基于情景分析法的南京市低碳城市建设研究

李长顺，唐德才，王 云

(1.福建省气象局 气象服务中心，福州350001;2.南京信息工程大学 经济管理学院，南京210044;3.安徽省人工影响天气办公室，合肥230061)

0 引言

工业革命导致大规模化石燃料的使用，温室气体的排放量逐渐升高。根据相关统计，在美国的城市生活中，工业、建筑、交通的温室气体排放量均约占总排放量的1/3。在英国，80%的化石燃料是由建筑和交通消耗的，城市是最大的CO2排放者［1］。近年来国内外许多学者对低碳城市建设做了大量研究，方时姣从低碳经济的角度出发，认为低碳经济的理念与低碳城市的理念具有很强的内在一致性，均强调在经济发展的同时保护好人类环境［2］;B.Sadownik等从城市治理角度指出，通过政府对城市化过程中的土地利用、能源控制、建筑设计等引导政策的执行，可以达到减少碳排放预期的目的［3］;仇保兴从国家政策的角度出发，认为低碳经济政策的制定应考虑到城市低碳化发展的需要，以技术、管理、经济等作为切入点，将低碳经济政策与低碳城市规划政策有机结合，促进低碳城市的建设和发展［4］。孙钰等认为城市的碳排放是衡量低碳城市的主要指标［5］。宋伟轩通过构建低碳城市的指标评价体系，对长江沿岸28个城市的低碳指数进行聚类分析与评价，认为不同城市应根据构成低碳指数的具体情况，制定相对应的低碳城市发展战略［6］。J.Norman等通过对城市发展及蔓延方面的研究，得出交通对城市CO2排放量起着关键作用［7］。赵荣钦等通过构建碳排放清单的核算框架和计算方法，对江苏省2000—2010年碳排放清单进行测算，提出应重点加强工业能源与交通能源部门的减排力度［8］。

南京作为六朝古都和现代化大都市，有经济规模和经济总量上的优势，在全国也有着独特的影响力。南京在转变传统高能耗、高排放的发展模式上具有很大的潜力。欧盟第三代环保组织曾对南京化工园区中的扬子石化、扬子巴斯夫、金浦橡胶等企业进行了细致充分的考察分析，认为在南京沿江开发区推进企业低碳化及园区低碳化具有重要意义。建设低碳城市是可持续发展思想在城市发展中的落实，也是低碳经济理念在城市发展中的具体化［9］。目前，对于南京建设低碳城市的研究很少且集中在经济层面以及定性的政策研究阶段，缺少具体行业碳排放实证分析基础上的详细研究。因此，对南京具体行业碳排放的实证研究将对目前处于快速城市化进程中的中国其他城市具有一定的借鉴作用，更为我国城市发展模式的转型提供了新的思路。

1 资料来源与研究方法

1.1 资料来源

数据资料来源于《江苏统计年鉴》(2002—2014)、《南京统计年鉴》(2005—2014)、《中国城市统计年鉴》(2005—2014)、《中国交通年鉴2014》、《中国能源统计年鉴2014》提供的直接数据或经计算得出的数据;部分数据来源于对江苏省统计局和南京市统计局实地调研及其官方网站;碳排放量数据是根据碳排放计算公式计算得出。

1.2 研究方法

1.2.1 低碳建筑研究模型。在建筑碳排放方面，影响其碳排放的具体因素为建筑面积、单位建筑面积的能源消耗及建筑单位能耗的CO2排放量。具体模型表述为:

式中:Ce为CO2排放量;S为建筑面积;E为建筑能耗总量。

为了简化，根据能耗和单位能耗碳排放计算建筑碳排量。民用建筑电耗采用《中国城市统计年鉴》和《南京统计年鉴》整理计算的南京(市辖区)居民用电量，热耗采用《中国城市统计年鉴》和《南京统计年鉴》整理计算的南京(市辖区)液化石油气、天然气、煤气的消耗量。采用能源折算法，将各能源的使用量折算为标煤，排放系数取统一数值进行能源的碳排放折算，计算公式为:

式中:Ce为CO2排放量;k为能源碳排放系数;E为能源使用量;i为能源种类。

1.2.2 低碳交通研究模型。低碳交通的研究内容包括道路交通、水运和空运。由于道路交通能源消耗量占整个城市交通的70%以上，对低碳交通的研究主要针对道路交通展开。

对交通碳排放的预测。根据对交通碳排放有主要影响作用的因素，运用低碳城市模型，对其进行修正:

由于车辆交通碳排放受车辆数量和车辆行驶里程因素的影响，所以，针对车辆碳排量的计算，将模型(3)变换为模型(4):

式中:V表示车辆数量;M表示行驶里程;E/M表示单位里程的能耗;C e/E表示能源与CO2的换算系数。

1.2.3 低碳工业研究模型。低碳工业的实质是以能源技术和减排技术创新为核心、以产业结构调整和制度创新为手段的工业生产。据统计，南京城市50%以上的CO2排放来自工业生产。在未来，南京工业必须加快工业化进程，提高能源利用率，降低碳排放，大力发展新型工业。

对于未来发展目标预期估算。由于南京工业碳排放受工业的性质、工业企业的人数、工业产值以及单位工业生产总值的能源消耗的影响，对于南京工业CO2排放，需要通过模型的变换，推导出南京工业CO2排放的基本模型:

式中:G代表工业生产总值;E为工业生产总能耗;E/G为单位工业产值的能源消耗，可统一折算为标准煤计算。

1.2.4 由情景分析法演变的3种低碳城市模式。情景分析法又称脚本法或前景描述法，是假定某种现象或某种趋势将持续到未来的前提下，对未来将要出现的情景加以描述，是一种直观的定性预测方法［10］。根据诸大建等［11］的研究成果，结合城市特点，对3种低碳城市模式即惯性情景模式、适宜情景模式、低碳情景模式做出如下解释:①惯性情景是指随着城市发展及GDP的增长，碳排放量也逐渐增加，使城市环境压力进一步加大，属于传统的惯性发展模式;②适宜情景是指在保持城市经济增长的同时，城市碳排放总量由增加到减少的过程，然后保持稳定的低碳排放，最终达到理想的模式，实现脱钩发展;③ 低碳情景模式是指在城市经济增长的同时，自然资源的约束不再是城市发展的瓶颈，物质消耗大量减少，碳排放量呈现零增长甚至负增长，达到一种理想状态的发展模式。

1.2.5 基于情景分析的评价指标选择。在对一个城市是否为低碳城市的评判中，需要运用科学的评价指标体系。将弹性系数引入到低碳评价指标中。弹性系数法是一种间接预测法，是在对一个因素的发展做出预测的基础上，通过弹性系数对另外一个因素进行推测［12］。在低碳城市评价中，这个因素为经济变量增长幅度。这里将弹性系数定义为人均GDP增长率与CO2排放增长的比例系数。

对于未来的碳排放，不同国家有不同的预测及战略部署。中国在定位自己的发展计划中，立足于当前经济发展形势，做出1.5到2倍的预测及部署。不同城市定位也不同，根据南京经济发展的现状及对未来的预测，对于南京碳排放适宜情景的定位为1.5，即未来几年内，南京经济总量是当前经济总量的4倍，而碳排量仅为目前的1.5倍，即弹性系数小于0.5。

2 南京低碳城市发展分析

2.1 低碳建筑发展

2.1.1 建筑碳排放。要对南京城市建筑低碳化分析，必须首先了解南京建筑的能耗及CO2排放情况。由于历年《江苏统计年鉴》、《南京统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》等统计年鉴中均未对南京公共建筑能源使用情况做出统计且无法通过计算得出较为科学的数据，为了保证研究的严谨性，仅以民用建筑为例，将低碳建筑的碳排放类型分为电耗(包括空调、照明、家电、办公设备等)和热耗(热水、采暖、炊事等)。

随着人民生活水平的不断提高，南京建筑碳排放以年均12.42%的速度增长。南京建筑碳排放量在逐年增长(表1)。据统计，南京建筑能源消费的增长幅度已经超过能源消费总量的增长幅度。建筑能源消费总量的快速增长使南京减少CO2排放的压力进一步增大。

南京民用建筑电耗量及CO2排放量逐年增加。2004年，南京民用建筑电耗为24.79亿kW·h，碳排放量为247.11万 t，2013 年南京民用建筑电耗为83.44亿kW·h，碳排量为831.74万t。即2004至2013年的10年间南京民用建筑电耗CO2排放量增长约3.4倍。

在煤、石油、天然气中，煤炭的碳含量最高，为25.5 kg/GJ，石油次之，为 19.26 kg/GJ，天然气最低，为15.3 kg/GJ［13］。根据《中国城市统计年鉴》(2005—2014)的统计，南京民用建筑中，煤气的使用量最高，其次是液化石油气，再次是天然气，这也说明在南京城市建筑中能源结构问题突出。2005—2013年，煤气使用的碳排量最大，除2007—2008年出现略微下降外，总体呈增长趋势。天然气的使用量在逐年增加而液化石油气使用量整体呈下降趋势，这在一定程度能够相对减少CO2的排放。但是由于基数增长的速度大于液化石油气减少与天然气增加之间的差值，民用建筑热力消耗的碳排放量依然在增长。

表1 南京建筑碳排放总量 万tTab.1 The total amount of Nanjing building’s carbon emissions

2.1.2 运用情景分析法确定低碳建筑目标。以模型(2)为基础，运用惯性情景、适宜情景(相对脱钩)和低碳情景(绝对脱钩)3种情景模式分析来确定南京低碳建筑建设的未来目标。以电力及能源结构中各能源的使用量作为影响因素进行分析。定义过去几年的平均发展速度为惯性情景，以2020年南京建筑碳排量的最大值达到2013年排放的1.5倍作为适宜情景，以2020年与2013年排放相当的情景作为低碳情景。

惯性情景:南京保持12.42%建筑碳排量的增长速度，到2020年，南京建筑碳排放总量为4 817.87万t，是2013年的2.3倍。

适宜情景:建筑总面积的大小对电力及能源的消费总量影响很大。在居住用地方面，2005—2013年年均增长率约为4.11%，在暂不考虑工业用地对建设用地的影响下，假设未来建筑用地增长率保持目前的年均增长率4.29%，预计到2020年，南京建筑碳排放约为3 148.55万t，是2013年的1.5倍，比在惯性情境下减少1 209.01万t的碳排量，则2013年至2020年的CO2排放年均增长率为5.96%。

低碳情景:到2020年，南京建筑碳排放与2007年持平，则CO2年排放增长率为0。

2.1.3 发展低碳建筑的对策措施。城市碳排放的增长主要是由城市居民不良生活模式及消费观念所致，虽然有许多人受低碳理念的影响提倡低碳，但是并不能细致到生活的各个方面，若要在2020年之前达到相对脱钩(适宜情景)的减排量，必须对人们的生活习惯和消费理念进行更加细致的引导，深入普及低碳生活理念。①建筑能源使用低碳化。建筑使用中的能源消费是建筑能源消费碳排量的重要来源，所以建筑中能源使用的低碳化对低碳建筑的建设尤为重要。如在炊事方面尽量使用天然气替代煤气及液化石油气。尽量减少电热水器和燃气热水器的使用频率，使用太阳能热水器。电能使用方面主要集中于家用电器的能耗。②建筑节能法规化。城市基础设施建设需要统筹城市建筑的供能供电系统，按照《节能法》对城市中的建设、生产等一系列活动进行监督，在合理使用能源的基础上，尽可能地节约能源，对城市的节能赋予法律属性。2008年10月1日，《民用建筑节能条例》正式实施，条例规定对使用空调采暖、制冷的公共建筑实行室内温度控制:冬季室内制暖温度不得高于20℃，夏季室内制冷温度不得低于26℃。《民用建筑节能条例》的出台使节能减排具有法律效力，将建筑节能提上新的高度。

2.2 低碳交通发展

2.2.1 交通碳排放。道路交通碳排放包括汽车、摩托车、农用运输车和拖拉机等使用时产生的碳排放。由于农用运输车和拖拉机占道路交通车辆总量的比例低于1%，故不将其纳入南京交通碳排放总量中。南京的汽车类型主要包括载客汽车和载货汽车两大类，其中载客汽车又分为大型、中型、小型和微型，载货汽车分为重型、中型、轻型、微型［14］。以2008年南京市各类交通工具的碳排放量(表2)为例，通过模型(4)研究南京交通碳排放特征。

表2 2008年南京交通碳排放量Tab.2 Carbon emissions of Nanjing’s transport in 2008

根据表2的计算结果并结合《南京统计年鉴2009》、《中国交通年鉴2014》可以得出，2008年南京交通碳排放总量为650.91万 t。在载客汽车中，小型汽车为417 184辆，大型载客汽车为10 091辆，其CO2排放量分别占南京交通排放总量的44.56%和14.62%。在载货汽车中，重型载货汽车数量为8 206辆，中型载货汽车数量为17 067辆，其CO2排放量分别占南京交通排放总量的11.18%和12.11%。产生这一现象的原因，一是目前南京市车辆总体燃油率不高，部分车辆尾排放不达标;二是南京交通中重型和轻型的载货汽车大部分是以柴油作为主要燃料;三是私人汽车的增加，2008年南京车辆总辆数相比2007年增加100 700辆，而仅私人汽车的数量就由2007年的313 228辆增长为2008年的385 047辆，占车辆增加总数的71.32%，且私人小汽车年均增长率高于南京汽车CO2排放增长率。

2003—2013年南京交通车辆及CO2排量(图1)表明，2003—2013年南京载客汽车数量有大幅度增长。载货汽车增长平稳，摩托车数量2008到2010年增长缓慢，2011到2013年有下降趋势。2003—2013年南京交通碳排放总量依然是以每年近15%的增长率增长，致使南京交通碳减排压力依然很大。

图1 2003—2013年南京交通车辆及CO2排量Fig.1 The condition of Nanjing’s traffic and CO2 emissions from 2003 to 2013

2.2.2 运用情景分析法确定低碳交通目标。以模型(4)为基础，运用惯性情景、适宜情景和低碳情景3种情景模式分析法预测南京低碳交通建设的未来目标。以交通能源的使用总量作为影响因素进行分析。定义过去几年的平均发展速度为惯性情景。

惯性情景:2013年南京车辆约为169万辆，假设未来几年每辆车的行驶里程保持目前每年1.57%的增长速度。耗油量仍然以每年0.267%的速度下降。惯性情景下，南京车辆数量仍然保持13.76%的增长，CO2的增长率保持在15%。到2020年，南京交通车辆数量将是2013年的2.47倍，车辆带来的CO2排放量将为2013年的 2.66 倍，达到3 301.99 万 t。

适宜情景:根据南京市规划局的规划，到2020年，南京地铁将建成11条线路，总长达405 km。交通碳排放也因私人汽车拥有者选择乘坐更加方便的公共交通工具而使CO2的排放大大减少。预计到2020年，南京交通碳排量将为2013年的1.5倍。

低碳情景:在未来，由于城市建设的更加紧凑，汽车燃油率不断提高，公共交通更加发达，这将抵消全部因车辆增长而带来的CO2增长。在这种理想模式下，2020年，城市交通的CO2将于2013年持平。达到低碳情景即脱钩情景。

2.2.3 发展低碳交通的对策措施。针对南京低碳交通目标预测，要达到2020年适宜情景的交通减排目标，必须根据南京目前的交通碳排放状况制定低碳交通的对策措施。①交通部门节能技术创新。我国道路交通的能耗占交通总能耗的50%以上，是世界平均能耗的1.2倍。节能方面，提高燃油率能够一定程度减少碳排放，但是不能承担起大量减排的重担。近年来混合动力汽车和新能源汽车的研发和使用具有前瞻性。目前中国的混合动力汽车技术已居于世界前列，未来中国应将目标锁定在促进汽车动力的升级和转型上。②发展公共交通，低碳出行。南京市民对出行的选择比较灵活多样，在人们生活水平不断提高的今天，便捷是人们出行选择的重要因素。所以，在倡导低碳生活、绿色出行的同时，政府及各有关部门要提供便捷的公共交通［15］。发展南京的公共交通，倡导低碳出行，将会大量减少南京交通的碳排量，更好地推进南京低碳城市的建设。

2.3 低碳工业发展

2.3.1 工业生产碳排放。化石能源一直是中国工业发展的主要能源类型，在中国现阶段的工业化进程中，化石能源仍然占据着不可替代的位置。南京作为工业主导型城市，预计在未来的相当一段时间里，将无法摆脱对化石能源的依赖。在南京建设低碳城市过程中，低碳工业的发展任重而道远。

南京工业碳排放主要是由化石能源消耗产生，2003年南京工业生产碳排放为3 066.10万t，2013年增长到7 538.62万t，工业生产碳排放平均年增长率为10.83%。

工业行业内部主要包括制造业、采矿业以及电力、燃气三大行业。其中制造业每年消耗能源的碳排放占据工业碳排放的90%以上。而制造业中金属制造、石油、化工及电力热力的生产等能源密集型行业的碳排放占整个制造业碳排放的绝大多数。原煤、焦炭、原油等高碳能源在工业生产中的使用量很大。以原煤为例，仅电力、热力的生产和供应业的原煤使用量就占2013年工业原煤使用总量的73.56%。

2.3.2 运用情景分析法确定低碳工业目标。南京低碳工业未来目标的预测以低碳工业模型(5)为基础，以化石能源在工业生产中的使用量作为影响因素，采用情景分析法3种模式来预测未来南京工业碳排放情况。

惯性情景:2013年南京工业碳排放量为7 538.62万t，未来几年在不改变经济发展模式、产业结构和能源结构不作大的调整、能源效率按照目前的发展速度稳步提升、工业CO2排放按照2003—2013年年均10.83%的速率增长的情景下到2020年，南京工业CO2的排量为17 609.84万 t，是 2003 年的5.74 倍。

适宜情景:根据2003—2013年工业能源消耗的标煤折算量和南京工业能源生产总值，计算得出南京2003—2013年的平均能源增长率为7.45%。在适宜情景下，规定2020年南京工业生产CO2排放量为2013年的1.5倍，计算得出在适宜情景下，CO2增长率为5.96%。根据低碳工业模型，如果假设南京工业总产值增长率保持2003—2013年平均增长率15.78%不变，那么必须将南京工业能源效率从7.45%提升至11.19%。这需要进一步加快南京能源结构的调整。

低碳情景:低碳情景下，2020年南京工业生产CO2排量与2013年相当，CO2排放的增长率相对于2013年近似为0。如果要保持工业生产总值的增长率不变，就必须对能源结构和产业结构进行彻底的调整。

2.3.3 发展低碳工业的对策措施。针对适宜情景提出的碳排放预期，南京发展低碳工业的主要突破口为提高能源利用效率。①加速产业结构调整。淘汰高能耗、高排放、低效益的企业，建立工业各行业的行业排放标准，对于表现良好的企业进行政策上的倾斜扶持和财政支持，对于长期绩效较低的企业予以停产改造。从企业内部的产业结构上对技术进行优化，鼓励技术创新、校企联合和企业之间联合。② 提高能源利用效率。提高能源利用率也就是降低能源强度。能源强度下降的本质是工业企业必须要创新体制，提高管理水平以及加大节能技术的研发与引进。鼓励以电能替代现有的化石能源，并形成以电力和天然气消耗为主、化石能源为辅的能源调控体系，通过逐步扩大可再生能源的消费，改变现有的能源利用结构。增加对以扬子石化、金浦橡胶、锦湖轮胎为代表的南京化工园区各企业的能源利用情况的关注，建立健全节能减排制度。

3 结论

低碳城市建设在我国已悄然兴起，但是由于各城市的经济发展、城市规划、基础设施建设等情况的不同，不同城市的低碳城市建设的方式及路径也不尽相同。在通过运用低碳建筑、交通、工业模型对南京碳排放现状进行分析的过程中，虽然碳排放的计算数据不能绝对准确、全面地反映南京市的碳排放情况，但是可以说明南京近年来碳排放的大致情况以及走势，为之后的城市碳减排及建设低碳城市方法或路径的研究提供数据支持。

选取建筑、交通和工业作为研究对象是因为建筑的碳排放实际上是反映建筑中的人对碳排放的影响。交通碳排放一定程度反映产业结构多元化、能源消费结构多元化和能源强度的情况。而南京作为典型的工业城市，工业碳排放占南京碳排放的一半以上。这3个因素对于南京碳排放的影响具有很强的代表性。另外，利用情景分析法分析建筑、交通和工业并对南京未来几年碳排放情况进行预估，可以在了解碳排放趋势的同时，避免过高或过低估计未来碳排放情况，而弹性系数的引入使得南京建设低碳城市的目标和工作更加明确。

建设低碳城市的过程中，控制城市碳排放的源头是城市低碳化的首要任务。提高人的低碳意识显得尤为重要。首先，从微观物质流角度将低碳工作做在进口环节，强调低碳能源及清洁能源的使用。其次，大力倡导技术创新，开发节能技术，提高能源利用率来把控中间环节。最后，南京建设低碳城市还需要政策及法律的支持，在出口环节为南京的低碳城市建设做出贡献。

［1］ 顾朝林，谭纵波，刘宛，等.气候变化、碳排放与低碳城市规划研究进展［J］.城市规划学刊，2009(3):38-45.

［2］ 方时姣.绿色经济视野下的低碳经济发展新论［J］.中国人口·资源与环境，2010，20(4):8-11

［3］ Sadownik B，Jaccard M.Shaping Sustainable Energy Use in Chinese Cities:The Relevance of Community Energy Management［J］.The Planning Review，2002，38(151):15-22.

［4］ 仇保兴.兼顾理想与现实——中国低碳生态城市指标体系构建与实践示范初探［M］.北京:中国建筑工业出版社，2012.

［5］ 孙钰，李泽涛，姚晓东.天津市构建低碳城市的策略研究——基于碳排放的情景分析［J］.地域研究与开发，2012，31(6):115-118.

［6］ 宋伟轩.长江沿岸28个城市的低碳化发展评价［J］.地域研究与开发，2012，31(1):139-144.

［7］ Norman J，MacLean H L，Kennedy C A.Comparing High and Low Residential Density:Life-cycle Analysis of Energy Use and Greenhouse Gas Emission［J］.Journal of Urban Planning and Development，2006，132(1):10-21.

［8］ 赵荣钦，黄贤金，高珊，等.江苏省碳排放清单测算及减排潜力分析［J］.地域研究与开发，2013，32(2):109-115.

［9］ 郑瑞.低碳理念与低碳城市建设［J］.生态经济，2011(10):59-61.

［10］ 田光明.情景分析法［J］.晋图学刊，2008(3):7-10.

［11］ 诸大建，陈飞.上海发展低碳城市的内涵、目标及对策［J］.城市观察，2010(2):54-66.

［12］ 宣江平，樊建强.基于弹性系数法的公路经济贡献探讨［J］.统计与决策，2010(20):91-94.

［13］ 滕藤，郑玉歆.可持续发展的理念、制度与政策［M］.北京:社会科学文献出版社，2004.

［14］ 许盛.南京市温室气体排放清单及其空间分布研究［D］.南京大学，2011.

［15］ 赵凯，蒋伏心.经济集聚、城市区位与城市土地产出率——来自江苏省的数据［J］.华东经济管理，2013(2):1-6.