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《城鄉建設領域碳達峰實施方案》近日印發，城市作為現代經濟活動的中心，其在應對全球氣候變化與推進可持續發展中發揮的作用，愈發受到重視，方案中建設綠色低碳城市專設一章便是體現。
但具體實踐中，城市在推進用能結構調整等方面仍存在較多困難。現有氣候治理框架下，超大特大城市的可再生能源利用難點有哪些，未來低碳轉型之路該如何前行？對此，中國環境報記者專訪了香港理工大學建筑環境及能源工程學系可再生能源研究室教授楊洪興。
土地有限、波動明顯，可再生能源面臨挑戰
城市是現代經濟活動的中心，也是最主要的能源、資源消耗者和主要的溫室氣體排放者。在我國，為數不多的超大特大城市占據著相當比例的碳排放量。
中科院陳明星課題組曾對城市尺度下全國碳排放進行了初步核算，結果顯示，2019年全國超大特大城市碳排放總量占比為19.45%。
國際能源署（IRENA）發布的《中國能源體系碳中和路線圖》指出，提高能效、發展可再生能源等是中國在2030年前實現碳達峰的重要領域。但楊洪興認為，發展可再生能源在超大特大城市并不輕松，仍有眾多挑戰。
“風能、太陽能是兩種較易大量推廣的可再生能源形式，是分布式可再生能源系統的兩個主要能量來源，但這兩種能源在超大特大城市的推廣并不容易。”楊洪興介紹，超大特大城市可利用土地資源有限，難于安裝大量的太陽能光伏系統，風能資源也很有限。同時太陽能應用推廣，還存在著屋頂可利用面積少、陰影遮擋以及安裝維護難、立面墻體發電效率低等限制。
同時，當電網中有大量的可再生能源供電時，電網的電壓穩定是影響可再生能源廣泛應用的又一阻礙。楊洪興指出，由于用戶對電力需求逐年提升，導致城市負荷需求大，用電尖峰負荷高。同時對電網蓄能、設備更新換代、傳輸等的要求也提高了。“當大量間歇、波動且受天氣情況影響大的可再生能源電力加入時，就對城市電網的蓄能、傳輸、調峰、設備更新等提出了更高的要求。”
此外，能源結構調整所帶來的，還有相當的經濟成本和時間成本。楊洪興指出，低碳電力設備的投資建設、電網基礎設施更新換代成本等支出，會對地方及國家財政帶來相當大的壓力。而作為參與者，市民對于低碳經濟的接受程度與安全意識、培養正確使用新設備的操作能力等也需要一定的過渡時間。
綠色低碳取得進展，香港經驗有哪些？
目前，我國超大特大城市的可持續能源利用路徑仍在探索之中。但已有的城市經驗能夠為問題解決提供借鑒，香港便是如此。
根據香港特別行政區政府統計處最新數據，2021年年底香港人口臨時數字已達到740.31萬人。盡管人口數量眾多，但香港的城市綠色低碳發展卻走在前面。2021年10月《香港氣候行動計劃2050》頒布，其中包括在凈零碳發電（分布式可再生能源建設推廣等）、節能綠建（新建與續存樓宇的節能、提高能源利用效率的能量需求管理等）、綠色運輸（汽車減碳與電氣化等）、全民減廢（廢棄物管理以減少城市廢棄物填充等）等多方面的行動指南，以應對在2050年前實現碳中和的挑戰。
楊洪興介紹，香港的減碳計劃首先便是從能源、建筑方面入手。“在香港，發電所產生的碳排放量超過總量6成，而建筑能耗部分則超過9成的電力消耗。目前僅占1%左右的可再生能源電力，在2035年會增長到7.5%—10%，并在往后持續提升至15%，這對于可利用土地面積有限的高密度的超大特大城市來說，是一個相當可觀的比例。其中，離岸風電的開發勢在必行。同時，政府建筑節能規范與智慧能源管理系統也是香港推行節能建筑的兩大重點，建筑光伏補貼政策也將極大推動城市可再生能源利用的發展。”
香港的減碳計劃還涉及綠色運輸與全民減廢兩方面，主要包括氫燃料電池巴士及重型車輛的試行、私家車電力化的推廣與新能源輪渡的使用，城市固體廢棄物收費、可降解塑料餐具規范與廢棄物燃燒發電。
楊洪興認為，香港與北京、上海等超大特大城市相比，有著眾多相同點：存在著城市耗電量大，尖峰負荷需求大、電網調節壓力大、可利用土地面積受限的難點。也有著一系列發展綠色低碳城市的基礎條件，包括電力基礎設施更新換代迅速、城市經濟基礎好、民眾節能環保意識高。
“在這樣的背景下，香港對于電力生產與建筑節能、交通運輸綠色低碳化與廢棄物減排回收等方面的措施，都是可以借鑒共通的。同時，一些對于地域、自然資源條件要求不高的新技術新應用探索，如建筑電氣化、分布式能源系統推廣、交通電氣化、高壓直柔輸電、柔性用電負荷等，都可以在北京、上海等特大城市進行試驗推廣。”楊洪興說。
開源節流，儲能技術、能源管理需重視
楊洪興認為，香港和內地超大特大城市的綠色低碳轉型，需要從開源、節流兩方面進行，針對不同行業部門進行可行的路徑規劃，是碳達峰、碳中和目標在各個城市的實現范式。
“開源主要是增加可再生能源，尤其是風電和光伏發電的使用。在可利用的城市屋頂，路邊和可利用的地方修建分布式光伏電站，同時投資建設高壓大容量輸電線路，大量引進北方和西北的光電和風電。此外，海上風場的建立可以有效增加可再生能源發電情況，對于一些沿海特大城市來說是非常有利的碳中和路徑。”相比于單一的城市內部分布式可持續能源，楊洪興更強調對大區域和大電網等多樣來源的風能、太陽能，生物能，水電和核能的綜合利用。
考慮到未來可再生能源電力對于電網帶來的傳輸和管理壓力，楊洪興著重強調了以抽水蓄能電站建設為代表的電力儲能系統。但楊洪興同時指出，盡管氫能正成為能源的儲運、使用的新興手段，但目前氫能儲能技術高成本、安全性不足、商業化程度不完善，仍處于比較初期的階段。
此外，楊洪興指出，不同超大特大城市可以根據其自然條件的優勢，開發不同的可再生能源，如用潮汐能、地熱能供暖和發電，使用地源熱泵降低采暖和空調耗能，因地制宜探索適合不同城市發展的具體碳中和路徑。
“節流是實現碳中和路徑中的另一關鍵，特別是內地大城市中的工業用電。”IRENA的路線圖中對工業部門提高能效的技術著墨很多，并著重強調了建筑與交通部門的電氣化。楊洪興也指出，目前內地工業產品的單位能耗比先進國家的數值相比高得多，提高能源利用率是當務之急。
“小型智慧能源管理系統已經在很多研究團隊、企業中有一定的探索，但大規模的智慧能源管理系統需要更大的平臺合作、數據支撐與相當的試驗。” 楊洪興認為，雖然有多項能效提高的技術可選，但內地對于能耗數據的長期采集、系統維護的不足和氣象等數據不能完全開放使用可能會對相關計劃的落實、效果評估帶來一定難度，對于智慧能源管理系統應當給予充分的重視。
