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(guò)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(wàn)年以來(lái)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(lái)與能源有關(guān)的CO2 排放量的增長(zhǎng)將主要來(lái)自城市。到2030年, 由能耗產(chǎn)生的CO2 排放中將有76%來(lái)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(méi)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(méi)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(guò)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(méi)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(jiàn)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(jiàn)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?？梢钥紤]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(lái)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(méi)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(méi)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(méi)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(lái)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(lái)。

 

  在快速城市化過(guò)程中, 主要的碳源來(lái)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(lái)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(yáng)能熱水器、發(fā)展地源熱泵和安裝太陽(yáng)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(guò)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(méi)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(wèn)題, 也是發(fā)展問(wèn)題, 歸根到底是發(fā)展問(wèn)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.rijz.cn/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(lái)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(lái)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(méi)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(lái)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(méi)有發(fā)展起來(lái), 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(lái)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(wèn)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(guò)程中的碳排放, 而對(duì)城市建設(shè)和資源利用過(guò)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(wèn)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(wàn)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(lái)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(lái)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(guò)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(wú)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(kù)。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(guò)城市層面(可稱之為“大能源”)的能源規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)第1個(gè)“ D”, 即能源低碳化;通過(guò)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(guò)終端節(jié)能來(lái)實(shí)現(xiàn)。終端節(jié)能也被視為“虛擬能源”, 作為一種無(wú)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(guò)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(wú)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(wú)碳可再生能源(風(fēng)、光、核、水)規(guī)?；瘧?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(wàn)kW。無(wú)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(wàn)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(lái)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(lái)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(yáng)能光熱和太陽(yáng)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(lái)自于分布式的資源, 需要在區(qū)域?qū)用嫔贤ㄟ^(guò)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(lái)自于可再生能源或未利用能源的熱源/熱匯水, 通過(guò)作為基礎(chǔ)設(shè)施的管網(wǎng)輸送到用戶。在用戶端, 總線來(lái)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(guò)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(yáng)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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(wú)碳的替代能源,也是實(shí)現(xiàn)低碳城市的重要環(huán)節(jié)。