低碳城市讲义2010

低碳城市 生命科学学院苏湘鄂 一 全球气候变化 碳排放与城市化关系二 低碳城市成为碳减排的关键所在三 国际发展低碳城市的经验四 我国发展低碳城市的途径 主要内容 一 全球气候变化 碳排放与城市化关系 北半球近2000年温度的重建曲线 Mann等 2008 Temperaturechangesince1951 相对于1961 1990年30年气候平均 公元1951 2006年 从1986 1987年冬季开始 中国已连续经历了21个 暖冬 中国气象局国家气候中心提供 近50年中国平均气温的变化 假如温度升高6度 绿色阔叶林将重现加拿大北极圈 而南极的腹地也会有类似的情景 有95 的物种灭绝 地球将面临着一个与史前大灭绝一样的最后劫难 马克 科林斯 6度的变化 一个愈来愈热星球的未来 2007 全球平均温度距平 黑线 观测 灰线 多模式 13个 集成模拟 a 人类活动 自然强迫 b 只有自然强迫 人类活动是否引起近百年气候变化的重要或主要原因 大气CO2的产生机制 自然过程和人类活动都向大气排放CO2 植物生长过程能源化石燃料的燃烧大气和地球表面的天然CO2通量一般要大于人为排放量引起的CO2通量 由于人为排放量引起的CO2通量只会朝一个方向进行 而天然CO2通量会在两个方向都发生 植物生长吸收大气中的CO2 植物腐烂又会将大部分或者全部CO2释放到大气中 研究人员已经证实他们测量的CO2 空间模式与目前的CO2排放量数据以及人口密度相关性好 当前气候变暖的原因90 以上的可能性是由人类活动造成的 世界气象组织全球大气监测 WMO GAW 全球温室气体监测网络认为 自工业化以来 CO2 CH4 N2O以及CFC一11 CFC一12等5种温室气体引起的辐射强迫达到了97 工业化 1750年 以来 大气中温室气体明显增加 年 1000 1200 1400 1600 1800 2000 280 300 320 340 360 浓度 ppmv CO2 南极LawDome冰芯资料显示的近1000年大气CO2浓度 IPCC 2001 碳排放与城市化过程相交织 从自然科学的角度看 太阳活动强度变化 海洋的作用 大气气溶胶浓度的变化 土地利用与土地覆被状态变化是导致全球平均气温升高的因素 前两者活动强度变化人类对其无能为力 后两者都与人类活动有关 尤其与近百年来工业化推进城市化有关 城市化过程可能是全球气候变化的最重要的人类活动因素之一 从社会发展过程看 在过去的200年间 由于工业革命导致大规模的化石燃料使用 全球CO2排放量和城市化水平一直在同步稳定增长 目前均有加快的趋势 全球主要温室气体浓度及WMO GAW监测的全球温室气体趋势 CO2CH4N20全球平均温城市化水平 ppm ppb ppb 度升高 C 极值3852007383 11789 0320 900 7450 02006381 21783 0320 1046 01998381 11786 3320 130 4045 0197038 6195028 2190013 6工业化前2807002700 018506 43 0 再从碳排放源头看 城市是人口 建筑 交通 工业 物流的集中地 也是高耗能 高碳排放的集中地 据统计 全球大城市消耗的能源占全球的75 温室气体排放量占世界的80 从最终使用的角度看 碳排放的来源可以分为产业 居民生活和交通三个主要的组成部分 根据美国资料 由建筑物排放的CO2约占39 交通工具排放的CO2约占33 工业排放的CO2约占28 英国80 的化学燃料是由建筑和交通消耗的 城市是最大的CO2排放者 如果人们对CO2排放只需考虑三个变量 人口变化趋势 社会发展阶段和能源结构 很显然 这三个变量与城市化过程交织一体 我国城市碳排放量2006年 我国287个地级以上城市市区的能源消费量占全国总能耗的55 48 二氧化碳排放量占全国总排放量的54 84 中国处于城镇化快速发展时期 未来20年城镇化水平年均提高0 8 1个百分点左右 二 低碳城市成为碳减排的关键所在 低碳城市的内涵 指以低碳经济为发展模式及方向 市民以低碳生活为理念和行为特征 政府公务管理层以低碳社会为建设标本和蓝图的城市 低碳城市是一个综合体系 主要包括低碳经济 低碳建筑 低碳交通 低碳生活 低碳环境 低碳社会等 低碳城市路径 能源利用减少能源消耗 提高能源利用效率 开发可再生能源 减少碳基能源比例 低碳建筑低碳交通经济产业结构革新传统经济增长方式 调整产业结构碳减排促进碳捕捉 使用和储存 CCUS 研发和应用消费行为改变变革消费模式 推广低碳生活方式 低碳城市之低碳能源 风力发电 美国是去年世界风电增速最快的国家 2008年 美国的风机增速接近50 为835 8万千瓦 中国新增装机容量为630万千瓦 增长100 两国总的新增装机容量占当年全球的54 美国和中国风机装机总量分占世界第一和第三位 低碳城市之低碳能源 太阳能发电 2007年预计 到2020年 光伏发电成本可降至每度1元左右2008年预计 1元 度的目标提早到2015年 2009年初预计 1元 度的目标提早到2012年 2009年9月8日 美国第一太阳能公司FirstSolarInc 和中国签订协议 将在未来10年内在内蒙古鄂尔多斯建造一座全球最大的2000兆瓦太阳能发电站 项目投资额高达50亿至60亿美元 2009年9月30日 中国第一个10兆瓦级 石嘴山50兆瓦太阳能光伏电站一期10兆瓦项目并网投产 截止到2007年底 我国太阳能发电能力达到 万千瓦 位居世界第二 而太阳能热水器的使用面积占到了全世界的 未来5 10年 中国就有可能成为世界上最大的光伏市场 低碳城市之低碳交通 交通运输行业是用能大户 也是节能减排的重点领域 拥堵的城市交通不仅降低了城市人的生活质量 也制造着无数的二氧化碳 图为埃及开罗 世界上最为拥堵的城市之一 如果去8公里以外的地方 乘坐轨道交通可比乘汽车减少1700克的二氧化碳排放量 购买低价格 低油耗 低污染 同时安全系数不断提高的小排量车 多步行或骑自行车 乘坐轻轨或者地铁 骑自行车上下班的人一不担心油价涨 二不担心体重涨 网上购物减少交通出行 开车族如果能做到以下几点 也可让驾驶变得更为 绿色 避免冷车启动 减少怠速时间 尽量避免突然加速 选择合适挡位 避免低挡跑高速 用黏度最低的润滑油 定期更换机油 高速驾驶时不要开窗 轮胎气压要适当 如果堵车的队伍太长 还是先熄了火 安心等会儿吧 定期检查轮胎气压 气压过低或过足都会增加油耗 一般的车用93 汽油就够了 盲目使用97 可能既费油 还伤发动机 跟老公交司机学习如何省油 少用急刹 把油门松了 靠惯性滑过去 洗同样一辆车 用桶盛水擦洗只是用水龙头冲洗用水量的1 8 法国近年来对每公里二氧化碳排放量低于100克的汽车给予5000欧元奖金 对超过160克的汽车最高可征收2600欧元的尾气排放超标税 日本实行3年期政策 对低排放车型实施全免 减免75 和减免50 不等的税收优惠 德国将从今年7月起实施按发动机排量与尾气排放量征收汽车税的政策 低碳城市之低碳建筑 一个经常被忽略的事实是 建筑在二氧化碳排放总量中 几乎占到了50 这一比例远远高于运输和工业领域 低碳建筑是指在建筑材料与设备制造 施工建造和建筑物使用的整个生命周期内 减少化石能源的使用 提高能效 降低二氧化碳排放量 外墙节能技术 墙体的复合技术有内附保温层 外附保温层和夹心保温层三种 在德国 外保温建筑占建筑总量的80 而其中70 均采用泡沫聚苯板 门窗节能技术 中空玻璃 镀膜玻璃 包括反射玻璃 吸热玻璃 高强度LOW E防火玻璃 高强度低辐射镀膜防火玻璃 采用磁控真空溅射方法镀制含金属银层的玻璃以及最特别的智能玻璃 屋顶节能技术 利用智能技术 生态技术来实现建筑节能的愿望 如太阳能集热屋顶和可控制的通风屋顶等 采暖 制冷和照明是建筑能耗的主要部分 如使用地 水 源热泵系统 置换式新风系统 地面辐射采暖 新能源的开发利用 太阳能热水器 光电屋面板 光电外墙板 光电遮阳板 光电窗间墙 光电天窗以及光电玻璃幕墙等 欧洲近年流行的 被动节能建筑 可以在几乎不利用人工能源的基础上 依然能够使室内能源供应达到人类正常生活需要 这在奥地利 德国等国家 已经成为现实 世博上的低碳建筑 在世博园城市最佳实践区的 伦敦零碳馆 零碳馆 则是要改变这种机制 不从自然界浪费能源 也不从管网中吸收能量 而是收集周边的废物垃圾 以及太阳能 风能等可再生能源 供给建筑能耗 要揭开 零碳馆 的奥秘就是一条 变废为宝 利用可再生能源 伦敦零碳馆建筑的南边装有太阳能光伏板 用于充电和电力入网 建筑顶部的五彩 风帽 能利用温压和风压将新鲜空气不断输入建筑内部 北部屋顶设计还能采集天光 供室内照明使用 特别的是 餐厅还引入了生物质能技术 连剩饭剩菜都利用了起来 零碳馆 所需的部分电能和热能 就是通过 生物能热电联产系统 对各种有机废弃物 一次性餐具等进行降解而获得的 降解完成后余下的 产品 还能用作生物肥 在 零碳馆 里 喝完的可乐瓶被用来装饰吊顶 椅子 桌子都由工业废弃物制成 还有一首名为 上班那点 碳 的 减碳歌 引起大家的共鸣 上班爬楼 酷有型 多食蔬果 年轻态 少点打印 多片绿 法国阿尔萨斯馆 这是一个通过太阳能达成室内舒适性的节能环保建筑范例 案例馆最吸引参观者眼球的就是南立面上的水幕太阳能墙体 它由电脑自动控制 可以随着室内温度和日照强度的变化自动开关 既能遮阳降温 又能有效减少能源消耗 馆内四楼还有一个微型的酒吧 酒吧内所有能源都由水幕太阳能墙体的太阳能采集器提供 既环保又节能 展馆水幕太阳能墙体旁边用各种草本植物拼成的 绿色墙体 也让参观者感受到案例馆所提倡的节能环保理念 在森林飞快消失的今天 竹林的面积每年都在不断扩充 而且 相同面积的竹林比树林产生的氧气多30 从砍伐到加工生产出成品又可比木材的碳排量低30 如此优势 让竹子从 草根建材 发展成低碳环保的象征 印度尼西亚馆 印度尼西亚馆用近100吨竹子 打造了一个 会呼吸 的展馆 走进馆内 一道仿佛从天而降的瀑布沿着竹子铺设的墙面缓缓流淌下来 整个4层楼展馆 由一条600米长的通道贯穿 沿通道而上 一边是通过各种工艺设计加工的竹制品 另一边则透着些许植物或竹墙的缝隙 与室外相连 由于这种盘旋式的构造 加上几乎每一面竹墙都能通风 整个印尼馆的空气对流十分地活跃 甚至连地面上 都有用竹片隔开的通风口 印度馆 瑞士馆 大豆纤维制成的红色幕帷 能发电 能天然降解 日本馆 外墙采用太阳能发电装置的超轻膜结构 号称 会呼吸的墙 北京电视台 2009年投入使用的北京电视台高楼 是北京新兴建筑物中并不起眼的一座 没有明星建筑师光环 没有耀眼的外形设计 不过 对于中国建筑师来说 它可能有着别样的样板意义 由于采用了日建设计 实现可持续发展建筑100条策略 的全部技术 北京电视台集成了目前建筑界对环保建筑要求的最佳状态 不仅大到包括了所有建筑材料的就地取材 无铅化设计 太阳能和日光利用 噪音 振动对策 而且小到电梯的节能 低辐射玻璃 既能蓄热也能散热的天窗 甚至是能根据二氧化碳浓度控制新风量等技术 这 100条策略 被中村光男形象地称为 100条节能菜单 这是日建设计结合20年来建筑界在低碳建筑技术领域的经验 在建筑质量和生活舒适度上所提出的100项技术 每项又分为三个等级 涉及到建筑能源 材料 环境的方方面面 增5 投资 减40 碳排放按照日建的节能标准化设计流程 如果客户选择全部菜单 增加的建筑投入在总成本的5 左右 却能取得30 40 的减排效果 这增加的5 投资主要集中在3个方面 首先是隔热 这占到1 3 其次是照明 又是1 3 最后是电脑发热 三 国际发展低碳城市的经验 世界最环保小城 韦克舍 韦克舍市节能的一重要举措就是更新城市供暖 供电系统 它们用锯木场产生的碎木屑做燃料 替代煤 石油等化石燃料发电 电厂产生的余烬又送回森林作为添加的养分 冷却发电设备后产生的温水则用于家庭供暖 从而实现了循环利用 在韦克舍 可再生能源在初次能源使用中所占的比例为88 远远领先于欧洲其他地区 同时 它还做到了环境改善和经济增长的相互协调 与1993年相比 人均二氧化碳的排放量下降了30 人均收入却增加50 在韦克舍政府机构的地下停车场 也没有一辆私家车 有的只是绿色公共通勤车 由市议会补助装设的高科技定位系统 可透过卫星掌握出租车行踪 使距离乘客最近的车子可以就近前往搭载 因此韦克舍的出租车减少了两成的行车里程数 出租车驾驶人也要上环保驾驶课程 学习如何以最节省燃料的方式驾车 而出租车公司的车子则包括了油电混合车 乙醇车和沼气汽车等 丹麦 哥本哈根 丹麦的哥本哈根宣布到2025年 有望成为世界上第一个碳中性城市 所谓碳中性 就是通过各种削减或者吸纳措施 实现当年二氧化碳净排量降低到零 丹麦大力推行的是风能和生物质能发电 这使得哥本哈根的电力供应大部分依靠零碳模式 在电力基础上实行热电联产 进行区域性供热 有严格的建筑标准 推广节能建筑 丹麦也推行高税能源的使用政策 当前每度电支付电费所包含的税额高达57 如果不采取节能方式 用户则会付出高额的代价 哥本哈根街头骑自行车的女孩 哥本哈根是目前世界上唯一一座被国际自行车联盟授予 自行车之城 称号的城市 丹麦 欧登塞 丹麦欧登塞建设了510多公里的自行车专用道 平均每一个常住居民拥有超过3米的自行车道 欧登塞25 的居民出行首选自行车作为交通工具 美国政府积极发展清洁煤 其目标是充分利用技术进步 提高效率 降低成本 减少排放 美国电力目前电力生产的50 来自煤炭 预计到2030年 这一比例将上升到57 为了能更加环保 更加高效地利用储量丰富的煤炭资源 自2001年以来 布什政府已投入22亿美元 用于将先进清洁煤技术从研发阶段向示范阶段和市场化阶段推进 政府通过 煤研究计划 支持能源部国家能源技术实验室进行清洁煤技术研发 例如 开发创新型污染控制技术 煤气化技术 先进燃烧系统 汽轮机及碳收集封存技术等 清洁煤发电计划 主要支持企业与政府建立伙伴计划 共同建设示范型清洁煤发电厂 对具有市场化前景的先进技术进行示范验证 通过税收优惠等政策措施 对经过示范验证可行的先进技术进行大规模商业化推广 通过税收补贴使新技术的生产成本具有市场竞争力 计划在2012年建成世界上第一个零排放煤炭发电厂 四 我国发展低碳城市的途径 我国可以通过发展低碳城市实施碳减排目标 中国1997 2002年工业燃烧能源导致的碳排放量 工业总量的增加是导致碳排放增加的最主要原因 而技术因素和产业结构因素并没有很大程度地抑制碳排放的增加 根据计算结果 产业技术因素起到的减排作用仅占12 64 而产业产值结构起到的减排作用占17 53 因此 加快技术进步 调整产业结构对于我国减排仍存在很大潜力 发展低碳城市是中国推进可持续城镇化的必然选择 中国不能采用西方曾经采用传统的城镇化模式和城市发展方式 面对快速推进的城镇化趋势 居高不下的能源消耗与二氧化碳排放量以及由此带来的需求与供给之间的现实矛盾与未来挑战 中国的城镇化和城市发展必须采取一种有别于传统模式的新型城镇化道路 中国未来发展情景分析表明 只有采用低碳发展模式 才有可能在2040年之前实现能量需求与二氧化碳排放总量净减少 也才有可能在2050年当中国基本完成城镇化进程之前出现能源消耗和二氧化碳排放矛盾基本缓解局面 只有发展低碳生态城市 才能使中国可持续地推进城镇化成为现实 低碳情景下中国未来城镇化战略目标的确定 对于中国城镇化的战略目标基本设计为 到2050年 中国的城镇化水平达到70 75 全国经济中城市经济的贡献率达到90 中国城市的单位能量消耗和资源消耗所创造的价值在2000年基础上提高15 20倍 争取到2040年实现能源消耗的 零增长 争取到2035年实现温室排放的 零增长 基于低碳情景的中国城镇化战略目标设计 指标2006年2020年2030年2040年2050年 城市化率 43 955 6060 6565 7070 75经济增速 16 910 07 56 04 5城市经济贡献率 63 275808590市辖区能源消费量 亿吨标煤 13 6716 1516 7415 9413 90碳排放量 万吨 291607 7372434 8399673 3387500 9362067 1二元结构系数2 6 3 02 6 3 02 2 2 61 8 2 21 5 1 8 中国低碳城市 保定上海珠海杭州贵阳吉林南昌广元赣州无锡深圳西安 保定 作为世界自然基金会 中国低碳