京津冀都市圈低碳城市發展研究

潘輝+史先念

[提要] 本文基于能源消費過程視角，建立低碳城市發展模式指標體系，采用二階聚類法，對京津冀都市圈13個主要城市進行實證研究。結果表明：京津冀低碳城市發展模式可歸納為四種發展模式，即源頭低碳化模式、過程低碳化模式、末端低碳化模式以及混合低碳化模式。最后，針對四種發展模式，分析其所包含的城市數量和類型以及發展路徑，并給出相應的對策建議。

關鍵詞：低碳城市；發展模式；二階聚類；京津冀都市圈

基金項目：天津城鎮化與新農村建設研究中心開放基金資助項目（編號：KFJJ17-11）

中圖分類號：F291.1 文獻標識碼：A

收錄日期：2017年12月12日

為了應對全球氣候變化和環境污染，低能耗、低排放、低污染的經濟轉型已經成為世界經濟發展的趨勢。城市作為人類生產和生活的中心，在社會發展中起著重要的作用。當前世界一半以上的人口居住在城市中，城市的人均能耗是農村地區的3.5倍，超過75%的溫室氣體從城市產生。據統計，我國的城市化水平已經從1978年的17.9%快速增長到2013年的53.7%，城市能耗已達到總能耗的55.48%，碳排放量達到總排放量的58.84%，城市已經成為能源消耗和碳排放的主體。因此，城市作為地區經濟發展和社會發展的核心單元，不可避免地成為中國低碳發展的關注重點。我國對低碳城市發展的研究和實踐雖然取得了一定成果，但仍處于探索性的階段。由于我國城市類別眾多，特征各有不同，存在較大的差異，不同類型的城市低碳發展的定位、思路、模式和路徑選擇也有所區別，因此尚未形成一個低碳城市發展模式的體系。這就決定了在低碳城市發展中不能千篇一律的復制和模仿，必須在城市化進程中探索適合自身的低碳發展模式。

一、低碳城市發展模式

低碳城市是針對碳排放量而言的一種城市發展新模式，從城市微觀層面的能源輸入、轉化和污染物輸出的全過程來看（即過程論，是按低碳產品的生產、流通、消費、循環利用的整個過程），低碳城市包含三個方面的內容：一是在能源使用前，使用可再生能源和清潔能源，替代煤、石油等高碳能源來減少碳排放量；二是在能源使用中，提高工業、建筑、交通三大耗能領域的能源利用效率，減少高碳能源的消耗；三是能源使用后，通過保護森林和構建城市綠色空間來吸收能源使用過程中排放的二氧化碳等溫室氣體，促進碳匯增加并提高碳捕捉能力?？傊?，低碳城市就是在能源使用過程中達到碳排放最小化以及碳吸收最大化，見圖1。（圖1）

基于以上視角，本文將我國低碳城市發展模式分成四種模式：源頭低碳化模式、過程低碳化模式、末端低碳化模式以及混合低碳化模式。源頭低碳化模式是指某一城市針對自己的特點，在發展低碳化過程中將重點放在能源使用前，改變原有的能源投入結構，使用可再生能源和清潔能源，替代煤、石油等高碳能源來減少碳排放量，從而實現低碳城市目標的一種發展方式。過程低碳化模式是城市在發展低碳過程中，針對現有的能源使用情況，努力提高工業、建筑、交通三大耗能領域的能源利用效率，減少高碳能源的消耗的發展方式。末端低碳化模式是指為了實現低碳城市，在能源使用的末端，通過保護森林、增加城市綠地面積以及構建城市綠色空間來吸收能源使用過程中排放的二氧化碳等溫室氣體，促進碳匯增加并提高碳捕捉能力的一種發展方式?；旌系吞蓟Ｊ綄儆谝陨先N低碳發展模式的結合，由于有些城市的現狀介于以上三種低碳模式的中間狀態，不完全適用于一種發展模式，而是兩種或者三種模式的綜合，因此本文將其定義為混合低碳化模式。

二、低碳城市發展評價指標體系構建

城市的低碳發展涉及到社會、經濟、環境等領域，是一項復雜的系統工程?；谝陨涎芯?，借鑒相關文獻，本文依據能源使用過程論，從能源使用前（源頭）、能源使用中（過程）、能源使用后（末端）三個階段建立了低碳城市發展模式指標體系，見圖2，并利用相關數據研究我國低碳城市發展的有效模式。（圖2）

（一）能源使用前（源頭）。近幾年，我國煤炭、石油和天然氣的碳足跡快速增加，直接導致城市環境壓力越來越大。因此，本文選取煤炭占能源消費總量的比重、石油占能源消費總量的比重、天然氣占能源消費總量的比重以及水電、風電、核電占能源消費總量的比重作為指標，來反映城市低碳發展能源投入消耗結構情況的指標，通過以上指標可以反映出城市低碳發展中傳統能源和可再生能源的使用情況。

（二）能源使用中（過程）。在能源使用過程中，工業、建筑和交通是城市能源消耗的主要領域。本文選取工業能源消耗（萬噸標準煤）、房屋建筑總面積（萬平方米）和汽車擁有量（萬輛）作為指標直接或間接地反映三大能耗行業的能源消耗量的實際情況。其中，建筑領域的能耗分為生產能耗和消費能耗，由于其能耗結構比較復雜，而且統計口徑、計算方法不盡相同，所以本文選取房屋建筑總面積來間接反映建筑領域能耗狀況，房屋建筑總面積為房屋施工面積和房屋竣工面積之和。

（三）能源使用后（末端）。本文選取森林覆蓋率和城市綠化率作為指標來反映城市低碳發展的碳匯能力。

三、低碳城市發展模式實證分析

（一）研究方法。本文使用二階聚類分析法，基于能源的使用過程角度，對研究對象進行分類。二階聚類分析法是聚類算法的一種形式，作為一種數據探究工具，可以用來對一個未知數據集進行自然數據分組、聚類。相比其他聚類方法有如下顯著的優點：一是采用對數似然值作為距離測量指標，對不同尺度類型的變量適用，能夠同時處理基于分類變量和連續變量的聚類問題；二是不僅可以自動判斷結果中適宜的類別數，而且可以表述變量的重要性。二階聚類分析法在算法上使用的是分層聚類中BIRCH算法。BIRCH算法通過聚類特征（CF）對簇的信息進行匯總描述，利用各個簇之間的距離，然后采用層次方法的平衡迭代對數據集進行規約和聚類。

（二）研究對象。本文選取北京、天津以及河北省的11個地級市（石家莊、唐山、邯鄲、秦皇島、保定、張家口、承德、廊坊、滄州、衡水和邢臺）作為研究對象，區域面積占全國的2.3%，人口占全國的7.2%。endprint

（三）數據來源。本文研究數據主要來源于2016年《中國統計年鑒》、2016年北京、天津、河北省《統計年鑒》及2016年京津冀各城市國民經濟和社會發展統計公報。

（四）結果與分析

1、低碳城市聚類分析。本文利用SPSS20.0軟件對京津冀地區13個城市進行二階聚類分析。從表1中可以看出，京津冀地區的13個城市被分成五類，第一類包含一個城市，占城市總數的7.7%；第二類有2個城市，占城市總數的15.4%；第三類包含4個城市，占城市總數的30.8%；第四類和第五類各包含3個城市，其所占比例都為23.1%。每一類中各個城市的頻率和百分比見表2。由表2可知，第一類城市中只包括北京；第二類城市中有唐山和天津；第三類城市包括滄州、邯鄲、石家莊和邢臺；第四類城市有保定、衡水和廊坊；承德、秦皇島和張家口為第五類城市。（表1、表2）

2、低碳城市發展模式分析。通過對低碳城市發展模式各指標進行詳細分析，各指標均值和標準值見表3，從中可以看出：

第一類城市中，低碳城市指標中房屋建筑總面積的均值達到23，768.9萬平方米，汽車擁有量的均值為495.7萬輛，這兩項指標明顯高于其他四類城市，說明此類城市的建筑產業和交通業能源消耗量及碳排放量是最高的。而水電、風電和核電占能源消費總量的比重高于其他四類城市，說明此類城市發展中可再生能源的使用情況要比其他城市好。城市綠化率指標也優于其他四類城市，這說明，在低碳末端進行碳匯的能力比較強。因此，這類城市屬于過程低碳化模式，在低碳發展過程中應該更加重視能源使用階段的問題，即通過技術創新、有效管理等方法提高能源使用效率，減少碳排放總量。（表3）

第二類城市中，工業能耗量均值為5，174.73萬噸標準煤，明顯高于其他四類城市，所以第二類城市的工業能源消耗量及碳排放量是最大的。而可再生能源占比、汽車擁有量、房屋建筑總面積以及城市綠化率要高于第三、第四、第五類城市。所以，此類城市和第一類城市比較相似，同樣屬于過程低碳化模式，在低碳發展過程中也應更加重視能源使用階段的問題。

第三類城市中，能源投入中煤炭、石油、天然氣占總能源消耗比例以及可再生能源比例居于五類城市的中間值；工業能源消耗、汽車擁有量以及房屋建筑總面積幾項指標低于第一、第二類城市，但高于第四、第五類城市；而且森林覆蓋率和城市綠化率也處于較低水平，所以此類城市的在能源使用的源頭、過程和末端階段都存在較大問題，城市低碳發展模式不能適用單一模式，它屬于混合低碳發展模式。

第四類城市中，能源消耗結構中水電、風電、核電所占比例在五類城市中居中，工業、建筑業以及交通能耗量都處于較低水平，但是森林覆蓋率和城市綠化率都處于五類城市中最低水平，所以此類城市屬于末端低碳化模式，在城市低碳發展過程中應該把重點放在能源使用后階段，增加城市綠化率和森林覆蓋率，從而加強碳排放吸收能力和碳匯能力。

第五類城市中，森林覆蓋率的均值為0.45，是這五類城市中最高的。說明此類城市具有良好的低碳末端的碳匯能力，能夠有效地降低含碳量。而能源結構中的煤炭和石油占比均值是這五類城市中比例均值最高的，水電、風電、核電占比的均值為0.01，較其他城市來說是其均值為較低的，所以在第五類城市中的傳統能源使用率最高，可再生能源的使用率是最低的，能源結構不合理。同時，工業能源消耗總量、汽車擁有量以及房屋建筑總面積比其他四類城市低。因此，此類城市屬于源頭低碳化模式，在城市低碳發展過程中應該把重點放在能源使用前階段，調整能源投入結構，提高可再生能源的使用比例，從源頭降低碳的消耗量，從而更有效地實現低碳城市的目標。

因此，通過低碳城市聚類和發展模式分析，可以得出，第一、第二類城市屬于過程低碳化模式，典型代表為北京、天津和唐山；第三類城市屬于混合低碳化模式，代表城市包括石家莊、邯鄲、滄州和邢臺；第四類城市屬于末端低碳化模式，包括保定、衡水和廊坊；第五類城市屬于源頭低碳化模式，以承德、秦皇島和張家口為代表。

四、結論及建議

本文基于能源消費過程的視角，建立低碳城市發展模式指標體系，運用二階聚類研究方法，對京津冀都市圈主要城市進行了實證研究，針對不同類型的城市在發展低碳過程中應該選擇的模式和路徑進行了深入分析，這對盡快實現京津冀地區低碳城市的發展目標和推動低碳城市經濟社會的可持續發展具有重要的理論和實踐意義。

（一）承德、秦皇島和張家口屬于源頭低碳化模式，其城市的低碳政策的重點應是控源，提高可再生能源和清潔能源的使用率。另外，在此基礎上，大力推進節能減排、清潔生產和資源綜合的高效利用，并且在保障經濟發展的同時，可以通過技術手段減少化石能源的需求。

（二）北京、天津和唐山屬于過程低碳化模式，這三個城市應該把重點放到提高能源在使用過程中的效率，降低碳排放量。北京的建筑產業和交通業能源消耗量最高，而天津和唐山的工業能源消耗量最高，因此，北京應該著重加大力度降低建筑業和交通業的能耗和碳排放量，而天津和唐山低碳發展的重點是在工業領域中降低能耗和碳排放量。

（三）保定、衡水和廊坊屬于末端低碳化模式，其側重點是加強碳匯能力。一是通過低碳技術的發展提高城市碳匯能力；二是植樹造林，保護植被，增加綠地面積，建設袖珍公園，從而最大限度地吸收碳排放，達到低碳的目標。

（四）滄州、邯鄲、石家莊和邢臺屬于混合低碳模式，是過程低碳化和末端低碳化的混合體，所以其城市低碳政策重點應兼顧過程低碳和末端低碳的內容。

綜上所述，建立低碳城市模式是低碳城市發展的基礎，我國城市多元化、差異化和非后工業化的特點決定了其不能完全模仿發達國家低碳城市建設經驗和政策舉措，也不能千篇一律、完全復制國內城市同樣的發展套路，而是必須選擇符合自身特點和優勢的低碳城市發展模式。同時，更需要注意的是，在低碳城市發展過程中必須有所側重，不能“眉毛胡子一把抓”，應該分析城市所屬低碳發展模式，集中控制對低碳發展影響最大的因素或方面。

總之，各地政府需要通過合理的規劃，充分利用知識、資金、技術等資源，因地制宜地制定符合城市低碳發展的政策，從而優化能源消耗結構，提高能源利用效率，降低碳排放量，這樣可以更客觀、更科學、更有效地實現低碳城市的目標。

主要參考文獻：

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