随着社会经济的发展，我国能源生产总量和消费总量稳定增长，但其导致的环境污染和气候变化等问题严重制约社会可持续发展[1-2,4-7,13]。传统粗放式能源消费方式已经对我国的生态环境和经济发展带来了前所未有的压力和负面影响。如何在保证经济持续发展的基础上实现减排目标，是目前我国面临的重大课题，而提高能源利用效率无疑是一个有力的突破口，同时提高能源利用效率是减少能源消耗强度、缓解当前和今后能源供求结构矛盾的重要手段[3-5]。但是目前实现我国“双碳”工作的三个抓手“宏观政策”“工程技术”和“土地管理”涉及三个迥然不同的技术领域，彼此学科差异巨大、关注重点问题不同，彼此配合存在诸多不便，亟待形成合力，通过政策鼓励工程技术攻关提升能源利用效率，进而提升能源与工业土地利用效率，再通过城市更新对腾退工业用地进行精细化管理[6]，支持绿色发展政策，构建闭环。
我国能源转型路径将从以煤为主到化石能源、可再生能源和核能并存的多元能源结构，最终实现以风能和太阳能等可再生能源为主体的能源结构[4]；天然气、生物质能、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的23.4%，比2010年增长了近一倍。据国际可再生能源署（IREAN）的预测，未来20年，可再生能源在发电中的份额将达到75%。2023年10月20日，国家发展改革委印发《国家碳达峰试点建设方案》，作为首批试点的杭州市在其碳达峰试点实施方案中明确提出“提前布局绿色低碳技术的研发，鼓励低成本节能减碳技术的开发和应用。特别在氢能以及二氧化碳捕集利用等方面，加快研发步伐。”[5]
生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，相较传统化石燃料发电方式，生物质发电因清洁高效、可再生的独特优势成为极具潜力的替代发电方式，对于我国应对化石能源枯竭、保障国家能源安全具有重要意义[7]。在国家政策的鼓励下，利用生物质能发电的新建电厂数量、规模和所占的发电能源份额均呈现逐年上升的趋势，具有广阔的发展前景。燃气发电技术具有效率高、污染少和用地节约的特点，燃气电厂排放废气中污染物含量占比远低于同规模燃煤电厂，如氨氧化物仅占燃煤电厂废气的20%，二氧化碳排放量仅占40%，可吸入颗粒物排放量仅占燃煤电厂废气的20%左右[4,8]。新一代生物质能和燃气电厂的技术将快速革新，引入“液力等效空气能机组”“二氧化碳捕获系统”“环境温差发电”等技术，在实现能源供应总量不变的基础上，产生更少的温室气体排放总量，同时简化工艺流程，缩减厂区面积，实现能源与工业用地的更高效利用。为此，文章将聚焦于生物质能和燃气电厂的能源革新带来的碳排放总量减少和工业用地存量更新及战略留白带来的发展机会[9]。
新型国土空间低碳城市差异化“双控”体系是在综合考虑碳排放总量和碳排放强度下，建立新型低碳城市差异化建设约束标准，随着城市能源利用效率的进一步提升，工业用地将进一步缩减，能源工业用地的修复转型已经成为我国城市有机更新的一个热点[10-13]。棕地的修复和转型，尤其是转型为绿地空间，不仅能够改善城市的生态环境，提供休闲游憩场所，还可以提高土地利用效率、缓解城市用地矛盾和优化城市空间格局，同时能够促进城市经济发展和激发城市活力，进而助推“新型工业化”和“新型城镇化”实现[14-15]。《可持续发展用地与城市设计导则》为工业用地改造利用提供了目标和原则，使设计师有了基本的工作框架[10]。日本东京附近千叶县富津市的“新能源公园”作为能源工业用地的转型典范，本为东京富津火力发电厂腾退用地，目前已建成集娱乐、科学普及展览、科研试验功能为一体的新型能源公园[16-18]。公园内燃料电池发电装置担负验证实用机型长期连续运转性能的任务；9kw太阳能发电装置用来研究商业型装置的技术与开发问题等。在我国迈向“碳达峰”和“碳中和”的过程中，大量传统能源与工业用地随着产业和技术的革新被腾退，随着城市更新从增量开发转向存量提质，能源与工业用地的修复转型发展势在必行[19]。
目前已有碳中和实现路径和方法，主要集中在宏观城市和产业结构方面，缺少微观层面碳排放总量和强度双控的研究[2-5]，导致宏观政策、工程技术、土地片区管理三大环节因涉及专业领域和研究视角不同存在“脱节”问题，在一定程度上影响了“碳达峰”“碳中和”战略的顺利落地。本研究以北京市为研究范围，从能源利用率和用地控制结合视角，聚焦生物质能和燃气电厂两类用地，阐述电厂对城市热岛的影响，通过预测2060碳中和城市理想“能源公园”，分析能源技术革新后腾退土地的利用方式，从城市更新视角提出新能源引领型工业类更新单元，完善碳中和实现路径，以期助力于全生命周期的系统治理和低碳需求，实现可持续发展愿景。
2研究方法与研究区2.1研究区
研究选取北京市为研究区，同时重点探讨生物质电厂和燃气电厂的地块使用方式变化。北京是改革开放以来受城市化影响最为显著的区域之一，随着城市面积的进一步扩张，北京市热岛问题日趋严重，成为国内外学者探讨的热点问题[20-25]。
2.2研究方法与数据来源2.2.1 基于大气矫正法的地表温度反演
实验选取landsat8影像模拟北京中心城区附近的热岛强度，影像范围包含北京市五环及其周边部分郊区，遥感影像选取日期为2021年9月31日，天气晴朗。通过多波段融合、辐射定标、辐射矫正、大气矫正等一系列预处理工作，统一分辨率，均采用WGS-84椭球基准面。采用大气矫正法反演计算实际地表温度。具体计算过程如公式（１）所示[22-26]：
式中：Ｌ↑ 为大气向上辐射亮度；Ｌ↓ 为大气向下辐射亮度；Ｌλ 为遥感图像中热红外波段的亮度值；ε为地表比辐射率；τ为大气在热红外波段的透过率；ＴＳ 为地表真实温度；Ｂ（ＴＳ）为黑体热辐射亮度。真实温度ＴＳ 可通过普朗克公式的演化变形得出，如公式（２）：
=
式中：对于LANDSAT8影像的K1=774.89Ｗ/(m2·μm·sr)，K2＝1321.08[25]。在探讨热岛强度时本研究选取百望山森林公园的天澄湖周边区域为空间参照区，热岛强度为模拟得到的地表温度和参照点温度的差值[26]。
2.2.2 基于能源碳排放总量测算
按照国家发改委能源研究所推荐的标煤的碳排放系数为0.67吨碳/吨标煤。各种能源折标准煤系数。通过开源数据获取2021年燃气热电中心供热能力和发电能力和场地面积等相关信息，在标准状况下，一立方米天然气的物质的量44.64mol，可以产生二氧化碳1964克。其中用于发电的燃气按照北京市公布的2021年各个电厂年发电总量为计算基础，实际发电效率按36%计算，用于供热的燃气按照最大平米数计算，采暖期能源利用效率取0.88，每年工作120天，每天工作8小时。
在计生物质电厂碳排放时，按照国家发改委能源研究所推荐的标煤的碳排放系数为0.67吨碳/吨标煤，秸秆每公斤含碳量约70%，燃烧1公斤秸秆产生的二氧化碳为2.5公斤，生物质垃圾按50%水份计算，即燃烧1公斤垃圾排放二氧化碳1.25公斤。
表1：北京市燃气设施、生物质设施名称对应表
标注名 单位名 标注名 单位名
生物质1 小红门污水处理厂 燃气1 北京太阳宫燃气热电有限公司
生物质2 高碑店污水处理厂 燃气2 华电北燃能源有限公司
生物质3 大兴安定垃圾焚烧发电厂 燃气3 北京正东电子动力集团动力南厂
生物质4 鲁家山循环经济基地 燃气4 神华国华(北京)燃气热电公司
生物质5 阿苏卫生活垃圾焚烧厂 燃气5 华润协鑫(北京)热电有限公司
生物质6 高安屯生活垃圾焚烧发电厂 燃气6 京能北京未来城燃气热电有限公司
生物质7 北京市海淀区循环经济产业园 燃气7 京能上庄燃气热电有限公司
生物质8 环卫集团房山循环经济园/房山循环经济产业园 燃气8 北京京丰燃气发电有限责任公司
生物质9 南宫固废垃圾焚烧厂 燃气9 华电（北京）热电有限公司/郑常庄燃气热电厂
生物质10 朝阳区循环经济产业园清洁焚烧中心 燃气10 北京高井热电厂高井电力实业公司/京能集团北京京西燃气热电有限公司
生物质11 平谷区生活垃圾综合处理厂 燃气11 京能集团北京京西燃气热电有限公司
生物质12 密云垃圾综合处理中心 燃气12 大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂
生物质13 顺义区生活垃圾处理中心 燃气13 北京京桥热电有限责任公司
燃气14 北京华能热电有限责任公司
2.3研究技术路线
图1 技术路线与理论框架
3研究结果3.1北京市燃气、生物质能源分布与用地情况
图2 北京市生物质设施和燃气设施分布状况
根据研究，目前北京市共有14处生物质设施和15处燃气设施。生物质设施一般分布在五环以外，大部分避开了城市集中建设区，功能一般涉及垃圾焚烧发电、生活垃圾集中处理、污水处理、清洁焚烧中心等。燃气设施分布较生物质设施更靠近市中心，四环至五环之间也有部分分布，占地面积一般在10-20公顷，功能主要为燃气热电厂。通过测算，目前燃气电厂年生产电能420.67亿千瓦时，占北京市电能供应总量的93.5%，同时燃气热电厂保障18647万平米区域供热，合计每年产生二氧化碳6750.6吨。生物质能设施年生产电能21.6亿千瓦时，占北京市电能供应总量的4%，合计每年产生二氧化碳990吨。
图3 北京市生物质设施和燃气设施碳排放总量图
3.2城市热岛与能源设施用地关系
图4 北京五环周边区域热岛强度及生物质、燃气设施分布
从热岛分析，目前能源分布普遍热岛强度偏高，五环内及周边区域热岛强度普遍高于4°C，尤其是四环内热岛强度可达到8°C以上。强度较高的热岛区域基本上分布在二环以内，多条城市环路一定程度上疏解了二环内旧城区的产业形态与人口居住行为，导致二环区域内热岛强度没有形成强势“热核”。而三环至五环区域是改革开放以来城市化发展最为快速的区域，使这个区域的总体热岛强度和二环内基本持平，平均热岛强度达到6°C左右。而五环至六环围合区域城市绿地面积相对较大，城市建设用地使用强度相对较弱，也是生物质能设施和燃气设施分布相对较多的区域，对其采取植被建设、水体修复等缓解热岛效应的措施，对于维系区域热环境格局、削减热环境容量具有重要意义。
图5 北京生物质、燃气设施碳排放总量和周边热岛强度分析
目前北京市五环周边的生物质能与燃气能源设施周边的平均热岛强度已经达到7.94°C，热岛情况非常严重。生物质能的垃圾焚烧电厂对热环境影响最剧烈，焚烧产生的巨大热能干扰了正常热量流动，尤其在高安屯生活垃圾焚烧发电厂、南宫固废垃圾焚烧厂周边，热岛强度分别达到17°C和12.4°C。燃气热电厂也是城市热岛的重要影响因素，周边热岛强度普遍达到8°C左右，其中京西燃气热电有限公司、北京高井热电厂两地周边热岛强度已经高达11°C。因此，北京生物质、燃气设施对北京市整体地表温度环境影响巨大，严重干扰了地表热量的正常流动。
基于以上燃气设施技术革新、生物质设施技术革新、环境温差发电系统和碳封存技术，将会在不新增能源与工业用地的基础上，满足2030年和2060年两个阶段北京市能源需求总量阶段性增长的需求。可以实现保证能源供应强度稳步增长的前提下，二氧化碳排放总量进一步降低。此外，在燃气和生物质燃烧过程中产生的热能也会被收集进行二次利用，减少热能浪费，进而降低城市的热岛效应。结合碳封存技术，北京市可提前实现“碳中和”目标。
研究通过模拟技术革新导致的用地性质改变，预测了生物质、燃气设施在2024年，2030年2035年和2060年的厂区规划布局情景。在2030年，厂区中约有30%的建设用地将被腾退，属于闲置状态，在2060年，新增约30%的厂区等灰色用地将放置环境温差发电针，如图所示，截至2060年厂区内用作厂房和办公区域的建设用地仅占2024年的30%左右，灰色用地面积至此将减少70%左右（图13）。基于此技术实现的腾退工业与能源用地集约利用，在实用功能基础上建设碳中和未来能源公园，将“热岛”变“冷岛”。
3.4冷岛未来能源公园规划模式构建
冷岛未来能源公园更新单元模式是基于2030年和2060年能源利用效率进一步提升而产生的工业能源腾退用地的城市更新单元，是对城市更新中旧工业园区更新理论内容的进一步丰富，该理论将围绕文化“双碳”，结合工业腾退用地的土地利用政策和周边生活圈的发展状况，建设冷岛未来能源公园更新单元，构建能源引领型更新单元模式。
随着“双碳”目标的逐步推进，双碳文化在生态文明建设中的引导作用亦日益凸显[27]。双碳文化作为重要的精神力量，是我国文化软实力发展的重要标志[28-29]。冷岛未来能源公园更新单元模式所凸显的双碳文化是“双碳”生活方式和“双碳”生活理念的提炼[20]。冷岛未来能源公园更新单元将通过展示双碳技术、“双碳”能源等，培育“双碳”价值观[30]。城市存量用地更新对于促进城市功能布局优化、为城市发展建设提供空间支撑尤为重要[31,32]。为此本研究以生物质和燃气电厂的厂区腾退用地为依托，就地改建未来能源主题公园。以科技赋能碳中和，使场地重新焕发活力，构建绿色能源为核心的能源生活圈 [33]。在改善工业遗址场地的生态环境方面，尊重生命共同体自然规律，强调场地的自我恢复[34]。同时注重零碳工业景观艺术风貌的营造，融入“双碳”文化精神，合理利用场地资源，延续场所记忆，展现未来能源公园的区域风貌[35]。
3.5 以未来能源公园更新单元为核心构建新型空间规划布局模式
随着创新对绿色低碳产业发展的驱动作用日益突出，传统的能源电厂产业园区建设模式已不能适应新型产业空间高质量发展的需求，急需探寻一种契合能源利用效率大幅度提升后的能源工业园区空间规划模式[37-39]。该发展模式要求运用新的规划技术方法，使传统生产用地高度契合新时期我国国土空间规划功能变革。合理构建能源工业用地和生态、绿色文化空间的比例与构成，基于能源利用技术革新的工业园区存量土地利用性质转变，提出未来能源公园产业创新单元规划布局模式——未来能源公园更新单元。
图14 未来能源公园更新单元土地利用情景示意图
未来能源公园更新单元本质上是一个能源生产用地高度集约、生态空间高度交融、文化与工业互动特征明显的创新型生态系统。未来能源公园更新单元包含“设施——厂房——园区”三级内涵，通过能源设施技术革新带动综合能源利用效率提升，厂区设施占地面积减少，进而在园区内实现满足供能强度空间需求下的科技示范、文化展示、生态游憩等多区融合的新型空间形态。未来能源公园更新单元具有基于“产-地-人”三元网络化叠合互动的空间特征。
图15“节点——片区——城市”三级未来能源城市体系
以未来能源公园更新单元为基础节点核心带动，面向碳中和在北京市建立“节点——片区——城市”三级未来能源空间规划体系。其中，微观节点为未来能源公园更新单元，中观为绿色能源综合生产片区，宏观为将城市内各类能源生产、利用有机融合的未来能源引领型城市。将未来能源公园用地融入城市“控规单元”，兼顾城市的空间布局与功能结构，衔接社区生活圈、历史文化要素、城市蓝绿空间等，系统构建未来能源公园城市体系，实现城市绿色和可持续转型，建设“碳中和”城市。
5结论
新型国土空间低碳城市差异化“双控”体系是在综合考虑碳排放总量和碳排放强度下，随着城市能源利用效率的进一步提升，工业用地将进一步缩减，能源工业用地的修复转型已经成为我国城市有机更新的一个热点。亟待通过政策鼓励、工程技术攻关提升能源利用效率，进而提升能源与工业土地利用效率，再通过城市更新对腾退工业用地进行精细化管理构建闭环。研究选取北京市为研究区，同时重点探讨生物质电厂和燃气电厂的地块使用方式变化，从能源利用率和用地控制结合视角，阐述电厂对城市热岛的影响，通过预测2060碳中和城市理想“能源公园”更新单元，分析能源技术革新后腾退土地的利用方式，从城市更新视角提出新能源引领型工业类更新单元模式，完善碳中和实现路径，助力全生命周期的系统治理和低碳需求。
研究发现，目前北京市共有14处生物质设施和15处燃气设施。燃气电厂年生产电能占北京市电能供应总量的93.5%，每年产生二氧化碳6750.6吨，生物质能设施年生产电能占北京市电能供应总量的4%，合计每年产生二氧化碳990吨。在热岛强度方面，北京市2021年夏季五环内及周边区域热岛强度普遍高于4°C，部分固废垃圾焚烧厂周边热岛强度分别达到17°C。为此，研究将宏观城市规划和微观工程技术相结合，引入了燃气设施技术革新、生物质设施技术革新、环境温差发电系统和碳封存技术三项重大工程技术，基于工程技术的革新至2060年，在不减少能源供应总量的基础上，电厂内可腾退存量建设用地约占2024年的70%。为此研究计划打造冷岛未来能源公园更新单元，围绕“双碳”文化理论，结合工业腾退用地的土地利用政策和周边生活圈的发展状况，建设冷岛未来能源公园更新单元。规划在北京市建立“节点——片区——城市”三级未来能源城市体系，将未来能源公园用地融入城市“控规单元”，兼顾城市的空间布局与功能结构，实现城市绿色和可持续转型，建设“碳中和”城市。
我国能源转型路径将从以煤为主到化石能源、可再生能源和核能并存的多元能源结构，最终实现以风能和太阳能等可再生能源为主体的能源结构[4]；天然气、生物质能、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的23.4%，比2010年增长了近一倍。据国际可再生能源署（IREAN）的预测，未来20年，可再生能源在发电中的份额将达到75%。2023年10月20日，国家发展改革委印发《国家碳达峰试点建设方案》，作为首批试点的杭州市在其碳达峰试点实施方案中明确提出“提前布局绿色低碳技术的研发，鼓励低成本节能减碳技术的开发和应用。特别在氢能以及二氧化碳捕集利用等方面，加快研发步伐。”[5]
生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，相较传统化石燃料发电方式，生物质发电因清洁高效、可再生的独特优势成为极具潜力的替代发电方式，对于我国应对化石能源枯竭、保障国家能源安全具有重要意义[7]。在国家政策的鼓励下，利用生物质能发电的新建电厂数量、规模和所占的发电能源份额均呈现逐年上升的趋势，具有广阔的发展前景。燃气发电技术具有效率高、污染少和用地节约的特点，燃气电厂排放废气中污染物含量占比远低于同规模燃煤电厂，如氨氧化物仅占燃煤电厂废气的20%，二氧化碳排放量仅占40%，可吸入颗粒物排放量仅占燃煤电厂废气的20%左右[4,8]。新一代生物质能和燃气电厂的技术将快速革新，引入“液力等效空气能机组”“二氧化碳捕获系统”“环境温差发电”等技术，在实现能源供应总量不变的基础上，产生更少的温室气体排放总量，同时简化工艺流程，缩减厂区面积，实现能源与工业用地的更高效利用。为此，文章将聚焦于生物质能和燃气电厂的能源革新带来的碳排放总量减少和工业用地存量更新及战略留白带来的发展机会[9]。
新型国土空间低碳城市差异化“双控”体系是在综合考虑碳排放总量和碳排放强度下，建立新型低碳城市差异化建设约束标准，随着城市能源利用效率的进一步提升，工业用地将进一步缩减，能源工业用地的修复转型已经成为我国城市有机更新的一个热点[10-13]。棕地的修复和转型，尤其是转型为绿地空间，不仅能够改善城市的生态环境，提供休闲游憩场所，还可以提高土地利用效率、缓解城市用地矛盾和优化城市空间格局，同时能够促进城市经济发展和激发城市活力，进而助推“新型工业化”和“新型城镇化”实现[14-15]。《可持续发展用地与城市设计导则》为工业用地改造利用提供了目标和原则，使设计师有了基本的工作框架[10]。日本东京附近千叶县富津市的“新能源公园”作为能源工业用地的转型典范，本为东京富津火力发电厂腾退用地，目前已建成集娱乐、科学普及展览、科研试验功能为一体的新型能源公园[16-18]。公园内燃料电池发电装置担负验证实用机型长期连续运转性能的任务；9kw太阳能发电装置用来研究商业型装置的技术与开发问题等。在我国迈向“碳达峰”和“碳中和”的过程中，大量传统能源与工业用地随着产业和技术的革新被腾退，随着城市更新从增量开发转向存量提质，能源与工业用地的修复转型发展势在必行[19]。
目前已有碳中和实现路径和方法，主要集中在宏观城市和产业结构方面，缺少微观层面碳排放总量和强度双控的研究[2-5]，导致宏观政策、工程技术、土地片区管理三大环节因涉及专业领域和研究视角不同存在“脱节”问题，在一定程度上影响了“碳达峰”“碳中和”战略的顺利落地。本研究以北京市为研究范围，从能源利用率和用地控制结合视角，聚焦生物质能和燃气电厂两类用地，阐述电厂对城市热岛的影响，通过预测2060碳中和城市理想“能源公园”，分析能源技术革新后腾退土地的利用方式，从城市更新视角提出新能源引领型工业类更新单元，完善碳中和实现路径，以期助力于全生命周期的系统治理和低碳需求，实现可持续发展愿景。
2研究方法与研究区2.1研究区
研究选取北京市为研究区，同时重点探讨生物质电厂和燃气电厂的地块使用方式变化。北京是改革开放以来受城市化影响最为显著的区域之一，随着城市面积的进一步扩张，北京市热岛问题日趋严重，成为国内外学者探讨的热点问题[20-25]。
2.2研究方法与数据来源2.2.1 基于大气矫正法的地表温度反演
实验选取landsat8影像模拟北京中心城区附近的热岛强度，影像范围包含北京市五环及其周边部分郊区，遥感影像选取日期为2021年9月31日，天气晴朗。通过多波段融合、辐射定标、辐射矫正、大气矫正等一系列预处理工作，统一分辨率，均采用WGS-84椭球基准面。采用大气矫正法反演计算实际地表温度。具体计算过程如公式（１）所示[22-26]：
式中：Ｌ↑ 为大气向上辐射亮度；Ｌ↓ 为大气向下辐射亮度；Ｌλ 为遥感图像中热红外波段的亮度值；ε为地表比辐射率；τ为大气在热红外波段的透过率；ＴＳ 为地表真实温度；Ｂ（ＴＳ）为黑体热辐射亮度。真实温度ＴＳ 可通过普朗克公式的演化变形得出，如公式（２）：
=
式中：对于LANDSAT8影像的K1=774.89Ｗ/(m2·μm·sr)，K2＝1321.08[25]。在探讨热岛强度时本研究选取百望山森林公园的天澄湖周边区域为空间参照区，热岛强度为模拟得到的地表温度和参照点温度的差值[26]。
2.2.2 基于能源碳排放总量测算
按照国家发改委能源研究所推荐的标煤的碳排放系数为0.67吨碳/吨标煤。各种能源折标准煤系数。通过开源数据获取2021年燃气热电中心供热能力和发电能力和场地面积等相关信息，在标准状况下，一立方米天然气的物质的量44.64mol，可以产生二氧化碳1964克。其中用于发电的燃气按照北京市公布的2021年各个电厂年发电总量为计算基础，实际发电效率按36%计算，用于供热的燃气按照最大平米数计算，采暖期能源利用效率取0.88，每年工作120天，每天工作8小时。
在计生物质电厂碳排放时，按照国家发改委能源研究所推荐的标煤的碳排放系数为0.67吨碳/吨标煤，秸秆每公斤含碳量约70%，燃烧1公斤秸秆产生的二氧化碳为2.5公斤，生物质垃圾按50%水份计算，即燃烧1公斤垃圾排放二氧化碳1.25公斤。
表1：北京市燃气设施、生物质设施名称对应表
标注名 单位名 标注名 单位名
生物质1 小红门污水处理厂 燃气1 北京太阳宫燃气热电有限公司
生物质2 高碑店污水处理厂 燃气2 华电北燃能源有限公司
生物质3 大兴安定垃圾焚烧发电厂 燃气3 北京正东电子动力集团动力南厂
生物质4 鲁家山循环经济基地 燃气4 神华国华(北京)燃气热电公司
生物质5 阿苏卫生活垃圾焚烧厂 燃气5 华润协鑫(北京)热电有限公司
生物质6 高安屯生活垃圾焚烧发电厂 燃气6 京能北京未来城燃气热电有限公司
生物质7 北京市海淀区循环经济产业园 燃气7 京能上庄燃气热电有限公司
生物质8 环卫集团房山循环经济园/房山循环经济产业园 燃气8 北京京丰燃气发电有限责任公司
生物质9 南宫固废垃圾焚烧厂 燃气9 华电（北京）热电有限公司/郑常庄燃气热电厂
生物质10 朝阳区循环经济产业园清洁焚烧中心 燃气10 北京高井热电厂高井电力实业公司/京能集团北京京西燃气热电有限公司
生物质11 平谷区生活垃圾综合处理厂 燃气11 京能集团北京京西燃气热电有限公司
生物质12 密云垃圾综合处理中心 燃气12 大唐国际发电股份有限公司北京高井热电厂
生物质13 顺义区生活垃圾处理中心 燃气13 北京京桥热电有限责任公司
燃气14 北京华能热电有限责任公司
2.3研究技术路线
图1 技术路线与理论框架
3研究结果3.1北京市燃气、生物质能源分布与用地情况
图2 北京市生物质设施和燃气设施分布状况
根据研究，目前北京市共有14处生物质设施和15处燃气设施。生物质设施一般分布在五环以外，大部分避开了城市集中建设区，功能一般涉及垃圾焚烧发电、生活垃圾集中处理、污水处理、清洁焚烧中心等。燃气设施分布较生物质设施更靠近市中心，四环至五环之间也有部分分布，占地面积一般在10-20公顷，功能主要为燃气热电厂。通过测算，目前燃气电厂年生产电能420.67亿千瓦时，占北京市电能供应总量的93.5%，同时燃气热电厂保障18647万平米区域供热，合计每年产生二氧化碳6750.6吨。生物质能设施年生产电能21.6亿千瓦时，占北京市电能供应总量的4%，合计每年产生二氧化碳990吨。
图3 北京市生物质设施和燃气设施碳排放总量图
3.2城市热岛与能源设施用地关系
图4 北京五环周边区域热岛强度及生物质、燃气设施分布
从热岛分析，目前能源分布普遍热岛强度偏高，五环内及周边区域热岛强度普遍高于4°C，尤其是四环内热岛强度可达到8°C以上。强度较高的热岛区域基本上分布在二环以内，多条城市环路一定程度上疏解了二环内旧城区的产业形态与人口居住行为，导致二环区域内热岛强度没有形成强势“热核”。而三环至五环区域是改革开放以来城市化发展最为快速的区域，使这个区域的总体热岛强度和二环内基本持平，平均热岛强度达到6°C左右。而五环至六环围合区域城市绿地面积相对较大，城市建设用地使用强度相对较弱，也是生物质能设施和燃气设施分布相对较多的区域，对其采取植被建设、水体修复等缓解热岛效应的措施，对于维系区域热环境格局、削减热环境容量具有重要意义。
图5 北京生物质、燃气设施碳排放总量和周边热岛强度分析
目前北京市五环周边的生物质能与燃气能源设施周边的平均热岛强度已经达到7.94°C，热岛情况非常严重。生物质能的垃圾焚烧电厂对热环境影响最剧烈，焚烧产生的巨大热能干扰了正常热量流动，尤其在高安屯生活垃圾焚烧发电厂、南宫固废垃圾焚烧厂周边，热岛强度分别达到17°C和12.4°C。燃气热电厂也是城市热岛的重要影响因素，周边热岛强度普遍达到8°C左右，其中京西燃气热电有限公司、北京高井热电厂两地周边热岛强度已经高达11°C。因此，北京生物质、燃气设施对北京市整体地表温度环境影响巨大，严重干扰了地表热量的正常流动。
基于以上燃气设施技术革新、生物质设施技术革新、环境温差发电系统和碳封存技术，将会在不新增能源与工业用地的基础上，满足2030年和2060年两个阶段北京市能源需求总量阶段性增长的需求。可以实现保证能源供应强度稳步增长的前提下，二氧化碳排放总量进一步降低。此外，在燃气和生物质燃烧过程中产生的热能也会被收集进行二次利用，减少热能浪费，进而降低城市的热岛效应。结合碳封存技术，北京市可提前实现“碳中和”目标。
研究通过模拟技术革新导致的用地性质改变，预测了生物质、燃气设施在2024年，2030年2035年和2060年的厂区规划布局情景。在2030年，厂区中约有30%的建设用地将被腾退，属于闲置状态，在2060年，新增约30%的厂区等灰色用地将放置环境温差发电针，如图所示，截至2060年厂区内用作厂房和办公区域的建设用地仅占2024年的30%左右，灰色用地面积至此将减少70%左右（图13）。基于此技术实现的腾退工业与能源用地集约利用，在实用功能基础上建设碳中和未来能源公园，将“热岛”变“冷岛”。
3.4冷岛未来能源公园规划模式构建
冷岛未来能源公园更新单元模式是基于2030年和2060年能源利用效率进一步提升而产生的工业能源腾退用地的城市更新单元，是对城市更新中旧工业园区更新理论内容的进一步丰富，该理论将围绕文化“双碳”，结合工业腾退用地的土地利用政策和周边生活圈的发展状况，建设冷岛未来能源公园更新单元，构建能源引领型更新单元模式。
随着“双碳”目标的逐步推进，双碳文化在生态文明建设中的引导作用亦日益凸显[27]。双碳文化作为重要的精神力量，是我国文化软实力发展的重要标志[28-29]。冷岛未来能源公园更新单元模式所凸显的双碳文化是“双碳”生活方式和“双碳”生活理念的提炼[20]。冷岛未来能源公园更新单元将通过展示双碳技术、“双碳”能源等，培育“双碳”价值观[30]。城市存量用地更新对于促进城市功能布局优化、为城市发展建设提供空间支撑尤为重要[31,32]。为此本研究以生物质和燃气电厂的厂区腾退用地为依托，就地改建未来能源主题公园。以科技赋能碳中和，使场地重新焕发活力，构建绿色能源为核心的能源生活圈 [33]。在改善工业遗址场地的生态环境方面，尊重生命共同体自然规律，强调场地的自我恢复[34]。同时注重零碳工业景观艺术风貌的营造，融入“双碳”文化精神，合理利用场地资源，延续场所记忆，展现未来能源公园的区域风貌[35]。
3.5 以未来能源公园更新单元为核心构建新型空间规划布局模式
随着创新对绿色低碳产业发展的驱动作用日益突出，传统的能源电厂产业园区建设模式已不能适应新型产业空间高质量发展的需求，急需探寻一种契合能源利用效率大幅度提升后的能源工业园区空间规划模式[37-39]。该发展模式要求运用新的规划技术方法，使传统生产用地高度契合新时期我国国土空间规划功能变革。合理构建能源工业用地和生态、绿色文化空间的比例与构成，基于能源利用技术革新的工业园区存量土地利用性质转变，提出未来能源公园产业创新单元规划布局模式——未来能源公园更新单元。
图14 未来能源公园更新单元土地利用情景示意图
未来能源公园更新单元本质上是一个能源生产用地高度集约、生态空间高度交融、文化与工业互动特征明显的创新型生态系统。未来能源公园更新单元包含“设施——厂房——园区”三级内涵，通过能源设施技术革新带动综合能源利用效率提升，厂区设施占地面积减少，进而在园区内实现满足供能强度空间需求下的科技示范、文化展示、生态游憩等多区融合的新型空间形态。未来能源公园更新单元具有基于“产-地-人”三元网络化叠合互动的空间特征。
图15“节点——片区——城市”三级未来能源城市体系
以未来能源公园更新单元为基础节点核心带动，面向碳中和在北京市建立“节点——片区——城市”三级未来能源空间规划体系。其中，微观节点为未来能源公园更新单元，中观为绿色能源综合生产片区，宏观为将城市内各类能源生产、利用有机融合的未来能源引领型城市。将未来能源公园用地融入城市“控规单元”，兼顾城市的空间布局与功能结构，衔接社区生活圈、历史文化要素、城市蓝绿空间等，系统构建未来能源公园城市体系，实现城市绿色和可持续转型，建设“碳中和”城市。
5结论
新型国土空间低碳城市差异化“双控”体系是在综合考虑碳排放总量和碳排放强度下，随着城市能源利用效率的进一步提升，工业用地将进一步缩减，能源工业用地的修复转型已经成为我国城市有机更新的一个热点。亟待通过政策鼓励、工程技术攻关提升能源利用效率，进而提升能源与工业土地利用效率，再通过城市更新对腾退工业用地进行精细化管理构建闭环。研究选取北京市为研究区，同时重点探讨生物质电厂和燃气电厂的地块使用方式变化，从能源利用率和用地控制结合视角，阐述电厂对城市热岛的影响，通过预测2060碳中和城市理想“能源公园”更新单元，分析能源技术革新后腾退土地的利用方式，从城市更新视角提出新能源引领型工业类更新单元模式，完善碳中和实现路径，助力全生命周期的系统治理和低碳需求。
研究发现，目前北京市共有14处生物质设施和15处燃气设施。燃气电厂年生产电能占北京市电能供应总量的93.5%，每年产生二氧化碳6750.6吨，生物质能设施年生产电能占北京市电能供应总量的4%，合计每年产生二氧化碳990吨。在热岛强度方面，北京市2021年夏季五环内及周边区域热岛强度普遍高于4°C，部分固废垃圾焚烧厂周边热岛强度分别达到17°C。为此，研究将宏观城市规划和微观工程技术相结合，引入了燃气设施技术革新、生物质设施技术革新、环境温差发电系统和碳封存技术三项重大工程技术，基于工程技术的革新至2060年，在不减少能源供应总量的基础上，电厂内可腾退存量建设用地约占2024年的70%。为此研究计划打造冷岛未来能源公园更新单元，围绕“双碳”文化理论，结合工业腾退用地的土地利用政策和周边生活圈的发展状况，建设冷岛未来能源公园更新单元。规划在北京市建立“节点——片区——城市”三级未来能源城市体系，将未来能源公园用地融入城市“控规单元”，兼顾城市的空间布局与功能结构，实现城市绿色和可持续转型，建设“碳中和”城市。
