六合文献翻译城市形态对于可再生能源技

Theinfluenceofurbanformonthegridintegrationofrenewableenergytechnologiesanddistributedenergysystems

城市形态对于可再生能源技术

与分布式能源系统并网的影响

作者：A.T.D.佩雷拉（A.T.D.Perera）

西尔维亚·科科洛（SilviaCoccolo）

让·路易斯·斯卡特齐尼（Jean-LouisScartezzini）

翻译：陆雨婷郑婕

[原文发表于Nature子刊《ScientificReports》年第9卷，如需引用可采用如下格式：A.T.D.Perera,SilviaCoccolo,Jean-LouisScartezzini.Theinfluenceofurbanformonthegridintegrationofrenewableenergytechnologiesanddistributedenergysystems[J].ScientificReports,,9()]

摘要：本研究基于复杂城市肌理设计出全新的标准建筑模块（按城市原型进行划分）与能源枢纽（支持能源转换、存储和网络连接技术的多功能载体），并运用该原型与能源枢纽量化了城市形态对于能源需求和能源系统设计的影响。研究表明，城市原型对城区的供热需求与制冷需求有显著影响。这种影响可以使用外形系数和容积率来描述，然而上述指标却无法评估对需求状况的影响。由于城市形态的影响，能源系统的成本可能会增加50％，这远远超过峰值和年度能源需求的增长。此外，城市形态同样对可再生能源并网程度及利用效率产生影响。因此，有必要将能源系统设计视为城市规划过程的一部分，其重要程度甚至要高于建筑模拟。

近年来，城市能源的可持续性问题被广泛讨论，甚至被联合国纳入可持续发展目标1。然而迄今为止，尚且没有完善的方法来量化影响能源基础设施的复杂反应链的作用。

在考虑城市的能源需求时，城市环境中建筑之间的物理相互作用至关重要。根据Baker和Steemer2的说法，有五个因素会影响城市环境下的建筑能效，即城市气候、城市形态、建筑物理、暖通空调（HeatingVentilationandAir-Conditioning,HVAC）系统以及居住者行为。研究人员从不同角度探讨了能源效率以及其对城市可持续性的影响3。在最新的研究中可以清晰地概括出两种互补的方法：

（1）通过评估可再生能源技术的潜力来确定其最佳的设计方式与规模，或通过建筑存量更新来改善它在能源系统中的运行方式，从而提高建筑与地区的能源效率，并促进可持续能源技术在城市基础设施中的应用。

（2）通过有效的城市规划，减轻城市微气候和气候变化对地区的影响，从而提高城市的能源效益和环境效益。

正如近年文献?·?所述，这两种方法在提高城市可持续性方面都发挥着至关重要的作用。就第一个方法而言，Perera等?考虑了分布式能源系统（如能源枢纽）将可再生能源技术整合到城市基础设施中的潜力。Fazlollahi等?·?提出了一种优化城市能源系统的新方法，该方法将多个分布式能源系统与电网相结合。在设计分布式能源系统时，充分了解能源需求是必不可少的。Fonseca等?·1?基于不同规模的能源需求选取具有代表性的城市原型（UrbanArchetypes），并引入“城市能源分析”方法来设计每个城市原型中的能源系统。LeGuen等11开发了一个计算平台，该平台详细计算了能源需求（包括在设计分布式能源系统时建筑之间的相互作用），此平台可用于获取建筑改造和能源系统改良的最优方案。Perera等12评估了城市微气候对能源系统设计的影响。以上所有研究都集中在建筑和能源系统的改进上，但都没有考虑到城市形态的影响。因此很难把这种方法直接推广到具体的城市规划中。另外，虽然建筑间的相互作用对能源效率和可再生能源集成有很大影响，但大多数研究并没有考虑到这一点。因此Salat13认为，必须要超越建筑层面，要考虑整个城市形态，只有这样才可以显著降低建筑能耗并促进区域与城市的可再生能源整合。

探讨是开放的，从城市类型和形态学的角度出发，“最佳”的城市形态需要根据环境可持续性来定义。关于“紧凑型城市”和“分散型城市”1?·1?的讨论可以作为一个例子。可持续发展的城市规划对于优化城市能耗起着主导作用。Ratti等1?概述了城市能源消耗与城市结构之间的关系，并将其与能源效率的影响联系起来。为了量化城市形态对建筑能源需求的影响，研究人员进行了不同的尝试。Liu等1?用建筑间距评估了城市密度对建筑群之间热传递的影响；但这种只运用一种参数的方法不能应用于复杂的城市形态。Ratti等1?引入了城市原型的概念（即可以在城市中观察到的复杂城市形态模块），以处理城市形态的复杂性，此概念将在下一章节中详细阐述。Okeil等1?评估了由Ratti等1?介绍的不同城市形态的太阳能利用效率；Sanaieian等1?评估了城市形态对于建筑热性能、太阳能获取和通风的影响；而Taleghani等2?评价了城市形态对室外热舒适性的影响。这些研究清楚地反映了城市形态对建筑能源需求的显著影响，并且可以使用城市原型来更好地理解城市形态对能源性能的影响。但是，这些研究都没有

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