1 建設(shè)低碳城市

 

  2009年12月19 日, 在丹麥哥本哈根舉行的《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》締約方第15次會(huì)議終于落下了帷幕。大會(huì)通過的不具法律約束力的《哥本哈根協(xié)定》表明, 盡管世界各國(guó)在應(yīng)對(duì)氣候變化的策略和溫室氣體減排量的分配上有著巨大的分歧, 但面對(duì)全球氣候變化的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí), 人類對(duì)溫室氣體減排的目標(biāo)卻是一致的, 即將全球氣溫平均上升2 ℃作為一個(gè)可以接受的“安全底線”。根據(jù)世界氣象組織的報(bào)告, 2008 年全球大氣平均CO2 已達(dá)3.852 ×10-4 , 達(dá)到地球歷史上65萬年以來的最高值。根據(jù)國(guó)際氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)提出的建議, 若要將全球溫升控制在2 ℃以內(nèi), 就必須將CO2 濃度控制在4.50 ×10-4以內(nèi)(以下簡(jiǎn)稱為“ 450目標(biāo)”)。

 

  根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)IEA的估計(jì), 2006年全球城市能耗達(dá)79億t油當(dāng)量, 占全球總能耗的2/3, 這一比例到2030年將上升至3/4。因此, 未來與能源有關(guān)的CO2 排放量的增長(zhǎng)將主要來自城市。到2030年, 由能耗產(chǎn)生的CO2 排放中將有76%來自城市。

 

  我國(guó)正處于快速城市化發(fā)展階段, 城市化率以每年接近1%的速度增長(zhǎng), 2008 年達(dá)到45.7%,2020年預(yù)期將達(dá)到60%以上。根據(jù)我國(guó)的一份研究報(bào)告, 2006年我國(guó)地級(jí)以上城市的CO2 排放量占全國(guó)總量的55%, 其中僅“ 100強(qiáng)”城市(GDP最高的100 座城市)的CO2 排放量就占全國(guó)總量的41%。而“100強(qiáng)”城市的GDP總量占到全國(guó)總量的67.36%, 是經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、人才集聚的高地。

 

  綜上所述, 發(fā)展低碳城市是中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、面向“后京都時(shí)代”的必然選擇。

 

  2 低碳城市的評(píng)價(jià)指標(biāo)

 

  那么, 什么是“低碳城市” ? 到目前為止, 世界各國(guó)都沒有給出確切的定義。我國(guó)有學(xué)者提出, 所謂“低碳城市”是指城市在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的前提下,保持能源消耗和CO2 排放處于較低的水平[ 2] 。但是, 當(dāng)前所有有關(guān)低碳城市的概念, 還都處于“務(wù)虛”的階段, 并沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。世界上已經(jīng)有不少低碳甚至“零碳”的示范項(xiàng)目, 給人的印象是低碳城市只是富人的游戲、是發(fā)達(dá)國(guó)家度過其排放高峰期之后的一種自我救贖。

 

  低碳城市必須有明確的、可測(cè)度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

 

  沒有具體的碳排放指標(biāo), 那么所謂的“低碳”只是空談。筆者認(rèn)為, 我國(guó)低碳城市必須同時(shí)滿足下述條件:1)人均CO2 排放量低于全國(guó)同類城市排放量平均水平(2006年數(shù)據(jù)見表1);2)地均CO2 排放量低于全國(guó)同類城市平均水平(2006年數(shù)據(jù)見表1);3)單位GDP的CO2 排放量低于全國(guó)“ 100強(qiáng)”城市平均水平(2006年為0.203 7);4)該城市的人類發(fā)展指數(shù)(HDI)高于0.8。上述平均值指標(biāo), 易于理解、便于計(jì)算, 但在公平性方面還有欠缺。例如, 北方城市有較大的供熱負(fù)荷, 如我國(guó)哈爾濱市的采暖度日數(shù)高達(dá)5 032 (℃· d), 而緯度比哈爾濱更高的德國(guó)主要城市采暖度日數(shù)的平均值只有3 043(℃·d)。如果拿哈爾濱市去與我國(guó)南方城市或德國(guó)城市比較人均碳排放量, 顯然有失公允。可以考慮用人均單位度日數(shù)(供冷度日數(shù)和供熱度日數(shù))碳排放指標(biāo)來比較。

 

  即便如此, 在中國(guó)目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段, 要實(shí)現(xiàn)上述低碳目標(biāo)也是一件很困難的事情。中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組將我國(guó)城市分成資源開發(fā)型、工業(yè)主導(dǎo)型、綜合型和旅游型4 類。表1 給出了中國(guó)科學(xué)院研究組給出的4 類城市的CO2 排放數(shù)據(jù),可知城市碳排放與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)等諸多因素相關(guān)。表2給出了世界主要城市的人均碳排放量, 我國(guó)的城市由能源消耗所產(chǎn)生的碳排放水平在國(guó)際上處于相對(duì)較高的位置。由于能源統(tǒng)計(jì)上的差別, 國(guó)外城市的碳排放中均未包括航空和海運(yùn)的能耗。

 

  除了碳排放技術(shù)指標(biāo), 對(duì)低碳城市的評(píng)價(jià)還應(yīng)包括聯(lián)合國(guó)提出的“人類發(fā)展指數(shù)(HDI)”這一人文社會(huì)指標(biāo)。2006年中國(guó)的HDI指數(shù)為0.762, 在全世界179個(gè)國(guó)家中排在第94位。HDI指數(shù)在0.9以上的國(guó)家和地區(qū)有33個(gè), 我國(guó)香港以HDI指數(shù)為0.947排在第22位。另外, 我國(guó)京津滬等發(fā)達(dá)城市, HDI指數(shù)在早年就已達(dá)到8.0以上[ 6] 。需要指出的是, 一方面在以農(nóng)業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)下, 可以做到幾乎沒有商品能源的消費(fèi)和碳排放, 但社會(huì)發(fā)展水平低下顯然不是我們所追求的低碳經(jīng)濟(jì)目標(biāo);另一方面, 城市的貧困和欠發(fā)達(dá)也可以實(shí)現(xiàn)低碳:民生凋敝, 老百姓沒有錢花在必要的能源消費(fèi)上;城市中的貧民窟、棚戶區(qū)、落后的基礎(chǔ)設(shè)施和日益擴(kuò)大的貧富差距, 這當(dāng)然也不是我們所追求的目標(biāo)。富人燒錢買低碳、窮人沒錢“被”低碳, 都失去了低碳城市的本意。低碳城市, 首先要實(shí)現(xiàn)“城市讓生活更美好”的愿景。

 

  可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)基本原則就是公平性原則,即在滿足人人享有基本人文需求的前提下, 限制奢侈性和浪費(fèi)性排放、保障“2 ℃溫升和450目標(biāo)”的實(shí)現(xiàn), 達(dá)到代內(nèi)公平與代際公平。我國(guó)學(xué)者提出的基于“ 450目標(biāo)” , 從累積排放量(即1900 ～ 2050年)得出國(guó)家碳預(yù)算(即未來允許排放量), 從而界定各國(guó)排放量限額, 并做地理因素、氣候因素和資源稟賦調(diào)整的方法, 得到了各國(guó)好評(píng)[ 7] 。這一方法完全可以移植到低碳城市評(píng)價(jià)中來。

 

  在快速城市化過程中, 主要的碳源來自土地利用和能源利用。在土地利用中, 城市建設(shè)的高速發(fā)展, 使大量原來作為碳匯的植被被破壞, 原先能夠作為碳中和的農(nóng)田被占后不能復(fù)原。在能源利用中,城市能源消耗又分成工業(yè)、建筑和交通3部分。一般而言, 現(xiàn)代服務(wù)業(yè)越是發(fā)達(dá)的城市, 建筑能耗在總能耗中的比例越高;經(jīng)濟(jì)越是發(fā)達(dá)的城市, 交通能耗的占比也越高。當(dāng)然, 城市中人們生活和消費(fèi)所產(chǎn)生的碳排放也是不容忽視的。

 

  因此, 建設(shè)低碳城市并不是推廣太陽能熱水器、發(fā)展地源熱泵和安裝太陽能光伏電池那么簡(jiǎn)單, 它涉及規(guī)劃、交通、建筑、能源、環(huán)境、景觀和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等諸多方面, 是城市建設(shè)理念的根本性轉(zhuǎn)變。

 

  3 探索中國(guó)式的低碳城市發(fā)展模式

 

  國(guó)際上低碳城市示范項(xiàng)目基本分為3類。

 

  1)發(fā)達(dá)國(guó)家的典型, 如瑞典的馬爾默(Malmo)。

 

  馬爾默是過去的工業(yè)和港口城市, 20 世紀(jì)后, 其傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)移, 現(xiàn)在以IT工業(yè)和服務(wù)業(yè)為主, 低能耗、高附加值, 成為著名的綠色城市和低碳城市。

 

  2)富裕國(guó)家的典型, 如阿聯(lián)酋的馬斯達(dá)(Masdar)。馬斯達(dá)是在沙漠中平地拔起的新城, 除了服務(wù)業(yè)沒有任何傳統(tǒng)意義上的工業(yè)。根據(jù)世界自然基金會(huì)(WWF)的報(bào)告, 阿聯(lián)酋的人均碳排放量是世界上最高的國(guó)家之一, 而馬斯達(dá)是沙漠中的一葉綠洲, 只計(jì)算當(dāng)?shù)氐哪芎暮吞寂欧哦豢紤]與之相關(guān)的整個(gè)供應(yīng)鏈上的能耗和排放, 只注重技術(shù)的先進(jìn)性而不計(jì)成本(成本和金錢也是能耗, 也有碳排放)而成為所謂“零碳”城市。

 

  3)發(fā)展中國(guó)家的典型, 如上海市的崇明島。崇明島由于交通的不便成為緊鄰高度城市化地區(qū)的欠發(fā)達(dá)地區(qū)。2006 年崇明人均碳排放量?jī)H為1.4 tCO2 當(dāng)量, 不到我國(guó)綜合型城市人均碳排放量的1/10。由于崇明島工業(yè)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá), 2008年, 總?cè)丝谥?5.5%從事農(nóng)業(yè), 人均GDP只有上海市的1 /4。

 

  因此其森林、農(nóng)田、濕地等生態(tài)資源都保存得很好,人均碳匯資源有1.2 tCO2 當(dāng)量?？梢钥闯? 貧窮、欠發(fā)達(dá)、低城市化是可以維持很好的低碳環(huán)境的, 但低碳不應(yīng)等同于不發(fā)展, 保留落后狀態(tài)絕不應(yīng)該是低碳城市所追求的目標(biāo)。崇明島的發(fā)展目標(biāo), 是成為中國(guó)乃至世界的低碳示范區(qū)。對(duì)崇明的建設(shè)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、建筑、能源、交通和生態(tài)環(huán)境需要做全面的研究。

 

  我國(guó)2009年《規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)條例(草案)》強(qiáng)調(diào)“氣候變化既是環(huán)境問題, 也是發(fā)展問題, 歸根到底是發(fā)展問題”。針對(duì)中國(guó)這樣處于工業(yè)化中期和高速城市化發(fā)展階段的國(guó)家, 必須探索實(shí)現(xiàn)低碳城市的路徑。這在發(fā)達(dá)國(guó)家和富裕國(guó)家中是找不到先例的, 而這種探索正是中國(guó)對(duì)國(guó)際應(yīng)對(duì)氣候變化事業(yè)所作出的貢獻(xiàn)。

 

  在發(fā)達(dá)國(guó)家, 能源消耗所排放CO2 總量在各部門之間的排序由高到低依次為建筑、交通和工業(yè)。

 

  以美國(guó)紐約為例, 2007年由于能源消耗所產(chǎn)生的溫室氣體排放比例中, 建筑占51%(包括電力消耗產(chǎn)生的間接排放)、交通占37.5%, 而工業(yè)只占11.5%。而英國(guó)倫敦2006年的溫室氣體排放總量中, 建筑占71%、地面交通占22%、工業(yè)僅占7%。

 

  建筑排放中, 僅燃?xì)?a href="http://www.cityofbrews.com/t/采暖.html" >采暖就占了近80%。

 

  中國(guó)正處于工業(yè)化中期。城市的GDP來源, 一是投資拉動(dòng), 即土地流轉(zhuǎn)和房地產(chǎn)開發(fā);二是傳統(tǒng)制造業(yè), 即重化工業(yè)以及出口消費(fèi)品制造業(yè)的發(fā)展。

 

  因此, 在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中工業(yè)能耗占據(jù)主導(dǎo)。另外,近年來我國(guó)汽車消費(fèi)占世界的10%, 大城市中車輛擁堵情況日益嚴(yán)重。如果平均車速?gòu)?0 km/h下降到30 km/h, 碳排放量相應(yīng)增加10%。因此, 中國(guó)城市碳排放量是以工業(yè)為主、交通次之。圖1 為上海2007年能源消耗的碳排放比例, 這一結(jié)果是根據(jù)當(dāng)年能源消耗實(shí)物量計(jì)算得到的。由圖可知, 在中國(guó)城市(尤其是沒有集中采暖的城市)中, 各部門能耗和由耗能產(chǎn)生的碳排放量由高到低的排序依次是工業(yè)、交通和建筑, 正好與發(fā)達(dá)國(guó)家的排序相反。

 

  根據(jù)上述分析可知, 在中國(guó)實(shí)施低碳城市計(jì)劃,降低城市碳排放, 首先要調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。2009年,中央確定了上海國(guó)際金融中心和航運(yùn)中心的地位,同時(shí)上海也正在爭(zhēng)取建成地區(qū)性經(jīng)濟(jì)中心和貿(mào)易中心。這“4個(gè)中心”的發(fā)展戰(zhàn)略, 給上海帶來了建設(shè)低碳城市的最好機(jī)遇。但在2009年, 上海經(jīng)歷了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的陣痛期, 由于全球金融危機(jī)的沖擊, 上海的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)還沒有發(fā)展起來, 而傳統(tǒng)工業(yè)已開始逐漸萎縮, GDP增長(zhǎng)率一度跌落到全國(guó)最末位。由此可知, 中國(guó)的國(guó)情決定了我國(guó)在未來一段時(shí)間內(nèi), 不可能像美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家那樣實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的根本轉(zhuǎn)變, 即徹底地從低端制造業(yè)轉(zhuǎn)變成為先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè), 將高能耗高排放工業(yè)轉(zhuǎn)移到其它國(guó)家,也不可能完全改變以煤為主的工業(yè)用能結(jié)構(gòu), 更不可能將大型傳統(tǒng)工業(yè)統(tǒng)統(tǒng)關(guān)掉。我國(guó)東部發(fā)達(dá)城市的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移去向大多是我國(guó)西部欠發(fā)達(dá)地區(qū), 污染、排放和能耗其實(shí)還留在中國(guó)本土。因此, 要建設(shè)低碳城市就必須面對(duì)城市中的工業(yè)碳排放問題。對(duì)以重化工業(yè)為主導(dǎo)的城市, 必須將工業(yè)減排放在重中之重的位置, 可以有以下幾條解決途徑:提高工業(yè)生產(chǎn)效率, 降低人均碳排放量;改變大能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu), 降低單位能耗的碳排放量;關(guān)停一部分落后產(chǎn)能;產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型, 生產(chǎn)附加值高、能耗較低的產(chǎn)品, 降低單位GDP的碳排放量;企業(yè)技術(shù)改造, 采用高效先進(jìn)工藝(例如發(fā)電行業(yè)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng));采用碳捕集和碳封存(CCS)技術(shù)。

 

  4 低碳城市的城市形態(tài)

 

  當(dāng)前對(duì)低碳城市的研究主要集中在城市運(yùn)營(yíng)過程中的碳排放, 而對(duì)城市建設(shè)和資源利用過程中的壽命周期碳排放則主要在材料的選用中加以考慮。

 

  在低碳城市建設(shè)中, 應(yīng)遵循世界自然基金會(huì)(WWF)提出的“CIRCLE”原則:即緊湊型城市遏制城市膨脹(Compact)、個(gè)人行動(dòng)倡導(dǎo)負(fù)責(zé)任的消費(fèi)(Individual)、減少資源消耗潛在的影響(Reduce)、減少能源消耗的碳足跡(Carbon)、保持土地的生態(tài)和碳匯功能(Land)、提高能效和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)(Efficiency)。這6項(xiàng)原則決定了低碳城市城市形態(tài)的主要特征是“緊湊型城市” , 即高密度(Highdensity)、高容積率(Highplotratio)、高層(Highrise)的3“H(高)”城市。尤其在中國(guó), 決不能走美國(guó)低密度、郊區(qū)化和私人汽車主導(dǎo)的城市發(fā)展模式。

 

  1)高密度。我國(guó)擁有世界最龐大的人口數(shù)量,但卻擁有相對(duì)貧瘠的土地。我國(guó)人口密度是138人/km2 , 在世界上排在第11位, 但幾乎有50%的土地是非宜居的, 例如地處高原的西藏, 其人均密度只有2.26 人/km2 。我國(guó)人均耕地面積只有932 m2(1.4畝), 在世界上排在第126 位。因此, 緊守18億畝耕地底線, 不僅是保證13億人吃飯問題, 也是保持土地碳匯能力的關(guān)鍵。但是當(dāng)前我國(guó)城市建設(shè)用地為24萬km2 , 人均城市建設(shè)用地為130多m2 ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家的人均82.4 m2 和發(fā)展中國(guó)家的人均88.3 m2 [ 10] 。如上海, 盡管市中心(外環(huán)內(nèi))人口眾多(13 831 900人), 在世界上排在第2位, 但人口密度僅為7 174人/km2 , 遠(yuǎn)比不上東京的14 151人/km2 和紐約的10 452人/km2 。然而, 上海的擁擠、交通堵塞和空氣污染都比東京和紐約更為嚴(yán)重。

 

  主要原因在于, 空間利用不合理;公共交通不發(fā)達(dá),加大了私人汽車通勤和出行的比重;由于房地產(chǎn)泡沫, 市中心區(qū)大量住房空置, 或用于“炒房”而并不住人, 使得城市中心“空心化” 。這就迫使城市像“攤大餅”式擴(kuò)張, 不斷侵占耕地, 將碳匯變成碳源。

 

  根據(jù)研究, 全國(guó)平均的農(nóng)田碳匯能力可達(dá)380.78kg/(hm2 · a)。特別是隨著我國(guó)水稻生產(chǎn)發(fā)展, 稻田土壤中的有機(jī)碳儲(chǔ)量也在不斷增長(zhǎng)。稻田不但是最重要的糧食生產(chǎn)保障, 也是我國(guó)固碳減排十分重要的土壤類型和農(nóng)作系統(tǒng)。因此, 發(fā)展低密度住宅、郊區(qū)化住區(qū)和人為區(qū)分“富人區(qū)” 、“窮人區(qū)”等建設(shè)理念都不能滿足減碳要求。

 

  2)高容積率。所謂容積率, 是指總建筑面積與建設(shè)用地面積之比。較高的容積率并不意味著擁擠和逼仄, 而是表現(xiàn)為在有限的城市空間上布置高密度的產(chǎn)業(yè)和人口, 單位用地面積有較高的產(chǎn)出, 也可以在一定程度上降低房?jī)r(jià)。提高容積率必須根據(jù)土地的環(huán)境容量, 可以參照國(guó)外“私地公用”的辦法,允許發(fā)展商提高容積率, 但必須在建設(shè)用地中設(shè)置綠地和公共活動(dòng)空間, 作為碳匯。高容積率的社區(qū)應(yīng)該是集約化發(fā)展的混合社區(qū), 具備工作、生活、休閑和保健等基本功能, 減少出行對(duì)動(dòng)力型交通的需求。

 

  3)高層?！案邔印笔窃凇案呙芏取焙汀案呷莘e率”之后的必然選擇。由于高層建筑能耗強(qiáng)度(單位土地面積上的能耗)高, 給低能量密度的可再生能源利用帶來困難, 在超高層建筑中采用被動(dòng)式節(jié)能措施也很不容易, 而且是城市熱污染(熱島效應(yīng))的主要來源。因此, 高層建筑能源系統(tǒng)的效率對(duì)于降低其能耗就顯得至關(guān)重要。由于高層建筑對(duì)城市日照環(huán)境和風(fēng)環(huán)境有很大影響, 因此對(duì)于低碳的緊湊型城市應(yīng)該進(jìn)行“氣候設(shè)計(jì)”, 即對(duì)城市空間各個(gè)等高面上的氣流、溫度和日照分布做模擬分析。

 

  基于以上分析, 總結(jié)出低碳城市城市形態(tài)的如下特點(diǎn):有合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu), 既有發(fā)達(dá)的服務(wù)業(yè), 也有節(jié)能環(huán)保的實(shí)體經(jīng)濟(jì);城市能源結(jié)構(gòu)中化石燃料的比例在50%以下;城市空間布局是緊湊型、多中心、組團(tuán)化和網(wǎng)絡(luò)式的;通過城市氣候設(shè)計(jì)完成城市總體規(guī)劃;所有廢棄物實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用;集約型多功能的社區(qū), 用先進(jìn)的ICT技術(shù)(信息/通信技術(shù))減少交通需求;舒適和無縫換乘的公共交通系統(tǒng), 自行車與步行優(yōu)先的道路網(wǎng)絡(luò);所有建筑都按綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)建造, 建筑節(jié)能水平高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);保留天然濕地、綠地, 發(fā)展都市農(nóng)業(yè), 形成城市碳匯和碳庫。低碳城市必然是宜居城市, 城市與自然和諧、人與自然和諧、人與人和諧, 城市讓生活更美好。

 

  5 低碳城市的能源愿景

 

  低碳城市的能源規(guī)劃目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)3“ D”, 即使用低碳能源(Decarburization)、分散產(chǎn)能(Decentralization)和減少需求(Demandreduction)。

 

  要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo), 需要分別通過城市層面(可稱之為“大能源”)的能源規(guī)劃來實(shí)現(xiàn)第1個(gè)“ D”, 即能源低碳化;通過社區(qū)層面(可稱之為“區(qū)域能源”)的能源規(guī)劃實(shí)現(xiàn)第2 個(gè)“D”, 即分散產(chǎn)能;而第3 個(gè)“D”, 減少需求, 則可通過終端節(jié)能來實(shí)現(xiàn)。終端節(jié)能也被視為“虛擬能源”, 作為一種無碳排放的資源進(jìn)入?yún)^(qū)域能源規(guī)劃。

 

  1)使用低碳能源。城市層面的大能源供應(yīng)要實(shí)現(xiàn)低碳化需要通過國(guó)家的宏觀規(guī)劃和統(tǒng)籌, 在城市能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)上降低煤炭比例、加大低碳和無碳能源的比例。

 

  上海2007年的K值為0.606 9 t碳當(dāng)量/t標(biāo)煤(相當(dāng)于2.225 3 tCO2 當(dāng)量/t標(biāo)煤)。從式(1)可以看出, 要降低K值, 可以采取以下措施:降低煤炭、石油在能源消費(fèi)中的比例(降低α和β 值);適當(dāng)增加天然氣比例(提高γ值);大大增加無碳可再生能源(風(fēng)、光、核、水)規(guī)模化應(yīng)用比例(提高δ值);改善能源利用技術(shù), 降低碳排放(降低α、β和γ的系數(shù)值, 直至0)。例如, 2010 年我國(guó)可再生能源在能源供應(yīng)中的比例將達(dá)到10%, 2020 年達(dá)到15%。另外, 國(guó)家還計(jì)劃到2020年將核電裝機(jī)量提高到7 000萬kW。無論是大型水力發(fā)電和核電項(xiàng)目, 還是大規(guī)模光伏、光熱和風(fēng)電項(xiàng)目, 都需要國(guó)家擔(dān)保的融資和跨地區(qū)的協(xié)調(diào), 而非一個(gè)城市所能自行解決的。另外, 傳統(tǒng)能源的清潔利用, 例如利用煤的清潔燃燒技術(shù)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)(IGCC)、長(zhǎng)距離高壓直流輸電、智能化電網(wǎng)(Smartgrid)等都需要列入國(guó)家計(jì)劃。

 

  2)分散產(chǎn)能。社區(qū)層面的區(qū)域能源主要是實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的分散化。此處的“區(qū)域”是指社區(qū)、街區(qū)、成片開發(fā)區(qū), 占地面積在數(shù)km2 以下、建筑面積在百萬m2以下。在這一層面上, 能源系統(tǒng)主要滿足“建成環(huán)境(BE, builtenvironment)”的需要?！胺稚⒒笔窍鄬?duì)于大電廠、大電網(wǎng)、大壟斷和大集中而言的。分布式能源將是未來城市能源的發(fā)展趨勢(shì), 但鑒于低碳能源的低能量密度和緊湊型城市建筑的3“H(高)”特點(diǎn), 未來城市分布式能源將會(huì)是一種城市尺度分散—區(qū)域尺度多源集中—終端用戶個(gè)別用能的模式。它有別于大電網(wǎng)集中供能—全分散(樓、戶、室)用能的傳統(tǒng)模式;也有別于大電網(wǎng)集中供能—城域或區(qū)域集中供冷供熱的模式。能量密度較低的低品位能源(如淺層地表蓄熱能、地表水溫差能、太陽能光熱和太陽能光伏等)不可能像傳統(tǒng)發(fā)電廠那樣在近地大規(guī)模集中生產(chǎn), 也不可能在緊湊型城市中完全分散到一家一戶。這些能源來自于分布式的資源, 需要在區(qū)域?qū)用嫔贤ㄟ^一個(gè)能源樞紐(hub)集成應(yīng)用。因此, 它既不同于傳統(tǒng)大能源“ 1對(duì)N” , 也不同于全分散能源“ 1對(duì)1”, 而是一種分布式或分散供能、集總式或集中用能的“集散式”系統(tǒng), 使資源利用的效率和效益最大化。這也是中國(guó)低碳城市與發(fā)達(dá)國(guó)家不同的特點(diǎn)。

 

  在緊湊型城市區(qū)域熱系統(tǒng)中, 最有發(fā)展前景的是能源總線系統(tǒng)。即來自于可再生能源或未利用能源的熱源/熱匯水, 通過作為基礎(chǔ)設(shè)施的管網(wǎng)輸送到用戶。在用戶端, 總線來的水作為水源熱泵的熱源/熱匯, 低品位的能源經(jīng)熱泵提升能級(jí)、換熱后再回到源頭, 或排放(地表水)、或循環(huán)再次換熱(通過換熱器與各種“源”和“匯”耦合)、或回灌(地下水)。相對(duì)于空氣源熱泵而言, 水源熱泵的能效更高, 由于利用了空氣與熱源/熱匯水之間的溫差位勢(shì)能, 降低了非直接碳排放。

 

  在區(qū)域電力系統(tǒng)中, 目前研究最多的是能源互聯(lián)網(wǎng)(energyinternet)系統(tǒng), 又稱微網(wǎng)(microgrid)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)將分散的小型、微型的分布式能源(包括樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)、燃料電池、太陽能光伏發(fā)電以及小型風(fēng)力發(fā)電等)所生產(chǎn)的電力, 通過連接各建筑的電力微網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分布式電力的互聯(lián)互通。

 

  在城市范圍內(nèi)建立為電動(dòng)汽車快速充電的電力微網(wǎng), 實(shí)現(xiàn)直流家居(即直流電直接入戶), 從根本上建立能源的低碳應(yīng)用方式。

 

  由于區(qū)域能源系統(tǒng)同時(shí)具有集中系統(tǒng)和分散系統(tǒng)的特點(diǎn), 所以必須有能源規(guī)劃、有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。只有通過能源規(guī)劃, 才能充分發(fā)揮分散的資源優(yōu)勢(shì);只有通過制訂技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范, 才能正確評(píng)價(jià)和估計(jì)不同的資源, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。

 

  3)減少需求。終端層面主要實(shí)現(xiàn)能耗減量化。

 

  這也是低碳城市能源系統(tǒng)最大的特點(diǎn), 它改變了以增加資源供給來滿足日益增長(zhǎng)的需求的傳統(tǒng)思維定勢(shì), 將提高需求側(cè)(終端)能源利用率所節(jié)約的資源統(tǒng)一作為一種替代資源來看待, 因此形成了零碳排放的虛擬能源。終端節(jié)能有3條措施, 一是在設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備采購(gòu)和系統(tǒng)調(diào)試等方面執(zhí)行更嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn);二是加強(qiáng)建筑的運(yùn)行管理, 建立科學(xué)的管理機(jī)制、采用先進(jìn)的ICT技術(shù);三是行為節(jié)能, 能源系統(tǒng)的最終用戶是人, 要在所有人群中倡導(dǎo)科學(xué)、理性和負(fù)責(zé)任的能源消費(fèi)觀念。

 

  6 結(jié) 論

 

  在中國(guó)特定的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、城市化水平和資源條件下, 要實(shí)現(xiàn)低碳城市將面臨巨大的挑戰(zhàn)。

 

  國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)和示范并不完全適合中國(guó)國(guó)情, 中國(guó)必須探索自己發(fā)展低碳城市的道路。

 

  中國(guó)人口眾多、土地資源稀缺, 低碳城市形態(tài)必然是緊湊型的3“H(高)” (高密度、高容積率和高層)模式, 而適應(yīng)這種城市形態(tài)的城市能源系統(tǒng)必然是3“ D”(使用低碳能源、分散產(chǎn)能和減少需求)模式, 并分別在城市、社區(qū)和終端用戶3個(gè)層面實(shí)現(xiàn)。用戶側(cè)的節(jié)能, 可以視為一種無碳的替代能源,也是實(shí)現(xiàn)低碳城市的重要環(huán)節(jié)。