碳減排視角下的低碳城市

孫曉飛

(黑龍江省節(jié)能技術(shù)監(jiān)測中心，哈爾濱 150001)

1 國內(nèi)外低碳發(fā)展特征及現(xiàn)狀

1.1 國際城市碳排放現(xiàn)狀

城市占地球表面不到1%的面積，卻消耗世界約75%的能源。城市是人口、建筑交通、工業(yè)、物流的集中地，也是能源消耗的高強度地區(qū)，因此成為溫室氣體排放的熱點和重點地區(qū)。C40(大城市領(lǐng)導組織)提出：城市蔓延、對機動交通的高度依賴和城市生活方式等因素消耗了大量能源，城市排放了世界80%的人為溫室氣體，因而城市溫室氣體排放的快速增長成為全球溫室氣體排放上升的重要原因。IEA提出在基準情況下，全球城市能源消耗CO2排放在2006～2030年的增長速度是1.8%，高于全球排放增長速度1.6%，城市排放占全球的比例會從71%增長到76%。發(fā)展中國家(非OECD國家)城市CO2排放增長速度和幅度會更大。

1.2 國際城市低碳發(fā)展進程

發(fā)達國家由于自治性強，在碳減排方面非?；钴S，，諸多國際大城市在溫室氣體清單的基礎(chǔ)上已開始了低碳城市的探索。2005年2月16日，《京都議定書》和全美市長氣候保護協(xié)議同時簽署，協(xié)議核心內(nèi)容提出使美國城市盡力達到或超過《京都議定書》設(shè)定的目標，美國有1 044個城市簽署了該項協(xié)議，其中包括芝加哥、西雅圖、丹佛等，分別對2020年和2050年提出節(jié)能減排目標。

2007年12月UNFCCC巴厘島會議上達成世界市長和地方政府氣候保護協(xié)定，承諾積極實施低碳戰(zhàn)略，實現(xiàn)到2050年，全球的溫室氣體排放量比1990年時的水平低60%，目前已有112國簽署。

2015年11月30日至12月11日，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十一次締約方會議將在法國巴黎舉行。200個締約方一致同意通過《巴黎協(xié)定》。協(xié)定共29條，包括目標、減緩、適應(yīng)、損失損害、資金、技術(shù)、能力建設(shè)、透明度、全球盤點等內(nèi)容?！栋屠鑵f(xié)定》指出，各方將加強對氣候變化威脅的全球應(yīng)對，把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2攝氏度之內(nèi)，并為把升溫控制在1.5攝氏度之內(nèi)而努力。全球?qū)⒈M快實現(xiàn)溫室氣體排放達峰，本世紀下半葉實現(xiàn)溫室氣體凈零排放。根據(jù)協(xié)定，各方將以“自主貢獻”的方式參與全球應(yīng)對氣候變化行動。發(fā)達國家將繼續(xù)帶頭減排，并加強對發(fā)展中國家的資金、技術(shù)和能力建設(shè)支持，幫助后者減緩和適應(yīng)氣候變化。

斯德哥爾摩進一步設(shè)置了2015年人均碳排放降低3t的目標和2050年成為零化石能源城市，目前已有80%的能源來自于可再生能源。在交通出行方面，市中心利用公共交通出行比率達到64%，所有鐵路交通均利用可再生能源發(fā)出的電力，市中心公交車也是新能源汽車，同時斯德哥爾摩也是歐洲清潔汽車保有量最高的城市，每年可減排20萬噸CO2。

1.3 我國城市低碳發(fā)展現(xiàn)狀

我國在發(fā)展水平、能源效率等方面仍落后于發(fā)達國家。中國的人類發(fā)展指數(shù)僅接近全球平均水平，和發(fā)達國家尚存在較大差距。發(fā)展經(jīng)濟和提高人民生活水平是我國面臨的首要問題。我國仍處于高碳生產(chǎn)階段，單位一次能源CO2排放量、單位GDPCO2排放量、單位發(fā)電量CO2排放量都高于發(fā)達國家和世界平均水平。我國人均工業(yè)和建筑的CO2排放量遠高于世界水平，而人均CO2排放量和交通領(lǐng)域人均CO2排放量都遠低于世界發(fā)達水平，這說明我國目前仍處于高能耗和高排放的工業(yè)生產(chǎn)階段，隨著經(jīng)濟發(fā)展和人均水平的提高，人均排放量和交通領(lǐng)域的排放量亟待提高。生產(chǎn)端高碳排放和消費端低碳排放水平，說明我國面臨著緊迫的低碳轉(zhuǎn)型需求。

1.4 我國城市低碳發(fā)展進程

我國在1990～2005期間，經(jīng)濟高速發(fā)展，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能降噪等方面均取得較大成果，這一時期結(jié)構(gòu)調(diào)整和能耗提高是CO2排放強度下降的根本原因。“十一五”期間明確提出節(jié)能降耗，大量關(guān)停小火電廠、小水泥廠和小鋼鐵廠，水電、風電、太陽能都得到了快速發(fā)展。

我國政府已明確做出了2020年碳排放強度比2005年下降40%～45%的承諾，以控制CO2排放增加量。強度目標受經(jīng)濟增長速度和CO2排放雙重影響，很難形成國民經(jīng)濟、社會發(fā)展的約束和制定相應(yīng)統(tǒng)計、監(jiān)測、考核辦法。因此，考慮中國城市低碳規(guī)劃，同時借鑒國際城市低碳規(guī)劃的特征，城市提出明確的碳排放總量目標是必要的。

2 城市能源的低碳發(fā)展

2.1 智能電網(wǎng)

2.1.1 智能變電站

變電站是完成電壓變換的基本單元。城市作為電力的主要終端用戶，主要依靠變電站將區(qū)域高壓電網(wǎng)轉(zhuǎn)換位不同用戶需求的電力資源。智能變電站是城市智能電網(wǎng)的重要節(jié)點之一，其功能不單局限在縱向數(shù)據(jù)采集和命令執(zhí)行，同時還負擔著運行橫向信息共享，確保電網(wǎng)運行的穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟。變電站服務(wù)于城市智能電網(wǎng)應(yīng)充分體現(xiàn)互動化要求。

第一，智能變電站負擔著各類電源與用戶的接入與退出，電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的采集和命令的執(zhí)行；第二，變電站統(tǒng)一信息平臺改變了以往的信息孤島系統(tǒng)，電力系統(tǒng)橫向系統(tǒng)多、縱向?qū)哟味嗟臉I(yè)務(wù)孤立格局，實現(xiàn)與控制中心之間、與相鄰變電站之間以及用戶之間的雙向交互式的信息溝通。

2.1.2 智能配電網(wǎng)

配電是電力系統(tǒng)中直接與用戶相連并向用戶分配電能的環(huán)節(jié)。在我國110 kV電壓等級以下電網(wǎng)稱為配電網(wǎng)。配電自動化功能分為：實現(xiàn)配電網(wǎng)實時監(jiān)控、自動故障隔離及恢復(fù)供電等功能，稱為配電網(wǎng)運行自動化；實現(xiàn)離線的或?qū)崟r性不強的設(shè)備管理、停電管理、用電管理等功能，稱為配電網(wǎng)管理自動化。

2.1.3 智能電表

智能電表可以實現(xiàn)雙向互動供電模式下的雙向計量功能、可實現(xiàn)動態(tài)浮動電價下的快速響應(yīng)、切換和電價實時結(jié)算等功能。高級計量系統(tǒng)中的智能電表可以取得用戶詳細的用電信息，促成分時電價實施，使用戶直接參與電力市場。高級計量系統(tǒng)通過其通信網(wǎng)絡(luò)，把用戶和電力公司緊密相連，成為實現(xiàn)配電自動化的智能電網(wǎng)基礎(chǔ)性功能模塊。

2.2 分布式能源

2.2.1 概念解析

分布能源是一種在建的用戶端的小型、規(guī)?；哪茉垂?yīng)方式，其能效高、節(jié)能、環(huán)保，目前許多發(fā)達國家已將分布式能源綜合利用效率提高到80%～90%以上，大大超過傳統(tǒng)用能方式的效率。由于城市高度的人口密度和對供電可靠性的要求，分布式能源得以在城市地區(qū)推廣。

2.2.2 我國城市分布式能源

2019年，國家能源局明確天然氣改革的關(guān)鍵一步：建設(shè)1 000個天然氣分布式能源項目；到2020年，在全國規(guī)模以上城市推廣使用分布式能源系統(tǒng)，裝機容量達到5 000萬千瓦，并建設(shè)10個左右典型特征的分布式能源示范區(qū)域。

中國城市熱電廠分布式能源改造對城市能源供應(yīng)具有重要意義。夏季和冬季是負荷的高峰期，如采用熱、冷、電三聯(lián)供應(yīng)系統(tǒng)，既可以滿足冬夏季的供熱與供冷需求，也提供了部分電力；降低了電力峰荷，起到了電力調(diào)峰的作用；同時也解決了電網(wǎng)峰谷差帶來的部分問題。城市電廠有著靠近負荷中心的地理優(yōu)勢，應(yīng)積極發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，建成分布式能源供應(yīng)中心，提高能源利用率，降低城市運營成本，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3 城市交通的低碳發(fā)展

3.1 城市交通模式

在客運交通中，鐵路(包括鐵路)和公交車的排放水平較低，轎車由于車型和排放標準的差異，其排放范圍較寬，但整體水平高于公共交通，交通類型中航空運輸?shù)臏厥覛怏w排放水平最高，全球差異也較小。

從我國城市各類交通工具的成本和CO2排放水平可以看出，自行車和公共汽車的成本和CO2排放都比較低，轎車的排放水平遠高于公交車和電動自行車。鼓勵城市居民選擇以自行車、公共交通等綠色出行，是低碳城市交通發(fā)展的重要內(nèi)容。

3.2 我國機動車CO2排放水平

影響中國城市機動車CO2排放的因素很多，主要是機動車性能、路況和行駛里程等。機動車性能主要指發(fā)動機性能、機動車車型設(shè)計和重量。發(fā)動機性能受約束于機動車排放標準。同時機動車重量也是影響機動車CO2排放的重要因素。

另外一個影響城市機動車CO2排放的重要因素是機動車年行駛里程，我國輕型轎車的行駛里程和城市建成區(qū)面積呈負相關(guān)，隨著建成區(qū)面積增加，城市汽車行駛里程有下降趨勢，可能的原因是建成區(qū)面積較大的往往是經(jīng)濟發(fā)達的城市，其汽車保有量增加的速度要快于城市建成區(qū)面積增加的速度，從而交通效率下降，導致汽車行駛里程下降。隨著中國機動車保有量的增加，大型城市的機動車行駛里程會有所下降，中小型城市的行駛里程可能有所上升。

3.3 機動車類型轉(zhuǎn)變

3.3.1 電動汽車優(yōu)勢

與傳統(tǒng)燃油汽車相比，電動汽車具有更高的能源利用效率，同時也具有較高的CO2減排潛力。同時，電動汽車有利于將污染源轉(zhuǎn)化為點源(機動車污染物排放→電廠污染物排放)，有利于規(guī)?；廴局卫砗凸芾?。

3.3.2 我國電動汽車現(xiàn)狀情況

2009年，我國實施“十城千輛”示范工程，混合動力車(HEVs)和電動汽車(BEVs)主要用于出租車和公共汽車。該項目覆蓋城市有北京、上海、重慶、長春、大連、杭州、濟南、武漢、深圳、合肥、長沙、昆明、南昌。我國的其他的城市也積極推廣電動汽車示范應(yīng)用。

4 城市建筑的低碳發(fā)展

建筑相關(guān)的碳排放包括建筑材料的生產(chǎn)、運輸、房屋建設(shè)、維修和拆毀等產(chǎn)生的碳排放和建筑使用過程中的碳排放(建筑照明、采暖、空調(diào)、電器等)。建筑物消耗了全球近40%的終端能源，其中一半用于采暖和熱水，其余用于家用電器，包括照明、空調(diào)和冰箱等。提高建筑物能效是效益成本最高的CO2減排方式之一，其90%可實現(xiàn)的減排成本低于每噸CO220美元的價格。如果按生命周期計算，現(xiàn)有的能效技術(shù)將使新建筑物消費的能源降低30%～40%。全球建筑節(jié)能和碳減排具有相當大的潛力。

4.1 中國建筑的平均能耗和CO2排放

我國南北方建筑能耗除掉冬季采暖外，同類型建筑的能耗水平差異不大。大型公共建筑比一般公共建筑能耗高3～8倍。北方地區(qū)冬季城鎮(zhèn)都要采暖，其中70%城鎮(zhèn)面積采用集中供暖，剩余30%的城鎮(zhèn)面積采用各種分散分戶式局部采暖。集中供暖中約一半是熱電聯(lián)產(chǎn)供暖，主要形式包括熱泵、直接電熱、煤爐、碳爐等。

根據(jù)我國不同氣候區(qū)的能耗情況，可以估算我國建筑平均CO2排放水平。計算中，發(fā)電排放因子取CO2788 g/kWh，對于熱電聯(lián)產(chǎn)的排放因子選取CO2788 g/kWh，非熱電聯(lián)產(chǎn)的排放因子選取CO21 023 g/kWh。

4.2 建筑供暖和供冷

4.2.1 實施供熱末端管理

采暖能耗不僅與建筑物需熱有關(guān)，還與采暖方式有關(guān)。我國北方地區(qū)城鎮(zhèn)建筑為了滿足部分末端偏冷建筑或房間溫度不低于18 ℃，而加大供熱量，造成實際供熱量大于采暖需熱量。

當前常用的單管串聯(lián)方式的散熱器，由于各支路流量不能隨時調(diào)整，導致供熱量增加15%～20%，末端不均勻造成的部分建筑過熱損失可達總供熱量的30%，使集中供熱量達到115 kWh/(·a)。對于小規(guī)模集中供熱來說，過熱供熱的損失在15%～25%。對單棟建筑獨立熱源集中供熱的系統(tǒng)，這種不均勻損失有可能控制在15%以下。獨立源的分散供熱方式可以避免這種熱損失。

當前，熱改工作的核心是：通過改革采暖收費方式，按照實際得到的熱量收費，促進各種房間溫度調(diào)控措施的使用，從而避免過量供熱，降低采暖能耗。熱改的最終目的是實現(xiàn)分戶分室的溫室調(diào)節(jié)。

4.2.2 工業(yè)余熱解決城市供暖

目前我國集中供熱的熱源是熱電聯(lián)產(chǎn)或大型燃煤鍋爐。存在熱源嚴重不足、新增容量受土地和城市大氣環(huán)境限制等問題。一些小容量熱電聯(lián)產(chǎn)電廠由于夏季發(fā)電效率太低，相繼被關(guān)閉；熱網(wǎng)輸送能力嚴重不足，難以實現(xiàn)增大管徑，導致城市熱網(wǎng)供熱不足60%。

我國20～200萬人口的城市，大多數(shù)周邊均有一些高余熱工業(yè)。充分利用這些余熱，并充分挖掘現(xiàn)有熱電聯(lián)產(chǎn)電廠余熱，充分利用已有城市熱網(wǎng)資源，基本上可以解決冬季采暖問題。

5 結(jié)束語

面對生態(tài)環(huán)境惡化和全球氣候變暖的挑戰(zhàn)，需采取更為積極且先進的城市節(jié)能措施：

(1)低碳建筑的定義應(yīng)更嚴謹，應(yīng)強調(diào)建筑的綠改造，在建設(shè)全新的建筑同時應(yīng)加緊將已建成的建筑升級成為低碳建筑，同時跳出建筑單體的空間尺度，在我國“城市雙修”策略提出的指導下，完成城市生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的重大使命；

(2)低碳能源策略應(yīng)側(cè)重于智能電網(wǎng)和分布式能源的規(guī)劃布點；

(3)低碳交通策略從交通模式轉(zhuǎn)變、機動車碳排放標準、機動車類型轉(zhuǎn)變、替代能源等角度入手；

(4)低碳建筑的建設(shè)重點則為城市建筑采暖及建筑電耗兩大低碳方向。