近零碳排放區示范工程理論研究

吳智泉，唐宏芬，馮 強

(1.中國大唐集團新能源科學技術研究院，北京 100043；2.中國大唐集團科學技術研究院火力發電技術研究院，北京 100040)

1 近零碳排放區研究現狀

從概念上,Matthews于2008年提出為了穩定全球平均氣溫，需要實施近零碳排放，直至未來碳排放絕對為零[1]；2017年葉祖達等對城市邁向近零碳排放進行研究，提出了正氣候發展模式，指出向近零碳排放的發展不能局限于建筑技術應用方面，應積極探討空間尺度可以帶來的外部性減碳手段，并引入動態監控碳排放機制[2]；2017年李艷梅等對近零碳排放區示范工程的內涵進行研究，提出了以縣(縣級市/區)級行政區邊界為區域的近零碳排放區示范工程[3]。從技術上，My?h?nen于2009年使用碳捕捉的方式實現循環流化床鍋爐的近零碳排放[4]；Salkuyeh等于2015年使用化學循環燃燒和化學循環氣化技術對石油焦炭和天然氣聯合發電的二氧化碳排放100%捕捉，實現了該領域的零碳排放[5]；Hong等于2015年綜合考慮技術、經濟、社會政治等因素，通過使用核能和可再生能源設計了一系列零碳排放的能源方案[6]。從經濟上，Decanio于2011年通過對太陽能及替代能源的能源供應模式分析，研究了凈零碳排放下經濟上的可行性，并指出在21世紀中葉可能創造出一個零碳排放的全球能源系統[7]；唐葆君等于2015年對APEC成員碳排放與經濟增長之間的關系進行研究，結果顯示APEC成員中隨著經濟增長并不能保證碳排放必然下降，提出應加大財政補貼力度、支持科研及技術推廣，從而控制能耗及調節能源結構[8]；Schandl等于2016年通過設計合理的經濟-環境互動模型，指出經濟發展和環境友好可以同時實現[9]。從機制上，Kmdem等于2016年采用小波分析法對時域內的清潔發展機制與歐盟碳排放配額之間的關系進行研究，指出了兩者之間的依賴關系[10]；宋杰鯤等于2017年對省域范圍的碳排放配額進行研究，通過對世襲制、平等主義和支付能力的分配方式進行加權平均后進行優化分配，將30個省份劃分為四類，對每類省份碳減排分別提出建議[11]。

從文獻研究可以總結出，對近零碳排放的概念已有少量研究，但對這一概念的理解為技術、碳排放機制方面，并未綜合考慮頂層設計；技術上，近零碳排放已經具備了一定的基礎，但并未有學者對近零碳排放區的技術特征進行提煉；經濟上，雖然已明確低碳發展與低碳經濟并不沖突，但具體關系仍需進一步研究；機制上，對碳排放配額的機制進行了詳細研究，但對總體規劃并未有相關討論。

2 近零碳排放區示范工程理論研究

要有效推進近零碳排放區示范工程建設，必須從基礎理論上對其準確分析和把握，厘清不同層次的邏輯關系，深入思考經濟新常態下示范工程建設面臨的新形勢、新任務、新挑戰、新機遇，從而在新發展理念的引領下，以低碳技術創新和低碳管理創新為核心，把建設近零碳排放區示范工程與深化供給側結構性改革，推動經濟發展質量變革、效率變革、動力變革，提高全要素生產力有機結合起來。

2.1 近零碳排放區示范工程的概念理論

(1)碳排放與環境保護。由于碳排放具有的“全球性”特點，人們對碳排放的認識要比對諸如粉塵、二氧化硫、廢水、固廢等直接影響自身生活和生產環境的污染物排放的感受要弱很多。實際上，低碳發展首先是一個嚴肅的環保問題。在一定程度上，碳排放指標直接決定著區域其他污染物的排放指標。有研究表明[12]，如果構建合理的模型，完全可以用“碳”這一個指標來確定一個區域的節能減排推進情況和經濟社會發展水平。因此，碳排放與區域環境保護不是割裂的，與經濟社會發展更不是對立的。

(2)低碳、近零碳與零碳的區別。近零碳排放區從概念上需要同低碳、近零碳排放、零碳進行區別，實施近零碳排放區示范工程，要全面貫徹落實“五大發展理念”，牢牢把握“為人民提供更多優質生態產品，推動形成綠色發展方式和生活方式，協同推進人民富裕、國家富強、中國美麗”的本質要求和“推動低碳循環發展”的精神實質，準確理解“主動控制碳排放”和“碳排放峰值目標”的核心要義。

從人類原始社會的近零碳排放，至人類工業高度發展但尚未實施減排的高碳排放階段，再到未來人類文明高度發達的近零碳排放甚至零碳排放，這個過程類似于一個正態分布過程。如圖1所示，其中橫坐標的數值表述為：-2表示人類原始社會，-1表示人類工業階段發展初期，1表示人類文明較為發達的階段，2表示人類文明高度發達的終極階段。從圖1可以看出，人類對碳排放開始認識以后，其發展進程是一個逐漸趨近于零的過程。這一過程可看作雙曲線函數的正發展方向部分，如圖2所示，用公式可表示為：

其中，x表示時間；y表示歸一化碳排放量；a表示參考年份，常量，以該年的碳排放量為基準對后續年份的碳排量進行衡量。

圖1 人類發展進程與碳排放關系

圖2 碳排放發展進程

進一步分析可知，變量x與對碳排放的認識、人類的技術水平、技術經濟管理模式存在一定聯系。雖然數學關系尚未建立，但可以確定的是，隨著x的增加，對碳排放的認識逐漸深入、人類的技術不斷進步、技術經濟管理模式持續優化。從圖2中可以看出，兩虛線之間的部分為低碳，但低碳是相對于高碳而言的，對于虛線的上限及下限并沒有一個明確的規定，這在國際上是公認的，并且低碳強調的是減排這一行為，通常以北歐五國為標桿，沒有可以參照的絕對量。在我國，低碳指標體系一般是用碳排放量與碳排放區、域內的經濟(總)量、人口(總)量或國土面積等的比值，來分析和評價該區域的低碳發展進程，具有明顯的相對性概念。下方虛線以下直至零之間的部分為近零碳，雖然很難說明多少排放量以上算低碳、以下算近零碳，但可以肯定的是近零碳排放是低碳發展概念的進一步深化和落地，必須著眼于碳排放絕對量的減少，是不斷趨近于零的一個動態過程，此過程即為現階段對碳排放認識的深入；這一過程所需的發展低碳經濟、應用低碳技術對應著人類技術的進步；在技術進步的基礎上，需要技術經濟管理模式的優化，即推進能源革命和循環經濟升級，創新性集中應用各類基于全生命周期考量的先進的零碳技術，實現區域內碳源與碳匯達成基本平衡，通過產業的融合與轉型升級，實現碳排放強度加速降低，碳排放總量持續減量化發展。近零碳排放必須考慮所在區域的自然資源、環境容量、生態系統、人口集聚度、經濟發展水平等因素，將示范工程與區域的經濟、政治、文化、社會建設緊密結合，明確近零碳排放區示范工程建設定位和重點，提出有針對性的近零碳排放發展模式，確定近零碳排放發展目標。顯然，近零碳必須強調區域碳排放總量不斷減少而趨近于零，而不僅僅是與產業、人口、面積等量的相對值。零碳是近零碳發展的終極目標，零碳則必須強調區域內碳排放量絕對值為零，由于監測、計量、考核等實際上的不可操作性，零碳概念的絕對性也就決定著其理想化的基本特性。

毫無疑問，從低碳向近零碳轉變是我國“主動控碳”在理論和實踐上的重大突破。因此，在推進近零碳排放區示范工程建設中，必須牢牢抓住區域內碳排放總量持續降低這一核心指標。這也就要求近零碳排放區完全實現經濟發展與碳排放的徹底脫鉤，通過示范工程建設，達到經濟發展、產業進步與碳減排的高度融合。

(3)近零碳排放區示范工程的內涵。目前，“近零碳排放”還沒有統一的定義，由于國際和國內低碳發展的總體政治經濟環境，“近零”的指標也難以確定。“近零碳排放區示范工程”的定義應該與“近零碳排放”既有聯系，也有區別。概括而言，近零碳排放強調的是各類先進綠色技術的創新與應用，而近零碳排放區示范工程則更加關注技術方案和發展模式的融合，強調的是規劃引導與全面統籌。

近零碳排放區是在一定尺度的區域內，基于統籌規劃基礎上的一系列低碳、減碳技術方案、發展模式、人類行為、金融特性的整體融合，是以先期頂層設計為指導，以各類先進技術、循環經濟、用能方式等為操作手段，在區域內經濟社會持續健康發展的基礎上，碳排放總量不斷減少且趨于零。

近零碳排放區示范工程是在發展低碳經濟、應用低碳技術和建設低碳試點的基礎上，通過自主有效的額外努力，推行循環經濟升級和用能方式革命，將各類先進的低碳技術加以集成應用，實現碳排放不斷減少，直至區域內碳源與碳匯達成平衡，確保區域內經濟社會持續健康發展的同時，總體碳排放的總量趨于零的綜合性工程。

(4)近零碳排放區示范工程的特征。建設近零碳排放區示范工程，應基于可操作、可計量和可推廣的原則進行，同時其應該是先進的模式，有別于落后生產力背景的近零碳排放。在理論辨析的基礎上，通過對十二五期間低碳試點區建設經驗的總結，構建近零碳排放區示范工程特征模型，歸納六個不同的特征來定義、描述近零碳排放區示范工程，并引領其科學的推進。根據特征內容衍生出可量化指標，對近零碳排放區示范工程評價指標體系的構建起到支撐作用，前四項特征所對應的為具體量化指標，后兩項特征為用于整體評價體系的更新和分類，如圖3所示。其中，集成性涉及人口、產業、設施、機制等復雜要素；通用性在因地制宜充分考慮當地資源的基礎上提煉可供推廣和借鑒的內容；開放性需要以更高的視野，從更寬廣的角度考慮；多樣性應為一致性與多樣性的對立統一。

圖3 近零碳排放區示范工程特征模型

2.2 近零碳排放區示范工程的技術理論研究

低碳和零碳技術是實現近零碳排放的基礎，也是近零碳排放區示范工程能夠實施和建設的根本保障。與近零碳排放區示范工程的上述特征相對應，低碳和零碳技術的提煉與歸納需注意以下兩個方面。一是相關技術的選擇要因地制宜，充分考慮近零碳排放區示范工程的性質(生產、生活、生態等)和尺度，針對區域的尺度、類型、功能、當前碳排放狀態有針對性地提出適用的低碳和零碳技術；二是低碳和零碳技術不僅需要具備先進性，還必須具備可實現性與可持續性，必須注重其技術經濟特征。

(1)低碳和零碳技術分類。對低碳和零碳技術的分類研究是為了從不同角度清晰地認識這些先進的技術，為低碳和零碳技術的合理的選擇、技術的集成和有效的技術管理提供重要依據。通過分析整理已有的低碳和零碳技術，挖掘不同技術的共性特征，梳理不同技術之間的層次與關聯，從而更好地指導低碳和零碳技術發展。本文主要針對目標任務的分類策略進行分類研究，使減碳目標的技術方案更為明確。

從碳排放領域的角度，可將低碳和零碳技術分為三大類，如圖4所示。

據統計，工業領域的二氧化碳排放占我國排放總量的60%[13]。工業能源消費領域的低碳和零碳技術具有以清潔低碳、安全高效為目標，其發展特征為從總量擴展轉變為提質增效，并且與電氣化水平的持續提升是離不開的。工業能源消費領域的技術特性和市場機制角度分為備智能化、信息對稱、供需分散、交易開放。

建筑領域方面，圖4中的整個生命周期具體涵蓋材料、運輸過程、環境破壞、建筑垃圾管理、施工能耗管理、能源供應技術、用戶垃圾管理、用戶使用能耗管理、日常維護管理等；碳中和、補償需要將園林技術、先進的碳吸收植被、合理的布置手段同時考慮在內。另外，從建筑工程管理的角度來看，其公益性強、低碳目標復雜、低碳和近零碳建筑技術復雜、初始投資成本大，因此建筑工程管理需要更具有針對性和創新性。

圖4 主要碳排放領域技術特征

交通領域方面，智慧交通技術具有智慧、融合、全面、變革的特點，是對交通領域的深度開發利用，其對交通行業的支撐和引領主要體現在高效銜接、改造升級、服務透明、細化管理、模式改造等方面。應該注意的是，共享交通雖然符合綠色低碳循環發展理念，但應對管理手段進行完善，建立合理的監管制度和體系。土地利用是交通領域低碳和零碳技術需要考慮的基礎條件，其應當符合集約化利用、多功能混合利用、以公共交通為向導發展的特點，以人性化的土地利用為前提。

不難看出，工業能源消費領域中的低碳和零碳技術主要是新能源與清潔能源技術以及傳統能源的低碳改造技術的集合，建筑設施領域中的低碳和零碳技術主要指材料、設計、工程管理以及運維方面的低碳和零碳化，而交通領域主要是通過低碳和零碳交通工具的替代以及交通系統的低碳優化體現低碳和零碳技術。此外，隨著低碳和零碳技術的不斷進步，除了關于低碳和零碳的關鍵共性技術、前沿引領技術、現代工程技術以外，不排除顛覆性技術的出現可能超出以上的分類范圍，但其仍然屬于低碳和零碳技術的范疇以內，屬于分類體系中不可預見的發展部分。

(2)低碳經濟與低碳和零碳技術創新的互動機理研究。低碳和零碳技術具有明顯的創新性和時代特征，是當前社會發展的第一生產力，是經濟全球化的核心競爭力。低碳和零碳技術與低碳經濟的互動關系如圖5所示。

圖5 低碳和零碳技術與低碳經濟的互動關系

經過20多年的應對氣候變化談判，低碳發展、低碳經濟已經成為世界各國的共識。先進的低碳和零碳技術創新對于占領全球經濟發展制高點，推動構建人類命運共同體，實現國內發展和對外開放良性互動，都具有特殊的戰略意義。

(3)低碳和零碳技術創新的本質目標。低碳經濟與低碳和零碳技術創新的互動關系，本質上是深化供給側結構性改革，推動經濟發展質量變革、效益變革、動力變革，提高全要素生產率的具體實踐。當前世界范圍內基于綠色低碳循環發展的新一輪科技革命和產業變革蓄勢待發，信息技術、生物技術、新材料技術、新能源技術廣泛滲透，重大顛覆性創新涌現，各種新科技、新業態不斷涌現。發達國家紛紛出臺應對措施，美國再工業化戰略、德國工業4.0戰略等應運而生，新技術革命正在有力推動全球供給體系調整。我們必須準確把握以綠色低碳技術為內核的全球經濟發展大形勢，抓準歷史性機遇期，以低碳和零碳技術助推供給側機構性改革，不斷提高經濟新常態下供給體系質量，解決我國經濟面臨的最為突出的結構失衡矛盾，將其轉變為我國經濟發展的巨大驅動力。

低碳和零碳技術推動質量變革，就是要通過技術創新，產品和服務的多樣性和質量得到不斷增加和提升，以滿足廣大人民對多樣性和高品質的潛在需求，進而全面提高國民經濟各領域、各層面的素質，推動創新要素的流動和集聚。從消費、生產、流通、投資到生活方式，加快全方位的綠色低碳轉型，使綠色低碳成為高質量產品和服務的重要特征。

低碳和零碳技術推動效率變革，就是要通過技術創新，實現綠色技術對傳統技術的替代，降低對傳統資源的依賴，降低成本，提高產品附加值，提高投入產出效率，提高核心競爭力。在技術創新的過程中，提高開放型經濟水平，更大范圍、更高水平參與國際競爭和合作，穩步提升我國產業在全球價值鏈中的地位。

低碳和零碳技術推動動力變革，就是要通過技術創新，加快經濟增長動力轉型。要瞄準國際先進水平，在傳統產業優化升級、新興戰略型產業和先進制造業、現代服務業三個方面同步推進。要找準低碳技術短板，集中力量突破一批關鍵共性技術和基礎零部件、工藝和材料。

低碳和零碳技術推動三大重要變革，統一于建設現代化經濟體系的目標，關鍵是以綠色、低碳、循環為內核驅動全要素生產率的提高。質量變革是主體，就是要用創新的綠色低碳技術提高產品和服務質量；效率變革是主線，就是要通過綠色技術替代降本增效提高核心競爭力；動力變革是基礎，就是要瞄準先進補短板實現技術創新和突破。

3 建設路徑總體規劃的建議

規劃引領和全面統籌是實施近零碳排放區示范工程的本質要求，具有戰略性、系統性、地域性、綜合性的基本特點。近零碳排放示范區的總體規劃就是要統籌兼顧，因地制宜，全面安排好區域內生產性和非生產性建設，使之布局合理、比例協調，構建“綠色、低碳、循環”的區域生產和生活體系。

3.1 完善區域分類

梳理我國低碳示范工作的開展，可以初步總結近零碳排放區示范工程可能存在的五種典型區域類型：

(1)居住區：是指具有一定的人口和用地規模，并集中布置居住建筑、公共建筑、綠地、道路以及其他各種工程設施，被城市街道或自然界限所包圍的相對獨立地區，其特點在于較高的人口密度，耗能以交通與生活用能為主，涉及的主要碳排放產業包括交通、建筑與生活。

(2)工業園區：是指聚集各種生產要素，在一定空間范圍內進行科學整合，提高工業化的集約強度，突出產業特色，優化功能布局，所形成的適應市場競爭和產業升級的現代化產業分工協作生產區，其特點是耗能產業集中，減碳潛力巨大。

(3)生態功能區/旅游區：生態功能區(或稱生態功能保護區)是指在涵養水源、保持水土、調蓄洪水、防風固沙、維系生物多樣性等方面具有重要作用的重要生態功能區內，有選擇地劃定一定面積予以重點保護和限制開發建設的區域。旅游區是表現社會經濟、文化歷史和自然環境統一的旅游地域單元。生態功能區和旅游區往往相伴而生，其特點是對環境保護要求極高，初始碳排放較低，碳排放源主要來自管理人員與旅游人員的活動。

(4)科技園區：一般是指集聚高新技術企業的產業園區，與工業園區不同，科技園區內高耗能產業較少，其主要設施為寫字樓、標準研發區間、無污染生產單元等，同時一般配備商業物業設施(食堂、會議中心、餐飲服務、商業住宿等)，其涉及的主要碳排放產業為交通與農林。

(5)農產品產區：是指農業生產上具有類似的條件、特征和發展方向的一定區域，其一般具備較好的農業生產條件，以提供農產品為主體功能，以提供生態產品、服務產品和工業品為其他功能，需要在國土空間開發中限制進行大規模高強度工業化城鎮化開發，以保持并提高農產品生產能力，其設計的主要碳排放產業是農林、能源、交通等。

可以看出，五種不同的區域的碳排放重點各有不同，實施近零碳排放的重點領域、關鍵技術、關注對象、管理思路也各有側重。當然，區域之間不是封閉運行的，不同的行政區劃和特定的經濟區劃、產業區劃之間存在著合作的沖動與博弈。合作的沖動來自于對彼此資源的需求及對更大范圍配置生產要素的追求，博弈來自于不同利益主體利益訴求的失衡。開放發展必然是近零碳排放區的應有之義，在近零碳排放區總體規劃中貫徹開放發展理念對示范工程的成功實施將起到積極作用。

3.2 建立完善的評價體系

完善的評價體系能夠科學合理地評價近零碳排放區示范工程的發展情況，同時能夠起到推動和引領的作用，可作為申請相關資金及政策支持的重要參考[14]。

評價體系構建應具備科學性、全面性、方向性、可行性。需要考慮六大原則：①系統性與層次性相結合；②可操作性、特征性與科學性相結合；③區域性；④可持續發展；⑤可達性與前瞻性相結合；⑥定性與定量相結合。為了區別近零碳排放與低碳，評價體系從達峰、減碳、固碳入手，其中達峰和減碳為主要目標，是評價體系基本的、具有方向性的要求。

3.3 深入研究碳循環機理

近零碳排放是生態文明建設的重要舉措，代表當今科技和產業變革的方向。因此，對近零碳排放的研究要加深對自然規律的認識，自覺以對規律的認識指導行動，要從全球變化、碳循環機理等方面加深認識[15]。

按照物質守恒定律，在相對封閉的地球系統，碳存在著不同物質形式的轉化過程，而其總量不變。研究碳的轉化過程及其成本，將為有效指導提供理論基礎。

實際上，在碳循環過程中，我們可以對不同行為和主體做以區分。自然物質活動過程中可以分為碳的固化過程和碳的轉化過程，經濟社會活動中可以分為碳的生產者和消費者。碳的生產者是指經濟活動中的一類主體，其特征是通過生產過程的處理向外界提供傳統能量形式(包括一次和二次能源)；碳的消費者是指經濟活動中的另一類主體，其特征是通過對碳生產者提供能量的利用，達到滿足人類的需求。碳的生產者，往往是進一步富集碳作為高效能源或者是分離碳產生電力、熱力、動力等二次能源。碳的消費者與碳的生產者的身份不是固定不變的，根據生產流程的不同，站的角度各異，得出的結論也不盡相同。科學劃分分析對象的系統邊界，是做好二者定性的關鍵。深入研究這些過程，將為人類改造自然活動的主動性和社會管理的合理性提供科學的方案。比如，可以把管控的關注點放在碳的生產者上，把市場引導的關注點放在碳的消費者上。

4 結論

(1)通過概念理論研究定義了近零碳排放區示范工程的內涵，并基于可操作、可計量和可推廣的原則指出近零碳排放區示范工程應具備持續性、集成性、通用性、開放性、動態性、多樣性特征。

(2)通過技術理論的研究，針對目標任務的分類策略進行分類研究，使減碳目標的技術方案更為明確。并指出低碳經濟與低碳和零碳技術創新的互動關系，本質上是深化供給側結構性改革，推動經濟發展質量變革、效益變革、動力變革，提高全要素生產率的具體實踐。

(3)從總體規劃的角度提出應對區域分類、評價體系、碳循環機理做出進一步研究。梳理總結出近零碳排放區示范工程可能存在的五種典型區域類型；指出近零碳排放區示范工程評價指標體系迫在眉睫，并提出評價體系建立應符合的基本原則；深入碳循環機理研究，從本質上探尋近零碳排放的發展方向。

(4)近零碳排放區示范工程是一項重大課題，應該有清晰的概念，需要進一步推進。