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碳中和规划,从“0”开始!

2021-07-08 10:55:51 sisd 96
  郑琦、廖晓卉等 城PLUS

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图源:中国摄影报 ©鱼乐人生


近来,“碳中和”已成热词,碳中和愿景也十分令人期待。但是在规划领域,碳中和规划实际上还在“破冰”阶段:


有关碳中和的研究主要基于碳排放清单,探讨低碳策略;而规划设计一般从经济社会发展目标、产业结构、城乡用地空间布局等角度出探讨本领域内策略优化——规划设计难以与碳中和研究紧密结合。因此,建立一套研究与空间方案紧密结合的碳中和规划设计工具成为当前的破冰关键。


“工欲善其事,必先利其器”。规划是国土空间开发和社会经济活动的顶层设计,在规划设计阶段引入碳中和理念、评估碳中和现状、研究降碳潜力、设计碳中和路径,有利于碳中和相关技术措施的落地实施。本文从核心模块的辨析出发,构建4个模块碳排放核算方法,提出规划“减碳工具包”设计思路。


01

“碳中和”的愿景如何落地

国家、城市、社区任务分解


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1.1国家的承诺

碳排放形势严峻,多国承诺碳中和


根据EDGAR数据库,1970年全球碳排放为15.76Gt,从1970年到2019年,碳排放数据翻了一番多,达到38Gt。碳排放总量前十位的国家依次为中国、美国、印度、俄罗斯、日本、德国、伊朗、韩国、印度尼西亚、沙特阿拉伯,占全球总排放量的67%。


2018年政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布《全球温控1.5℃特别报告》指出,实现1.5℃温控目标可避免不可逆转的负面影响,而这需要各个国家共同努力在2050年左右实现CO2零排放。截至2020年10月,碳中和承诺国达到127个,这些国家的温室气体排放总量已占到全球排放的50%。中国承诺2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和,这一承诺无疑为提升碳中和行动影响力,提振全球气候行动信心做出了重要贡献。


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图源:ourworldindata.org

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数据来源:EDGAR数据库(edgar.jrc.ec.europa.eu)

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1.2城市的政策

城市作为行政主体进行碳中和核算与政策制定


城市是产生和影响碳排放的主要地域空间,如何评估城市碳排放,并对规划方案进行评估是一个研究热点。2013年5月,世界资源研究所(WRI)、C40城市气候领袖群(C40)和国际地方政府环境行动理事会(ICLEI),联合世界银行(World Bank Group)、联合国环境规划署(UNEP)和联合国人类住区规划署(UN-HABITAT)共同发布《城市温室气体核算国际标准》(GPC),在全球33个城市开始试点,长期跟踪碳排放数据。研究表明,不同城市碳排放存在结构性差异,但总体而言固定源和交通碳排放占比较高。

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图源:image.baidu.com


《城市温室气体核算国际标准》(GPC)对于碳中和研究主要包含了5个维度:固定源、交通、废弃物、工业生产和产品使用、农业林业和土地利用变化。

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1.3社区的行动

社区维度,上下联动实现碳中和的关键节点


社区作为承载城市和农村人口的重要区域,集聚居民生产生活和能源消耗,作为实施主体可以更好的动员全民参与,通过上下联动落实碳中和。目前对于社区维度的碳中和研究主要通过建筑、交通、废弃物和绿地碳汇展开,其中建筑和交通的能耗比例较高,是需要重点考虑的减排方向。


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02

“碳中和”规划怎么做

“碳中和”规划设计工具


本研究从三个层次构建社区碳中和规划设计工具:


·  明确建筑、交通、废弃物、绿地碳汇4个碳中和核算模块,构建不同模块碳排放核算方法;

·  评估现状碳排碳汇情况,实现不同模块的碳排碳汇可视化表达;

·  设计减碳工具包,模拟减排策略的实施效果,预测规划方案的碳中和情况。


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2.1建筑模块


国际能源署(IEA)和联合国环境规划署(UNEP)发布的《2020年全球建筑和建造业状况报告》显示,2019年全球建筑建造行业碳排放占总碳排放的38%。若按目前建筑能耗标准和管理水平,随着城市化程度的不断提高,建筑建造行业的温室气体排放还将持续上升。

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2019年建筑建造行业终端能耗和碳排放全球占比

图源:《2020年全球建筑和建造业状况报告》

注:建造业系指整个工业中(预估)专门从事钢铁、水泥和玻璃等建筑材料制造的行业。间接排放系指发电和商业供暖所产生的排放。

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图源:《中国建筑能耗研究报告(2020)》

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建筑建造行业的碳排放主要来源于两个阶段:建材生产运输阶段和建筑运行阶段。由于建筑材料生产运输和施工阶段的物质交换纷繁复杂,难以确定建材与空间的关联关系,并且与工业和交通碳排放存在交叉,因此本研究只考虑建筑运行阶段。


建筑碳排放计算方式:


方法一:根据建筑运行阶段的能源消费种类直接计算碳排放,即以电力、热力和燃气消费量计算碳排放。

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方法二:根据能耗种类计算碳排放,建筑运行能耗一般包括采暖能耗、制冷能耗、热水能耗、建筑照明能耗、建筑设备能耗、烹饪能耗等,每项能耗均可根据单位面积消费指标或人均消费指标计算获得。


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方法三:单位面积综合能耗法


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方法一和方法三计算过程相对简单,但方法一主要依赖能源消费账单,方法三难点在于建筑综合能耗指标不易获得。方法二实际上是分类能耗汇总法,计算过程较麻烦,但对基础数据依赖相对较小。三种方法可根据实际情况灵活选用。


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2.2交通模块


随着经济社会的快速发展、交通基础设施的快速建设,交通领域能源消耗持续增加,交通碳排放量不断升高。2018年,我国交通部门的能源消耗量占全国总能源消耗量的10.7%,直接CO2排放为9.8亿吨,其中道路交通占比最高,约为73.5%。

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数据来源:中国交通部门低碳排放措施和路径研究综述,《气候变化研究进展》
城PLUS改绘自袁志逸等


根据IPCC指南,交通领域碳排放分为基于能源消耗量和基于交通距离的计算方法两种。为更好地将碳排放计算与居民出行数据、城市交通结构数据相联系,国内外多采用基于交通距离的计算方法开展城市交通碳排放的相关研究。

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低碳交通方式
图源:改绘自Citipedia


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2.3市政设施模块


市政基础设施碳排放主要由废水处理碳排放和废弃物处理碳排放组成。包含四个部分:废水处理产生的甲烷和氧化亚氮、废弃物填埋处理产生的甲烷、废弃物焚烧处理产生的二氧化碳。

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2.4绿地碳汇模块

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生态系统碳汇模型由森林、湿地、草地、农田组成,其中草地和农田额外考虑土壤的固碳能力。利用模型计算生物体和土壤碳储量的年际变化,可得到各类生态系统固碳速率;分析碳储量实际值与理想值之间的差额,可得到生态修复后碳汇的增加潜力。在农业生产、绿地养护等活动中将产生额外的碳排放,需要在整体模型中统筹考虑。

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结语


基于微观尺度的社区碳中和规划设计模型,包含了建筑、交通、市政设施和绿地碳汇4个模块,通过实际项目的检验完善后,加入工业等模块可拓展至城市尺度,从而形成社区、城市联动的规划设计工具,为碳中和规划做好有利的技术支撑。





作者 | 郑琦

中规院深圳分院城市基础设施研究中心


作者简介:化学工程博士。先后毕业于清华大学和墨尔本大学,深圳市孔雀计划人才。主要研究兴趣为韧性城市规划建设与城市安全发展,近年来主要负责或参与的代表性项目或课题包括国家自然科学基金项目《面向自然灾害应对的雄安防灾能力提升策略研究》、应急管理部《“十四五”城乡基础设防能力提升研究》、《韧性城市规划理论与应用技术方法研究》(深圳分院自设课题)、《西安市高新区韧性城市建设专题研究》、《宝安区国土空间规划城市安全与韧性城市专题研究》、《松山湖功能区国土空间规划重大市政基础设施和城市安全专题研究》、《河北雄安新区起步区海绵城市专项规划》、《南宁市生态修复总体规划》等。




作者 | 廖晓卉

中规院深圳分院城市基础设施研究中心


作者简介:深圳大学城市规划硕士,主要从事市政基础设施规划工作,致力于城市能源和绿色低碳市政设施的规划研究,主要参与《河北雄安新区总体规划》、《河北雄安新区起步区控制性详细规划》、《河北雄安新区起步区市政基础设施专项规划》、《横琴新区总体规划》、《关中城市群核心区总体规划》、《深圳宝安区国土空间规划》、《松山湖1+9功能区国土空间规划》、《松山湖市政基础设施专项规划》、《西安高新区市政设施提升专项规划》等重要城市及地区的总体规划及专项规划。



作者 | 张越
中规院深圳分院城市基础设施研究中心

作者简介:德国亚琛工业大学土木工程硕士,主要从事市政交通类的规划设计工作。近年来主要参与了雄安、东莞等地的相关项目。



作者 | 牛宇琛
中规院深圳分院城市基础设施研究中心

作者简介:南京大学生态学硕士,主要从事生态环境保护与修复、国土空间规划等方面的研究,发表学术论文3篇。近年主要参与《南宁市生态修复总体规划》、《河北雄安新区起步区海绵城市专项规划》、《宝安区国土空间分区规划(2020-2035年)》、《查干湖生态修复与总体发展规划》、《南宁市中心城生态安全格局研究及基本生态控制线规划》等项目。


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