Увеличение численности населения городов и тенденция к образованию городских агломераций неизбежно приводят к усложнению транспортной, энергетической и коммунальной инфраструктуры. Что в свою очередь, повышает требования к управлению и упорядочиванию потоков энергоресурсов и отходов, образующихся на урбанизированных территориях. Термин «городской метаболизм» появляется в научно-технической литературе во второй половине ХХ столетия.
Пилотным исследованием в области городского метаболизма принято считать работу Уолмана [1], который в 1965 году представил структуру города с учетом потоков энергии, отходов и водных ресурсов. С современной точки зрения такой подход может казаться упрощенным на фоне наличия практики составления топливно-энергетических балансов регионов и населенных пунктов, однако, работа Уолмана позволила, в первую очередь, акцентировать внимание на данной проблематике и создать базис для дальнейших исследований. Следующей важной вехой стала разработка специфичных количественных показателей для оценки особенностей функционирования городской инфраструктуры. В представленной в 1983 году работе Одума [2] предложена методика оценки энергетических потоков через эквиваленты солнечной энергии как универсальной метрики.
Очередной виток развития исследований в данной области пришелся на 2000-е годы, когда в научно-технической литературе и средствах массовой информации начали широко обсуждаться вопросы возобновляемых источников энергии, способов обращения с отходами и снижения выбросов парниковых газов [3].
Рисунок 1 – Модель для анализа метаболизма г. Торонто [3]
Важно отметить, что подходы по оценке метаболизма города с акцентом на экономические факторы, такие как: ВВП на душу населения или ВВП на единицу потребленной энергии несут в себе риски спекулятивного характера. Переход на денежные эквиваленты при анализе проблем системного характера чреват выбором стратегически неверных решений в силу сильной волатильности стоимости широкого спектра товаров и услуг. Тем самым важно оперировать исключительно физическими величинами на базе материальных и энергетических балансов. В то же время, энергоэкологический метаболизм – это не балансовый метод в чистом виде, а методика поиска направлений стратегического планирования города, опирающаяся на топливно-энергетический баланс и иные документы, регламентирующие его энергетическое хозяйство. Такой подход продиктован тем, что барьеры развития индивидуальны для каждой отдельно рассматриваемой урбанизированной территории.
К примеру, углеродный след крупных столиц (Токио, Париж) может быть выше, чем у городов в странах, которые принято относить к развивающимся (страны БРИКС). Это обусловлено тем, что подушевой углеродный след характеризует не только технологию генерации электрической энергии, но и численность населения с учетом общего уровня развития промышленности рассматриваемого объекта. По этой причине густонаселенные города Юго-Восточной Азии с доминирующей долей угля в энергобалансе могут оказаться «экологичнее» европейских столиц с современной энергосистемой.
Первым этапом при анализе энергоэкологического метаболизма города предлагается ранжирование городов по уровню метаболизма с точки зрения подушевого потребления энергии.
Рисунок 2 – Ранжирование мегаполисов по уровню метаболизма
Второй этап – определение текущих ограничений развития и эволюционных ловушек с учетом уровня метаболизма городов. К примеру, Московская область имеет дефицит по располагаемой электрической мощности, а ряд крупных городов Подмосковья – по располагаемой тепловой мощности. Эти аспекты представляют собой текущие ограничения по развитию города с точки зрения повышения уровня его метаболизма. Другим ограничением, отнесенным скорее к будущему, а не к настоящему являются, так называемые, эволюционные ловушки, с которыми неминуемо столкнется город в ближайшей перспективе при сохранении нынешних социокультурных и экономических моделей развития.
Рисунок 3 – Типовые ограничения и эволюционные ловушки городов
Третий этап – анализ климатической уязвимости объектов энергетической инфраструктуры в контексте влияния динамики изменений температуры, влажности и иных погодных условий на режимы работы энергетического оборудования.
Четвертый этап – построение поточных диаграмм и прогнозирование тепло-, электро-, водо- и топливопотребления. Задача представляет собой визуализацию движения энергетических потоков городской среды.
Пятый этап – разработка мероприятий стратегического характера и направлений совершенствования энергоэкологического метаболизма города с учетом текущего уровня метаболизма. Заключительный этап методологии базируется на результатах работы по предыдущим четырем этапам и предназначен для разработки документа стратегического планирования энергетической инфраструктуры города.
Рисунок 4 – Методический подход к изучению энергоэкологического метаболизма города
Зачастую под стратегическим планированием городского развития подразумевается метод обеспечения конкурентоспособности города в условиях глобализации и с акцентом на социально-экономические показатели. Однако, с учетом современных климатических и инфраструктурных вызовов стратегическое планирование города является многомерной и многоуровневой задачей, охватывающей взаимоувязанные аспекты жизни человека и поэтому может быть решена исключительно в разрезе междисциплинарного научного подхода.
Список источников:
1. Wolman A. The metabolism of cities: Scientific American 213 (3), 179–190, 1965.
2. Odum H. T. Systems Ecology, an Introduction: Wiley-Interscience, New York, NY, 1983.
3. Kennedy, Christopher A. et al. «The study of urban metabolism and its applications to urban planning and design» Environmental pollution 159 8-9 (2011): 1965-73.
Фото на обложке: Unsplash / Denys Nevozhai
