推动正能源区（PED）实践：系统边界与多部门整合对城市能源转型的影响研究

本研究针对正能源区（PED）定义模糊、实施路径不明确的问题，通过丹麦奥尔堡东区的案例研究，系统分析了虚拟PED、动态PED和自主PED三种模式在不同能源部门（工业、交通、建筑）整合下的可行性。研究发现PED虚拟模式在包含工业部门时最具经济性，年成本比动态模型低6%，为城市能源转型提供了重要策略依据。该成果发表于《Sustainable Cities and Society》，对实现SDG7（清洁能源）、SDG11（可持续城市）等目标具有重要指导价值。

　　

在全球城市化进程加速的背景下，城市消耗了全球75%的终端能源，成为能源转型的主战场。欧盟通过"集成战略能源技术（SET）计划"提出到2050年实现气候中性城市的目标，其中正能源区（Positive Energy District，PED）概念被视为关键推动力。然而，当前PED存在定义混乱、系统边界不明确等核心问题——文献中已出现35种不同定义，从建筑群到整个城市区域不等。更棘手的是，大多数研究仅关注建筑部门，忽视了工业、交通等关键能源消费部门，且缺乏对区域间能源交换动态平衡的深入分析。这种碎片化认知严重阻碍了PED从理论到实践的转化。

针对这些挑战，奥尔堡大学的研究团队在《Sustainable Cities and Society》发表了一项开创性研究。他们以丹麦奥尔堡东区（邮编9200）为案例，这个20,000人口的城区包含大学校园、医院、体育中心和丹麦最大水泥厂等多元设施，是检验PED复杂性的理想样本。研究创新性地提出了基于邮政编码划分的公平能源分配原则，建立了一套可复制的分析方法论。

研究采用EnergyPLAN能源系统分析工具进行小时级模拟，该工具能整合电力、工业、交通、供热等所有能源子系统。通过设置四种情景：情景1包含所有能源部门；情景2仅考虑工业热力和电力需求；情景3仅考虑工业供热需求；情景4仅考虑家庭能源需求。每种情景又细分为虚拟PED（允许区外可再生能源）、动态PED（区内生产但允许能源交换）和自主PED（完全能源独立）三种子模式。技术路线包括GIS屋顶光伏潜力测绘、智能充电电动车整合、第四代区域供热系统（55-65°C）设计等关键技术。

研究结果部分，"Aalborg East作为PED：基于IDA气候响应2045的情景1分析"显示，包含所有能源部门时，即使采用公平分配的可再生能源份额（按人口比例），虚拟PED仍需额外安装1MW陆上风机才能实现年度正平衡。动态PED模式在忽略交通部门后，仍需超出屋顶面积限制的光伏安装（1.1km²），这在城市规划中面临现实挑战。

"情景2与工业热力电力需求"的分析表明，当忽略工业生产过程燃料需求时，虚拟PED和动态PED均可实现，但后者需要突破城市空间限制的大规模光伏部署。"情景3与工业供热需求"显示，进一步忽略工业电力需求后，虚拟PED可显著减少电力进出口（21.03GWh进口/23.56GWh出口），而动态PED则呈现冬进口、夏出口的典型模式。值得注意的是，自主PED需要20GWh的电池储能，经济可行性差。

"情景4与家庭能源需求"验证了文献中最常见的简化分析模式。虽然三种PED子模式均可实现，但自主PED导致夏季光伏过剩（99GWh出口）和650MWh电池的低效使用，年成本比虚拟模式高77%。作者特别指出，在丹麦气候条件下，冬季供热需求与光伏生产的季节性错配使自主PED成为不切实际的选择。

在讨论部分，作者提出了颠覆性观点：传统PED定义需要重新审视。他们建议将PED定义为"通过能效提升、余热利用和本地可再生能源最大化，与国家目标协同推进脱碳进程的区域，同时作为能源网络节点与其他区域进行需求响应式能源交换"。这一重新定义打破了地理边界限制，强调了系统互联和社会公平——特别是要惠及能源贫困家庭。研究还揭示了"PED悖论"：资源优越地区易实现PED，而人口稠密城区反而面临更大挑战，这要求国家层面建立PED网络进行能源再分配。

这项研究的重要意义在于首次系统量化了不同PED定义对实施路径的影响，为政策制定提供了科学依据。提出的公平分配原则和方法论框架可推广到全球城市，特别是为包含重工业的城市区域提供了可行的 decarbonization（脱碳）路线图。研究结果直接支持联合国可持续发展目标SDG7（经济适用的清洁能源）、SDG11（可持续城市和社区）、SDG12（负责任消费和生产）和SDG13（气候行动）的实现。未来研究可拓展到不同气候区城市的比较分析，以及PED实施的社会经济影响评估。