綠地固碳控規(guī)方案的碳排放評估

綠地固碳控規(guī)方案的碳排放評估

1相關理論基礎1.1碳排放核算從生產視角向消費視角的轉變自20世紀90年代以來，碳排放的量化研究越來越受到重視。目前國內外的碳排放核算方法主要包括直接測量、宏觀模型、計算和估算等。IPCC編制的清單法是國際上直接核算國家層面碳排放的主流方法,清單法從生產視角出發(fā)估算國家溫室氣體(GHG)人為源排放和匯清除的清單。為支撐全球GHG核算,IPCC建立了一個開放式的排放因子數(shù)據庫,它列出了各參數(shù)的缺省值,且可根據各國研究者的最新成果不斷更新完善。此外,清單法亦被應用于行業(yè)、特定企業(yè)及特定實體(如建筑物)的碳排放核算。自林而達于1995年引入清單法,國內在GHG核算方面作了大量研究,但至今未形成符合中國國情的GHG排放因子開放數(shù)據庫,大部分研究者均采用IPCC的缺省值。為合理區(qū)分碳排放責任,碳排放核算從生產視角向消費視角轉變。單純從生產視角進行核算使清單法掩蓋了碳排放的“責任轉移問題”,并產生了新的“碳泄露”現(xiàn)象。為公平區(qū)分各國責任,從區(qū)分生產和消費視角出發(fā)利用里昂惕夫投入產出表衡量國家碳排放責任的核算方法相繼提出。然而,由于各國投入產出表編制的不確定性可能導致排放責任的很大不確定性,該類核算方法尚未推廣使用。碳排放因素分解研究衍生了碳排放核算的重要方法。CO2排放的因素分解自20世紀80年代以來一直是國際能源問題研究領域的熱點。不同時間跨度、不同方法下碳排放因素分解結果的較強一致性為從影響因素反推碳排放量成為可能。鑒于數(shù)據可得性等原因,基于Kaya等式的碳排放因素分解法在國內碳排放核算中得到較多應用。目前“針對鄰里發(fā)展的能源與環(huán)境設計先導”(簡稱LEED-ND)評估體系正日益普及,并可能成為固定的城市規(guī)章,作為促進可持續(xù)的一個手段。其主要思想不再是簡單的對城市碳排放進行測定,而是在規(guī)劃前期就對影響碳排放的規(guī)劃因子進行評估,從而指導規(guī)劃方案的設計,做出更加低碳的設計方案。目前Criterion公司已經基于GIS技術研發(fā)出了Index評價軟件,能夠對城市規(guī)劃中區(qū)域道路、地區(qū)出行、高密度土地使用和建筑等因子進行碳排放評估,并在眾多的項目中進行了應用。1.2低碳的理論與實踐研究采用何種路徑和治理模式推進低碳城市發(fā)展是學者和決策者共同關注的焦點。梳理現(xiàn)有文獻,低碳城市規(guī)劃被認為是生態(tài)城市發(fā)展的關鍵。目前國外已開展低碳生態(tài)城市規(guī)劃的實踐,如英國政府通過《應對氣候變化的規(guī)劃政策》將碳減排措施落實到城市土地利用規(guī)劃中,而國內天津、無錫、深圳等城市也開展了低碳城市規(guī)劃編制研究。為引導國內低碳城市規(guī)劃,中國城市科學研究會在《中國低碳和生態(tài)城市發(fā)展戰(zhàn)略》中探討性地提出了低碳城市規(guī)劃的指標體系。根據理論與實證分析結果,相關學者還根據建設內容與模式提出了對應的治理模式和配套制度政策。目前關于碳排放核算方法和低碳經濟評價指標體系的研究已較為豐富,但由于缺乏統(tǒng)一的能源碳排放系數(shù)以及影響碳排放因素的區(qū)域差異性,國際上現(xiàn)有的碳排放核算方法尚未在城市層面得到有效推廣,這對低碳城市的客觀評價造成了一定困難。從關注的尺度來看,這些研究多是基于宏觀角度上碳排放的核算,而并沒有關注到中觀和微觀角度,提出的節(jié)能減排也是宏觀層面,對實際行動的指導意義有限。從時序上來看,這些研究多停留在對碳排放量的核算上,而對如何從源頭上降低碳排放量的研究,尤其是在城市規(guī)劃方案基礎上對碳排放量進行估算的研究還較少,還不能從源頭上減少碳排放。因此,在中觀和微觀角度上加強碳排放的估算研究,在城市規(guī)劃方案設計階段對可能產生的碳排放量進行評估,從而指導城市規(guī)劃方案的修改和審查顯得尤為重要。2控制與設計碳排放量的預算技術2.1制性指標的確定控規(guī)是城市規(guī)劃管理的重要依據,控規(guī)中所確定的用地性質、道路交通體系、建筑密度、容積率等控制性指標對后續(xù)的城市建設和人們的生產、生活方式具有重要影響,進而決定了規(guī)劃區(qū)內將來可能產生的碳排放量。本文通過提取控規(guī)中與能源消耗直接相關的控制要素,建立碳排放模型,并基于GIS技術實現(xiàn)碳排放量的實時估算和空間分析,從而輔助控規(guī)的編制和實施,引導城市向“低碳”發(fā)展。2.2土地使用控規(guī)能源消耗控規(guī)是以城市總體規(guī)劃和分區(qū)規(guī)劃為依據,其內容包括:(1)土地使用性質及其兼容性等用地功能控制要求;(2)容積率、建筑高度、建筑密度、綠地率等用地指標;(3)市政公用設施、公共服務設施、公共安全設施的用地規(guī)模、范圍及具體控制要求;(4)道路交通系統(tǒng)的組織與控制。從以上控規(guī)的內容來看,(1)、(2)、(3)都可以歸結為對土地使用的控制,(4)主要是對規(guī)劃區(qū)范圍內交通出行的預測和道路系統(tǒng)的規(guī)劃。因此,從能源消耗的角度可將控規(guī)中的能源消耗概括為2個方面:土地使用上的建筑能耗和交通出行能耗。而土地使用上的建筑能耗受用地性質、容積率等影響;交通出行能耗主要受交通工具、出行距離等影響。因此,控規(guī)方案中預含的碳排放量可用圖1所示方式計算。其中,建筑類型由用地性質和容積率確定,包括居住建筑、零售/服務業(yè)建筑、混合使用建筑、工業(yè)建筑、教育科研建筑和公共建筑等。根據不同類型的建筑可以確定其能源類型、不同類型能源的使用量和分攤比例,根據相應的排放系數(shù)即可估算CO2排放量。交通出行主要指出行所乘坐的交通工具(小汽車、公交車、輕軌等)、不同交通工具的出行距離、不同交通工具的能源類型和分攤比例,根據相應的排放系數(shù)即可估算CO2排放量。在控規(guī)中,除建筑的能耗和交通出行能耗排放CO2外,城市中的綠地還能夠吸收部分CO2,也就是常說的綠地固碳或CO2封存。CO2封存量的多少與綠地類型、面積、季節(jié)都有關,通?？捎妹磕昝縣m2的CO2封存量來衡量。通過對用地上的建筑能耗、交通出行能耗和綠地固碳的分析,可以歸納并建立控規(guī)中的碳排放因子體系,如表1所示。2.3碳排放因子的量化模型用于控制標準通過以上分析,控規(guī)方案中的總碳排放量可通過以下公式表示:3案例分析3.1休閑小鎮(zhèn)產城融合模式本文以歇馬聚居區(qū)的控規(guī)方案為例。歇馬聚居區(qū)位于重慶市主城區(qū)的西北角,功能定位為以高品質居住、創(chuàng)意研發(fā)為特色,以“縉云山下的休閑小鎮(zhèn)”為目標,集儀器儀表產業(yè)、文化休閑、商業(yè)商貿為一體,配套齊全、設施完善、檔次較高的綜合城市片區(qū)。規(guī)劃總用地面積1274.85hm2,其中城市建設用地面積1125.79hm2,規(guī)劃居住人口13.5萬。3.2統(tǒng)計數(shù)據和規(guī)劃結構通過以上分析,考慮到重慶的實際情況,歇馬聚居區(qū)范圍內的能源確定為電力、天然氣和汽油,其排放系數(shù)如表2所示。根據發(fā)展改革委《關于居民生活用電實行階梯電價的指導意見(征求意見稿)》、重慶市物價局《關于重慶市居民生活用電試行階梯電價有關情況的通報》等文件中的統(tǒng)計數(shù)據和《歇馬聚居區(qū)控制性詳細規(guī)劃·說明書》確定了居住用地、非居住用地的能源消耗情況,如表3和表4所示,其中用戶數(shù)量根據規(guī)劃人口按每3人1戶確定,并借助GIS技術換算到每一個地塊。綠地固碳按管東生等的研究確定,見表5。根據重慶的實際情況,交通出行方式確定為小汽車、公交車、摩托車和輕軌;并根據參考文獻[3,26,27,28,29,30],確定了交通出行的能耗,具體如表6所示。3.3碳排放量的評估3.3.1聚居區(qū)的二氧化碳的來源通過計算,歇馬聚居區(qū)控規(guī)方案中人均居住耗能8.18MMBtu/人/a,居住總能耗為1104300MMBtu/a。每人每年生活所產生的CO2為2506.55kg,聚居區(qū)范圍內人們生活所產生的CO2總量為33.8萬噸。圖2和圖3分別顯示了人均居住能源使用的空間分布情況和居住CO2排放總量的空間分布情況。3.3.2非居住建筑能源產出情況通過計算,歇馬聚居區(qū)控規(guī)方案中非居住建筑人均使用能源41.96MMBtu/員工/a,非居住建筑能源總需求為2832300MMBtu/a。聚居區(qū)內每個員工每人每年CO2排放量為18289.3kg,聚居區(qū)范圍內非生活所產生的CO2總量約123.4萬噸。圖4和圖5分別顯示了人均(員工)非居住能源使用空間分布情況和非居住CO2排放總量空間分布情況。3.3.3交通出行碳排放量考慮到歇馬聚居區(qū)的實際情況,每人每天按出行10km計。經計算,聚居區(qū)內每人每年乘小汽車的CO2排放量為69.39kg、乘公交車為91.97kg、乘摩托車為16.28kg、乘輕軌38.79kg。每人每年交通出行合計碳排放量為216.43kg。歇馬聚居區(qū)范圍內,交通出行產生的碳排放量,每年約為2.9萬噸。3.3.4區(qū)域固碳量聚居區(qū)內的綠地年總固碳量為0.41萬噸,其他用地中的綠地固碳為0.14萬噸,區(qū)域內年總固碳量約為0.55萬噸。圖6顯示了綠地固碳的空間分布情況。3.4第二,調整方案按工況出行距離確定碳排放量為了增加方案的對比性,本文對原控規(guī)方案進行了調整。調整方案采用了以公共交通為導向的設計理念(TOD模式),調整的內容包括:(1)調整了部分公共設施的位置,降低了出行距離;(2)增加了輕軌站和公共交通出行比例。調整后的方案出行距離確定為每人每天出行9km,出行分攤比例小汽車:公交車:摩托車:輕軌為0.05︰0.4︰0.05︰0.4(原方案為0.1︰0.6︰0.1︰0.2)。經計算,調整方案后聚居區(qū)內每人每年乘小汽車的CO2排放量為34.69kg、乘公交車為61.31kg、乘摩托車為8.14kg、乘輕軌77.58kg。每人每年交通出行合計碳排放量為181.72kg。調整方案后每年的總排放量約為2.45萬噸,調整方案比原方案每年凈減少了0.45萬噸,相當于規(guī)劃區(qū)內所有綠地固碳量的82%。可見,每天出行僅減少了1km,出行方式也只發(fā)生了微小的變化,但是碳減排量卻達到了綠地固碳的82%。所以,在碳減排方面,合理規(guī)劃公共服務設施布局和交通出行方式比增加綠地更加有效。4研究結論與不足本研究基于歇馬聚居區(qū)控規(guī)方案,將方案中的能耗區(qū)分為用地能耗和出行能耗,對影響這2個方面的用地性質、出行方式、出行距離、綠地固碳等進行了研究,研究結果表明:1)聚居區(qū)內非居住的碳排放量最高,約123.4萬噸;居住次之,約33.8萬噸;交通出行碳排放最低,約2.9萬噸;而綠地的固碳量則少得可憐,僅0.55萬噸。2)從人均能耗和CO2排放總量的空間分布來講,聚居區(qū)內一類居住用地能耗較高,而CO2排放總量不高;聚居區(qū)中部地區(qū)的公租房用地人均能耗雖然不高,但CO2排放總量較高。整體上來看CO2較為集中,分布不太合理。3)就交通出行CO2排放來講,乘坐公交車出行產生的CO2排放量最多,因此,公共交通仍是市民主要的出行方式;但就每km的能耗而言,輕軌最為經濟。4)從整體的CO2排放和綠地固碳來看,綠地的固碳量遠遠小于人們消耗能量所產生的CO2,因此,降低碳排放的主要途徑還是以降低能耗為主,而綠地固碳只是杯水車薪。5)合理布局公共服務設施和增加輕軌出行比例,對于碳減排非常有效。本文系統(tǒng)地梳理了控規(guī)方案中影響碳排放的因子,并建立了各因子的能耗模型和因子體系。從個體的微觀角度研究了控規(guī)方案中可能預含的碳排放量,為城市的低碳規(guī)劃奠定了基礎。其次,借助GIS技術,將能耗情況和碳排放情況直觀地展示到了空間上,實現(xiàn)了碳排放量的即時計算和評估,為低碳規(guī)劃的方案評估和動態(tài)修改提供了軟件和技術支撐。最后,對居住碳排放、非居住碳排放、交通出行碳排放和綠地固碳等區(qū)分和計算,使規(guī)劃管理工作者更加清晰地區(qū)分出