京津冀都市圈低碳城市发展研究

潘辉+史先念

[提要] 本文基于能源消费过程视角，建立低碳城市发展模式指标体系，采用二阶聚类法，对京津冀都市圈13个主要城市进行实证研究。结果表明：京津冀低碳城市发展模式可归纳为四种发展模式，即源头低碳化模式、过程低碳化模式、末端低碳化模式以及混合低碳化模式。最后，针对四种发展模式，分析其所包含的城市数量和类型以及发展路径，并给出相应的对策建议。

关键词：低碳城市；发展模式；二阶聚类；京津冀都市圈

基金项目：天津城镇化与新农村建设研究中心开放基金资助项目（编号：KFJJ17-11）

中图分类号：F291.1 文献标识码：A

收录日期：2017年12月12日

为了应对全球气候变化和环境污染，低能耗、低排放、低污染的经济转型已经成为世界经济发展的趋势。城市作为人类生产和生活的中心，在社会发展中起着重要的作用。当前世界一半以上的人口居住在城市中，城市的人均能耗是农村地区的3.5倍，超过75%的温室气体从城市产生。据统计，我国的城市化水平已经从1978年的17.9%快速增长到2013年的53.7%，城市能耗已达到总能耗的55.48%，碳排放量达到总排放量的58.84%，城市已经成为能源消耗和碳排放的主体。因此，城市作为地区经济发展和社会发展的核心单元，不可避免地成为中国低碳发展的关注重点。我国对低碳城市发展的研究和实践虽然取得了一定成果，但仍处于探索性的阶段。由于我国城市类别众多，特征各有不同，存在较大的差异，不同类型的城市低碳发展的定位、思路、模式和路径选择也有所区别，因此尚未形成一个低碳城市发展模式的体系。这就决定了在低碳城市发展中不能千篇一律的复制和模仿，必须在城市化进程中探索适合自身的低碳发展模式。

一、低碳城市发展模式

低碳城市是针对碳排放量而言的一种城市发展新模式，从城市微观层面的能源输入、转化和污染物输出的全过程来看（即过程论，是按低碳产品的生产、流通、消费、循环利用的整个过程），低碳城市包含三个方面的内容：一是在能源使用前，使用可再生能源和清洁能源，替代煤、石油等高碳能源来减少碳排放量；二是在能源使用中，提高工业、建筑、交通三大耗能领域的能源利用效率，减少高碳能源的消耗；三是能源使用后，通过保护森林和构建城市绿色空间来吸收能源使用过程中排放的二氧化碳等温室气体，促进碳汇增加并提高碳捕捉能力。总之，低碳城市就是在能源使用过程中达到碳排放最小化以及碳吸收最大化，见图1。（图1）

基于以上视角，本文将我国低碳城市发展模式分成四种模式：源头低碳化模式、过程低碳化模式、末端低碳化模式以及混合低碳化模式。源头低碳化模式是指某一城市针对自己的特点，在发展低碳化过程中将重点放在能源使用前，改变原有的能源投入结构，使用可再生能源和清洁能源，替代煤、石油等高碳能源来减少碳排放量，从而实现低碳城市目标的一种发展方式。过程低碳化模式是城市在发展低碳过程中，针对现有的能源使用情况，努力提高工业、建筑、交通三大耗能领域的能源利用效率，减少高碳能源的消耗的发展方式。末端低碳化模式是指为了实现低碳城市，在能源使用的末端，通过保护森林、增加城市绿地面积以及构建城市绿色空间来吸收能源使用过程中排放的二氧化碳等温室气体，促进碳汇增加并提高碳捕捉能力的一种发展方式。混合低碳化模式属于以上三种低碳发展模式的结合，由于有些城市的现状介于以上三种低碳模式的中间状态，不完全适用于一种发展模式，而是两种或者三种模式的综合，因此本文将其定义为混合低碳化模式。

二、低碳城市发展评价指标体系构建

城市的低碳发展涉及到社会、经济、环境等领域，是一项复杂的系统工程。基于以上研究，借鉴相关文献，本文依据能源使用过程论，从能源使用前（源头）、能源使用中（过程）、能源使用后（末端）三个阶段建立了低碳城市发展模式指标体系，见图2，并利用相关数据研究我国低碳城市发展的有效模式。（图2）

（一）能源使用前（源头）。近几年，我国煤炭、石油和天然气的碳足迹快速增加，直接导致城市环境压力越来越大。因此，本文选取煤炭占能源消费总量的比重、石油占能源消费总量的比重、天然气占能源消费总量的比重以及水电、风电、核电占能源消费总量的比重作为指标，来反映城市低碳发展能源投入消耗结构情况的指标，通过以上指标可以反映出城市低碳发展中传统能源和可再生能源的使用情况。

（二）能源使用中（过程）。在能源使用过程中，工业、建筑和交通是城市能源消耗的主要领域。本文选取工业能源消耗（万吨标准煤）、房屋建筑总面积（万平方米）和汽车拥有量（万辆）作为指标直接或间接地反映三大能耗行业的能源消耗量的实际情况。其中，建筑领域的能耗分为生产能耗和消费能耗，由于其能耗结构比较复杂，而且统计口径、計算方法不尽相同，所以本文选取房屋建筑总面积来间接反映建筑领域能耗状况，房屋建筑总面积为房屋施工面积和房屋竣工面积之和。

（三）能源使用后（末端）。本文选取森林覆盖率和城市绿化率作为指标来反映城市低碳发展的碳汇能力。

三、低碳城市发展模式实证分析

（一）研究方法。本文使用二阶聚类分析法，基于能源的使用过程角度，对研究对象进行分类。二阶聚类分析法是聚类算法的一种形式，作为一种数据探究工具，可以用来对一个未知数据集进行自然数据分组、聚类。相比其他聚类方法有如下显著的优点：一是采用对数似然值作为距离测量指标，对不同尺度类型的变量适用，能够同时处理基于分类变量和连续变量的聚类问题；二是不仅可以自动判断结果中适宜的类别数，而且可以表述变量的重要性。二阶聚类分析法在算法上使用的是分层聚类中BIRCH算法。BIRCH算法通过聚类特征（CF）对簇的信息进行汇总描述，利用各个簇之间的距离，然后采用层次方法的平衡迭代对数据集进行规约和聚类。

（二）研究对象。本文选取北京、天津以及河北省的11个地级市（石家庄、唐山、邯郸、秦皇岛、保定、张家口、承德、廊坊、沧州、衡水和邢台）作为研究对象，区域面积占全国的2.3%，人口占全国的7.2%。endprint

（三）数据来源。本文研究数据主要来源于2016年《中国统计年鉴》、2016年北京、天津、河北省《统计年鉴》及2016年京津冀各城市国民经济和社会发展统计公报。

（四）结果与分析

1、低碳城市聚类分析。本文利用SPSS20.0软件对京津冀地区13个城市进行二阶聚类分析。从表1中可以看出，京津冀地区的13个城市被分成五类，第一类包含一个城市，占城市总数的7.7%；第二类有2个城市，占城市总数的15.4%；第三类包含4个城市，占城市总数的30.8%；第四类和第五类各包含3个城市，其所占比例都为23.1%。每一类中各个城市的频率和百分比见表2。由表2可知，第一类城市中只包括北京；第二类城市中有唐山和天津；第三类城市包括沧州、邯郸、石家庄和邢台；第四类城市有保定、衡水和廊坊；承德、秦皇岛和张家口为第五类城市。（表1、表2）

2、低碳城市发展模式分析。通过对低碳城市发展模式各指标进行详细分析，各指标均值和标准值见表3，从中可以看出：

第一类城市中，低碳城市指标中房屋建筑总面积的均值达到23，768.9万平方米，汽车拥有量的均值为495.7万辆，这两项指标明显高于其他四类城市，说明此类城市的建筑产业和交通业能源消耗量及碳排放量是最高的。而水电、风电和核电占能源消费总量的比重高于其他四类城市，说明此类城市发展中可再生能源的使用情况要比其他城市好。城市绿化率指标也优于其他四类城市，这说明，在低碳末端进行碳汇的能力比较强。因此，这类城市属于过程低碳化模式，在低碳发展过程中应该更加重视能源使用阶段的问题，即通过技术创新、有效管理等方法提高能源使用效率，减少碳排放总量。（表3）

第二类城市中，工业能耗量均值为5，174.73万吨标准煤，明显高于其他四类城市，所以第二类城市的工业能源消耗量及碳排放量是最大的。而可再生能源占比、汽车拥有量、房屋建筑总面积以及城市绿化率要高于第三、第四、第五类城市。所以，此类城市和第一类城市比较相似，同样属于过程低碳化模式，在低碳发展过程中也应更加重视能源使用阶段的问题。

第三类城市中，能源投入中煤炭、石油、天然气占总能源消耗比例以及可再生能源比例居于五类城市的中间值；工业能源消耗、汽车拥有量以及房屋建筑总面积几项指标低于第一、第二类城市，但高于第四、第五类城市；而且森林覆盖率和城市绿化率也处于较低水平，所以此类城市的在能源使用的源头、过程和末端阶段都存在较大问题，城市低碳发展模式不能适用单一模式，它属于混合低碳发展模式。

第四类城市中，能源消耗结构中水电、风电、核电所占比例在五类城市中居中，工业、建筑业以及交通能耗量都处于较低水平，但是森林覆盖率和城市绿化率都处于五类城市中最低水平，所以此类城市属于末端低碳化模式，在城市低碳发展过程中应该把重点放在能源使用后阶段，增加城市绿化率和森林覆盖率，从而加强碳排放吸收能力和碳汇能力。

第五类城市中，森林覆盖率的均值为0.45，是这五类城市中最高的。说明此类城市具有良好的低碳末端的碳汇能力，能够有效地降低含碳量。而能源结构中的煤炭和石油占比均值是这五类城市中比例均值最高的，水电、风电、核电占比的均值为0.01，较其他城市来说是其均值为较低的，所以在第五类城市中的传统能源使用率最高，可再生能源的使用率是最低的，能源结构不合理。同时，工业能源消耗总量、汽车拥有量以及房屋建筑总面积比其他四类城市低。因此，此类城市属于源头低碳化模式，在城市低碳发展过程中应该把重点放在能源使用前阶段，调整能源投入结构，提高可再生能源的使用比例，从源头降低碳的消耗量，从而更有效地实现低碳城市的目标。

因此，通过低碳城市聚类和发展模式分析，可以得出，第一、第二类城市属于过程低碳化模式，典型代表为北京、天津和唐山；第三类城市属于混合低碳化模式，代表城市包括石家庄、邯郸、沧州和邢台；第四类城市属于末端低碳化模式，包括保定、衡水和廊坊；第五类城市属于源头低碳化模式，以承德、秦皇岛和张家口为代表。

四、结论及建议

本文基于能源消费过程的视角，建立低碳城市发展模式指标体系，运用二阶聚类研究方法，对京津冀都市圈主要城市进行了实证研究，针对不同类型的城市在发展低碳过程中应该选择的模式和路径进行了深入分析，这对尽快实现京津冀地区低碳城市的发展目标和推动低碳城市经济社会的可持续发展具有重要的理论和实践意义。

（一）承德、秦皇岛和张家口属于源头低碳化模式，其城市的低碳政策的重点应是控源，提高可再生能源和清洁能源的使用率。另外，在此基础上，大力推进节能减排、清洁生产和资源综合的高效利用，并且在保障经济发展的同时，可以通过技术手段减少化石能源的需求。

（二）北京、天津和唐山属于过程低碳化模式，这三个城市应该把重点放到提高能源在使用过程中的效率，降低碳排放量。北京的建筑产业和交通业能源消耗量最高，而天津和唐山的工业能源消耗量最高，因此，北京应该着重加大力度降低建筑业和交通业的能耗和碳排放量，而天津和唐山低碳发展的重点是在工业领域中降低能耗和碳排放量。

（三）保定、衡水和廊坊属于末端低碳化模式，其侧重点是加强碳汇能力。一是通过低碳技术的发展提高城市碳汇能力；二是植树造林，保护植被，增加绿地面积，建设袖珍公园，从而最大限度地吸收碳排放，达到低碳的目标。

（四）沧州、邯郸、石家庄和邢台属于混合低碳模式，是过程低碳化和末端低碳化的混合体，所以其城市低碳政策重点应兼顾过程低碳和末端低碳的内容。

综上所述，建立低碳城市模式是低碳城市发展的基础，我国城市多元化、差异化和非后工业化的特点决定了其不能完全模仿发达国家低碳城市建设经验和政策举措，也不能千篇一律、完全复制国内城市同样的发展套路，而是必须选择符合自身特点和优势的低碳城市发展模式。同时，更需要注意的是，在低碳城市发展过程中必须有所侧重，不能“眉毛胡子一把抓”，应该分析城市所属低碳发展模式，集中控制对低碳发展影响最大的因素或方面。

总之，各地政府需要通过合理的规划，充分利用知识、资金、技术等资源，因地制宜地制定符合城市低碳发展的政策，从而优化能源消耗结构，提高能源利用效率，降低碳排放量，这样可以更客观、更科学、更有效地实现低碳城市的目标。

主要参考文献：

[1]Nannan Wang，Yen-Chiang Chang.The evolution of low-carbon development strategies in China[J].Energy，2014.68.

[2]Xia Kunbao.Development low-Carbon economy，reach sustainable development in cities[J].Environmental Protection，2008.2A.

[3]孙钰，李泽涛，姚晓东.城市发展新机遇的选择——低碳城市模式探析[J].生态经济，2011.5.

[4]谭志雄，陈德敏.中国低碳城市发展模式与行动策略[J].中国人口·资源与环境，2011.21.

[5]陳润羊，周一虹.西部地区低碳城市发展模式研究——以甘肃省兰州市为例[J].资源开发与市场，2013.29.endprint