生態城市這一概念是在70年代由聯合國教科文組織提出的，從廣義上講，是建立在人類對人與自然關系更深刻認識基礎上的新的文化觀，是按照生態學原則建立起來的社會、經濟、自然協調發展的新型社會關系，是有效的利用環境資源實現可持續發展的新的生產和生活方式。從狹義的講，就是按照生態學原理進行城市設計，建立高效、和諧、健康、可持續發展的人類聚居環境。
國內外的生態城市建設可分為三個階段：
第一個階段可以叫淺綠型的生態城市，就是以關注綠化，大力發展城市綠色運用為代表；
第二個階段叫中綠型的生態城市，隨著城市快速城市化進程，加入了城市的能源系統、垃圾系統、污水處理系統，是城市發展中的一個亮點；
第三個階段是深綠型的生態城市，這是一個系統的工程，從規劃設計開始作為龍頭，引進不同的生態城市技術支撐體系，加上運營管理的經驗，在這個基礎上進行綜合集成，最終達到深綠型的生態城市。
如圖1所示，城市生態系統分為兩部分，生物系統及非生態系統，本文我們將重點研究非生態系統下屬的能源系統。
二、化石性燃料
自從工業革命以來，由于大量的使用能源，人類的文明程度得到了空前的發展。在所使用的能源中，大部分是化石性燃料（煤炭，石油和天然氣）。化石燃料在全世界的能源消耗中占主導地位，它約占全球初級能源消耗的85%。人類不斷地燃燒化石燃料是排放溫室氣體二氧化碳的來源之一，是加快全球變暖的因素之一。
1．煤炭
煤炭是化石燃料資源中數量最大的部分。世界上的煤炭大部分儲藏在前蘇聯和美國。但是，煤炭是污染環境最嚴重的一種能源。而且，煤炭形成的年代越近污染就越嚴重。煤炭一般這樣分類，從地質上的石炭紀到古生代末，即大約3.45億年前至2.8億年前期間形成的煤，含碳豐富，稱為無煙煤或煙煤，第三紀時形成的是褐煤而第四紀時形成的是泥煤。
表1-1我國部分地區煤炭儲量分布
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省(區) |
預測資
源量 |
褐煤 |
低變質
煙煤 |
氣煤 |
肥煤 |
焦煤 |
瘦煤 |
貧煤 |
無煙煤 |
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全國 |
45521.0 |
1903.06 |
24215.1 |
9392.38 |
1032.11 |
1957.29 |
803.75 |
1468.88 |
4742.43 |
|
新疆 |
18037.3 |
--- |
12920.0 |
4754.50 |
312.60 |
24.80 |
25.40 |
--- |
--- |
|
山西 |
3899.18 |
12.68 |
53.85 |
70.42 |
343.90 |
508.02 |
301.89 |
589.79 |
2018.63 |
|
陜西 |
2031.10 |
--- |
523.79 |
800.15 |
115.89 |
111.49 |
64.45 |
94.53 |
320.80 |
|
貴州 |
1896.90 |
--- |
--- |
5.22 |
41.40 |
319.57 |
133.97 |
247.27 |
1149.47 |
|
寧夏 |
1721.11 |
--- |
1264.83 |
84.31 |
20.73 |
17.75 |
24.79 |
123.52 |
185.18 |
|
甘肅 |
1428.87 |
--- |
242.49 |
1172.99 |
1.63 |
--- |
5.72 |
4.83 |
1.21 |
2．石油
石油又稱原油，它是古代海洋或湖泊中的生物經過漫長的演化形成的混合物，與煤一樣屬于化石燃料。石油主要被用來作為燃油和汽油，燃料油和汽油組成目前世界上最重要的一次能源之一。但是由于石油是一種不可更新原料，現在許多人擔心石油用盡會對人類帶來災難性的后果。中國石油資源集中分布在渤海灣、松遼、塔里木、鄂爾多斯、準噶爾、珠江口、柴達木和東海陸架八大盆地。
3．天然氣
從廣義的定義來說，天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體，包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈中各種自然過程形成的氣體。而人們長期以來通用的“天然氣”的定義，是從能量角度出發的狹義定義，是指天然蘊藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，主要存在于油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣中。世界上2/3的儲藏量位于前蘇聯和中東（伊朗等）。我國天然氣資源量區域主要分布在我國的中西盆地。
三、可再生資源
人們使用可再生資源的歷史已有幾十萬年。這種資源具有斷續性和稀缺性的特征。自然界有時會將可再生能源富集。例如，利用水流所經過的地形的高低差可以獲得巨大的水利勢能。目前在我國修建的長江三峽大壩正是利用這個原理修建的水電站。
大多數可再生資源(水能、太陽能、風能和生物能)都是源自于太陽輻射，這對于人類史值得慶幸的事情，因為這些能源是取之不盡，用之不竭的，直到太陽和地球的毀滅為止。來源于人類活動的某些垃圾也可以視為一種可再生資源。
1．水能
水能是一種可再生能源，水能或稱為水力發電，是運用水的勢能和動能轉換成電能來發電的方式。以水力發電的工廠稱為水力發電廠，簡稱水電廠，又稱水電站。水能主要用于水力發電，其優點是成本低、可連續再生、無污染。缺點是分布受水文、氣候、地貌等自然條件的限制大。水容易受到污染，也容易被地形，氣候等多方面的因素所影響。
廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源； 狹義的水能資源指河流的水能資源。是常規能源，一次能源。狹義的水能是指河流水能.人們目前最易開發和利用的比較成熟的水能也是河流能源。
2．太陽能
太陽能，一般是指太陽光的輻射能量，在現代一般用作發電。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發展。太陽能的利用有被動式利用（光熱轉換）、光電轉換和光式轉換三種方式。太陽能發電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能等等。
2.1太陽能的優點
(1)普遍：太陽光普照大地，沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發和利用，且無須開采和運輸。
(2)無害：開發利用太陽能不會污染環境，它是最清潔能源之一，在環境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。
(3)巨大：每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億噸煤，其總量屬現今世界上可以開發的最大能源。
(4)長久：根據目前太陽產生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。
2.2太陽能的缺點
(1)分散性：到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1平方米面積上接收到的太陽能平均有1000W左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1／5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉換設備，造價較高。
(2)不穩定性：由于受到晝夜、季節、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，所以，到達某一地面的太陽輻照度既是間斷的，又是極不穩定的，這給太陽能的大規模應用增加了難度。為了使太陽能成為連續、穩定的能源，從而最終成為能夠與常規能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環節之一。
(3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發展水平，有些方面在理論上是可行的，技術上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低，成本較高，總的來說，經濟性還不能與常規能源相競爭。在今后相當一段時期內，太陽能利用的進一步發展，主要受到經濟性的制約。
3．風能
風能是地球表面大量空氣流動所產生的動能。由于地面各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同，因而引起各地氣壓的差異，在水平方向高壓空氣向低壓地區流動，即形成風。風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數。風能密度是單位迎風面積可獲得的風的功率，與風速的三次方和空氣密度成正比關系。據估算，全世界的風能總量約1300億千瓦，中國的風能總量約16億千瓦。
3.1風能的優點
（1）風能為潔凈的能量來源。風能設施日趨進步，大量生產降低成本，在適當地點，風力發電成本已低于發電機。
（2）風能設施多為不立體化設施，可保護陸地和生態。
（3）風力發電是可再生能源，很環保。
3.2風能的缺點
（1）風力發電在生態上的問題是可能干擾鳥類，如美國堪薩斯州的松雞在風車出現之后已漸漸消失。目前的解決方案是離岸發電，離岸發電價格較高但效率也高。
（2）在一些地區、風力發電的經濟性不足：許多地區的風力有間歇性，更糟糕的情況是如臺灣等地在電力需求較高的夏季及白日、是風力較少的時間；必須等待壓縮空氣等儲能技術發展。
（3）風力發電需要大量土地興建風力發電場，才可以生產比較多的能源。 進行風力發電時，風力發電機會發出龐大的噪音，所以要找一些空曠的地方來興建。
（4）現在的風力發電還未成熟，還有相當發展空間。
4．生物能
生物能是以生物為載體將太陽能以化學能形式貯存的一種能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用，其蘊藏量極大，僅地球上的植物，每年生產量就像當于目前人類消耗礦物能的20倍。在各種可再生能源中，生物質是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料。
4.1生物能的優點
(1)提供低硫燃料；
(2)于某些條件下可提供廉價能源；
(3)將有機物轉化成燃料可減少環境公害(例如，垃圾燃料)；
(4)與其他非傳統性能源相比較，技術上的難題較少。
4.2生物能的缺點
(1)植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物；
(2)單位土地面的有機物能量偏低；
(3)缺乏適合栽種植物的土地；
(4)有機物的水分偏多(50%～95%)。
4.3沼氣
在日常生活中，沼氣算是我們最常用到的生物質能。沼氣是有機物在厭氧條件下被微生物分解發酵生成的一種可燃性氣體。其主要成分是甲烷,含量占60%左右,此外,二氧化碳占40%左右,以及其他微量成分。我國的沼氣最初主要為農村戶用沼氣池，20世紀70年代初，為解沼氣綜合利用解決的秸稈焚燒和燃料供應不足的問題，我國政府在農村推廣沼氣事業，沼氣池產生的沼氣用于農村家庭的炊事來逐漸發展到照明和取暖。目前，戶用沼氣在我國農村仍在廣泛使用。
中國農業資源和環境的承載力十分有限，發展農業和農村經濟，不能以消耗農業資源、犧牲農業環境為代價。農村沼氣把能源建設、生態建設、環境建設、農民增收鏈接起來，促進了生產發展和生活文明。發展農村沼氣，優化廣大農村地區能源消費結構，是中國能源戰略的重要組成部分，對增加優質能源供應、緩解國家能源壓力具有重大的現實意義。
四、實例分析
1．哈默比湖城
在哈默比湖城的規劃和實施階段，它擁有一套完整的環境質量控制計劃，要求在能源、水、垃圾、交通、建筑設計與施工管理等各個方面采用新的理念和技術。由斯德哥爾摩水公司，弗頓能源公司及斯德哥爾摩垃圾處理署共同制定的環境與基礎設施計劃，其核心內容可以被總結為一個生態循環模型，即著名的哈默比模型（圖8）。下面我們著重講一下能源。
在能源處理上，哈默比湖城遵循以下五點內容：
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垃圾燃燒產生供本區域使用的熱能和電能；
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用生態燃料生產供本區域使用的熱能和電能；
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廢水處理產生的熱能用于區域的供暖和制冷；
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太陽能被用于發電和供應熱水；
-
所有用的電都應該獲得“優質環境選擇”或相關認證。
哈默比湖城建立的環境友好型能源系統。
首先確保從城市電網輸入的是水力、風力、太陽能等環境友好型電能。其次，哈默比堆肥廠制成的生物燃料以及易燃垃圾在熱電廠、熱力站作為重要的補充燃料，其生產的熱能和電能被返送回來，為哈默比及周邊地區提供區級的供熱和電能。除提供熱和電外，哈默比熱力站還設有區級“免費制冷”系統，所謂“免費”是因為僅需要將冷的海水在區域中輸送與分配，同樣是一種對環境友好的制冷方式。能源在這里被慎重地、從系統整體的角度加以考慮，例如強調區域中不同部門的協作，不要同時加熱和冷卻。為了使建筑能源需求達到最小化，一些建筑物屋頂還裝有太陽能光電板和熱水器，它們分別為住戶節約5%的電力，供應50%的熱水，預計在全部建成后哈默比湖城的能源自給率將達到50%。2010年3月的統計顯示，哈默比電力及采暖耗能中已有50%取自有機堆肥及垃圾燃燒的循環利用。
哈默比湖城有望在2015年全面實現20年碳排放減半的目標，作為一個基于低碳目標的重建開發案例，哈默比湖城是歐洲眾多可持續與低碳城市試驗項目中的優秀范例之一，它不僅是瑞典生態城市建設的一個成功樣板，同時也為全世界低碳城市的建設發展提供了良好的示范。
五、結語
我們要明白，現在地球上所有的能源并不是我們獨占的，而是向我們的子孫后代借取的。在我國經濟迅猛發展的勢頭下，建筑的能耗達到了社會總能耗的45%，在某種程度上，中國當前的城鎮建設對全球的可持續發展進程產生不可忽視的重要影響。在今后的道路上，對于可持續發展道路的探討還將延展下去。
參考文獻
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