年期间，我国天然气需求增长缓慢。目前，由于国家出台改善空气质量的政策，大力推进清洁能源的消费利用，导致天然气需求量迅速增加。根据2018年7月英国石油公司(BP)发布的《2018年BP世界能源统计年鉴》，我国2017年天然气消费量增长15%，占全球天然气消费净增长的32.6%。为了确保国内天然气市场供需总体平衡，保障供应是城市燃气供应系统需满足的基本属性与目标。随着我国天然气勘探力度的加大，应进一步建立、健全多元化的海外供应体系，逐渐形成多层次的天然气储备体系，强化天然气基础设施的建设和互联互通，以保障国内城市天然气市场的稳定供应。

③ 安全可靠

安全可靠是城市燃气应用的基础与前提。

天然气是一种无毒无害的气体，本身是安全的，且天然气的使用既方便又干净，给生活带来一定的便捷。但天然气同时又是一种易燃易爆气体，若使用不当，容易发生中毒、爆炸和火灾事故。因此，要提高全民安全使用天然气的用气意识，可通过加强安全管理、普及日常安全用气常识、强化安全措施和应急处理能力等手段提升用户端安全性。同时引入智能管控，实现从供气端到用户端的智能化巡检和隐患排查管理，从根本上保障安全。

④ 节约高效

节约高效是燃气作为能源应用的特点和属性。

天然气是一种清洁、高效、优质的低碳能源，是能源高效利用的最现实选择。工业锅炉中，燃煤锅炉热效率为55%～79%，燃油锅炉热效率为80%～85%，燃气锅炉热效率则在82%～87%[15]。燃煤电厂发电效率较低，平均发电效率为40%，燃气电厂不仅效率高，且不需要脱硫脱硝装置，平均发电效率可达56%[16]。天然气用作区域能源站燃料时，其燃烧产生的高温烟气可先经过燃气轮机发电，发电效率为30%～40%，高温烟气产生的高温高压蒸汽再发电、供热或供冷，即冷热电联产，能源综合利用效率达到80%以上，若燃烧产生的水蒸气冷凝潜热也被利用，最终的能源综合利用效率可达90%，天然气的利用呈现节约高效的应用特点[17]。

⑤ 智能管控

智能管控是燃气运营企业现代化管理的重要途径和手段。

随着我国城镇化水平的不断提升，城市燃气用户数量逐渐攀升，促使城市燃气输配管网规模迅速扩大，城市燃气输配管网是城市市政基础设施的重要组成部分，其安全高效运行关系到人民生命财产安全与社会的和谐稳定。超大规模且复杂的城市燃气输配管网、经营领域不断扩展延伸、安全生产的严峻形势都对运行管理提出越来越高的要求，高效、智能化的管理方法才能满足其需求，保证供气的安全与稳定。智能化管控有助于完善燃气运营与管理，提升服务水平，减少燃气事故发生，准确掌握燃气管网及用户现状及未来分布，为各业务精细化管理提供完整支撑。

4 结论与展望

4.1 结论

① 城市燃气市政基础设施的发展愿景：通过科技创新，发展和推广城市燃气供应工程新技术，提高燃气利用效率，促进经济建设与生态环境协调发展，推进燃气生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的城市燃气供应体系。

② 绿色发展理念下城市燃气市政基础设施的发展目标：a. 提出符合我国国情的城市燃气供应工程绿色评价指标，构建城市燃气市政基础设施技术指标体系；b. 推动城市燃气市政基础设施绿色评价标准化；c. 逐步实现城市燃气供应工程规划、设计、施工、运行等全生命周期的绿色建设、绿色技术应用和智慧管理；d. 注重材料循环利用，加快可再生能源等新型能源的可持续、综合和互补应用，促进城市燃气供应网络的互联互通，实现城市燃气供应高效能利用。

③ 城市燃气市政基础设施的基本属性：清洁低碳、保障供应、安全可靠、节约高效、智能管控。

4.2 展望

本文针对城市燃气市政基础设施绿色发展理念进行研究，提出了绿色发展理念下的城市燃气市政基础设施的发展愿景、目标，定位于实现互联互通的城市燃气供应网络的构建和高效应用，并确定了其基本属性。后续将以城市燃气市政基础设施绿色发展理念为基础，提出城市燃气市政基础设施绿色评价指标，推进城市市政基础设施绿色发展理念的研究，构建绿色市政基础设施核心技术指标体系，以加快城市市政基础设施的绿色发展和建设。