基于碳排放清單編制的低碳城市規(guī)劃技術方法研究

王雅捷　何永

摘要低碳城市規(guī)劃是城市轉(zhuǎn)型發(fā)展、低碳發(fā)展的重要保障，是對傳統(tǒng)城市規(guī)劃學科知識的拓展，目前沒有成熟通用的方法。本文以北京市低碳城市發(fā)展規(guī)劃的相關研究為基礎，提出低碳城市規(guī)劃技術主要包括碳排放清單編制與核算、規(guī)劃碳排放情景分析、城市低碳發(fā)展路線圖、以及低碳規(guī)劃策略選擇與政策制定等。低碳城市規(guī)劃技術的核心在于將城市規(guī)劃要素納入碳排放清單框架，使碳排放核算與規(guī)劃策略、城市終端活動相關聯(lián)。以IPCC碳排放清單框架為基礎，將統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的國民經(jīng)濟部類能源消費數(shù)據(jù)拆分、重組，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)、建筑、交通三個部門的能源消費數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)化為承載終端能源消費活動的規(guī)劃用地分類，實現(xiàn)碳排放清單框架的二次轉(zhuǎn)換。在能源消費數(shù)據(jù)的拆分、重組過程中，主要采用Kaya公式變形的方法，將規(guī)劃要素、終端活動、能源供應和用能效率等因子納入計算公式，進而納入碳排放計算框架，實現(xiàn)碳排放-規(guī)劃要素-終端活動的關聯(lián)。在此基礎之上，還可以分析規(guī)劃策略的碳減排潛力和貢獻率，確定規(guī)劃策略的優(yōu)先序。這些技術手段是實現(xiàn)低碳城市規(guī)劃科學化、定量化和可考核的重要保障。根據(jù)對北京市城市能耗和碳排放的核算分析，可以發(fā)現(xiàn)北京市城市能耗與碳排放總量仍呈增長趨勢，但已經(jīng)和經(jīng)濟增長脫鉤。采用“十二五規(guī)劃”已經(jīng)確定的政策措施，能夠?qū)崿F(xiàn)國家規(guī)定的節(jié)能減碳目標，北京應當提出更加嚴格的規(guī)劃目標。研究提出強化低碳情景目標，萬元GDP碳排放強度降低到2005年的約三分之一，而碳排放總量較2009年僅略有增長。通過對規(guī)劃策略的碳減排潛力分析發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)業(yè)、建筑、交通三個部門中，現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)部門節(jié)能減碳的潛力仍然最大，未來隨著產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整，建筑、交通將成為減碳的主要部門。在各類減碳策略中，總體規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結構、人均用地和建筑面積等指標，以及交通出行分擔率等與規(guī)劃相關要素在節(jié)能減碳工作中的貢獻率超過50%，應成為未來北京市減碳對策的重要內(nèi)容。

關鍵詞低碳城市規(guī)劃；碳排放清單；技術方法；北京

中圖分類號F416文獻標識碼A

文章編號1002-2104（2015）06-0072-09doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.06.011

促進城市經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，構建自然、城市與人融為一體的互惠共生結構，是國內(nèi)外城市建設共同面臨的重大理論和實踐問題。

在應對氣候變化和城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的大背景下，將能源消耗和碳排放的限制條件納入城鄉(xiāng)規(guī)劃逐漸成為共識，但是對于其具體實現(xiàn)路徑還缺乏統(tǒng)一的認識和成熟的實踐經(jīng)驗。尤其是在城市層面，如何將能源消耗與碳排放總量與微觀城市建設活動，以及城鄉(xiāng)規(guī)劃的技術手段聯(lián)系起來，是編制以低碳為導向的城鄉(xiāng)規(guī)劃亟待解決的問題。本文以北京市為例，分析了以低碳為導向的城鄉(xiāng)規(guī)劃技術手段類型，并以碳排放清單編制為基礎，探討了規(guī)劃編制中定量分析的主要技術方法，為低碳城鄉(xiāng)規(guī)劃的開展和規(guī)范化、科學化提供借鑒。

1低碳城市規(guī)劃的理論探討

1.1低碳城市規(guī)劃的概念

城市是人為碳排放的主要來源，其空間結構對碳排放的發(fā)展變化產(chǎn)生“鎖定效應”[1]，以低碳為導向的規(guī)劃是我國低碳城市發(fā)展的關鍵技術之一。低碳城市規(guī)劃是以低碳城市發(fā)展為目標，以城市規(guī)劃的編制和實施為基礎平臺，通過綜合運用低碳技術和城市規(guī)劃工具，使城市建設和各項城市活動按照低碳化的方向發(fā)展。但我國尚未形成完善的低碳城市規(guī)劃編制和管理體系，很多城市在這方面開展了探索性的研究和實踐。

1.2低碳城市規(guī)劃的定位和特點

由于低碳城市發(fā)展所涉及領域的非常廣泛，不僅包括能源供應與利用，也包括道路交通、市政設施、土地利用、空間形態(tài)、建設活動等，甚至還包括城市發(fā)展模式、人的行為，因此低碳城市規(guī)劃不是專項規(guī)劃，而是貫穿城市規(guī)劃編制與管理全過程，多層次、多維度的創(chuàng)新規(guī)劃體系。不僅要考慮與現(xiàn)有規(guī)劃體系的有效銜接，也要根據(jù)城市低碳發(fā)展的需要，創(chuàng)新規(guī)劃編制和管理體系[2-4]。其核心是從能源消耗和碳排放的視角重新審視城市建設和活動的各個環(huán)節(jié)，以城市碳排放的核算為基礎，在確定低碳發(fā)展目標后，將碳排放的約束納入城市規(guī)劃和管理中。因此，低碳城市規(guī)劃的編制需要以詳盡的終端能耗數(shù)據(jù)為基礎，采用定量化、科學化的技術手段，規(guī)劃結果具有很強的可測量性和可考核性。

1.3低碳城市規(guī)劃內(nèi)容文獻綜述

顧朝林等從低碳城市模式的角度，將公共部門（政府）與私人部門（居民或企業(yè)）分開考慮，提出低碳城市規(guī)劃概念框架包括規(guī)劃理論、指標體系、技術方法、公共政策和公眾參與等，在規(guī)劃編制層次上涉及總體規(guī)劃、詳細規(guī)劃、城市設計、專項研究等[5]。封穎等提出低碳城市規(guī)劃的邏輯框架包括城市溫室氣體清單-城市低碳目標和低碳發(fā)展路線圖-低碳發(fā)展指標體系-低碳發(fā)展重點方向-低碳重要措施[6]?？偟膩砜?，多數(shù)研究者都提出將碳排放核算作為基礎，將低碳城市規(guī)劃的主要領域或技術方法劃分為低碳產(chǎn)業(yè)、低碳交通、低碳建筑，以及低碳能源供應和基礎設施等，并從空間規(guī)劃的角度強調(diào)低碳空間形態(tài)，從規(guī)劃管制的角度提出低碳指標體系。也有研究者提出將低碳規(guī)劃方法劃分為技術層面和空間層面，分別強調(diào)產(chǎn)業(yè)節(jié)能、建筑技術節(jié)能，以及城市空間形態(tài)、職住關系等[7]。

2國內(nèi)低碳城市規(guī)劃主要做法及問題分析

截止到2012年3月，我國已有約280個城市提出了建設低碳城市或生態(tài)城市目標[8]，根據(jù)低碳、生態(tài)、以及可在對上海市未來人口規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、能源戰(zhàn)略進行細致分析的基礎上，對未來上海市低碳經(jīng)濟發(fā)展進行情景分析，提出上海低碳發(fā)展路線圖，以及各個部門（建筑、交通、產(chǎn)業(yè)）在不同情景下的減排貢獻。路線圖的研究以量化碳排放計算為基礎，對主要影響因子進行了研究。[9]

根據(jù)IPCC溫室氣體清單指南，對能源利用相關CO2排放進行核算。對炭、成品油、天然氣、外調(diào)電力四種主要能源品種進行分部門的核算，主要包括電力、工業(yè)、化工、冶金、交通、商業(yè)、供熱、居民生活等。[9]

對城市和各個部門的碳排放進行了情景分析，分析主要部門碳排放影響因子，在此基礎上提出減碳對策和路線圖，但從城市規(guī)劃角度提出的策略較少。清單核算以能源供應為主，沒有落實到終端活動。

天津

根據(jù)城市碳排放機制，提取各個部門（產(chǎn)業(yè)、交通、固碳）節(jié)能減碳的主要指標，形成規(guī)劃低碳評估指標體系，從城鎮(zhèn)空間、交通出行、基礎設施、能源利用四個方面提出低碳規(guī)劃策略。研究中指標和權重的確定未與碳排放清單關聯(lián)。[10]

根據(jù)《省級溫室氣體清單編制指南（試行）》完成了2005、2010年溫室氣體核算（不包括電力調(diào)入調(diào)出），提出2015、2020年溫室氣體排放目標（強度值），并將控制指標分解到區(qū)縣，但指標的確定和分解沒有與城市規(guī)劃對接。[11]

作為國家低碳城市建設試點的5省8市之一，天津市在碳排放清單編制、區(qū)縣碳排放考核指標分解、規(guī)劃低碳評估指標體系方面進行探索，但規(guī)劃與清單脫離。

深圳

探索建立低碳生態(tài)城市規(guī)劃法規(guī)政策和技術標準。在總體規(guī)劃、法定圖則、城市設計、專項規(guī)劃等不同層面引入低碳理念和要求。逐步提出低碳生態(tài)的規(guī)劃控制指標。在實踐中，通過示范區(qū)規(guī)劃建設探索經(jīng)驗。[12]

碳排放清單框架包括能源活動（能源加工轉(zhuǎn)換、工業(yè)、交通運輸、建筑、居民生活）、工業(yè)活動、農(nóng)牧業(yè)、土地利用變化與林業(yè)、廢棄物處置五個部分，計算了2010年深圳市的碳排放，碳排放空間布局。[13]

規(guī)劃強調(diào)低碳生態(tài)理念的融合，沒有針對城市碳排放提出定量要求。碳排放清單框架各部門分類不夠清晰，有重疊，缺乏情景分析及與規(guī)劃的對接。

廈門

低碳總體規(guī)劃研究：低碳理念在總體規(guī)劃層面的應用。在空間布局方面的策略主要包括低碳工業(yè)區(qū)布局，低碳公共交通系統(tǒng)，碳匯系統(tǒng)布局，岸線可再生能源利用，碳排放空間管制指引，低碳總體空間結構等。[14]

基于LEAP模型，采用自下而上的方法進行核算，清單框架分為能源需求（包括家庭、工業(yè)、交通、商業(yè)四個部門）、能源轉(zhuǎn)換（輸送與分發(fā)、發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)三個部門）兩部分，采用統(tǒng)計和規(guī)劃數(shù)據(jù)，分析了碳排放情景及各類策略的減排潛力和貢獻率。[15]

規(guī)劃與清單研究仍然脫離，規(guī)劃更多基于低碳理念和技術，缺乏定量分析。而清單編制側重能源供給和利用，終端能耗分析缺乏與城市規(guī)劃的對接。

哈爾濱

通過低碳理念在規(guī)劃層面的應用，提出低碳城市空間、低碳產(chǎn)業(yè)和職能、降低中心城區(qū)人口密度、調(diào)整城鎮(zhèn)體系、低碳交通體系等策略。通過對現(xiàn)狀各類土地利用碳排放的計算，對2030年規(guī)劃方案進行碳排放估算，并依據(jù)減碳增匯目標對規(guī)劃提出方案調(diào)整建議。[16]

通過對現(xiàn)狀各類土地利用碳排放強度的計算，對2030年規(guī)劃方案進行碳排放估算，包括工業(yè)、建筑、交通、碳匯四個部門。并未完成碳排放清單編制。[16]

研究試圖建立碳排放與土地利用的關系，但其方式過于簡單化。缺乏從能源供應角度碳排放總量的核算，也缺乏各個部門終端能源消費的研究，以此提出規(guī)劃方案調(diào)整的依據(jù)不足。

持續(xù)發(fā)展的理念，提出了城市發(fā)展方向和主要策略。各個城市關于低碳城市的規(guī)劃多局限于研究層面，真正編制并經(jīng)過審批的低碳城市規(guī)劃還沒有出現(xiàn)。其中部分城市編制了碳排放清單，包括北京、上海、天津、重慶、深圳、哈爾濱等，而基于碳排放清單提出規(guī)劃目標和對策的就更少見。根據(jù)已有文獻和資料，在此對各個城市低碳城市規(guī)劃編制的技術路線和主要內(nèi)容進行了總結分析（見表1）。

總的來看，國內(nèi)城市的低碳城市規(guī)劃多數(shù)還停留在從概念到概念的階段，多是結合城市特點，對于低碳城市發(fā)展理念的闡釋，與城市碳排放清單編制脫節(jié)[17]，主要包括以下幾方面問題。

（1）低碳城市規(guī)劃主要圍繞緊湊空間布局、土地利用混合、公交導向發(fā)展模式、綠色空間布局、可再生能源利用和提高能源利用效率等方面，對城市發(fā)展提出定性的規(guī)劃原則和要求。但是規(guī)劃中對于城市現(xiàn)狀和規(guī)劃碳排放沒有進行核算，也沒有對各個規(guī)劃策略的減碳貢獻進行量化分析。

（2）由于數(shù)據(jù)有限，成熟經(jīng)驗缺乏等原因，城市層面的碳排放清單編制較多的從城市發(fā)展宏觀數(shù)據(jù)和能源供應入手，局限在幾大部門的能耗和碳排放總量，而未能將能耗分解到具體的終端活動，也就難以與城市規(guī)劃要素有機的聯(lián)系起來，很難指導低碳城市規(guī)劃的編制。

（3）一些城市提出利用碳排放空間管制、低碳規(guī)劃指標體系等手段來引導城市發(fā)展和建設，但是碳排放指標的確定缺乏數(shù)據(jù)分析支撐，導致在此基礎上提出的規(guī)劃管理手段既缺乏科學性，也難以真正落實。

（4）對于空間結構、人口和建筑密度、用地布局等城市規(guī)劃的核心要素，其對城市能耗和碳排放的影響機制研究較少，多停留在定性研究或統(tǒng)計分析的層面，無法建立模型進行模擬，削弱了低碳城市規(guī)劃的科學性和權威性。

3基于碳排放清單編制的低碳城市規(guī)劃技術方法

為解決上述問題，必須以碳排放清單編制為基礎，并深入研究城市規(guī)劃要素的影響，在定量分析的基礎上，提出低碳城市規(guī)劃的目標、路徑，以及指標體系等。從2011年開始，以北京市規(guī)劃院為主，陸續(xù)開展了低碳城市規(guī)劃綱要、低碳城市規(guī)劃導則等研究，在以碳排放清單編制為基礎，定量研究低碳規(guī)劃策略方面進行了一定的探索。低碳城市規(guī)劃的主要技術方法包括城市碳排放清單編制、規(guī)劃碳排放情景分析、低碳規(guī)劃路線圖制定，以及低碳規(guī)劃策略與政策制定，其核心要點是規(guī)劃要素與碳排放評估過程的關聯(lián)，規(guī)劃要素包括城市總體規(guī)模、性質(zhì)、功能分區(qū)、空間結構、用地布局、交通組織、建設高度和密度、城市細部設計等，應將這些要素納入碳排放核算，并研究這些因素對城市碳排放的影響（見圖1）。此外，影響城市碳排放的其他兩個重要因素包括能源供應和低碳技術，他們與城市規(guī)劃也有密切的聯(lián)系。

3.1碳排放清單框架的構建

3.1.1碳排放清單框架體系的二次轉(zhuǎn)換

碳排放清單編制是低碳城市規(guī)劃的核心，是城市規(guī)劃低碳化、定量化、和可考核的基礎保障。IPCC碳排放清單框架分為能源使用、工業(yè)過程、農(nóng)業(yè)/林業(yè)/土地利用、廢物處理和其他五個部分，其主要目的是衡量國家層面溫室氣體排放和清除的總體情況。而對于城市這一開放的系統(tǒng)，采用IPCC框架體系就難以體現(xiàn)城市的能耗特征，也難以產(chǎn)生規(guī)劃策略。因此，必須對碳排放清單的框架進行調(diào)整，調(diào)整的主要原則包括：第一，體現(xiàn)城市能源消費的特征，將外調(diào)電、供熱等計算在內(nèi)；第二，碳排放清單部門劃分可以分解至城市終端活動，并與城市規(guī)劃要素有機聯(lián)系。

因此我們在編制北京市碳排放清單的過程中，對IPCC清單編制框架進行了分解和轉(zhuǎn)換，將可能產(chǎn)生規(guī)劃策略的要素指標嵌入碳排放清單當中，以便于對規(guī)劃碳排放進行清單編制和情景模擬，以及由此產(chǎn)生規(guī)劃策略。具體的情況框架轉(zhuǎn)換方式是，清單框架由供應端到消費端、再到規(guī)劃端的轉(zhuǎn)換。也就是先由城市總體能源供應品種和供應量入手，得到城市能源消費和碳排放的總量；再依據(jù)統(tǒng)計年鑒中分行業(yè)能源消費數(shù)據(jù)，按照國民經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)分類進行碳排放清單編制；第三步，依據(jù)規(guī)劃要求，將分行業(yè)能源消費數(shù)據(jù)進行拆分和重構，整合為生產(chǎn)、交通、建筑三部分；最后根據(jù)規(guī)劃用地分類要求，將清單框架與土地利用類別進行關聯(lián)，形成“土地利用-碳排放”關聯(lián)框架[17]，為規(guī)劃控制提供依據(jù)（見圖2）。最終確定的城市碳排放清單框架包括生產(chǎn)、交通、建筑、碳匯四個部分。

3.1.2終端活動能耗分解

在碳排放清單框架體系確定后，還需要對各部門能源消費進行分解，落實到具體的終端能耗活動，以便了解實際城市活動的碳排放，產(chǎn)生規(guī)劃對策。例如交通能耗分為城市客運、城際客運、和貨運，其中城市客運又包括電動自行車、小汽車、出租車、公共汽車、地鐵等。還比如建筑能耗分為城鎮(zhèn)建筑和農(nóng)村建筑能耗，而城鎮(zhèn)建筑又分為公共建筑、住宅建筑，其中住宅建筑能耗包括照明、炊事、熱水、采暖、制冷、家用電器、電梯、建筑設備等。將城市碳排放清單進行供應端到消費端、再到規(guī)劃端的二次轉(zhuǎn)換，同時將能耗分解到各部門的終端活動，這樣一方面保證全市能耗和碳排放總量保持不變，另一方面能夠反映出各微觀活動在城市總量中的比例，以及對城市總碳排放的影響。

3.1.3將城市規(guī)劃要素納入碳排放清單

在碳排放清單編制過程中，應當將規(guī)劃要素納入，包括清單框架和終端能耗活動的碳排放計算。前面已經(jīng)提到，我們在北京市的研究中，進行了碳排放清單的二次轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了城市碳排放與城市用地的關聯(lián)，有助于了解各類城市用地的碳排放水平，同時可以對不同規(guī)劃方案進行碳排放評估。此外在對各終端活動的碳排放進行計算時，應將土地利用、建筑規(guī)模、出行距離等納入計算公式。

例如在對住宅建筑碳排放進行計算時，采用將Kaya公式變形的方法，納入容積率、用地面積、建筑面積、單位建筑面積能耗強度等與規(guī)劃密切相關的因子。建筑能耗的基本計算方法是用能活動水平乘以能耗強度，即對每一類建筑的各項終端用能分別進行計算，再加和得到（見公式1）。而對每一分類能耗的核算，需要分別確定活動水平和能耗強度。在建立詳細核算清單的過程中，需要考慮兩個方面的因素。一是，活動水平主要與建筑面積規(guī)模相關，應將人均面積、人口規(guī)模、用地類型結構等規(guī)劃因子納入（見公式2）。二是能耗強度主要與能源品種、能源供應方式、設備效率等因素相關，也可以將其納入核算清單中（見公式3）。

總建筑能耗=∑活動水平×能耗強度（1）

活動水平=人口規(guī)?！寥司ㄖ娣e×建筑類別系數(shù)×用能系數(shù)（2）

能耗強度=分能源品種用能強度×能源供應效率×用能設備效率（3）

總的來說，只有將規(guī)劃要素以影響因子的方式納入碳排放清單，才能對其影響進行分析，在此基礎上才能夠定量分析和產(chǎn)生節(jié)能減碳的規(guī)劃策略。

3.2北京市碳排放核算結果及分析

在上述碳排放清單框架基礎上，分別采用2009年和2011年北京市統(tǒng)計年鑒中能源平衡表數(shù)據(jù)，在對各類行業(yè)能源消費量重新劃分和調(diào)整后，最終得到北京市能源消費和碳排放核算結果。2011年，北京市各部門各類能源消費總計6 695萬t標準煤，相關二氧化碳排放總量為1.73億t，比2009年的1.57億t增加約10%。再對碳排放強度進行分析，2011年北京市單位GDP碳排放強度為1.06 tCO2e/萬元GDP，人均碳排放為8.56 tCO2 e/人，比2009年分別下降19.7%和6.4%，GDP的增長與碳排放的增長實現(xiàn)了脫鉤（見圖3）。

3.2.1碳排放部門結構分析

2011年北京市全市碳排放中，生產(chǎn)、建筑、交通各部門排放分別占總量的34%，44%和22%（見表2）。由于首鋼搬遷、產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整等政策，能源消費結構得到優(yōu)化，北京市生產(chǎn)部門碳排放比2009年降低1%，但建筑和交通部門增長迅速，分別比2009年增加了10%和20%。

3.2.2建筑部門能耗核算分析

以建筑部門為例，詳細說明能耗核算的方法，以及如何將住宅規(guī)劃相關要素納入核算框架。2009年北京市建筑總能耗為2 533萬t標準煤，占全市總能耗的38.6%。建筑能源消費主要包括電力、天然氣、煤炭、熱力、液化石油氣等。由于統(tǒng)計年鑒的局限性，建筑能源消費計算中不含生物質(zhì)能、太陽能、地熱能等。

將北京市建筑能耗劃分為住宅和公共建筑能耗兩大類。其中，住宅建筑根據(jù)人均建筑面積、生活方式和用能特征，分為城鎮(zhèn)成套住宅、城鎮(zhèn)非成套住宅、農(nóng)村住宅三類。再根據(jù)用能終端分為采暖、炊事熱水、照明及家電等類別，同一類用能終端還可以根據(jù)能源品種的差異進一步細分（見圖4）。

公共建筑能耗核算框架與住宅類似，也按照按照建筑功能和用能終端進行分類。主要包括采暖、空調(diào)設備等電耗、炊事熱水、蒸汽消毒等，其中公共建筑電耗根據(jù)建筑功能類別、建筑規(guī)模進一步細化。