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基于结构优化演进的雄安新区碳中和路径选择

2023-05-21朱守先

中国人口·资源与环境 2023年4期
关键词:能源结构人口结构碳中和

关键词 碳中和;人口结构;产业结构;能源结构;空间结构

中图分类号 F062. 1 文献标志码 A 文章编号 1002-2104(2023)04-0115-10 DOI:10. 12062/cpre. 20230206

人类活动积极减缓气候变化行动已经成为全球共识。世界气象组织《2022年全球气候状况》临时报告[1]指出,2021年四项关键气候变化指标——温室气体浓度、海平面上升、海洋热量和海洋酸化均创历史纪录,2022年的全球平均气温比工业化前(1850—1900年)的平均气温高(1. 15±0. 13)℃,未来五年全球平均气温较工业化前水平高出1. 5 ℃的可能性为50%,而这一概率将随时间的推移而增加。

“十四五”时期中国生态文明建设进入以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。截至2022年12月,中国太阳能发电和风电装机容量突破7. 58 亿kW,占全国发电装机容量比重达到29. 56%,其中太阳能发电装机容量超过风电,成为第二大可再生能源。按照2022年的增长速度,2023年太阳能发电装机容量将突破5亿kW,超过水电而成为中国第一大可再生能源。根据《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》[2],中国风电和太阳能等新能源装机容量还有45%的上升幅度空间,具有巨大的增长潜力。

雄安新区作为正在大规模建设中的国家级新区,结构演进与变化是其实现碳中和目标的核心议题,在空间规划理念遵循可持续发展与习近平生态文明思想的基础上,能源基础设施和生态系统建设是在减缓和适应气候变化的背景下规划工作的重中之重,雄安新区稳态碳中和目标的实现也是检验规划建设成功与否的重要标志。雄安新区在建设发展过程中,高质量发展与结构优化演进是其重要的时代特征,由此也对雄安新区的碳中和路径产生着深远影响。

1 文献综述

《联合国气候变化框架公约》[3]自1992年通过以来,30年间温室气体减排与积极应对气候变化成为国际交流和国家内部事务的重要全球性议题。围绕碳减排行动,20世纪90年代以来,一些商业机构开展了针对个人和团体的碳中和计划,随着2006年的意大利都灵冬奥会实现全程碳中和的设计目标,世界最大体育赛事的影响力使得碳中和概念在全球迅速流行,成为英语词典的年度词汇,绿色奥运与碳中和奥运理念对中国2008年举办北京奥运会产生了深远影响[4]。

全球关注碳中和路径与确定应对气候变化国家自主贡献目标始于《巴黎气候协定》[5],该协定是继《京都议定书》后第二份有法律约束力的气候协议,旨在为2020年后全球应对气候变化行动作出系统性安排,协定提出各缔约方应共同努力,力争全球温室气体排放峰值尽快到来,同时按照共同但有区别的责任原则,考虑到发展中国家峰值的延迟性,在保障可持续发展与消除贫困,实现人际公平的前提下科学决策实现减排。

关于碳中和的概念,金雅宁[6]、刘元玲[7]、肖玉航[8]、张永泽等[9]和周启星等[10]从碳中和内涵、碳中和数据中心建设、碳中和生物、碳中和生态系统等视角进行了分析与界定,即通過严格控制化石能源消耗规模、加大清洁能源体系建设力度、提高固碳能力等举措,来逐渐达成节能减排及碳中和的目的。

针对目前碳中和概念理解偏差,陈迎[11]认为理解碳中和路径包括碳减排、碳移除、碳抵消等内容。林毅夫[12]从新结构经济学的角度来阐释中国经济结构转型及能源革命、气候变化与环境保护战略中几个关键词的内部逻辑,认为气候变暖和环境污染的大部分原因是二氧化碳排放,需要有为政府在有效市场不足的情况下开展可行有效的环保政策,协同发展与环境的关系,积极参与全球气候治理。

目前,已经有数十个国家和地区提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标,Energy & Climate Intelligence Unit的净零排放跟踪表统计了各个国家进展情况。其中包括:贝宁、不丹、加蓬、圭亚那、苏里南等5个国家宣布实现了碳中和目标,其共同特点是:均为高森林覆盖率的欠发达国家,碳排放总量低而碳汇能力强,其中2020年苏里南森林覆盖率高达97. 4%,位居世界首位,植被类型为热带雨林,不丹森林覆盖率为71%,森林覆盖率在亚洲位于首位,瑞典等十几个国家已将实现碳中和的时间写入法律;处于立法中状态的有30个国家。联合国政府间气候变化专门委员会的报告强调,地球正处于灾难性的气候变化过程中,为了实现巴黎气候协定将全球气温上升限制在1. 5 ℃的目标,世界将需要大幅减少碳排放,然而仅热带森林砍伐就导致超过50 亿t CO2 排放和碳汇的损失。

在全球主要碳排放经济体中,中国、美国、欧盟、印度、俄罗斯和日本六大经济体2021 年碳排放总量超过231亿t,占世界碳排放总量的比重超过2/3。2021年在主要经济体中,碳能源强度排名最高的南非为2. 58 t/tce,发展中大国中印度为2. 11 t/tce,巴西为1. 02 t/tce。发达国家中澳大利亚为1. 89 t/tce,日本为1. 74 t/tce,美国为1. 48 t/tce,欧盟国家为1. 33 t/tce。世界各国碳能源强度最低为北欧国家冰岛,仅为0. 26 t/tce,北欧另外两个国家挪威和瑞典碳能源强度分别为0. 48 t/tce和0. 51 t/tce,均为世界碳能源强度最低的国家之一,其主要特征是人类发展指数位居全球第一梯队,可再生能源利用比例高,低碳发展与碳中和理念的深入推进。

西方工业发展时间比中国要早出一百多年,在碳达峰的道路上,西方国家用了200年,而中国在2030年就要实现碳达峰。在碳中和时间问题上,美国自2007年开始,预计2050年结束,共花费43年时间,欧盟更是长达71年。欧盟委员会正在对将2030年可再生能源比例从目前提议的40%提高到45%的可能进行分析。中国虽然是发展中国家,但力争花费30年时间,于2060年实现碳中和,任务更为艰巨。

关于非化石能源的碳中和贡献度,2021 年,欧盟29. 6%的能源是非化石能源,欧盟国家之间的份额差异很大,瑞典超过70%,而波兰等国却不到10%。到2030年,欧盟的风能和太阳能产能将增加两倍,增加480 GW的风能和420 GW的太阳能,每年可以节省1 700亿m3的天然气。欧盟拟到2027年逐步淘汰俄罗斯化石燃料的计划,还有一项促进可再生能源项目许可证发放的提案[13]。北欧国家冰岛在应对气候变化国家自主贡献方案中比照了欧盟和挪威的应对方案,到2030年碳排放总量比1990年下降55%,2040年实现碳中和的目标,是开展气候治理最为激进的发达国家之一。究其原因,冰岛是世界上最为低碳的国家,其可再生能源比重超过85%,接近零碳标准,本地能源供应近100%为热液、地热能和风能等可再生能源。

针对碳排放类型分析,由于各国结构与发展规模的差异,不考虑人口和经济因素,仅以能源碳排放系数来划分的话,煤炭和石油二者的能源碳排放系数高于2 t/tce,属于高碳能源,天然气的能源碳排放系数低于2 t/tce,属于低碳能源,水电、核电、风电、太阳能发电等非化石能源属于零碳能源。文章将高碳与低碳的分界线定为1 t/tce,其中大于2 t/tce为超高碳,低于0. 5 t/tce为超低碳,目前仅挪威和冰岛两个发达国家达到超低碳发展水平。

基于人口、经济、能源三者与碳排放的关系分析始于Kaya公式[14-15],作为二氧化碳排放的主要驱动力,数据表明,在全球范围内,人口和人均GDP的增长一直在推动二氧化碳排放量的上升趋势,远远抵消了能源强度的下降。事实上,由于化石燃料持续占主导地位,单位能源消费的碳强度几乎没有变化。

目前关于雄安新区碳中和路径的相关研究文献主要侧重于能源利用领域,主要涉及的议题是雄安新区能源可持续发展与低碳城市建设,如国务院发展研究中心“雄安新区能源发展规划研究”课题组[16]提出充分利用雄安地热能等清洁能源资源优势,与外来的绿色电力和天然气等多能互补,全面采用能源互联网多种能源协同构建零碳智慧绿色能源体系。朱守先[17]从生态系统中的生产、消费、流动、分解恢复等概念视角,提出雄安新区能源生态系统建设的框架。周伟铎等[18]从零碳城市建設视角,分析认为能源强度政策和能源结构转型政策混合实施时,对雄安新区零碳城市的路径有协同作用。

2 雄安新区结构演进现状分析

雄安新区建设近6年来,承接非首都功能的作用逐渐显现,其发展框架形成了体量增长与质量优化的双重格局,人口结构、产业结构、能源结构和空间结构等四大结构将发生重大变化,城市定位与城市性质也将得到显著提升,要素禀赋结构优化演进将促进区域气候治理能力现代化水平的进步(表1)。在雄安新区建设尚处于初期阶段的背景下,结构调整与优化对于建设社会主义现代化样板城市至关重要,应对气候变化领域的科学规划决策将使雄安新区尽快建成生态文明高地和国际水平的碳中和示范区(图1)。

2. 1 能源结构

从单位地区生产总值能源利用效率分析,2021年雄安新区单位地区生产总值能源消费量为0. 679 tce/万元(地区生产总值按照当年价格核算,下同),高出全国平均水平48%,高出北京市近3倍,能源利用效率偏低,随着产业结构向高附加值、新兴战略产业演进,能源利用效率将得到快速提升,接近北京等先进地区的能源利用水平(图2)。

从碳排放的五大关键领域分析,能源活动是雄安新区碳排放的主体,从行业部门能源消费总量分析,雄安新区能源消费的主要部门为居民生活和制造业,比重分别为39. 99% 和31. 56%,二者合计超过70%。作为正在大规模建设中的国家级新区,雄安行业用能量增长最快的是电力行业,2018年以来,新区建筑业用电量年均增长超过80%,但是建筑业用电规模偏低,仅占全社会用电量的3%。与雄安新区不同的是,北京市能源消费的主体为第三产业,比重高达47. 95%,其中交通运输、仓储和邮政业能耗在第三产业中最高,占比为15. 8%,接近制造业的比重(图3),随着雄安新区作为首都副中心的功能逐渐完善,承接非首都功能疏解能力的提升,其部门能源消费结构也将随之演进。

从与碳中和目标关联最为紧密的分品种能源消费结构分析,雄安新区能源消费已经以电力为主导能源消费品种(图4),2021年雄安新区全社会用电量比上年增长17. 88%,突破47亿kW·h,从电源结构分析,雄安已经满足100% 零碳电力的供应需求,究其原因,张北-雄安1 000 kV特高压线路工程年度可为雄安新区输送超过70亿kW·h的绿色零碳电力,成为雄安新区实现碳中和目标的核心力量。

从能源活动碳排放数据分析,2021年雄安新区能源消费总量为212. 2万tce,情景1按照单位能源消费碳排放系数为0. 517 t/tce核算,据此推算出2021年雄安新区能源活动碳排放总量为109. 9万t。情景2:如果从雄安新区所在的河北省电力生产结构分析,2021年河北省火电发电量比例为82. 68%,比全国平均水平高出11%,按此情景将电力间接排放计算在内,2021年雄安新区能源活动碳排放总量为357. 17万t,是情景1的3. 25倍,其中发挥关键核心作用的要素是作为零碳可再生能源的绿色电力比重。

2. 2 人口结构

雄安新区从建设伊始,其人口、产业、能源等结构演进特征均呈现集约优化趋势。雄安新区总面积为1 769. 5 km2,2021年户籍人口为130. 7万人,常住人口为124. 13万人,为人口净流出区域,其中安新县净流出人口为6. 09万人,在雄安三县中数量最高,与其产业发展水平相对滞后密切相关。2021年雄安新区常住人口城市化率和户籍人口城市化率分别为61. 02%和44. 53%,均略低于全国平均水平,人口性别比为104. 7,与全国平均水平相当。2021年雄安新区18~59岁年龄段的劳动力人口比重为56. 6%,60岁及以上人口比重为17. 9%,高于老龄化社会规定的60岁以上人口占总人口的比例达到10%的国际标准。

2. 3 产业结构

由于原有经济基础相对较弱,2021年雄安新区地区生产总值为312. 91亿元,人均地区生产总值不足全国平均水平的1/3。2017—2021年,雄安新区地区经济生产总值年增长率为12. 5%,从产业结构分析,第一产业逐年下降,第三产业2019年突破50%(图5)。而结构比重变化最大的是工业与建筑业,2017—2021年,工业比重下降了30%,而建筑业比重上升了20%,究其原因是雄安新区2019年以来进入飞速建设期。从工业产值分布来看,雄安新区主要工业部门仍以原有的工业部门为主,工业总产值超过10 亿元的5 大制造业部门为橡胶和塑料制品业,有色金属冶炼及压延加工业,文教、工美、体育和娱乐用品制造业,皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业,非金属矿物制品业。

2. 4 空间结构

雄安新区位于太行山东麓、冀中平原中部、南拒马河下游南岸,在大清河水系冲积扇上,属太行山麓平原向冲积平原的过渡带,地形开阔,植被覆盖率很低,境内有多处古河道。其境内拥有华北平原最大的淡水湖——白洋淀,其水域面积360 km2,构成了淀中有淀,沟壕相连,园田和水域相间的特殊地貌,承载着调节区域气候、维持区域生态平衡以及泄洪蓄洪的重要功能。雄安新区行政区划范围包括雄县、容城县、安新县三县及周边部分区域,包含33个乡镇,其中22个镇,11个乡。根据雄安新区规划布局,未来城乡空间布局将形成“一主、五辅、多节点”结构特征,随着2019年以来,雄安新区以“规划为中心”向以“建设为中心”转型,五年来已经基本形成70%的蓝绿空间框架,白洋淀区面积逐步稳定恢复到蓝绿空间的1/4,新区完成造林46. 9万亩(1亩≈666. 7 m2),森林覆盖率从11%增长到34%,接近40%的森林覆盖率规划目标(图6)。

碳汇是从负向视角实现碳中和目标的主要途径,以雄安新区森林资源专项调查成果数据为主要基础,结合其他调查数据和文献调研,采用国际通用的碳汇评估方法,对2020年雄安新区林地、农地和湿地碳汇量现状,以及“千年秀林”工程区的森林碳储量与碳汇量现状进行分析。其中,林地包括森林(符合国家森林定义的乔木林、竹林和特殊灌木林)和其他林地(疏林地、一般灌木林、未成林地等)。结果表明:2020年雄安新區林地总碳汇量为28. 71 万t/年,其中森林总碳汇量为18. 21 万t/年,其中乔木林、特殊灌木林和竹林碳汇量分别为16. 87 t/年、1. 12 t/年和0. 22万t/年,其他林地总碳汇量10. 50万t/年;农地碳汇量5. 67万t/年;湿地碳汇量3. 63万t/年,同时排放甲烷0. 42万t/年,雄县、安新县和容城县总碳汇量分别为16. 44、6. 34、3. 35万t/年。2020年雄安新区生态系统碳汇总量为37. 59万t,碳源与碳汇之比约为3∶1,若要实现当年碳中和目标,约60万t的CO2需要实施碳捕获、利用与封存技术,对于尚处于建设阶段初期的雄安新区而言面临着很大的挑战。

3 雄安新区结构演进的碳中和目标路径分析

3. 1 三区互动,开展碳排放总量的核算

《温室气体排放清单编制》[19-20]覆盖范围包括:能源活动、工业生产过程、农业活动、土地利用变化和林业、废弃物处理等五大领域,其中能源活动是碳排放的主体,从全国范围分析,目前碳汇约占碳源的百分比介于12%~15%,碳汇提升潜力随着土地利用类型的相对稳定而波动较小,而能源消费结构与能源利用总量的调整会导致碳排放呈现较大的波动,促进能源消费结构低碳化、控制能源消费总量是控制碳排放总量、实施碳中和目标的基本途径,通常运用一般均衡模型和能源政策综合评价模型等分析工具预测碳排放的发展趋势。雄安新区作为建设中的国家级新区,需要以新区全区、园区、社区等“三区”为范围边界,开展碳排放核算,摸清碳排放家底,编制温室气体排放清单,为碳中和路径实施提供数理基础与决策依据。

3. 2 能源消费结构演进与碳排放相关分析

目前雄安新区能源利用类型以电力为主,本地能源生产类型主要为地热能,研究认为雄安新区地热存在得天独厚的资源优势[21-25],地热流体可开采热量超过300万t/年,超过目前雄安新区的能源消费量。与其他常规发展区域不同,雄安新区的能源消费结构演进呈现非常规趋势,能源和碳排放趋势受政策调控和主动干预的影响较大,“十四五”初期,雄安新区可以实现100%来自冀北的绿电供应,随着经济体量与能源消费总量的快速上升,到“十四五”后期绿电比重呈下降趋势,因此需要从能源基础设施建设和政策导向上高屋建瓴,进行科学规划,2025—2035 年确保绿电比例在85% 以上。与此同时,充分利用建筑改造更新和新建片区的契机,加大可再生能源建筑设计、建设与应用的力度,建设全域光伏示范区。

基于对雄安新区能源消费结构与总量的分析,对其能源消费演进和碳排放趋势进行多项式拟合判别,其中数据基础年份为2021年雄安新区能源消费和碳排放数据,结果如图7。

拟合曲线显示能源消费和碳排放变化两者之间存在着较为显著的关联关系(R2=0. 983 3);随着能源消费量的演进变化,碳排放总量下降趋势显著,雄安新区依靠碳汇建设和碳捕获、利用与封存技术等工程措施,在2035—2040年间实现碳中和目标,碳排放总量与能源消费完全实现脱钩。

3. 3 人口演进与碳排放相关分析

人口数量与结构是影响碳排放总量的主要要素之一,也是促进区域发展的核心动力与创新源泉。梁林等[26]、杨震等[27]和李海宾[28]根据人口灰色预测系统模型,参考深圳等人口发展的历程,对雄安新区人口数量进行了预测核算,预测2030年雄安新区人口总量达到400万人,年均增长约13. 9%,到2050 年达到1 200 万人,2030年后人口年均增长约5. 6%。从雄安新区环境空间容量分析,根据《河北雄安新区规划纲要》“合理控制人口密度,新区规划建设区按1万人/km2控制”的要求,科学确定城市发展容量,避免大城市病在雄安重现,建设美丽宜居创新型雄安,文章认为雄安新区常住人口容量控制在600万人左右,并按此人口规模开展碳达峰、碳中和路径的分析。

人口结构演进-碳排放关联模型是建立在人口结构演进与碳排放变化相关分析上的一种模型,目的在于揭示人口结构演进与碳排放变化两者运动的轨迹,以便从整体上揭示社会发展过程碳排放变化的基本特征,包括劳动力人口文化结构和比重变化趋势对碳排放的影响。该模型的数学表达方式为:EEI=EU/PLF。

其中,EU为地区碳排放,PLF为地区劳动力人口比重。

根据人口数量-碳排放关联模型对雄安的人口和碳排放进行多项式拟合分析,结果表明(图8):拟合曲线显示人口结构演进和碳排放两者之间存在着显著的关联关系(R2=0. 978 2);同时人均碳排放作为衡量低碳发展水平的核心指标之一,其数值呈逐步下降趋势。

3. 4 经济结构优化演进与碳排放相关分析

雄安新区多年下来形成了一批“小规模大集群”的特色本土产业,主要是服装、制革、乳胶制品、塑料包装以及电器电缆等劳动密集型产业。雄安新区传统产业主要特点是:家庭作坊多、中小企业为主,发展时间长、产业链条相对完整,科技含量低、附加值低,部分属于污染产业。

加强雄安新区产业改造升级成为经济转型的主要方向,雄安新区自设立以来,特别2019年雄安新区转向以建设为中心,谋划推进重点项目共240个,总投资8 031亿元,累计完成投资逾4 600 亿元。随着中国卫星网络集团、中国华能、中国中化和中国矿产资源集团等央企迁至或新成立注册于雄安新区,以高端高新产业引领发展大局的趋势逐渐显现,新一代数字经济产业、现代生物技术产业、新材料产业、高端现代服务业和绿色生态农业将成为雄安新区的主导产业。

产业结构演进-碳排放关联模型是建立在产业结构演进与碳排放总量变化相关分析上的一种模型,目的在于揭示产业结构演进与碳排放总量变化两者运动的轨迹,以便从整体上揭示社会经济发展过程碳排放变化的基本特征。

根据产业结构演进-碳排放关联模型对雄安2021—2035年的碳排放和产业结构演进进行多项式拟合分析,结果表明(图9):拟合曲线显示产业结构演进和碳排放两者之间存在着显著的关联关系(R2=0. 906 9);随着经济总量的提升与产业结构优化,碳生产率呈稳步上升态势。

3. 5 雄安新区空间结构演进的碳通量与碳汇计算方法

3. 5. 1 雄安新区森林碳汇建设进展

森林碳汇是减缓气候变化和实现“碳中和”目标的有效途径,加快碳汇能力建设是雄安新区实现碳中和的关键路径之一。根据《河北雄安新区绿色空间专项规划》,新区规划森林面积共约86万亩,实现森林覆盖率40%。其中,规划建设用地外集中林地斑块约58万亩,农田林网及环村林带中森林约5万亩,规划建设用地内计算为森林的城镇绿地约23万亩。

3. 5. 2 碳汇计算

目前城市绿地碳汇研究重点集中于成片大面积绿地,一方面是边界清晰易普查,另一方面核算方法学较为成熟,而分散、小范围的绿地由于规模小,普查难度大,导致其核算更易被忽略。张青云等[29]通过针对北京京西商务中心等7个案例的研究与分析,初步得出了能够适用于雄安新区的城市绿地碳汇计算指标为2. 62 kg(/ 年·m2),据此估算2025、2030和2035年,雄安新区林地碳储量将分别达到312. 75万t、420. 07万t和544. 53万t,林地碳汇量将分别达到34. 22万t/年、46. 35万t/年和49. 31万t/年。其中现有森林碳储量在2025、2030 和2035 年分别达到177. 54 万t、204. 18 万t 和228. 07 万t,碳汇量分别达到18. 94万t/年、19. 54万t/年和17. 52万t/年。现有其他林地碳储量在2025、2030 和2035 年分别达到82. 77 万t、96. 92 万t 和110. 93 万t,碳汇量分别达到9. 19 万t/年、10. 38万t/年和10. 27万t/年。2025、2030和2035年新增森林的碳储量将分别达到52. 43 万t、118. 97 万t 和205. 53万t,碳汇量将分别达到6. 10万t/年、16. 44万t/年和21. 52万t/年。

3. 6 碳交易进展

雄安新区碳交易与全国碳交易市场基本同步運行,2021年8月国家电网雄安综合能源公司与澳大利亚一家企业签署完成了《国际可再生能源证书项目购买协议》[30],雄安新区首笔绿色碳交易实现跨国变现,利用雄安高铁站站顶4. 2万m2光伏板发电,2022年1月至5月光伏发电量达到67. 5万kW·h,经国际绿证机构的认证,光伏发电共获得了675张国际绿证,以每张国际绿证10元人民币的价格出售,合计6 750元人民币,可抵消约465 t的排放量,交易价格为14. 52元/t,相当于国内碳市场平均交易价格的1/3,处于碳市场交易的探索阶段。2022年3月,中石化绿源地热能开发有限公司在上海证券交易所成功发行雄安新区首单绿色“碳中和”ABS债券,发行规模3亿元,发行期限为3+2年,募集资金将用于进一步加大本地可再生能源地热资源开发利用以及地热相关领域技术研发[31]。如何扩大碳交易规模以及提升交易价格水平,建立规范的碳金融体系是雄安新区实现碳中和目标的重要措施之一。

3. 7 碳中和路径综合分析

根据雄安新区人口、产业、能源和空间四大结构演进优化,开展“四构共创”推进碳中和目标。分析表明:雄安新区未来规划建成国际领先的产业新区,必须走以研发、高技能为主要劳动力的人才发展道路,大力发展战略性新兴产业为主导的经济发展道路,雄安新区碳中和路径必然走依靠外来零碳能源为主、本地可再生能源为辅的能源发展道路,以及蓝绿空间为主导的碳汇空间发展道路。雄安新区将基本建成高比例可再生能源示范城市、近零碳城市,可再生能源消费比例接近100%,依靠自然生态系统碳汇即可实现碳中和的基本目标。

雄安新区碳中和将经历初始碳中和、波动碳中和与稳态碳中和三个发展阶段,呈现“三阶渐进”的基本趋势。究其原因,在于雄安新区在初建阶段同步开展绿电规划且绿电供给有余,随着人口与经济规模的扩张,特别是经济结构的增量升级,能源需求量迅速攀升导致绿电供给比率下降,出现碳中和波动现象,其中以生产端的变化最为显著,如2023年新年伊始,雄安新区首批市场化项目之一——雄安·电建智汇城迎来首期开园运营,首次以市场化运作方式大规模集中式的企业入驻,生产用能的变化与生活和生态系统用能比较,一方面是总量需求高,另一方面,受企业类型的影响,用能增量存在较大的不确定性。到人口和经济结构处于稳态发展阶段,基本实现生产、生活、生态等“三生”协同,建成了生产发展、生活富裕、生态优良的文明发展社会,高附加值高技术产业比例的提升,以及绿电等能源利用技术的进步,则进入稳态碳中和发展阶段。

另一方面,从与碳源相对应的碳汇潜力分析,雄安新区蓝绿空间与建设用地的规划比例使得其碳汇能力在很长阶段保持在相对稳定的状态,因此除了自然碳汇系统的增值以外,碳捕获、利用与封存技术等人工碳汇手段可作为碳中和系统下的调适工具。

2023年1月,中国气象局决定在雄安新区设立国家气候观象台,气候观象台的任务之一即是推进城市碳排放和生态系统碳汇定量监测。考虑到雄安新区在实施碳中和目标过程中,输入能源间接排放与本地直接排放情景的差异,可以采取碳排放清单数据、国家气候观象台碳排放定量监测数据与利用中国碳卫星(TanSat)观测定量识别[32]相结合的方法,借鉴研究机构在河北省唐山市和日本东京市以2个经纬度范围开展的观测实践,以雄安新区为中心,使用成像过程和500 m的足迹尺寸记录碳排放羽流梯度,建立网格化碳排放数据库,以园区、社区为网格,建立碳排放基本细胞单元,协同建设碳中和“云上”雄安、地上雄安与地下雄安,充分发挥数字孪生城市功能,一方面可以提高排放计算精度,促进碳中和目标精准决策,另一方面考虑到相邻区域温室气体空间移动性特征,为区域或流域间开展减碳行动与协同开展大气污染联防联控提供数理支撑。

雄安新区在实现碳中和的社会建设层面,可以借鉴应急管理“公助、共助、自助”三助融合的概念,通过国家宏观层面强化开展可再生能源公助系统建设,如冀北及沿海新能源供应体系需要国家协调其稳定性与可持续性,共助系统在中观层面通过新区公共空间格局开展零碳能源体系以及碳汇建设,自助体系在微观层面,主体为单个企业、家庭或个人,利用生产和居住空间,开展新能源利用更新改造,科学配置生产链条和生活空间,实现自助碳中和,真正达成人与自然和谐共生。

4 结论与思考

第一,明确碳中和目标的新能源发展和消纳导向。从人口结构演进、产业结构演进、能源结构演进、空间调整优化视角,促进生产、生活、生态“三生”协同推进碳中和路径,制定落实雄安新区“碳达峰、碳中和”工作方案、行动计划,力求推动交通领域能源电动化、氢能化,全面加快供热领域可再生能源利用规模化,牵头新区各有关部门加快环境、产业、交通、林业、房建、地热开发等相关领域的基础研究和系统谋划,科学确定重点任务和保障体系,建立长效工作机制,推动政策落实。优先消纳本地可再生能源,鼓励既有能源系统改造应用可再生能源,实现本地可再生资源充分开发和利用,2025年基本建成“无石化能源区”,减少成品油消费量,实现非化石能源对成品油的完全替代。在产业发展定位和产业空间布局领域,参照全国首个GDP总量破万亿元地市级区县——海淀区的创新发展路径,优先发展雄安新区规划纲要确立的高端高新产业,降低单位产值和单位土地面积能耗,提升发展的质量与效益,建设成为全球碳中和与低碳发展的样板新区。

第二,控制一次能源消费总量,全面建成绿电供应体系。强化能源消费调控措施,制定有效的激励措施,引导用户改变用能方式,抑制不合理能源消费,推广应用能源加工转化新技术,大幅提高一次能源利用效率,控制一次能源消费总量,可再生能源消费比重超过90%。构建绿色电力输送通道,依托京津冀电网,重点消纳冀北地区的风电和太阳能发电,促进电力设施与城市空间融合应用,推动智能电网先进技术应用,提升新区电网安全、可靠、稳定运行保障能力清洁能源电量占比达到100%。

第三,实现清洁、高效能源供应。大力促进天然气等低碳能源和可再生能源高效利用,挖掘地热利用潜能,通过技术进步与设施更新,将燃气热力系统效率稳步提升到80%以上,基本建成覆盖全区的绿色电力、清洁热力、安全供气等能源设施。充分利用既有地热和天然气供应设施,因地制宜建設区内环网,强化枝状管网建设,合理布局调压设施,提高管网覆盖面,形成覆盖全区、可靠供应的天然气输配网络。以电力、热力和天然气供应保障为重点,借鉴气候损害基金机制,与张北等绿色能源输出地建立生态补偿基金机制,强化周边供能设施安全保障,优化能源系统协调运行,完善区内应急能力,形成多元供应、储备充足、协同保障的能源供应保障体系。

第四,建立碳汇权益制度体系。在现有租用土地用于植树造林的条件下,推动林业不动产证市场化改革,完善林权抵押、林权交易、碳汇交易等制度,加强对疏林地、灌木林地的改造,增加以乔木为主的城区绿化面积,同时尽可能加大郊区植树造林以及白洋淀临水区域的造林利用;加强森林经营管理,适当增加林分密度和郁闭度,提高森林健康程度,提升林分质量,最大限度发挥单位面积土地的碳汇贡献;合理调整森林结构,增加阔叶林、针阔混交林面积占比,对成、过熟林进行适度更新,优化林相结构。

第五,建设碳中和决策支持系统平台。以数字化技术为支撑,促进碳中和路径智慧化水平,实施能源核算与温室气体排放清单编制常态化机制,根据雄安新区产业结构与空间规划组团格局,创建零碳先行区试点和碳中和基本单元,科学确定开发强度,因地制宜推动建筑可再生能源应用和电气化替代,推广全域屋顶光伏行动计划,加强可再生能源资源分布和实施技术研究,推动太阳能、浅层地能、生物质能等可再生能源在建筑领域规模化应用。完善碳交易机制,基于生态补偿原理,与能源输出地如冀北地区开展碳中和补偿,将碳中和银行和绿色金融机构融入碳中和决策支持系统,推动碳交易市场科学化与规范化,促进碳中和目标的平衡性与可持续性发展。

(责任编辑:蒋金星)

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