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住建部原副部长仇保兴谈碳中和:不能把北方的集中供热模式搬到南方去

2022-01-14 14:30:45
作者:仇保兴(国际欧亚科学院院士、住建部原副部长、中国城市科学研究会理事长)
 
我国把“双碳”定义为未来发展的重要驱动力,通过实施“碳中和”将在未来城市发展过程中起到财富再分配的作用,根据合理的预计,在我国实现碳中和的整个30多年的过程中可能有150万亿的资金要重新分配,在这个过程中我国每个城市、每个省份在发展经济的过程中都会与碳中和有直接关系。
 
首先,碳中和是一个复杂巨大体系,这个体系包括了各个城市、各个省份来制定碳中和路线图、施工图。判定碳中和路线图的好坏有五项标准:
 
第一,安全韧性,即系统建立以后,经得起外界的冲击;
 
第二,成本趋降性,使该路线图采用的技术具备可得性;
 
第三,技术可靠性,所采用的技术的可靠性应越来越好,而不是可靠性逐步打折,或者可靠性会退化;
 
第四,灰绿系统兼容性。这个路线图能够将原有的能源系统,特别是灰色系统逐渐转为绿色系统。使灰色系统和绿色系统能够兼容,这点尤为重要,因为中国的煤发电站数量占到了全球的50%,将这些煤电厂逐步转型到绿色发电设施而不是一刀切淘汰,这是非常有必要的。
 
第五,进口替代性。中国是最大的石油进口国,也是全世界最大的天然气进口国,好的碳中和路线图需要能解决能源过度依赖进口的问题。
 
如果路线图能满足以上五个特性,那么这个以城市为主体的碳中和路线图,就能建立在行之有效的基础上。
 
需要强调的是,未来我们需要尤其关注可再生能源技术的成本问题,可以看到,10年来太阳能光伏发电成本降低了几乎10倍,而且未来还有很大的下降空间。陆上风电技术的成本近十年也下降了40%,未来也可能继续下降,这两项主要的可再生能源技术成本下降非常快。接下来就需要重点解读城市发展经济中与碳中和之间的关系。
 
一、碳中和需要以城市为主体
 
一个非常重要的观点:碳中和必须以城市为主体。主要有以下四点理由:
 
1、城市是人为温室气体排放的主角,联合国有关部门支出:人为温室气体的排放总量中,城市占了75%的排放量。所以“解铃仍须系铃人”。
 
2、我国城市管理体制与西方国家不一样,西方国家的城市管理体制只管到城市的建成区,而我国的城市管理则是包括了城市、农村和原野,比如杭州的城市建成区只有1000平方公里,但杭州的城镇管辖区达到了1.6万平方公里,相较于西方国家城市局促有限的城市建成区,在1.6万平方公里的范围内布局可再生能源和碳汇基地显然是我国的行政管理优势。
 
3、改革开放40年来,城市之间你追我赶互相竞争互相学习促进了财富的巨大增长,其中非常重要的就是GDP竞争,“十四五”期间,也就是从明年开始城市之间将开展GDP与减碳双轨竞争,长三角众多城市已经开展研究布局碳达峰、碳中和的时间表,相互之间竞争也意味着相互之间学习。
 
4、正因为相互之间的学习,就会产生一个“从下而上”生成的“碳中和体系”,这种碳中和体系与“从上而下”的行业间构成的碳中和体系(如电力、交通、钢铁等行业他中和,那是从上而下的,由产业主导的碳中和体系)相互之间能互补,这种互补可以构成一个整体的、有韧性的碳中和体系。
 
我们把城市碳中和体系分成了工业、碳汇和农业、建筑业、交通和废弃物处理五个模块。对所有城市而言,工业和农业碳汇可能每个城市受资源禀赋的限制都不一样,例如有的城市(比如香格里拉、丽江)基本就没有工业,但对所有城市来讲,建筑、交通、废弃物处理这三个模块是具有共性的。因此在建筑、交通、废弃物处理这三个模块开展城市间减碳竞争,完全是公平的可实施的。
 
二、交通模式创新与碳中和
 
“交通”是碳排放的重头戏,上图揭示了同样的燃料,只要它的“出身”不一样,碳排放量就不一样。例如氢能源,如果氢能源用的氢气来自于化石能源,则为“灰氢”,如果来自于可再生能源,则为“绿氢”。用绿氢为动力的汽车要比用灰氢的碳排放低20倍。所以从现在开始,所有交通燃料都必须了解燃料的出生地,不同的“出身”所产生的碳排放就不一样。这是一个巨大的转变,这意味着不同生产模式下产生的同样燃料,也会存在巨大的碳排放差异和交易价格的差异,这就给了许多企业新的机遇。
 
 从交通工具的碳排放来看,我们既要控制二氧化碳排放,又要控制PM2.5排放,再加上我们的城市是紧凑型城市,同样需要控制的还有交通工具的占地面积。基于这三个指标大家可以从上图看到,自行车、电动自行车是最好的交通工具,再加上巴士、地铁等公共交通,人均占的空间面积非常小,碳排放也非常低,而且因为是电动,所以PM2.5排放量为0。
 
 我们来看电动汽车,如果你的电动汽车用绿电,也就是由可再生能源产生的电,那么它的PM2.5排放为0,二氧化碳排放也为0,即便你的电动车用的是煤电,在与用汽油和柴油的内燃机车辆相比,二氧化碳的总排放量还是低了20%。因此,应该大力发展电动汽车,同时还可以间接解决我国过度依赖进口石油的问题,把第一大石油进口国的帽子逐步甩掉,这就是一个巨大的经济结构的变化,也是巨大的市场机遇。
 
前文提到,无论是用灰电还是用绿电,电动车总比内燃机车节能得多,因此全世界都提出了停止生产燃油车的时间表,例如挪威已经立法2025年就全面禁止销售内燃机车,这将对城市交通产生很大的影响。
 
三、建筑模式创新与碳中和
 
建筑模式的创新对城市经济的发展至关重要。国际能源署的统计显示,从全球范围来讲,建筑在全生命周期的碳排放占二氧化碳排放总量的38%,但我国的统计资料显示这一占比高达48%,为什么二者会相差10个百分点呢?因为全世界70%以上的建筑是用木材盖的,木材属于碳中性的材料,但在我国90%以上的建筑都由钢筋混凝土建造,并且将建材生产过程中的碳排放量也被统计为建筑的碳排放。
 
由于建筑领域所占的碳排放比非常高,所以建筑领域的碳减排程度也比较大,对经济的影响也更大。从不同类型建筑运行的角度来看,公共建筑单位面积的碳排放是最高的,几乎每个平方米每年需排放48公斤的二氧化碳。但如果我国公共建筑节能改造后能达到日本的水平,那将可能减掉1/3的碳排放量,这个量显然是非常大的,最近四个部委下达文件,明确了公共建筑推行节能改造的任务和目标,原因也在于此。
 
北方地区的供暖是建筑碳排放的第二大来源,每平方米每年要消耗36公斤二氧化碳的代价,这种“到处暖洋洋”在碳中和的战略目标之下实际上是矛盾的,这就要求北方地区学习有些先进国家,例如波兰,把所有供暖都变成按实际用热量来付费,这样一来供热系统马上可以节能1/3。我国如采取供热计量的方法,每年可以少排放2亿吨的二氧化碳,这显然是一个巨大数量。
 
需要强调的是,南方城市管理者千万不要学北方城市那样实施集中供暖,绝不能把北方式按平方米收费的集中供热模式搬到南方去,这也是我们国家强制性标准所要求的。包括前段时间召开的中央经济工作会议也提出要坚决将那些高耗能项目下马,而南方地区采取的集中供热就属于高耗能的项目。
 
中央提出要推广绿色经济,许多城市到2025年100%的建筑必须达到绿色建筑标准。所谓绿色建筑,也就是气侯适应性建筑,是指这个建筑通过精心设计后,能源流动和围护结构会随着气侯变化自动发生变化,就像鸟会换羽毛一样,在此基础上如果能把地热能、屋顶的太阳能都利用起来,将实现大幅度节能。
 
除此以外,还可以在全国范围内推行正能建筑。因为太阳能光伏的发电效率越来越高,从过去的15%提高到25%,将来还会提高,更重要的是发电成本在不断下降,预计未来10-20年可以降到与传统建材差不多的成本。因此“正能建筑”即意味着当建筑表面装上太阳能板发出来的电要比建筑耗电量还要多时,建筑不再只是耗能单位,更有可能成为产能单位。
 
建筑碳中和的关键在于社区级能源微电网。将风能、太阳能光伏与建筑进行一体化设计,同时利用电梯的下降势能和城市生物质发电,利用社区的分布式能源微电网以及电动车储能组成微能源系统。借助这个微能源系统,可以有效调节电网波动,例如在电网处于用电峰谷的时候,用电动汽车进行充电;当电网处于用电峰顶时,可以借用电动车所储电能反馈电网一部分电力,对电网用能进行调节。如果外部突发停电,社区也可以借助各家各户的电动车电能作为临时能源供应。如此一来,这样的居民小区实际上就是一个发电单位,就是韧性很强的虚拟电厂。
 
十八届三中全会上党中央就已经提出来“输配电分离改革”,也就是10万伏以上的电网由国家电网公司统一管理,10万伏以下的配电网则可交给民营或者股份制公司负责营运,但这种办法因许多地方电网公司不愿意而进度迟缓。因此,这一举措应是各地碳达峰的突破口之一。一旦普及“输配电分离改革”,势必会涌现出万亿级市场。  
 
对于建筑节能减碳还需要建立一个负面清单:一是防止城市低密度发展,即防止美国式的过度郊区化;二是防止在南方地区或长江流域推行按建筑平方米计价的“集中供热”,以及“三联供”或“四联供”系统供能;三是在夏热冬暖或夏热冬凉地区谨慎使用大面积的玻璃幕墙;四是限制盲目建设超高层建筑,超高层建筑人均能耗要比普通建筑至少高15%;五是防止过度推行中央空调;六是农村谨慎消灭土坯房,实际上,夯土建筑每立方米比热容量约为混凝土的一倍,改良后的抗震夯土建筑不仅成本低廉也是最节能的,凝聚了过去老百姓的历史生活经验和古老的中华智慧。
 
四、市政模式创新与碳中和
 
城市与自然对立的表现就在于生产、消费、降解三者的失衡,必须要逐步实现资源使用低碳化,对废弃物进行就近降解再循环。但是我国现在流行做法是对废弃物进行通过长途运输,然后集中处理,这种被称之为“静脉产业”的做法仍旧属于工业文明的处理方式。城市应向大自然学习,把垃圾循环、污水循环、材料循环都在城市内部就地或短距离内实现降解循环,这在未来也将是一个巨大的市场机遇。
 
城市容纳了60%的人口,却消耗了80%、90%的工业化产品,300年工业文明过程中,已经把地球上80%以上可以开采的资源都变成了城市的建筑、构件和公共品。如果,不锈钢或耐候钢建材建造的建筑,其建材在百年甚至几百年以后,由于其自身特性受腐蚀的程度很小,可以有效回收利用,从而大幅度减少钢铁行业碳排放并增强国民经济体系的韧性。我国一年生产12亿吨钢,十年就是120亿吨钢,如果以这种办法把它储存在城市里,我国就可以和北欧国家一样不再依赖铁矿石进口。
 
城镇住宅和生产单位污水,目前都是通过污水管网收集长距离输送到污水处理厂进行集中处理,这是一种工业化处理的方式,碳排放强度很高。值得推广的新模式是用分散式的集装箱式再生水处理器(见上图),这种方式不仅能够实现水的“微循环”,而且更节能、节地、节省投资。
 
例如原来的大型污水处理厂方案占地要100亩,还要投资昂贵的主次管道,而现在只需要分散的30亩左右,就近收集污水,就近循环利用。并且如果某台集装箱式污水处理设施坏了,可迅速更换,相较于集中式传统污水厂其实韧性可靠性更高。而且尾水出来后就是再生水,在紧急时候将再生水再通过反渗透利用起来,水资源就能实现饮用水内部循环。这种污水处理设施第一步的标准执行的为1级B,这类尾水不脱磷除氮直接作为绿化用水,还可以省去化肥。如将这类尾水再脱磷除氮处理后能达到1级A,再通过第二个集装箱式反渗透处理后出来的水就可达纯净水标准,这类水可以直接接入自来水管网,并且水质比远距离调水还好,碳排放更少,这样不仅实现了水的内部循环,而且也增强了城市的供水系统韧性。事实上,水只要不蒸发就能在城市内部就地实现N次循环利用。并且这类设施把每吨污水转换成纯净水的成本只需2.5元/吨,比南水北调的水价格要便宜的多。目前海水淡化水的成本在5元/吨,因为海水淡化需要去除盐离子,而盐离子的体积是最小的,需要70多个大气压才能去除,而污水中的杂质、细菌、病毒,都比盐离子大许多倍,以上这些杂质全部去掉的话,实际上只要30多个大气压,相较之下能源节省了2/3以上,这就是为何将单位体积的污水处理成纯净水比海水淡化成本降低一倍之原因。
 
第二个节水的办法是户内“中水回用”。户内中水集成系统可以将洗脸盆、洗衣机、淋浴产生的废水集中储存在一个装置内自动进行过滤消毒,消毒后就成为抽水马桶的用水。这套系统可以杜绝部分居民担心由于不放心其它楼层居民的健康状况,导致不愿意使用中水的顾虑,因为这类户内中水回用设施用的自己一家人的废水。有人曾做过简单的计算,如北京市及周边约三千万户居民都用上这套建议的“户内中水”,每年约可节约南水北调对北京的供水量(每年约6亿吨)。前者的碳排放显然要比几千公里调水要低得多。
 
其实许多新的产品可以为节能减排作出巨大的贡献,再比方说海绵城市,在欧美等发达国家不同等级的海绵城市所产生的效益已经与碳排放挂钩,城市的海绵城市净化效果越好,减排效益就越大,通过减排效益就能从碳交易市场获得碳收入越高。
 
五、小结
 
通过以上的这些技术和手段,把我国2020年到2060年这之间的达峰和碳中和分成三个阶段,每个阶段采取不同的策略、不同的技术,我们可以“从下而上”形成以城市碳中和为主体的良性变革。
 
第一,是双碳战略实际上是需要“双创”来推动的,因为 70% 以上的减碳要使用新技术,这是鼓励个人和企业创新的巨大动力,而且这也是涌现无数的大企业、新企业、高效益企业的新机遇。
 
第二,中国实现碳中和就要增加投资,将会超过 150 万亿元,这就意味着是第二次的财富分配机会,这些新的财富绝大多数要在城市和新创的企业之间获得分配,因为财富是创造出来的,投资也是企业来投的,这是财富第二次创造和分配非常好的机会。
 
第三,实现这样的碳中和是有阻力的,阻力主要来自于工业文明思路的锁定,因为传统的工业文明是依赖于大规模、集中、中心控制的生产流程,但是碳中和需要小型化、分布式、循环利用的新模式,与传统模式是完全不一样的,实现所有物质就地循环、多级循环利用,这就需要用思路的创新、技术的创新、体制的创新来满足这样的时代变化。
 
第四,城市的减碳是“从下而上”,有众多的企业家参与,无数的创新行为产生,比如说通过顶层设计实现互补,这种互补融合越强,整体的能源安全就越好。
 
第五,减碳是城市新的发展动力,大部分新财富增长将会来自于碳中和战略的实施和碳中和战略实施过程中技术创新和经济体制的创新,这两方面的创新将会为城市带来新的财富和新的发展机会。
 
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