現代城市低碳路徑與技術分析——沈陽市的案例研究

劉 竹，耿 涌，薛 冰，董會娟

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

現代城市低碳路徑與技術分析
——沈陽市的案例研究

劉 竹1，2，耿 涌1，薛 冰1，董會娟1，2

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

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

現代城市;低碳;減排技術

1 前言

工業化時代以來，大規模使用化石能源排放大量溫室氣體導致的氣候急劇變化是自然生態系統穩定及全人類生存的巨大挑戰，降低溫室氣體排放、應對氣候變化是當今可持續發展的重要命題。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展的必然選擇。自2003年英國首先提出“低碳經濟”概念以來，世界各國競相提出以低能耗、低污染為基礎的“低碳經濟”發展模式［1］。

城市是人口、經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，是開展低碳經濟模式的重要平臺。城鎮化與工業化是中國當前經濟增長的主要推動力量，目前我國城市國內生產總值(gross domestic product，GDP)已經占據GDP總量的七成以上，城市化進程在推動經濟高速發展的同時也產生了大量的資源消耗與環境問題。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的核心區域與領導力量。鑒于城市在低碳經濟戰略中的突出作用，中國政府積極推動著城市尺度的低碳建設，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濟及可持續發展戰略，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規劃。

然而，目前國內外低碳城市建設方面的指導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，缺乏相應的實證分析，這些問題成為低碳城市建設的主要障礙［5，6］。一些學者從概念、內涵、目標策略和城市規劃的角度對低碳城市建設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，并針對技術運用前景進行路徑優化。

2 城市低碳路徑分析

2.1 研究區選擇

在眾多的低碳城市建設中，工業主導型的現代城市具有特殊的意義。如沈陽、上海等一批傳統的工業城市在新中國的建設和發展中發揮了重要的作用，但由于重工業比重大，資源消耗性企業多，產業結構過分依賴資源，在發展過程中產生了嚴重的環境問題，面臨著現代工業化與城市轉型的雙重壓力，是低碳城市建設的難點和重點［7］。因此，以工業主導型城市為對象的現代低碳城市研究具有典型性與代表性。

沈陽市是典型的現代工業主導型城市，在祖國現代化進程中做出了突出貢獻。改革開放以來，隨著以第三產業為主的全球經濟的快速發展，以沈陽為代表的傳統工業城市經濟結構落后、資源環境問題日益突出。隨著東北老工業基地振興戰略的實施，沈陽面臨著歷史地位復興和產業結構調整升級等內在要求。2009年6月，沈陽作為中國的試點城市入選聯合國環境署“生態城”項目** 聯合國環境保護與規劃署“生態城”項目是立足于城市的可持續發展項目，最早于20世紀90年代在日本的工業城市開始實施。日本北九州、川崎等重工業城市在日本環境省和聯合國環境規劃署的共同指導下，采取區域節能減排技術的集成運用，實現了經濟發展的同時，使污染物排放與資源消耗也得到了降低。鑒于“生態城”項目在日本的顯著成效，聯合國環境署于2000年開始在世界范圍內進行推廣，沈陽是目前中國唯一的入選城市。，明確了在今后數年內以低碳型城市為目標，全面建設全國環境樣本城市的目標。在眾多的低碳城市建設中，沈陽低碳城市項目采用技術集成的方式，以經濟發展、資源消耗與環境污染降低的低碳愿景進行路徑優化，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，聯合國開發計劃署與中國人民大學《中國人類發展報告》利用能源消耗與人類發展指數對低碳城市進行了評價［8］。中國社會科學院城市發展與環境研究所以低碳產出、低碳消費、低碳資源與人類發展水平為一級指標，以碳生產力、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展指數為二級指標，建立了以絕對量為基準的城市低碳經濟發展指標體系［9］。這些研究對于低碳城市發展狀況的現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，以考察城市發展過程中的經濟、資源、環境狀況為主要目的，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

評價數據基于沈陽市2007年、2008年統計年鑒，并以2001年數據為基準數據，對2001年至2008年數據進行歸一化處理。其中，城市碳排放數據由筆者采用聯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，活動數據采用《沈陽統計年鑒》2001—2008年中的能源消耗數據。

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

沈陽2001—2008年的經濟發展、碳排放、工業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年經濟增長迅速，年均增長率高達18%，城市碳排放持續增加，其中2001—2006年增幅甚至超越GDP增幅。2007年實現碳排放強度降低，但2008年較2007年碳排放強度又有顯著增長，未來的減排任務仍然十分艱巨。城市工業污染排放方面，工業廢水和工業廢氣排放均實現單位強度降低，但總量仍處于上升趨勢，工業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。從指標評價體系的時間序列表征可得出，沈陽市2001—2008年經濟增長迅速，生態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，且伴隨著經濟增長呈現進一步增長態勢，未來沈陽的低碳之路挑戰嚴峻。

3 沈陽低碳城市技術

3.1 城市尺度的低碳技術類型

沈陽作為現代工業城市，資源依賴大，能源生產和工業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2007年統計數據，計算出沈陽城市碳排放中電力和熱能產生量占總排放量的37%，其他工業過程的碳排放量達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過程中的碳排放并開發低碳交通系統，目前沈陽在建和規劃中的能源、工業和基礎設施建設方面的低碳技術有如下4類。

3.1.1 能源低碳技術

1)地源熱泵技術。地源熱泵屬于可再生能源技術，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，地源熱泵系統可為沈陽市及周邊地區約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每年可節省標準煤4.976×106t)

2)太陽能技術。太陽能技術在貴陽、日照等城市的低碳建設中獲得廣泛應用，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，相較于市內建筑面積的發展勢頭，太陽能系統的應用還有待提高。

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

4)煤層氣利用技術。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，是沈陽城市發展的重要戰略資源。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，預計可減少 CO2排放達2.0×107t(按照利用率60%計算)。

3.1.2 工業低碳技術

1)水泥工業低碳技術。水泥生產過程的CO2排放約占生產過程排放的50%，是工業過程中碳排放量最高的部門［11］。低碳水泥技術主要是指在生產水泥過程中用新型干法淘汰立窯等落后生產方法。新型干法水泥技術比傳統方法節約30%的燃煤，低碳水泥工業技術還可以集成低溫余熱發電、熟料替代等技術，形成水泥生產過程的節能減排技術體系。

2)鋼鐵工業低碳技術。根據2007年的統計數據，沈陽鋼鐵生產占工業過程CO2總排放的20%，全國范圍內，鋼鐵工業能耗占總能耗的15%。鋼鐵行業亦是落后產能較為集中的行業，其節能減排主要通過技術提升、淘汰落后產能、提高資源效率等措施來實現［12］。

3)熱電聯產與工業燃煤鍋爐改造。沈陽制造業密集，大量中小型鍋爐熱效率低，根據《沈陽市城市供熱規劃》及《沈陽市熱電發展規劃》，沈陽市2010年將拆除建成區內所有10 t以下工業生產的燃煤鍋爐，對全市100余臺總噸位為5500 t的鍋爐進行改造，同時建設4臺3.0×105kW熱電聯產供熱機組，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

1)低碳交通系統。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，減少汽車尾氣排放。目前沈陽市已開始大力發展軌道交通系統，根據2008年沈陽市新版地鐵規劃，沈陽將陸續建成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。沈陽截至2009年完成13座污水處理廠建設，新增日處理污水能力1.035×107t。污水處理可以利用產生的沼氣發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已在沈陽得到廣泛推廣，每年減少CO2排放 1.4×106t。

3)節能建筑技術。房地產建筑行業的能耗占據全球終端消耗的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%節能率的建筑設計標準。目前沈陽民用節能建筑達到7.0×108m2，占沈陽既有建筑總量的1/3，余下2/3的建筑還將進行節能改造。改造前一個采暖期內1 m2取暖將耗標準煤31 kg，推行65%節能標準后，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，將全部采用節能建筑設計，進一步控制了建筑物碳排放。

3.1.4 農林業低碳建設

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2020年節能減排目標的重要手段。沈陽建成區的綠化率已從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 沈陽城市低碳技術運用的愿景分析

沈陽一些低碳技術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 結語

利用定量化指標評價體系，對沈陽市2001—2008年的經濟發展、碳排放、工業污染和資源消耗進行判斷，其結果表明，沈陽市近年來在經濟高速發展的帶動下，資源效率與生態效率有一定提高，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。經濟快速發展所帶來的污染物總量與資源消耗量的顯著增加，將成為城市可持續發展的巨大挑戰，城市規劃必須進一步加大節能減排力度，實現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進行愿景分析，結果表明:城市尺度的低碳技術能夠降低相當程度的碳排放。目前沈陽市可行的減排技術可以減少當前40%的碳排放總量，但隨著城市的高速發展，未來碳排放總量仍然會繼續上升，低碳城市建設需要進一步加強技術的研發及運用［13］。

從我國發展低碳經濟的宏觀角度出發，低碳城市建設不僅僅能解決環境問題，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濟的可持續發展［14］，而著眼于城市進行減排技術的集中運用是相對可行的方法之一。

從技術運用的角度，低碳城市是中國進行高新技術研發，推動產業升級和現代化進程的有利平臺，更多城市尺度的新技術將不斷涌現。目前對于城市尺度低碳技術的運用，一方面還缺乏各種技術的聯動集成，另一方面，對技術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的產業化障礙。

［1］金 涌，王 垚，胡山鷹，等.低碳經濟:理念·實踐·創新［J］.中國工程科學，2008，10(9):4－9.

［2］仇保興.第三次城市化浪潮中的中國范例——中國快速城市化的特點、問題與對策［J］.城市規劃，2007，31(6):9－15.

［3］張軍擴，劉 鋒，高世楫.我國城市治理的成就及改進的思路與目標［J］.中國發展觀察，2008(6):11－14.

［4］中華人民共和國國家統計局.中國統計年鑒2009［M］.北京:中國統計出版社，2009.

［5］歐陽志云，趙娟娟，桂振華，等.中國城市的綠色發展評價［J］.中國人口資源與環境，2009，19(5):11－15.

［6］陳 飛，褚大建.低碳城市研究的內涵、模型與目標策略確定［J］.城市規劃學刊，2009(4):7－12.

［7］周國梅，唐志鵬，李麗萍.資源型城市如何實現低碳轉型［J］.環境經濟，2009(10):31－36.

［8］中國人民大學，聯合國開發計劃署.中國人類發展報告2009——邁向低碳經濟和社會的可持續發展［R］.北京:中國對外翻譯出版公司，2010.

［9］潘家華，莊貴陽，鄭 燕，等.低碳經濟概論辨識與低碳城市評價方法［R］.北京:中國社會科學院，2009.

［10］IPCC.Climate Change 2007:The Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2007.

［11］國際能源署.能源技術展望——面向2050年的情景與戰略［M］.張阿玲，原 鯤，石 琳，等譯.北京:清華大學出版社，2009.

［12］胡秀蓮，姜克雋.中國溫室氣體減排技術選擇及對策評價［M］.北京:中國環境科學出版社，2001.

［13］鄒 驥.氣候變化領域技術開發與轉讓國際機制創新［J］.環境保護，2008(9):16－17.

［14］石元春.中國能源困境與轉型［J］.中國工程科學，2009，11(11):4－9.

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);中國科學院沈陽應用生態研究所博士啟動基金(Y0SBS161S3)

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