低碳城市研究的理论方法与上海实证分析

低碳城市研究的理论方法与上海实证分析陈 飞 诸大建(同济大学城市可持续发展与公共政策研究所,上海,200092)=摘要>本文论述了低碳城市研究的时代背景、界定了低碳城市的内涵、模型与评价方法。

以上海为例进行实证分析,定量化研究上海城市发展过程中的碳排放量,找出现实矛盾及问题,确定未来低碳发展总体战略目标,并落实到建筑、生产及交通领域研究上;制定基于城市生活低碳化、物质生产循环化及城市空间紧凑化的发展策略。

=关键词>低碳城市;内涵;模型;目标;策略=中图分类号>TU984;F29111 =文献标识码>A基金项目:中国博士后科学基金/低碳城市发展模型与应对策略研究0资助(编号20080440642);上海决策咨询委员会课题/关于上海培育发展低碳经济的主要内涵、目标及对策措施的研究0资助。

1 低碳城市研究的背景及意义节约能源,减少C O 2排放已经成为全球尤其是中国关注的重大问题。

CO 2排放的直接原因主要在于人类建设、生产及社会性活动中对化石及矿物燃料的不断消耗,造成大量碳排放。

城市作为物质空间,容纳了各种生产及创造性活动,进行着各种物质与能量交换,城市节能减排对全球气候与环境的影响意义重大。

伴随着C O 2排放量减小的需求,城市发展将会受到一定的影响,如何既能够减小单位经济规模的碳排放,又能保持城市发展及城市建设活动的可持续性,将成为研究的重要课题。

上海作为国际化大都市,未来具有独特的国际影响力,这不仅表现在上海每年的经济规模与经济总量上,更重要的是能够快速转变传统高消耗、高排放、高增长的发展模式,在保持经济继续增长的同时,发展低碳经济,这对于全球金融危机状况下的国际城市及当代中国快速城市化进程中的其他城市都将具有很强的借鉴作用。

基于以上分析,上海发展低碳城市研究具有如下两方面的意义:(1)确定低碳城市内涵,通过低碳经济模型及指标体系的建立,建立系统化的理论研究体系,可以量化城市发展过程中的碳排放量,有助于找出上海目前城市发展现状问题及所存在的差距,制定切实可行的低碳城市发展策略。

(2)应用到上海的生产、生活及城市建设实践中,在保证城市快速发展的同时,可以有效地减少排碳量。

促使节能减排工作实现,为城市可持续发展提供科学的决策依据及理论支持。

2 低碳城市的内涵、模型及评价211 低碳城市的内涵诸大建教授认为,低碳城市内涵包括两方面的含义,从宏观层面讲指的是经济增长与能源消耗增长及CO 2排放相脱钩,如果化石燃料使用及CO 2排放量的增长相对于经济增长或城市发展是非常小的正增长,就属于相对脱钩;如果是零增长或负增长,就属于绝对脱钩。

从微观上的物质流过程来看,低碳经济包括下列三个方面的经济活动,在经济过程的进口环节,要用可再生能源替代化石能源等高碳性的能源;在经济过程的转化环节,要大幅度提高化石能源的利用效率,包括提高工业能效、建筑能效和交通能效等;在经济过程的出口环节,要通过植树造林、保护湿地等增加地球的绿色面积,吸收经济活动所排放的CO 2,即所谓碳汇[1]。

综合以上分析,低碳城市研究应从以下三方面展开。

从城市碳排放构成上:强调建筑、交通及生产三大领域内的低碳发展模式,并涉及新能源利用、碳汇及碳捕捉(图1)据研究,人类活动造成的温室气体中,主要在于四大领域的贡献,分别为交通、建筑、工=文章编号>1006-3862(2009)10-0071-09城市可持续发展业及森林减少,在所有CO 2排放中,森林减少占据1812%,城市生产、交通及建筑碳排放量约占城市总的碳排放量的8118%以上,其中交通1715%(总温室气体的1315%),建筑使用中的电力及供暖1918%(总温室气体的1513%),工业占据4415%(总温室气体的3413%)[2]。

研究将首先集中在在城市发展中,最大限度减小化石能源消耗,降低单位GDP 产值的能耗量,提高能源利用效率,从发展模式上强调城市发展与碳排放脱钩(图2)。

其次是城市发展中尽可能利用可再生能源。

截止2008年,中国的可再生能源中,水电约占16141%,核能占1199%,生物质能、风能、太阳能约占总能耗的015%~1%左右[3]。

最后将涉及碳汇问题,在城市中加强森林、沼泽及湿地等生态系统的规模,最大限度地吸收储存CO 2,减少已经释放到大气中的CO 2含量。

图1城市碳排放构成及低碳行动领域图2 城市发展与碳排放量之间脱钩法发展212 低碳城市的模型低碳城市发展模型的架构对于本项目研究具有关键作用,分析城市碳排放的几大组成部分:城市交通、建筑、生产及生活等内容之间的相关性;论证不同能源使用与CO 2排放量之间的关系,公式(1)表述为CO 2=KE ,E 为不同类型能源使用量,可按标准统一折算为标准煤,系数K 为碳排放强度或者碳排放系数。

不同国家、地区,不同的技术条件及能源结构,系数K 是不等的。

中国长期依赖煤来供应所需要的能源,结构不合理及能源利用率较低。

燃烧1吨标煤排放的CO 2为2145吨。

¹在此研究中,假定没有进行大的能源结构调整。

K 值为恒量,低碳问题的研究就转化为对能源利用问题的研究。

城市能耗主要包括建筑使用中家庭生活所消耗的电能、天然气、热力(E 1),公共建筑能耗(E 2),外出交通能耗(E 3)及生产性能耗(E 4)的总计。

城市CO 2排放量采用总体计算方法,利用人均GDP 指标、单位GDP 产出的能耗量及CO 2与能源的换算比(K )来获得,公式(2)[4]表述为:C O 2=KE(1)C O 2排放量=P @GDP P @EGDP @CO 2E(2)213 低碳城市评价指标如何评价城市发展是否低碳,必须制定简便可行的评价体系,根据近几年能源效率增长状况,采用年人均GDP 增长率的能耗及C O 2排放增长率比例系数,即弹性系数来评价中国发展低碳城市的效果,分为三种情景:(1)当前惯性情景;(2)0150情景;(3)0情景(图3)。

图3 低碳评价指标3 上海发展低碳城市的总体目标311 现状根据公式(2),可以依据城市每年的经济规模,对未来城市C O 2排放量进行测算,从总体上明确未来城市发展低碳经济的目标。

以上海为例,截至到2007年,上海常住人口规模已超过1858万人,万元产值所消耗的能源折合为0183t 标煤,每吨标准煤排放CO 2为2145t 左右,以此可以计算上海2007年城市可持续发展陈 飞等:低碳城市研究的理论方法与上海实证分析CO2排放量为214亿t左右。

从图4中可以看出,从2003年起,上海人均GDP的增长速度已经超过CO2排放量的增长速度,这得益于上海近几年单位产值能耗的不断降低。

然而从人均碳排放角度,上海人均CO2排放量不断上升(图5),且高于北京、天津及香港等城市(表1)。

上海总CO2排放量中,工业占绝对的比例,其次为交通及建筑使用中的CO2排放(表2)。

未来需要重点关注居民的生活方式、城市功能结构及产业结构。

图4上海2000)2007年CO2排放量及人均GDP图5上海2000)2007年人均CO2排放比较资料来源:上海统计年鉴2001)2008,上海工业能源交通统计年鉴2006)2008。

表12006年国家及城市CO2排放比较[4]CO2排放量(万吨)人均CO2排放量(万吨)中国541587124112美国5696771519106日本121244129149上海2198210212111北京1446510591153.2总体目标利用以上计算工具及方法,根据未来十年各项指标的发展预测,可以确定上海市未来不同阶段碳排放具有三种情景模式。

2006年到2007年,单位GDP的能源消耗强度上海下降4166%,达到01833t标煤P万元GDP,北京下降6104%,天津下降419%,山东下降4154%[5]。

2000年到2007年上海单位GDP的能源效率提高为年平均414%,人均GDP增长率达到11%,人口年增长率平均为2%,未来几年上海市人口年增长基本控制到50万人以内。

假定以此平均数做为未来C O2排放惯性发展模式,并且假定未来上海GDP增长率保持年7%的中等速度发展,人均GDP保持正常9%的发展速度,2020年将会出现三种情景模式(表2)。

表22020年CO2排放的情景模式分析CO2排放量(2007=1)201220152020人口增长率(%)人均GDP增长率(%)能源使用效率增长率((%))CO2排放量增长率(%)弹性系数惯性情景1151119321922%11%414%816%0178相对脱钩情景111711281152%9%718%312%0136绝对脱钩情景1112%9%11%00情景一:若能源生产率在2007年的基础上,保持年均414%的增长速度,人口年均增长2%,没有大的产业结构调整,能源与CO2的K系数保持不变,过去几年人均GDP年增长率为11%,C O2排放量年均增长率816%。

未来十年,在可能情景模式下,假如人均GDP年平均增长率为9%的速度增长,2020年CO2排放总量出现峰值状态时的C O2排放量将达到2007年的2192倍;情景二:假如2020年CO2排放量达到峰值状态时,总量是目前的115倍,则能源生产率要在2007年的基础上年提高到718%,C O2排放年平均增幅为312%。

平均增幅与年GDP的增幅之比,即弹性系陈飞等:低碳城市研究的理论方法与上海实证分析城市可持续发展数为0136,属于相对脱钩情景;情景三:若能源生产率在2007年的基础上年提高11%,则CO 2排放将与2007年水平相等,年平均增幅为0%。

年C O 2平均增长幅度与年人均GDP 的增幅之比,即弹性系数为0,绝对脱钩情景。

上海2020年CO 2排放的三种情景模式下,对比世界上其他城市的减排目标发现,上海在相当一段时间内城市碳排放量将继续上升,未来减排压力巨大。

4 低碳城市的领域研究4.1 建筑使用碳排放41111 总量建筑使用阶段C O 2排放包括住宅生活及公共建筑,上海建筑能源消费以年均1012%的速度递增,略低于经济的发展速度。

CO 2总量由2000年的1952125万t 增至2007年的3857151万t,年均增速为816%,且公共建筑使用C O 2排放普遍偏高(图6)。

由此看出,建筑使用阶段能源消费增长的幅度已经超过能源消费总量的增长幅度。

建筑能源消费占全市能源消费的比重也由2000年的1415%持续攀升至2007年的16112%(图7)。

建筑能源消费总量的快速增长,加剧了上海C O 2排放的压力(表3)。

图6 上海建筑使用阶段CO 2排放量分类资料来源:根据上海统计年鉴2001)2008,中国建筑节能年度发展研究报告2008整理。

图7 上海建筑使用阶段CO 2排放量及占总量的比例资料来源:同上图。