劉 竹，耿 涌，薛 冰，董會娟

(1.中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，沈陽 110016;2.中國科學院研究生院，北京 100049)

現(xiàn)代城市低碳路徑與技術(shù)分析
——沈陽市的案例研究

劉 竹1，2，耿 涌1，薛 冰1，董會娟1，2

(1.中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，沈陽 110016;2.中國科學院研究生院，北京 100049)

從城市的經(jīng)濟發(fā)展、CO2和工業(yè)污染物排放、資源消耗的多維視角出發(fā)，以沈陽市為研究案例，運用定量化評價指標體系，分析了城市在經(jīng)濟發(fā)展與低碳轉(zhuǎn)型過程中的資源消耗和環(huán)境影響變化，并評價了城市尺度下各種技術(shù)的節(jié)能減排潛力和運用愿景;指出城市在全球低碳經(jīng)濟建設(shè)中的關(guān)鍵作用，城市尺度的減排技術(shù)能夠在相當程度上降低碳排放總量。從未來的發(fā)展來看，要實現(xiàn)經(jīng)濟增長與污染物排放總量降低，仍須進一步在技術(shù)和經(jīng)濟增長方式上大力投入。

現(xiàn)代城市;低碳;減排技術(shù)

1 前言

工業(yè)化時代以來，大規(guī)模使用化石能源排放大量溫室氣體導(dǎo)致的氣候急劇變化是自然生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定及全人類生存的巨大挑戰(zhàn)，降低溫室氣體排放、應(yīng)對氣候變化是當今可持續(xù)發(fā)展的重要命題。提高資源利用率、削減化石能源消耗和溫室氣體排放量成為世界各國尋求發(fā)展的必然選擇。自2003年英國首先提出“低碳經(jīng)濟”概念以來，世界各國競相提出以低能耗、低污染為基礎(chǔ)的“低碳經(jīng)濟”發(fā)展模式［1］。

城市是人口、經(jīng)濟活動與能源消費的中心，城市聚集了超過一半以上的人口和3/4的溫室氣體排放，是開展低碳經(jīng)濟模式的重要平臺。城鎮(zhèn)化與工業(yè)化是中國當前經(jīng)濟增長的主要推動力量，目前我國城市國內(nèi)生產(chǎn)總值(gross domestic product，GDP)已經(jīng)占據(jù)GDP總量的七成以上，城市化進程在推動經(jīng)濟高速發(fā)展的同時也產(chǎn)生了大量的資源消耗與環(huán)境問題。作為全球第三次城市化浪潮的主要力量，中國僅僅依靠全球7%的耕地和淡水推動著全球21%人口的城市化［2］。當前全國每年有1600萬人進入城市［3］，城鎮(zhèn)人口已超過 6 億人［4］，城市的能源消費超過全國總量的一半以上，因此，城市已成為中國低碳建設(shè)的核心區(qū)域與領(lǐng)導(dǎo)力量。鑒于城市在低碳經(jīng)濟戰(zhàn)略中的突出作用，中國政府積極推動著城市尺度的低碳建設(shè)，從國家層面到各個省市都已開展了積極行動，以城市為載體推行低碳經(jīng)濟及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，保定、上海、貴陽、杭州、無錫、珠海、南昌、廈門等多個城市相繼提出了低碳城市建設(shè)規(guī)劃。

然而，目前國內(nèi)外低碳城市建設(shè)方面的指導(dǎo)性研究仍缺乏可測量、可核證的指標體系，在理論論述、模型的指標量化方面針對性不足，缺乏相應(yīng)的實證分析，這些問題成為低碳城市建設(shè)的主要障礙［5，6］。一些學者從概念、內(nèi)涵、目標策略和城市規(guī)劃的角度對低碳城市建設(shè)進行了有益的嘗試和探索，但仍然缺乏對低碳城市整體性的評價。筆者認為，當前急需建立與完善低碳城市評價的方法模型和實證研究，并針對技術(shù)運用前景進行路徑優(yōu)化。

2 城市低碳路徑分析

2.1 研究區(qū)選擇

在眾多的低碳城市建設(shè)中，工業(yè)主導(dǎo)型的現(xiàn)代城市具有特殊的意義。如沈陽、上海等一批傳統(tǒng)的工業(yè)城市在新中國的建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用，但由于重工業(yè)比重大，資源消耗性企業(yè)多，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)過分依賴資源，在發(fā)展過程中產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境問題，面臨著現(xiàn)代工業(yè)化與城市轉(zhuǎn)型的雙重壓力，是低碳城市建設(shè)的難點和重點［7］。因此，以工業(yè)主導(dǎo)型城市為對象的現(xiàn)代低碳城市研究具有典型性與代表性。

沈陽市是典型的現(xiàn)代工業(yè)主導(dǎo)型城市，在祖國現(xiàn)代化進程中做出了突出貢獻。改革開放以來，隨著以第三產(chǎn)業(yè)為主的全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，以沈陽為代表的傳統(tǒng)工業(yè)城市經(jīng)濟結(jié)構(gòu)落后、資源環(huán)境問題日益突出。隨著東北老工業(yè)基地振興戰(zhàn)略的實施，沈陽面臨著歷史地位復(fù)興和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級等內(nèi)在要求。2009年6月，沈陽作為中國的試點城市入選聯(lián)合國環(huán)境署“生態(tài)城”項目** 聯(lián)合國環(huán)境保護與規(guī)劃署“生態(tài)城”項目是立足于城市的可持續(xù)發(fā)展項目，最早于20世紀90年代在日本的工業(yè)城市開始實施。日本北九州、川崎等重工業(yè)城市在日本環(huán)境省和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的共同指導(dǎo)下，采取區(qū)域節(jié)能減排技術(shù)的集成運用，實現(xiàn)了經(jīng)濟發(fā)展的同時，使污染物排放與資源消耗也得到了降低。鑒于“生態(tài)城”項目在日本的顯著成效，聯(lián)合國環(huán)境署于2000年開始在世界范圍內(nèi)進行推廣，沈陽是目前中國唯一的入選城市。，明確了在今后數(shù)年內(nèi)以低碳型城市為目標，全面建設(shè)全國環(huán)境樣本城市的目標。在眾多的低碳城市建設(shè)中，沈陽低碳城市項目采用技術(shù)集成的方式，以經(jīng)濟發(fā)展、資源消耗與環(huán)境污染降低的低碳愿景進行路徑優(yōu)化，為低碳城市的實踐進行了有益的嘗試。

2.2 定量化評價體系建立

在低碳城市的評價方面，聯(lián)合國開發(fā)計劃署與中國人民大學《中國人類發(fā)展報告》利用能源消耗與人類發(fā)展指數(shù)對低碳城市進行了評價［8］。中國社會科學院城市發(fā)展與環(huán)境研究所以低碳產(chǎn)出、低碳消費、低碳資源與人類發(fā)展水平為一級指標，以碳生產(chǎn)力、人均碳排放、人均生活消費碳排放、可再生能源占一次能源比例和人類發(fā)展指數(shù)為二級指標，建立了以絕對量為基準的城市低碳經(jīng)濟發(fā)展指標體系［9］。這些研究對于低碳城市發(fā)展狀況的現(xiàn)狀和評價進行了有益的開拓與嘗試。

文章參考以上研究中的指標選擇，遵循層次性、可測性、代表性、全面性原則，以考察城市發(fā)展過程中的經(jīng)濟、資源、環(huán)境狀況為主要目的，建立低碳城市定量化指標評價體系(見表1)。

2.3 沈陽低碳城市評價

評價數(shù)據(jù)基于沈陽市2007年、2008年統(tǒng)計年鑒，并以2001年數(shù)據(jù)為基準數(shù)據(jù)，對2001年至2008年數(shù)據(jù)進行歸一化處理。其中，城市碳排放數(shù)據(jù)由筆者采用聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)提供的溫室氣體排放計算方法［10］進行計算。計算過程中排放因子選擇IPCC國家溫室氣體排放清單的缺省因子，活動數(shù)據(jù)采用《沈陽統(tǒng)計年鑒》2001—2008年中的能源消耗數(shù)據(jù)。

表1 評價指標體系Table 1 Framework of indicators

沈陽2001—2008年的經(jīng)濟發(fā)展、碳排放、工業(yè)污染排放與資源消耗的指標趨勢如圖1所示。

圖1 沈陽市指標變化趨勢圖Fig.1 Indexes change diagram in Shenyang City

沈陽2001—2008年經(jīng)濟增長迅速，年均增長率高達18%，城市碳排放持續(xù)增加，其中2001—2006年增幅甚至超越GDP增幅。2007年實現(xiàn)碳排放強度降低，但2008年較2007年碳排放強度又有顯著增長，未來的減排任務(wù)仍然十分艱巨。城市工業(yè)污染排放方面，工業(yè)廢水和工業(yè)廢氣排放均實現(xiàn)單位強度降低，但總量仍處于上升趨勢，工業(yè)廢氣排放的時間序列表征有相當大的起伏，社會資源消耗方面8年間全社會供水量與用電量相對平穩(wěn)。從指標評價體系的時間序列表征可得出，沈陽市2001—2008年經(jīng)濟增長迅速，生態(tài)效率與資源利用率有一定提高，但資源消耗與污染物排放總量仍然巨大，且伴隨著經(jīng)濟增長呈現(xiàn)進一步增長態(tài)勢，未來沈陽的低碳之路挑戰(zhàn)嚴峻。

3 沈陽低碳城市技術(shù)

3.1 城市尺度的低碳技術(shù)類型

沈陽作為現(xiàn)代工業(yè)城市，資源依賴大，能源生產(chǎn)和工業(yè)排放占碳排放總量的比例高。利用IPCC碳排放清單中的參考方法，根據(jù)2007年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算出沈陽城市碳排放中電力和熱能產(chǎn)生量占總排放量的37%，其他工業(yè)過程的碳排放量達45%，交通運輸過程排放占總量的14%。因此，在沈陽低碳化道路的探索中，必須大力削減能源活動和生產(chǎn)過程中的碳排放并開發(fā)低碳交通系統(tǒng)，目前沈陽在建和規(guī)劃中的能源、工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的低碳技術(shù)有如下4類。

3.1.1 能源低碳技術(shù)

1)地源熱泵技術(shù)。地源熱泵屬于可再生能源技術(shù)，由于沈陽市獨特的供暖狀況(長達152 d的供暖期)，沈陽市成為全國最大的運用地源熱泵供暖的城市。到2010年底，地源熱泵系統(tǒng)可為沈陽市及周邊地區(qū)約6.92703×108m2建筑物供暖，占全市供暖面積的40%，可為沈陽市本地每年節(jié)省標準煤5.0×106t，減少 CO2排放 1.3×107t(按照目前沈陽市采暖用標準煤的年平均水平為25 kg/m2進行計算，沈陽建筑冬季進行燃煤供熱需耗標準煤1.7318×107t/a，將地源熱泵系統(tǒng)耗電進行計算，并折合為標準煤為1.2342×107t/a，則推廣地源熱泵系統(tǒng)每年可節(jié)省標準煤4.976×106t)

2)太陽能技術(shù)。太陽能技術(shù)在貴陽、日照等城市的低碳建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用，然而在沈陽，太陽能運用的比例仍然較低。截至2006年底，全市范圍內(nèi)約有5.0×106m2集熱器采光面積，太陽能熱水器用戶占有率約為8.6%，共減少CO2排放1.603×106t，相較于市內(nèi)建筑面積的發(fā)展勢頭，太陽能系統(tǒng)的應(yīng)用還有待提高。

3)垃圾填埋氣發(fā)電技術(shù)。生活垃圾發(fā)電技術(shù)是新能源運用的重要方面，沈陽目前日產(chǎn)生活垃圾4000 t，兩座生活垃圾填埋場都已進行垃圾填埋氣發(fā)電的設(shè)備改建，建成后總裝機容量可達10 MW，預(yù)計每年減少 CO2排放4.0×106t。

4)煤層氣利用技術(shù)。位于沈陽市周邊煤田煤層氣資源總量約為4.8×1010m3，按照50%的可采率估算，可供沈陽及周邊城市使用50年，是沈陽城市發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。到2010年，沈陽市煤層氣日年供氣約2.8×108m3。屆時，煤層氣將成為沈陽市的主要氣源之一，預(yù)計可減少 CO2排放達2.0×107t(按照利用率60%計算)。

3.1.2 工業(yè)低碳技術(shù)

1)水泥工業(yè)低碳技術(shù)。水泥生產(chǎn)過程的CO2排放約占生產(chǎn)過程排放的50%，是工業(yè)過程中碳排放量最高的部門［11］。低碳水泥技術(shù)主要是指在生產(chǎn)水泥過程中用新型干法淘汰立窯等落后生產(chǎn)方法。新型干法水泥技術(shù)比傳統(tǒng)方法節(jié)約30%的燃煤，低碳水泥工業(yè)技術(shù)還可以集成低溫余熱發(fā)電、熟料替代等技術(shù)，形成水泥生產(chǎn)過程的節(jié)能減排技術(shù)體系。

2)鋼鐵工業(yè)低碳技術(shù)。根據(jù)2007年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，沈陽鋼鐵生產(chǎn)占工業(yè)過程CO2總排放的20%，全國范圍內(nèi)，鋼鐵工業(yè)能耗占總能耗的15%。鋼鐵行業(yè)亦是落后產(chǎn)能較為集中的行業(yè)，其節(jié)能減排主要通過技術(shù)提升、淘汰落后產(chǎn)能、提高資源效率等措施來實現(xiàn)［12］。

3)熱電聯(lián)產(chǎn)與工業(yè)燃煤鍋爐改造。沈陽制造業(yè)密集，大量中小型鍋爐熱效率低，根據(jù)《沈陽市城市供熱規(guī)劃》及《沈陽市熱電發(fā)展規(guī)劃》，沈陽市2010年將拆除建成區(qū)內(nèi)所有10 t以下工業(yè)生產(chǎn)的燃煤鍋爐，對全市100余臺總噸位為5500 t的鍋爐進行改造，同時建設(shè)4臺3.0×105kW熱電聯(lián)產(chǎn)供熱機組，這一措施每年將減少CO2排放6.0×107t。

3.1.3 建筑及交通運輸中的低碳技術(shù)

1)低碳交通系統(tǒng)。交通運輸過程的碳排放占沈陽城市碳排放總量的15%，沈陽市交通低碳措施主要是開放軌道交通系統(tǒng)，減少汽車尾氣排放。目前沈陽市已開始大力發(fā)展軌道交通系統(tǒng)，根據(jù)2008年沈陽市新版地鐵規(guī)劃，沈陽將陸續(xù)建成11條地鐵，總里程超過400 km，截至2010年底，地鐵一號線已正式通車。

2)污水處理技術(shù)。沈陽截至2009年完成13座污水處理廠建設(shè)，新增日處理污水能力1.035×107t。污水處理可以利用產(chǎn)生的沼氣發(fā)電或利用其熱能進行供暖，目前以污水作為熱源的再生水源熱泵技術(shù)已在沈陽得到廣泛推廣，每年減少CO2排放 1.4×106t。

3)節(jié)能建筑技術(shù)。房地產(chǎn)建筑行業(yè)的能耗占據(jù)全球終端消耗的40%以上，而我國的建筑能耗高于全球平均水平。在中國每新建1 m2的建筑就要排放0.8 t CO2，沈陽市已在全國率先推行65%節(jié)能率的建筑設(shè)計標準。目前沈陽民用節(jié)能建筑達到7.0×108m2，占沈陽既有建筑總量的1/3，余下2/3的建筑還將進行節(jié)能改造。改造前一個采暖期內(nèi)1 m2取暖將耗標準煤31 kg，推行65%節(jié)能標準后，沈陽新建民用住宅1 m2取暖耗煤將降至10.85 kg，改造完成將減少碳排放近4.0×107t。此外，沈陽每年新竣工建筑面積1.0×108m2，將全部采用節(jié)能建筑設(shè)計，進一步控制了建筑物碳排放。

3.1.4 農(nóng)林業(yè)低碳建設(shè)

增加森林碳匯和城市綠化面積。我國已將增加森林碳匯作為實現(xiàn)2020年節(jié)能減排目標的重要手段。沈陽建成區(qū)的綠化率已從2000年的24%增加至2008年的42%，新增園林綠地面積2864 hm2，按照每增加1 m3活立木可吸收CO21.82 t并釋放O21.6 t計算，每年減少城市碳排放6.5×106t。

3.2 沈陽城市低碳技術(shù)運用的愿景分析

沈陽一些低碳技術(shù)具有相當大的減排潛力(見圖2)。初步估計，沈陽市綜合運用各項技術(shù)使得每年可減少 CO2排放2.0×107～3.0×107t，相當于沈陽市2008年CO2排放的50%。以沈陽市經(jīng)濟增長率為14%、碳排放增長率為12%計算，沈陽市綜合運用各項技術(shù)后在2012年的碳排放水平才剛剛與2007年水平持平，顯示了技術(shù)運用的巨大潛力。圖3為沈陽市碳排放變化趨勢圖。

圖2 技術(shù)減排潛力Fig.2 Technical emission reduction potential

圖3 沈陽市碳排放變化趨勢Fig.3 Carbon emission trend in Shenyang City

4 結(jié)語

利用定量化指標評價體系，對沈陽市2001—2008年的經(jīng)濟發(fā)展、碳排放、工業(yè)污染和資源消耗進行判斷，其結(jié)果表明，沈陽市近年來在經(jīng)濟高速發(fā)展的帶動下，資源效率與生態(tài)效率有一定提高，但污染物排放與資源消耗量總體上仍然呈明顯的上升趨勢。經(jīng)濟快速發(fā)展所帶來的污染物總量與資源消耗量的顯著增加，將成為城市可持續(xù)發(fā)展的巨大挑戰(zhàn)，城市規(guī)劃必須進一步加大節(jié)能減排力度，實現(xiàn)污染物總量與資源消耗的減量化。

針對沈陽市當前和即將采用的低碳技術(shù)進行愿景分析，結(jié)果表明:城市尺度的低碳技術(shù)能夠降低相當程度的碳排放。目前沈陽市可行的減排技術(shù)可以減少當前40%的碳排放總量，但隨著城市的高速發(fā)展，未來碳排放總量仍然會繼續(xù)上升，低碳城市建設(shè)需要進一步加強技術(shù)的研發(fā)及運用［13］。

從我國發(fā)展低碳經(jīng)濟的宏觀角度出發(fā)，低碳城市建設(shè)不僅僅能解決環(huán)境問題，更能解決能源需求問題。中國在未來的能源需求將直接影響經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展［14］，而著眼于城市進行減排技術(shù)的集中運用是相對可行的方法之一。

從技術(shù)運用的角度，低碳城市是中國進行高新技術(shù)研發(fā)，推動產(chǎn)業(yè)升級和現(xiàn)代化進程的有利平臺，更多城市尺度的新技術(shù)將不斷涌現(xiàn)。目前對于城市尺度低碳技術(shù)的運用，一方面還缺乏各種技術(shù)的聯(lián)動集成，另一方面，對技術(shù)引進和實施的副作用未能及時予以評價，這在一定程度上造成低碳技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化障礙。

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Low-carbon scenario and technologies in modern city——Case study of Shenyang City

Liu Zhu1，2，Geng Yong1，Xue Bing1，Dong Huijuan1，2
(1.Institute of Applied Ecology，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China)

Taking a multi-dimensional perspective of economic development，carbon dioxide，industrial pollutant emission and resource consumption in the case study of Shenyang City，the resource consumption and environmental impact in the process of urban economic development and low-carbon transition were analyzed.The emission reduction potential and scenario of various technologies were evaluated.The results showed that the city played a key role in global low-carbon economic construction，and emission reduction technologies in urban scale can reduce total amount of carbon emission in substantial degree.From the aspect of future development，the input of technology and economic growth pattern should be strengthened to realize economic development and total amount reduction of pollutant emission.

modern city;low-carbon;emission reduction technology

F403

A

1009－1742(2011)04－0101－05

2010－10－20

國家自然科學基金重點項目(71033004);中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所博士啟動基金(Y0SBS161S3)

劉 竹(1985—)，男，云南昆明市人，中國科學院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所博士研究生，研究方向為全球變化人文因素;E－ mail:liuzhu@iae.ac.cn