碳减排视角下的低碳城市

孙晓飞

(黑龙江省节能技术监测中心，哈尔滨 150001)

1 国内外低碳发展特征及现状

1.1 国际城市碳排放现状

城市占地球表面不到1%的面积，却消耗世界约75%的能源。城市是人口、建筑交通、工业、物流的集中地，也是能源消耗的高强度地区，因此成为温室气体排放的热点和重点地区。C40(大城市领导组织)提出：城市蔓延、对机动交通的高度依赖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%的人为温室气体，因而城市温室气体排放的快速增长成为全球温室气体排放上升的重要原因。IEA提出在基准情况下，全球城市能源消耗CO2排放在2006～2030年的增长速度是1.8%，高于全球排放增长速度1.6%，城市排放占全球的比例会从71%增长到76%。发展中国家(非OECD国家)城市CO2排放增长速度和幅度会更大。

1.2 国际城市低碳发展进程

发达国家由于自治性强，在碳减排方面非常活跃，，诸多国际大城市在温室气体清单的基础上已开始了低碳城市的探索。2005年2月16日，《京都议定书》和全美市长气候保护协议同时签署，协议核心内容提出使美国城市尽力达到或超过《京都议定书》设定的目标，美国有1 044个城市签署了该项协议，其中包括芝加哥、西雅图、丹佛等，分别对2020年和2050年提出节能减排目标。

2007年12月UNFCCC巴厘岛会议上达成世界市长和地方政府气候保护协定，承诺积极实施低碳战略，实现到2050年，全球的温室气体排放量比1990年时的水平低60%，目前已有112国签署。

2015年11月30日至12月11日，《联合国气候变化框架公约》第二十一次缔约方会议将在法国巴黎举行。200个缔约方一致同意通过《巴黎协定》。协定共29条，包括目标、减缓、适应、损失损害、资金、技术、能力建设、透明度、全球盘点等内容。《巴黎协定》指出，各方将加强对气候变化威胁的全球应对，把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内，并为把升温控制在1.5摄氏度之内而努力。全球将尽快实现温室气体排放达峰，本世纪下半叶实现温室气体净零排放。根据协定，各方将以“自主贡献”的方式参与全球应对气候变化行动。发达国家将继续带头减排，并加强对发展中国家的资金、技术和能力建设支持，帮助后者减缓和适应气候变化。

斯德哥尔摩进一步设置了2015年人均碳排放降低3t的目标和2050年成为零化石能源城市，目前已有80%的能源来自于可再生能源。在交通出行方面，市中心利用公共交通出行比率达到64%，所有铁路交通均利用可再生能源发出的电力，市中心公交车也是新能源汽车，同时斯德哥尔摩也是欧洲清洁汽车保有量最高的城市，每年可减排20万吨CO2。

1.3 我国城市低碳发展现状

我国在发展水平、能源效率等方面仍落后于发达国家。中国的人类发展指数仅接近全球平均水平，和发达国家尚存在较大差距。发展经济和提高人民生活水平是我国面临的首要问题。我国仍处于高碳生产阶段，单位一次能源CO2排放量、单位GDPCO2排放量、单位发电量CO2排放量都高于发达国家和世界平均水平。我国人均工业和建筑的CO2排放量远高于世界水平，而人均CO2排放量和交通领域人均CO2排放量都远低于世界发达水平，这说明我国目前仍处于高能耗和高排放的工业生产阶段，随着经济发展和人均水平的提高，人均排放量和交通领域的排放量亟待提高。生产端高碳排放和消费端低碳排放水平，说明我国面临着紧迫的低碳转型需求。

1.4 我国城市低碳发展进程

我国在1990～2005期间，经济高速发展，在产业结构调整和节能降噪等方面均取得较大成果，这一时期结构调整和能耗提高是CO2排放强度下降的根本原因。“十一五”期间明确提出节能降耗，大量关停小火电厂、小水泥厂和小钢铁厂，水电、风电、太阳能都得到了快速发展。

我国政府已明确做出了2020年碳排放强度比2005年下降40%～45%的承诺，以控制CO2排放增加量。强度目标受经济增长速度和CO2排放双重影响，很难形成国民经济、社会发展的约束和制定相应统计、监测、考核办法。因此，考虑中国城市低碳规划，同时借鉴国际城市低碳规划的特征，城市提出明确的碳排放总量目标是必要的。

2 城市能源的低碳发展

2.1 智能电网

2.1.1 智能变电站

变电站是完成电压变换的基本单元。城市作为电力的主要终端用户，主要依靠变电站将区域高压电网转换位不同用户需求的电力资源。智能变电站是城市智能电网的重要节点之一，其功能不单局限在纵向数据采集和命令执行，同时还负担着运行横向信息共享，确保电网运行的稳定、可靠、经济。变电站服务于城市智能电网应充分体现互动化要求。

第一，智能变电站负担着各类电源与用户的接入与退出，电网实时数据的采集和命令的执行；第二，变电站统一信息平台改变了以往的信息孤岛系统，电力系统横向系统多、纵向层次多的业务孤立格局，实现与控制中心之间、与相邻变电站之间以及用户之间的双向交互式的信息沟通。

2.1.2 智能配电网

配电是电力系统中直接与用户相连并向用户分配电能的环节。在我国110 kV电压等级以下电网称为配电网。配电自动化功能分为：实现配电网实时监控、自动故障隔离及恢复供电等功能，称为配电网运行自动化；实现离线的或实时性不强的设备管理、停电管理、用电管理等功能，称为配电网管理自动化。

2.1.3 智能电表

智能电表可以实现双向互动供电模式下的双向计量功能、可实现动态浮动电价下的快速响应、切换和电价实时结算等功能。高级计量系统中的智能电表可以取得用户详细的用电信息，促成分时电价实施，使用户直接参与电力市场。高级计量系统通过其通信网络，把用户和电力公司紧密相连，成为实现配电自动化的智能电网基础性功能模块。

2.2 分布式能源

2.2.1 概念解析

分布能源是一种在建的用户端的小型、规模化的能源供应方式，其能效高、节能、环保，目前许多发达国家已将分布式能源综合利用效率提高到80%～90%以上，大大超过传统用能方式的效率。由于城市高度的人口密度和对供电可靠性的要求，分布式能源得以在城市地区推广。

2.2.2 我国城市分布式能源

2019年，国家能源局明确天然气改革的关键一步：建设1 000个天然气分布式能源项目；到2020年，在全国规模以上城市推广使用分布式能源系统，装机容量达到5 000万千瓦，并建设10个左右典型特征的分布式能源示范区域。

中国城市热电厂分布式能源改造对城市能源供应具有重要意义。夏季和冬季是负荷的高峰期，如采用热、冷、电三联供应系统，既可以满足冬夏季的供热与供冷需求，也提供了部分电力；降低了电力峰荷，起到了电力调峰的作用；同时也解决了电网峰谷差带来的部分问题。城市电厂有着靠近负荷中心的地理优势，应积极发展热电联产，建成分布式能源供应中心，提高能源利用率，降低城市运营成本，实现可持续发展。

3 城市交通的低碳发展

3.1 城市交通模式

在客运交通中，铁路(包括铁路)和公交车的排放水平较低，轿车由于车型和排放标准的差异，其排放范围较宽，但整体水平高于公共交通，交通类型中航空运输的温室气体排放水平最高，全球差异也较小。

从我国城市各类交通工具的成本和CO2排放水平可以看出，自行车和公共汽车的成本和CO2排放都比较低，轿车的排放水平远高于公交车和电动自行车。鼓励城市居民选择以自行车、公共交通等绿色出行，是低碳城市交通发展的重要内容。

3.2 我国机动车CO2排放水平

影响中国城市机动车CO2排放的因素很多，主要是机动车性能、路况和行驶里程等。机动车性能主要指发动机性能、机动车车型设计和重量。发动机性能受约束于机动车排放标准。同时机动车重量也是影响机动车CO2排放的重要因素。

另外一个影响城市机动车CO2排放的重要因素是机动车年行驶里程，我国轻型轿车的行驶里程和城市建成区面积呈负相关，随着建成区面积增加，城市汽车行驶里程有下降趋势，可能的原因是建成区面积较大的往往是经济发达的城市，其汽车保有量增加的速度要快于城市建成区面积增加的速度，从而交通效率下降，导致汽车行驶里程下降。随着中国机动车保有量的增加，大型城市的机动车行驶里程会有所下降，中小型城市的行驶里程可能有所上升。

3.3 机动车类型转变

3.3.1 电动汽车优势

与传统燃油汽车相比，电动汽车具有更高的能源利用效率，同时也具有较高的CO2减排潜力。同时，电动汽车有利于将污染源转化为点源(机动车污染物排放→电厂污染物排放)，有利于规模化污染治理和管理。

3.3.2 我国电动汽车现状情况

2009年，我国实施“十城千辆”示范工程，混合动力车(HEVs)和电动汽车(BEVs)主要用于出租车和公共汽车。该项目覆盖城市有北京、上海、重庆、长春、大连、杭州、济南、武汉、深圳、合肥、长沙、昆明、南昌。我国的其他的城市也积极推广电动汽车示范应用。

4 城市建筑的低碳发展

建筑相关的碳排放包括建筑材料的生产、运输、房屋建设、维修和拆毁等产生的碳排放和建筑使用过程中的碳排放(建筑照明、采暖、空调、电器等)。建筑物消耗了全球近40%的终端能源，其中一半用于采暖和热水，其余用于家用电器，包括照明、空调和冰箱等。提高建筑物能效是效益成本最高的CO2减排方式之一，其90%可实现的减排成本低于每吨CO220美元的价格。如果按生命周期计算，现有的能效技术将使新建筑物消费的能源降低30%～40%。全球建筑节能和碳减排具有相当大的潜力。

4.1 中国建筑的平均能耗和CO2排放

我国南北方建筑能耗除掉冬季采暖外，同类型建筑的能耗水平差异不大。大型公共建筑比一般公共建筑能耗高3～8倍。北方地区冬季城镇都要采暖，其中70%城镇面积采用集中供暖，剩余30%的城镇面积采用各种分散分户式局部采暖。集中供暖中约一半是热电联产供暖，主要形式包括热泵、直接电热、煤炉、碳炉等。

根据我国不同气候区的能耗情况，可以估算我国建筑平均CO2排放水平。计算中，发电排放因子取CO2788 g/kWh，对于热电联产的排放因子选取CO2788 g/kWh，非热电联产的排放因子选取CO21 023 g/kWh。

4.2 建筑供暖和供冷

4.2.1 实施供热末端管理

采暖能耗不仅与建筑物需热有关，还与采暖方式有关。我国北方地区城镇建筑为了满足部分末端偏冷建筑或房间温度不低于18 ℃，而加大供热量，造成实际供热量大于采暖需热量。

当前常用的单管串联方式的散热器，由于各支路流量不能随时调整，导致供热量增加15%～20%，末端不均匀造成的部分建筑过热损失可达总供热量的30%，使集中供热量达到115 kWh/(·a)。对于小规模集中供热来说，过热供热的损失在15%～25%。对单栋建筑独立热源集中供热的系统，这种不均匀损失有可能控制在15%以下。独立源的分散供热方式可以避免这种热损失。

当前，热改工作的核心是：通过改革采暖收费方式，按照实际得到的热量收费，促进各种房间温度调控措施的使用，从而避免过量供热，降低采暖能耗。热改的最终目的是实现分户分室的温室调节。

4.2.2 工业余热解决城市供暖

目前我国集中供热的热源是热电联产或大型燃煤锅炉。存在热源严重不足、新增容量受土地和城市大气环境限制等问题。一些小容量热电联产电厂由于夏季发电效率太低，相继被关闭；热网输送能力严重不足，难以实现增大管径，导致城市热网供热不足60%。

我国20～200万人口的城市，大多数周边均有一些高余热工业。充分利用这些余热，并充分挖掘现有热电联产电厂余热，充分利用已有城市热网资源，基本上可以解决冬季采暖问题。

5 结束语

面对生态环境恶化和全球气候变暖的挑战，需采取更为积极且先进的城市节能措施：

(1)低碳建筑的定义应更严谨，应强调建筑的绿改造，在建设全新的建筑同时应加紧将已建成的建筑升级成为低碳建筑，同时跳出建筑单体的空间尺度，在我国“城市双修”策略提出的指导下，完成城市生态系统修复的重大使命；

(2)低碳能源策略应侧重于智能电网和分布式能源的规划布点；

(3)低碳交通策略从交通模式转变、机动车碳排放标准、机动车类型转变、替代能源等角度入手；

(4)低碳建筑的建设重点则为城市建筑采暖及建筑电耗两大低碳方向。