论低碳城市的推进架构

内容摘要最近,我国许多城市宣布要推进低碳城市建设,国家也致力于在一些城市开展试点。但须承认,低碳城市理论和方法论架构依然是不清晰的,由此导致实践中常有无从下手之感。隐含碳和流量碳的引入,可以让我们更为客观地判断“真实的”碳减排能否实现。从根本上而言,低碳城市的最大障碍也许是人的贪婪和城市发展对高速度的无止境追求。我们需要科学发展观指导下的生态文明。

关 键 词 低碳城市 隐含碳 流量碳 生态文明

作者戴星翼,复旦大学环境科学与工程系教授、博士生导师。(上海:200433)

可以确定,在今后的一些年里,我国在能源环境上承受的压力依然巨大。一方面,我国的人口规模如此庞大,并且还会继续增长至16亿左右。我国正处于工业化时期,人口的主体居住于农村,为使全体人民普遍享有体面的工作和有尊严的生活,我国人均消费水平会继续提高,能源消费和某些污染排放水平会继续增长。另一方面,在全球应对气候变化的进程中,我国必须要承担相应的大国责任。在这两类相互冲突的要求的挤压下,今后碳减排会成为我国社会经济生活的重大内容。

人类的能源消费约有85%在城市进行。为了有效实现碳减排,低碳城市应该是努力的主要方向。最近,我国许多城市已宣布要推进低碳城市建设,国家也致力于在一些城市开展试点。但须承认,低碳城市理论和方法论架构依然是不清晰的,由此导致实践中常有无从下手之感。

一

众所周知,低碳经济的本质是减少人类的经济活动对碳的依赖。大致的路径有两条,也就是开源节流。开源,即通过发展新能源来改善能源结构。节流,即节能减排。两者不可偏废。新能源更为合理的称呼是替代能源。当前主要是水电、风电、核电和太阳能。水电与核电已是较为成熟的产业,而风电和太阳能光伏发电是地地道道的朝阳产业。关于这些产业的发展并不是本文讨论的重点,笔者在此只想指出,所有这些替代能源都有其缺陷,不能简单地认为,这些能源发展了,碳排放的难题就解决了。

核电本质上是清洁能源,在目前的技术条件下,是高度安全的;如果我国大规模发展核电,成本也较有竞争力。问题在于,我国是个贫铀国。全球已探明的铀储量约550万吨,预计可供人类使用75年。但我国已探明铀储量仅为10万吨。对此也有另一种解释,过去几十年出于核电的高成本以及对其安全性的考虑,核电的发展相对滞缓,从而抑制了对铀矿的勘探。无论如何,其中的不确定性是应该重视的;况且,铀矿属于矿石燃料,是可耗竭资源。所以较为合理的方法,是视其为化石燃料的补充。近年来我国进入了国际核燃料市场,有效地缓解了眼下的短缺局面,但也带来一个问题,即如果我们依靠国外核燃料来发展自身的核电产业,且将核电的比重提高到10%甚至20%,“中国买什么就贵什么”的“中国现象”几乎必定出现。在如此格局下,核电对我国能源格局改善的贡献度前景如何,值得思考。

水电的本质是用土地替代能源。水库建设使用的,通常是一个地区的谷地或河谷平原,是一个地区人口最为稠密、土地最为肥沃的空间,由此带来的社会成本、生态成本和经济成本其实非常巨大。目前,发达国家水能资源的开发基本饱和,美国、日本、英国等国家水电开发程度都超过80%。相比之下,中国水能资源蕴藏量居世界首位,到2008年底,水能资源开发程度为31.5%。与其他国家相比,我国水电的确有巨大发展潜力。但也须看到这样一些问题:其一,当前未开发的水能资源集中于西南的高山峡谷区,往往处于强震带和生态敏感区,关于保护和开发的争论会更为激烈。其二,我国同时是一个缺水国家,如何兼顾工农业用水和发电关系的问题会越来越复杂。其三,耕地保护和自然保护用地与水电利用关系的处理难度会越来越大。其四,国际河流的水能利用需要处理好与下游国家的关系。

风能和光伏发电在我国正迅速成长为规模庞大的产业,但面对的挑战也相当严峻:一是发展速度过快,投资过大,在方方面面的配套尚未完善之前,这种“大跃进”会造成巨大的资源闲置和浪费,并最终伤及产业本身的可持续发展。二是技术进步跟不上产业成长的步伐,大量投资被用在低水平引进和重复建设上,关键的核心技术基本上在别人手中,诸多技术难点得不到解决。三是基础性工作跟不上。由于风电和光伏发电的建设速度一再突破国家规划,从而使电网的规划和建设难以与之相适应。总之,在风电和光伏发电这两个领域,需要将技术研发、配套条件建设和基础设施建设放在首位。我们不应该再迷信所谓的“跨越式发展”,同时也不应该要求这两种新兴能源产业在短期内能够使我国的能源结构完成重大优化。

如果我国未来的经济增长对能源的依赖度有所下降,也就是或经济增长速度放慢,或能源弹性下降,在这种情况下,随着新能源的增长速度远高于能源消费总量的增长,能源的结构会得到改善,单位当量能源的碳排放,更确切地可以称之为“碳强度”会下降。在一定条件下,碳强度的下降对碳减排会产生决定性的作用。东京与上海相比,前者人均能源消费水平高于后者,但后者人均碳排放水平远高于前者,其原因就在于能源结构的悬殊。但在当前,碳减排的主要方向还是在节能减排,减少无谓的能源浪费,进而减少对化石能源的依赖,应该是我国未来的努力方向。

城市是一种高度人工化的系统,其建设运行的任何环节,都需要能源,也都在排放碳。耗能和排放的关系,取决于前面提到的由能源结构决定的“碳强度”。但对于我们这样的大国,能源结构一旦确立,其改变的速度是相当缓慢的。任何城市的能源消费,粗略地区分,应该由建设和运行两个环节构成。这里的“建设”是广义的,既包括通常意义上的各类建设项目,也包括种种设施设备。运行,则涉及到管理、使用、维护、保养之类。作这一区分,是因为需要识别两类碳排放。一类可以称之为“隐含碳”,即设施或物品在整个生产过程中引起的碳排放的累积。另一类相应称之为“流量碳”,指的是一座城市在运行过程中,也就是在使用所有城市内设施设备过程中,因消耗能源而引起的碳排放。

当然,“隐含碳”和“流量碳”的区分会遇到一些方法学问题。一是两者之间会存在某种模糊带。比如,一盏路灯更换了一只灯泡,这只灯泡经历了生产、运输和销售,所有环节上都消耗了能源,对此该怎么计算。还有一个问题是可能会发生重复计算。比如,水泥厂生产水泥的过程发生了碳排放,在使用水泥造大楼的时候,这部分碳就变成了隐含碳。因此我们在统计时,需要有非此即彼的归类。解决上述问题,我们可以用“碳增加值”的方式统计,虽然其中的技术细节相当复杂,但不是不可以克服的。

无论如何,隐含碳和流量碳的理念必须建立。原因在于我们在实践中往往容易偏重后者而忽视前者,而事实上,前者在碳减排上更具有决定意义。一座城市,如果建设上是不合理的,并导致了隐含碳的过度积累,流量碳就很难节约下来。简单的例子是一座大楼的建造,如果建设时追求豪华奢侈,那么在运行中再怎样管理控制,其能耗也很难降下来。有了隐含碳的概念,我们需要进一步建立生命周期碳消耗的概念。城市的设施设备都是有生命周期的。能否实现低碳城市,最根本性的就是使所有的设施、设备及其形成的系统,在生命周期内实现碳消耗的最小化。一条城市道路,建设时消耗各类材料,使用机械人工,所有这一切都排放了碳。以后的养护,需要继续实现碳排放。那么,怎样才能实现低碳目标呢?显然,最重要的是让这条道路的使用寿命尽可能延长。当然,不浪费对碳减排同样具有根本性的作用。为此,就需要针对城市的企业、设施、设备和系统,建立相应的碳账户,将隐含碳和流量碳清晰地反映出来;其形式相当于投入产出表,其中,隐含碳按设计的生命周期摊薄到每个年份,而流量碳则计入当年。

二

为什么需要这样一些概念?理由是由此可以让我们更为客观地认识碳减排,更为科学合理地减排。真正实现碳减排是非常困难的。我们实际上生活在一个碳的世界,人类的一切活动都在消耗能源。我们的节能和碳减排,一般是希望用一种能耗和排放较低的方式去替代另一种。但是,现实中不乏假象,许多看上去是节能减排的选择,最终未必会真正节能减排。所以,需要从上述基本的理念出发,构建可以判断出一种措施能否实现“真实的”碳减排的方法学框架。

以节能灯为例,为了普及,传媒大力宣传,许多地方政府甚至出台补贴办法。然而,是否任何节能灯都能真的节能呢?未必。由此可以认为,未必任何节能灯都有碳减排的作用。分析的架构,就是产品生命周期内的隐含碳和流量碳分析。节能灯的价格比传统灯泡高。一般而言,新一代产品在未成熟之前,由于技术不成熟和市场狭小,成本较高是可能的。但节能灯发展至今,其技术上显然已经成熟。居民的购买加之政府采购,市场容量也应该较大。可以推断,其价格之所以较高,还因为在制造的过程中,或其材料成本更高,或其加工制造过程更复杂。表现在能源上,这意味着节能灯的制造过程需要更多的能源并排放更多的碳。我们可以将这笔额外的碳视为一次性投入,然后,由于其使用中具有节能效应,由此减少的碳排放就是这种一次性投入的收益。节能灯的节能效果越好,使用寿命越长,以碳减排衡量的收益也就越大。

由此产生了三个统计学上的概念。一是“碳投入”,也就是为了碳减排目标而先期导致的碳排放;二是因能源节约而在使用中发生的碳减排,这里可以称之为“碳收益”;三是两者之差可以称之“净碳收益”。如果净碳收益为正,也就是产品在生命周期内累计的“碳收益”大于“碳投入”,则表明我们成功地实现了碳减排;反之,则可以称之为“伪减排”。据此,那些用了不久便坏掉的节能灯不会具有净碳收益。而在我国,据相关调查,居民中如果有不愿意购买节能灯者,一般都是因为产品质量的不稳定性,而不是缺乏节能意识。因此,要推广节能灯,政府要做的也许不是给购买者以补贴,而是严格产品质量管理,提高市场准入门槛,让那些生产劣质节能灯的企业出局。也就是说,通过对市场的规制和良好的管理,可以取得很好的碳减排效果。

节能灯只是一个简单的案例,一个稍复杂的案例是风光互补发电路灯系统。不少地方为了标榜自己节能环保,会在城市的某些地方建一些这样的路灯系统。久而久之,人们就会认为,这样的东西是节能环保的,是低碳的。但是,利用前面的分析架构,不难发现并非如此。因为与普通的路灯相比,风光互补或风光电互补路灯系统要复杂得多,成本要高得多。不言而喻,制造成本高的背后,是消耗了更多的能量,排放了更多的碳。也就是说,这里同样涉及到隐含碳与流量碳的关系,存在着碳的投入产出关系,需要做科学的碳损益分析。

一般而言,为路灯这样的小型能源利用设施配置单独的能源生产和利用系统,在效率上低于常规的系统。同时,我们也应该看到,常规供电系统高效率的前提是人口和经济活动的规模和密度。在城市,工业化的供电系统肯定高于分散的,如风光互补系统这样的微型系统,其背后的碳效率也是如此。但风光互补系统也不是没有用武之地,在人烟稀少的草原、沙漠、高山,甚至海上,在所有常规供电系统的延伸不具有经济性的场合,风光互补系统会是一种更好的选择。换言之,这两者大致是互补的,两者之间存在一种合理性边界,这正是我们需要仔细研究的。

当然,这并不意味着在大型的能源系统面前,小型的分散的再生性能源生产系统就没有用武之地。例如,城市建筑的墙面和楼顶是宝贵的空间资源,可用于光伏发电和采暖等用途,其合理利用是方向;关键不应该教条化乃至宗教化,将光伏与低碳之间划等号。科学发展观在这里的具体体现就是经济上的和碳减排上的损益分析。如果后者的净收益为正,政府在该领域的推进就有了合理性。然而,还可能存在后者的净收益为正,但经济上的净收益为负的情况。也就是说,一种技术虽然可以实现碳的净减排,但成本太高难以被社会接受,因而难以推广普及。具体又分几种情形 :其一,技术的不成熟造成了成本过高。对此,政府没有必要操之过急,强行推广,或不适当地给予过度补贴。更为合理的做法是扶持相关的研发,推动相关的技术进步。其二,相关的技术产品已经成熟,成本太高的原因只是因为市场份额太小,无法实现规模效应。对此,政府可以用采购和补贴消费者的方式扩大市场。其三,相关的技术产品已经成熟,但与之相配套的服务业未能同步成长,其中某些服务业具有公益性。在此情形下,相应的措施应该是扶持相关服务业,对其中的公益性部分,可以用政府采购的方式予以扶持。

以上两个案例的一个共同点是新产品或新系统与传统产品的比较,通过它们在全生命周期内的能源消耗和碳排放,识别碳排放较低的那个体系并予以推广,以此作为低碳的实现路径。而在更广的范畴,对于某些现象的发生,完全可以直接地判断出是否发生了无谓的碳排放,如果存在这样的现象,并消除之,就可以认为是实现了碳减排。以城市道路为例。一条道路的建设,会形成大量的隐含碳。我们所期望的,是这些隐含碳能够在尽可能长的时间内发挥正常功能。也就是说,同样的隐含碳摊薄于更长的时期,这是一种可以承认的碳减排。于是,城市道路的问题就暴露了:其一,车辆超载损毁道路的现象,严重缩短了道路的寿命,其本质是增加碳排放的。其二,频繁地开挖路面几乎成为我国城市建设的顽症,由此引起的后果,既因为开挖过程消耗的材料和作业能耗而增加了碳排放,也因为施工引起的交通不便而增加了不合理的碳排放。在此笔者只想指出,通过严格的执法和管理减少此类现象,就是实质性的碳减排。因此,在交通管理上严格对超载车辆的执法,在道路管理上将减少道路开挖作为考核市政部门绩效的基本指标,都是可以考虑的针对性措施。

总之,在某种意义上,我们生活在一个碳的世界内。一切活动,任何生产和消费,都摆脱不了碳的束缚。唯有认识到这一点,碳减排才能扎实地推进。一些人认为,城市绿化是不涉碳的,甚至将绿化理解为“碳汇”。其实,绿化的建设和管护的任何细节都涉及到能源消费并因此涉及碳排放。浇水、修剪、灭虫和施肥都消耗能源,而所谓的固碳,只发生在植物的生物量生长的过程中,若修剪限制了其生长,固碳作用也消失了。况且,当我们享受绿地的时候,还需要因耕地的减少而加大对农业的投入,因而间接地排放了碳。既然如此,我们就不能认为可以一边浪费能源,一边又可以采用什么先进技术就能够实现低碳经济。碳减排对于一个社会而言,是一场艰苦的总体战。

三

碳减排既然是总体战,也就涉及到社会经济生活的方方面面。目前,我国能源的消费有85%是在城市实现的。因此,低碳城市是碳减排的主战场。城市是复杂的人类生态系统,大致上,其耗能活动可以分为生产、消费和公共服务三个方面。生产包括第二和第三产业,而这里的公共服务,泛指城市各类基础设施的运行和公共机构提供的服务。当我们观察这一切的时候,需要将它们理解为大大小小的耗能系统,无数的小系统集合为较大的系统,隐含碳和流量碳构成了系统生命周期内的碳排放。低碳城市,就是使所有系统在相应的层面上实现碳减排。

我国城市一般采取工业立市的策略。世界各国工业能源消费一般只占能源消费总量的1/3左右,而在我国,工业能耗占比近70%。因此,低碳城市的首要目标,是产业的低碳化。为什么要提“产业低碳化”,而不仅仅是工业的低碳化,基本理由是工业的低碳化应该包括其内部的结构优化,以及第二与第三产业比重的调整。那种不顾一切地发展工业、发展重化工业的做法,即便在企业内部推行节能减排,终究还是无效的。我国过去在节能减排上的一个主要缺陷就是,过度重视技术细节上的节能减排,而忽视了,当然也许是缺乏能力着眼于优化产业结构。对于我国来说,既要保持较高的增长速度又要实现节能减排,提高服务业在GDP中的比重,或许是最重要的路径。

另一个重要的问题是单位能耗或碳排放实现的价值。我国的工业增长,往往重视产值甚于重视增加值,重视增加值又甚于重视我国在国际分工中实际获得的利益。如果大量重复建设导致产能过剩,然后相互之间恶性竞争,企业被迫低价出口;当这样的现状发展为一种普遍现象的时候,其他国家就会“得了便宜还卖乖”,既指控我国“不正当”的倾销,又在碳减排上对我国施加压力。总之,工业碳减排绝非单纯的技术问题。

对于工业企业如何推进碳减排,我国传统的做法是政府逐级下达指标,最后落实到不同层级的企业。基本上,我们是将节能减排理解为一种技术工程的工作。我们也承认这一模式的有效性。从各国的经验看,政府的强制性要求或规制对于绿色经济的前行是必要的。适当的补贴也能够起到很好的作用。但是应该注意到,在这种政府对企业的格局中,市场的作用是不充分的,当我们过度强调工程项目的时候,与节能减排相关的服务势必受到忽视。由于中央重心在央企,各级政府重心在自己的重点企业,广大中小企业的节能减排往往既缺乏强有力的政府规制和管理,也缺乏足够的积极性;因此,在未来的节能减排中,必须注重市场机制与政府作用的结合,注重充分利用中小企业的活力,注重技术工程措施与服务的平衡推进。

在城市的建设运行领域,低碳化主要的挑战来自交通和建筑领域。但在此之前,空间与能源的关系必须被城市建设的决策过程充分考虑,要防止决策时的大手大脚,然后在造成了众多问题后再来考虑如何实践节能减排。以交通为例,现在公认公共交通比私家车更为节能,为此赋予了轨道交通建设的合理性。但在现实中,这种能效的实现是有边界的。轨道交通的建设耗能巨大,运行也需要大量能源。它是否真的较为节能,根本要看运行效率。如果人流量不足,其能效就会很低,由此助长温室气体的排放。遗憾的是城市空间利用、紧凑度与能源的关系,怎样通过合理的城市规划节能,相关的研究当前实在太少。而在建筑节能领域,首先是新建筑节能技术的普及。我国的问题是,建筑节能的创新活动不活跃。建筑及其整个产业链上,技术进步速度缓慢。无论建筑整体还是设施设备,技术上处于世界先进水平的极为罕见。其次是我国庞大数量的存量建筑如何进行节能改造。无论新建筑还是存量建筑,节能技术的普及很大程度上受到成本的牵制。我国在节能环保领域一个值得关注的现象就是,将相关事业的推进宗教化,视之为“神圣的”目标,于是很多时候就不讲“成本”。但恰恰是成本问题,在实践中会成为最重要的拖累。于是,存量建筑的节能改造很难进入政府决策,而新建筑则常常局限于少量的花瓶式示范。

在生活与工作领域如何实现低碳化,是低碳城市的又一大命题。其范围不应该仅仅局限于节能灯的普及之类。需要注意到,老百姓的日常生活通常不会有意浪费。要使人们的日常生活低碳化,我国需要的是更多的知识普及和公共服务,包括政府、传媒、志愿者组织和商业机构在其中都可以发挥一定的作用。与百姓的日常生活相比,工作场所,尤其是公共机构的低碳化显然潜力更大,也更有教育意义和示范效应。以往我们较为忽视的一个领域是“就近就业”和“就近办事”,包括无纸化办公、网上办事、社区就业,以及在家上班之类的实践,也许这些做法更能够有效地推动一个城市的低碳化进程。像上海这样的大城市,如果有100~200万人实现就近就业,由此产生的低碳效应是巨大的,而其投入也许微乎其微。

然而,无论如何,低碳城市的最大障碍也许是人的贪婪和城市发展对高速度的无止境追求。这是上述所有措施都无法解决的问题。说到底,也许我们需要一种新的文明,即科学发展观指导下的生态文明。

[本文系2008年教育部社会科学重大攻关项目“节能减排与环境保护的宏观政策研究”的阶段性成果。]

编辑 李 梅