上海发展低碳城市的内涵、目标及对策

2010-03-19诸大建

城市观察 2010年2期

◎ 诸大建陈飞

从1990年浦东开发以来，上海已经经过了20年的高速发展。当前，上海的人均GDP已经达到1万美元，人类发展指数也已经多年超过0.9。在经济社会发展进入发达水平门槛，在能源消耗和环境容量受到严重限制的情况下，上海的未来发展应该更多地关注于经济增长和城市发展的质量。而发展低碳城市，正好为上海未来的质量导向的发展提供了方向。基于国内外发展低碳城市的大趋势，本课题从上海低碳城市的内涵、上海经济增长与CO2排放的现状、到2020年上海发展低碳城市的目标选择、低碳城市的主要行动领域以及应该采取的对策措施等五个方面进行了研究。

一、低碳城市的内涵、构成与模型

1.低碳城市的内涵

按照IPCC和联合国的相关研究，低碳城市是指城市发展或城市经济增长与CO2排放趋于脱钩。这种脱钩有两种表现（图1）：

一种是CO2排放与经济增长的绝对脱钩，即CO2排放随经济增长表现为负增长。这是发达国家当前需要采纳的低碳城市方案。按照2007年IPCC的研究报告与巴厘岛路线图的方案，要求发达国家到2020年相比于1990年CO2排放减少25%-40%，到2050年减少80%-95%。

图1 CO2的绝对脱钩与相对脱钩

另一种是CO2排放仍然是正增长，但是排放的速率低于经济增长或低于不采取政策措施的所谓基准情景（BAU），这是相对脱钩的低碳城市。例如，发展中国家在当前的发展中可以通过提高碳生产率，使得CO2排放比基准情景有明显的减少。

由于发展阶段的差异，中国当前发展低碳城市，重点是要降低单位GDP的传统能源强度和CO2强度，实现城市发展与碳排放的相对脱钩。

2.低碳城市的构成

从能源在经济过程中的输入、转化和污染物输出的全过程来看，低碳城市包含三方面的内容（图2）：

图2 城市碳排放构成及低碳行动领域

（1）在经济过程的进口环节，用太阳能、风能、生物能、水能等非碳的可再生能源替代煤、石油、天然气等碳基能源，在能源结构上减少CO2。

（2）在经济过程的转化环节，提高工业、交通、建筑三大耗能领域内传统能源的利用效率，减少碳基能源的消耗。

（3）在经济过程的输出环节，通过保护森林和发展绿色空间吸收所排放的CO2，提高碳汇以及发展碳捕捉能力。

因此上海发展低碳城市研究可以从三方面展开：从能源构成上，要尽可能利用可再生能源替代常规能源；从能源效率上，要提高工业、交通、建筑三大领域内的节能减碳力度；从城市空间上，要提高城市的绿色空间比重加强吸收CO2的能力。

3.低碳城市的模型

一般来说，CO2排放量与人口规模、人均GDP、单位GDP的能耗、单位能源的CO2强度有关（CO2/E），因此CO2排放的总量可以用下列公式进行定量化的研究：

公式表明，减少CO2与控制人口规模、经济合理增长、提高能源效率、降低CO2强度有关。一般来说，在能源替代不显著的情况下（用变量CO2/E表示），改进单位GDP的能源消耗对降低单位GDP的CO2强度可以起到主要作用。

根据模型1，在已知城市的经济增长规模（人口×人均GDP）和技术效率的情况下，可以对未来的CO2排放量进行测算；或者倒过来，在明确未来城市发展的低碳城市目标下，分析实现目标所需要的人口规模、经济增长速度、能源效率改进与碳强度改进的合适数值。这是本研究对上海发展低碳城市的路线图进行情景分析的主要工具。

由以上公式中的CO2/E，可以得到CO2与能源的关系式CO2=KE，其中E为能源使用量，系数K为碳排放强度或者碳排放系数。这个公式可以进一步分解为下列公式

其中Ei表示不同的能源类型，Ki表示不同的碳排放系数。按照这个公式，在已知能源类型和规模的情况下，可以估算相应的CO2排放情况。一般来说，越是低碳的能源，其K值就越小。这就说明了用可再生能源替代传统能源对于发展低碳城市的意义。

二、上海经济增长与碳排放的现状与问题

1.排放的效率与规模

上海经济增长与CO2排放的关系，既有可喜的方面，又有需要严重关注的方面（图3）。一方面，上海1999年以来的经济增长相对于CO2表现为弱相对脱钩的状况，即GDP的增长速度高于CO2排放量的增长速度。十一五规划以来的节能减排导致了上海近年单位产值能耗的不断降低。去年单位GDP的能源消耗强度下降4.66%，达到0.833吨标煤/万元GDP产值。这与上海的产业结构调整和微观技术改进有明显的关系。

另一方面，由于经济的高速增长和规模扩张，上海的能源消耗与CO2排放总量却是持续增长的。这是因为结构调整和技术改进的效果被规模扩张所抵消，即所谓反弹效应。2007年上海的能源消耗逼近1亿吨标准煤，按照1吨标煤相当于2.45吨CO2排放进行折合，上海的CO2排放达到了将近2.4亿吨。

图3 2000-2007年上海CO2排放量及GDP增长

2.人均排放及其比较

CO2总量增长是与2000年以来上海人均CO2的持续走高相一致的。2007年上海人口逼近2000万，折合人均CO2已经接近13吨。目前世界的人均CO2排放为4吨，我国的人均CO2排放是5吨左右，因此上海人均CO2已经大大超过了世界人均和我国人均水平(图4)。

就国内外城市之间进行比较（图5，表1），上海的人均排放在国内已超过人口能级相当的北京、天津及香港等城市，在国外已经超过发达国家的纽约、伦敦、东京、巴黎等城市。近年的一项国际研究成果表明，在1000万人口能级的世界级大城市中，上海的人均CO2排放已经处于最高地位。

图4 上海2000－2007年人均CO2排放量发展趋势

图5 2006年不同国家及城市人均CO2排放量比较

表1 2006年国家及城市CO2排放比较

3.排放的结构及其比较

从CO2排放的结构看，据统计，上海2007年CO2排放量为2.39亿吨，其中工业占58.21%，交通运输占18.77%，建筑占总排放量的16.21%（表2）。

联合国人居署的研究指出，发达国家的城市如纽约、伦敦、东京等目前属于建筑主导型的排放，中等发达地区的城市如香港等目前属于交通主导型的排放，而发展中国家的城市如上海、北京目前处于工业主导型的排放。上海CO2排放的领域结构正好体现工业高于交通、交通又高于建筑的特征。这表明，上海的能源消耗很大程度上与经济规模扩张有关，而不是与提高生活水平有关。随着城市发展升级和产业结构调整，上海生产性的CO2排放比重正在不断下降。但是随着消费水平的进一步上升，由建筑与交通导致的CO2排放比重却在大幅度上升。

三、上海发展低碳城市的情景分析与目标设定

1.情景分析

在研究上海到2020年的低碳城市发展目标时，我们对上海经济增长与CO2的关系进行了三种情景的分析，即惯性情景或基准情景、理想情景或绝对脱钩情景、适宜情景或相对脱钩情景。分析的结果如表3。

情景一（惯性情景或基准情景）：惯性情景是假定延续上海当前的发展趋势，不采取额外的低碳城市行动。2000－2007年间上海的能源强度平均降幅为4.4%，假定到2020年人口年均增长和人均GDP年增长率分别保持2%和11%（即经济增长速率为13%），能源生产率保持4.4%的年增长速度，那么CO2排放量年均增长率将高达8.6%，于是到2020年的CO2排放总量将达到2007年的2.92倍。显然这是极端高碳的情景。

情景二（理想情景或绝对减排情景）：理想情景是假定上海的CO2从现在起就开始实现零增长，即CO2排放年平均增幅为0%，或CO2增长对于GDP的弹性系数为0。在经济增长速度为11%的条件下，这意味着上海的能源生产率需要每年提高11%，即提高到现在的3倍左右。这是许多发达国家城市发展低碳城市的目标模式（表4），与上海当前的发展阶段、技术条件、管理能力不相适应。

表2 2007年上海CO2排放总量及分类比较

表3 2020年CO2排放的情景模式分析（上海）

情景三（适宜情景或相对减排情景）：适宜情景是符合联合国气候变化框架的精神，适应当前发展中国家及其城市的低碳城市情景。它要求CO2排放相对于经济增长速度有一定的控制与减少。由于上海当前的CO2排放已经高达13吨，从与美国、欧盟、日本等人均排放的比较中，我们假定到2020年上海CO2排放控制在人均15吨左右（上海当前的人均排放已经超过欧盟与日本的人均10吨水平，如果继续扩展达到美国这样的人均20吨水平，这将大大影响上海城市的世界形象和国际竞争力）。这意味着未来10年内的CO2排放规模应该控制在2007年的1.5倍，即年平均增幅为3%。于是，在经济增长每年9%的情况下，能源生产率需要提高到每年6%，即年CO2增长相对于年GDP增幅的弹性系数为0.33，属于相对脱钩情景。

2.目标设定

表4 世界主要城市减量目标比较

通过以上的分析，我们的结论是：按照情景一即惯性情景的发展是沿袭传统高碳模式的发展，不利于提高上海在世界上的城市竞争力和提高人民的生活质量；按照情景二即理想情景的发展超越了中国当前的发展阶段和上海城市的当前能力，将导致有低碳无经济的结果，实际上按照相关的研究成果，中国到2030年以后才有条件考虑绝对减排的问题；因此我们认为上海未来10年可以采纳的方法就是情景三即适宜模式与相对减排模式，这个目标具有以下特点：

（1）上海实现适宜情景的低碳城市目标，就是比基准情景减少将近50%的CO2排放即3.6亿吨，这是可以通过发展模式的转型和加强技术与管理得到实现的，也是上海作为工业化的发展中国家大城市的一种绿色贡献。

（2）即使达到适应情景的目标，仍然意味着上海的人均排放高于欧洲和日本的人均10吨左右水平，在世界级城市的排行中仍然不具有领先性。

（3）从长期看，上海到2020年要争取达到CO2排放的峰值，然后经过一段时间的稳定，到2025-2030年相对于中国的发展阶段提前进入下降阶段，为中国的低碳城市发展做出示范。

四、上海发展低碳城市的重点领域

要达到2020年上海CO2排放比基准情景减少50%的目标，需要实行提高传统能源效率和发展可再生能源与建设碳汇并重的行动战略。虽然按照上海当前的能源消耗和CO2结构，未来10年内减少CO2排放的主要行动仍然是提高工业、交通、建筑三大领域能源的利用效率（达到90%强），但是发展可再生能源和加强碳汇碳捕捉来降低CO2排放将会起到越来越大的作用（10%以上的比重）。

达到2020年比基准情景减少50%排放的目标，需要将上海的能源生产率或CO2生产率平均每年从现在的4.4%提高到6%。这靠在当前的产业结构、城市结构、消费结构上是难以做到的，这需要这些领域的结构变化和模式转型，需要通过发展循环型的产业、紧凑型和生态型的城市、功能型和公共型的消费模式，实现以经济增长与CO2相对脱钩为特征的绿色转型（图6）。

图6 低碳城市的三个脱钩

1.减少工业碳排放的目标与行动

（1）现状与问题

2000-2007年，由于产业升级与技术改进，单位GDP能耗下降幅度较大，上海工业生产造成的CO2排放量比重逐年下降(图7)。但是上海工业生产造成的CO2排放量仍然远高于北京及天津（图8），并且仍然是上海CO2排放的主要力量。因此，在低碳城市发展中，上海仍然需要不断地进行产业调整，加大第三产业在经济结构中的比重。

图7 2000-2007年上海工业CO2排放量及比例

图8 国内主要城市工业CO2排放量比较

（2）可能的目标

上海工业发展低碳城市的目标分析，采用与总量相同的情景分析方法（表5），要求到2020年采取相对脱钩的发展策略。

2007年上海工业排放CO2为14000万吨。按照基准情景，到2020年的CO2排放将达到31000万吨左右。按照适宜情景，应该控制排放为21000万吨。因此，到2020年工业需要实现减排10000万吨。按照上海产业结构调整与技术进步的节奏，这个减排量应该是可以实现的。

（3）提高上海工业生产的循环化和服务化水平

上海工业要提高CO2生产率，需要从提高工业生产的服务化和循环化展开三个方面的工作：

第一，调整产业结构。优化技术等级，控制淘汰污染高的行业，发展第三产业。电力上发展IGCC技术，加强横向联合。增加高技术及高附加值产品的比例。

第二，实行行业准入。从法规上设置准入门槛，对禁止发展的行业和无竞争能力的产业，应全部予以关闭或转移。

图9 物质生产循环化

表5 上海发展低碳生产的目标

第三，转变企业传统生产方式。从开放式线性经济模式向封闭式流程为特征的循环经济模式转变（图9）。

2.减少交通碳排放的目标与行动

（1）现状与问题

交通造成的CO2排放量在不同城市比例有所不同，在中国大陆地区，工业生产碳排放比例最大，交通及建筑碳排放比例较小，但正在逐渐增加（图10）。

2000年及2007年上海交通运输CO2排放量分别占上海总的CO2排放量的10.87%和18.77%（图11）。同比之下，北京及天津两地分别占上海交通运输CO2排放量的45.8%和19.16%（图12）。造成这种差距的原因在于上海作为国际金融中心及航运中心，大量的人流与物流加剧了上海的内外交通负荷。

上海私人小汽车CO2排放量平均年增长率22.15%，高于民用汽车的CO2排放年14.2%的增长率；在民用交通CO2排放中的比重由2000年的14.54%增长到2007年的58.48%(图13)。

私人小汽车碳排放的增加，首先在于生活水平提高。第二，人口增长，土地扩张，城市空间距离增大，土地利用的单一化造成通勤距离增加。其三，公共交通尤其是轨道交通发展速度滞后于城市土地的扩张速度。2007年公共交通的CO2排放量仅占小汽车的50%左右就是一个很好的说明。

（2）可能的目标

图10 2001年各国交通CO2排放量及比重

图12 不同城市交通运输CO2排放比较

图11 上海2000－2007交通CO2排放量比重

图13 上海私人载客汽车CO2排放量及比重

上海交通发展低碳城市的目标分析，采用与总量相同的情景分析方法（表6），但是由于交通排放的高速增长，到2020年只能采取较小的减少排放策略。

2007年上海交通排放CO2为4500万吨，而且增长率大大超过工业和建筑。按照基准情景，到2020年的CO2排放将达到36000万吨左右，是2007年的8倍左右。按照交通的适宜情景，到2020年可以排放的CO2只有1.5-2万吨，显然难以实现。考虑到未来10年交通能耗和CO2在上海的急剧增长，我们在研究中只要求按照基准情景减少50%，即到2020年减少排放18000万吨。

（3）提高城市空间的紧凑化和生态化水平

按照城市结构尺度及规模体现在区域到社区4个不同的空间层面上。

①在都市区域空间层面，通过合理的城镇空间布局、产业结构组织及基础设施的合理安排，引导城市各类要素向城镇空间集聚，形成区域性空间等级与层次的空间格局及不同等级城市间横向联系的网状格局（图14）。

②城市空间层面，积极引导城市各项功能的合理分区，完善基础设施布局，避免城市规模过度扩张和功能的单一化。未来上海发展需要在现有1个中心城、9个新城和60个左右新市镇组成的城镇群方案（图15）基础上进一步加强多功能、集成型的郊区二级城市建设，同时留出更多的空间发展有吸碳功能的农林空间和自然空间。

图14 长三角区域空间紧凑化模式

图15 区域及都市空间层面紧凑化

③社区空间层面，强调混合使用和适度高密度社区开发，打破传统功能分区，不同的社区组团作为城市最小功能体，依靠公共交通联系，减少小汽车使用，发挥城市区域的地缘优势（图16）。

表6 上海低碳交通发展目标

3.减少建筑碳排放的目标与行动

（1）现状与问题

图16 社区－组团空间层面紧凑化

图17 上海建筑使用阶段CO2排放量分类

图18 上海建筑使用阶段CO2排放量及占总量的比例

建筑碳排放包括住宅生活及公共建筑，上海建筑能源消费以年均10.2%的速度递增，略低于经济的发展速度。与此同时，上海总能源消费总量2000－2007年年均增速为8.6%。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，未来仍具有继续增加的趋势。

建筑能源消费占全市能源消费的比重也由2000年的14.5%持续攀升至2007年的 16.12 %，建筑能源消费总量的快速增长，加剧了上海CO2排放的压力（图17，图18，表7）。

（2）可能的目标

上海建筑发展低碳城市的目标分析，采用与总量相同的情景分析方法（表8），要求到2020年采取相对脱钩的发展策略。

2007年上海建筑排放CO2为4000万吨，按照基准情景到2020年CO2排放将达到14400万吨左右。按照建筑发展适宜情景，应该排放6000万吨。按照比基准情景减少50%时，应该排放7200万吨。因此，到2020年上海建筑需要实现减排7200-8400万吨。

（3）提高城市生活的低碳化与公共化水平

在城市消费中要引导低碳化和功能化的生活模式和消费观念，在建筑使用中，要倡导使用高效空调、照明及节能家电。在城市出行中，要提倡多用公共交通，少用私人汽车，根据不同情况采取以功能满足为导向的不同的交通方式 (图19)。

4.可再生能源利用和碳汇碳捕捉

在大幅度提高上海能源利用效率以减少CO2排放的同时，需要加大经济过程输入口的可再生能源替代和输出过程的城市吸碳空间建设。我们认为，两者相加可以提供减少CO2排放大约4000万吨左右的增量能力。

表7 2004年建筑CO2排放比较

表8 上海建筑发展目标

（1）可再生能源利用

①现状与问题

按照有关规划，上海2010年可再生能源利用比达到0.5%，为62.46万吨标准煤（总能源消费为1.24亿吨标准煤）。目前已陆续建立临港、崇明、长兴及东海大桥等10万千瓦海上风电项目。2010年，风电规模将达到20-30万千瓦，年发电量将达17.5亿千瓦时。

图19 低碳模式下可持续发展公共交通

主要问题：在能源利用种类上，上海可再生能源集中在风能上，太阳能利用率低，规模小；在可再生能源利用方式上，建筑太阳能利用主要为热水，光电板发电效率低，造价高，寿命短，污染重；在体制与政策上，没有形成可再生能源利用的社会机制，如个人风能及太阳能开发的使用与转化，没有组织相关的部门进行专门管理。

②可能的目标

按照十一五的上海能源规划，2020年上海可再生能源占能源利用的比重将从目前的0.5%增长到2%，可再生能源利用总量将达到294.18万吨标准煤，是目前规模的5-6倍水平，年平均增长率达到18.5%（图20）。届时就可再生能源所替代的传统能源而言，大约可以减少CO2排放750万吨。

图20 上海未来可再生能源发展目标情景预测

我们认为，在当前低碳城市的情况下，需要进一步加大可再生能源开发利用的规模与速度，努力争取达到占上海能源结构的5%以上水平（国家到2020年的可再生能源目标是15%）。如果能够至少达到1000万吨标准煤的水平，就可以减少CO2将近2500万吨。

③需要的行动措施

在城市发展战略上，把可再生能源发展作为科教兴市重点领域，坚持开发与应用，使上海成为国内重要的可再生能源技术研发基地。

新能源产业化：改变传统燃煤为核心的产业链，使风力发电、太阳能发电、垃圾发电等新能源装备真正成为其新的经济增长点，形成围绕可再生能源利用的系统化的产业循环。

在实践上分层次推进可再生能源利用，包括国家级可再生能源产业园区、可再生能源利用的新型社区、具有历史文化遗产的工业建筑改造示范区、大型公共建筑可再生能源利用示范项目。

法律法规建设及政策保障上，逐渐完善可再生能源立法，推动新建建筑屋顶太阳能利用的全面普及。

（2）碳汇碳捕捉

①现状与问题

(1)自然碳汇。碳汇通过陆地植被绿地固碳，碳汇量与绿化面积有关。2000年以来,上海绿化面积年均增幅达到24.8%，2004年起增长率逐步降低，但是年均增长率仍然有6.8%左右（图21）。按照有关研究，上海2007年的绿化面积达到32000公顷，平均每公顷绿地日可以吸收1.767吨CO2。因此，上海当前植被绿化每日吸收CO2量达到5万吨左右，年固碳能力为1800万吨CO2。

图21 上海城市园林绿地面积

(2)碳捕捉。碳捕捉（CCS）是运用技术条件把化石燃料燃烧排放出来的CO2从大气中分离并进行储存，包含捕获、运输及封存三个阶段。碳捕捉的主要对象是CO2集中排放区。主要通过管道运输捕获的CO2，注入到地下、深海及废气的油气田中，提高燃油或天然气的生产率。由于技术条件及成本问题，目前国内碳封存技术刚刚起步。未来，上海需要通过实践，参与国际合作，推进碳捕捉技术示范区建设。

(3)面临的问题。一是土地有限。上海发展碳汇的能力受土地面积的限制，缺少森林、沼泽及大面积植被的覆盖面积。二是技术障碍。根据国际能源署公布的数据，目前CCS的成本大致在30－90美元/吨CO2。未来随着技术的进步，强化采油，CCS受益会抵消部分成本。三是管理障碍。目前CCS封存技术缺少法律依据及管理经验，缺乏碳封存的安全性保障。

②可能的目标

上海通过扩大城市的绿色空间来减少CO2排放是可能的。如果在未来10年中，上海绿地增幅仍然保持目前不低于5%的增长率，那么2020年上海市园林绿化面积日吸收CO2可以从5.89万吨提高到10.59万吨。2020年，绿化面积每日吸收CO2将为2007年的1.88倍（表9），达到大约3600万吨的碳汇能力。

表9 城市绿化面积及碳汇量未来预测

③需要的行动措施

(1)在加强绿化措施增加自然碳汇能力上，今后应进一步增加街头绿化、公园、沿江、道路绿化建设，沿城市周边设置防风林，保护现有沼泽地，从上海整个城市范围内尽可能做到生态平衡。

(2)在碳捕捉上，发挥目前优势，利用东海油气田进行深海储存，随着IGCC发电水平的提高，碳封存有了技术上的保证及实践的可能性。

五.上海推进低碳城市发展的对策措施

低碳城市的启动和发展更多地依赖制度层面的变革，没有强有力的政策安排与政策行动，没有政府、企业、社会公众的共同参与，到上海要实现到2020年在经济增长的同时CO2排放比基准情景减少50%的目标是不可能的。

1.向低碳城市转型的关键措施

(1)建立全市CO2排放账户。要实现低碳城市的目标，就需要建立CO2排放的账户，对上海的CO2排放情况进行规划、均分配与监测。用能源消耗和CO2排放作为约束上海粗放型经济增长的龙头，促进上海的经济结构、城市结构和消费结构向低碳城市转型。

(2)按照CO2排放目标进行分解。实现低碳城市的主要行动领域是输入口的可再生能源，转化端的提高工业、交通、建筑领域的能源效率，以及输出端的加强城市碳汇空间建设。因此，需要将上海的CO2控制目标分解到这三个领域之中，特别是分解到对未来10年实行低碳具有主要作用的工业减碳、交通减碳、建筑减碳中去。

(3)建立上海地方性的碳交易市场。要利用上海已经有能源环境交易所的平台，建立碳交易市场，以便促进碳生产率的提高。上海的能源结构短期内不可能有大的改变，化石能源仍将是今后一段时间内主要的能源来源。与发达国家相比，上海提升能源效率的空间还很大。因此，上海发展低碳城市需要实行提高能源效率与发展可再生能源并重的战略。

(4)将单位GDP的碳强度或者碳生产率（前者的倒数）指标纳入十二五规划。单位GDP的能源强度主要体现经济过程的能源消耗情况，单位GDP的碳强度体现经济过程的CO2情况，两者一前一后可以携手成为提升经济发展质量的压力与动力。上海发展低碳城市需要将这两个指标作为经济社会发展的约束型指标，实质性地推动上海发展。