（湖南工业大学长株潭“两型”社会研究院 湖南·株洲 412007）
摘 要：发展低碳经济是世界经济发展的大势所趋，而城市是应对气候变化和发展低碳经济的重要载体。低碳技术发展和创新是低碳经济发展的决定因子，也是城市低碳发展的关键。当前对低碳技术认识还处于初步阶段，特别是对城市低碳技术缺乏了解。在现有研究成果基础上，界定我国城市低碳技术概念，研究其主要类型及应用概况。
关键词：低碳经济 低碳技术 城市低碳技术 主要类型
中图分类号：F206 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2011）012-122-04
气候组织《中国低碳领导力：城市》报告①和付允等②研究都指出：城市作为人类社会经济活动的中心，聚集了世界上一半以上的人口，温室气体排放占全球总量的75%左右。随着我国城市化进程的加快, 农村大量人口拥入城市，到2020年, 我国的城市化率将到达58%-60%，能源消费行为发生了改变, 能源供需矛盾日益加剧，频繁发生的气候灾害威胁到了城市居民正常的生产生活，使得城市变得越来越脆弱。原有的依靠大量消耗能源粗放型发展模式已经难以为继，发展低碳经济势在必行。潘家华③认为在全球气候变化的大背景下，发展低碳经济是世界经济发展的大势所趋。低碳技术推广应用和技术创新是低碳经济的决定因子或者说是控制因素之一，也是减缓气候变化和促进人类的可持续发展得重要途径。
因此，研究低碳技术，尤其是适应城市低碳经济发展的低碳技术，对支撑城市发展低碳经济非常重要。本文将根据现有研究成果和气候组织相关研究报告，评述我国城市低碳技术及应用。
1 城市低碳技术概念界定
1.1 低碳技术的定义
以化石（煤、石油、天然气等）为基础的能源在推动世界经济发展的同时，也改变了大气的结构。全球气候变暖大大增加了极端气候发生的可能性，给人类的安全构成了巨大的挑战。“低碳经济”、“低碳技术”、“低碳城市”等一系列新概念纷纷而生，创造一个以低能耗、低污染、低排放为基础的经济发展新模式已成为世界各国共同努力追求的目标。但什么是低碳技术？各国专家意见不一。我国众多专家、学者从不同层面研究低碳技术，取得一些成果。徐大丰④从低碳经济出发认为低碳技术是指为实现低碳经济而采取的技术，主要包括清洁能源技术、节能技术和碳排放降低技术。黄栋⑤认为低碳技术以零排放或者较低排放的可再生能源技术(包括风能、太阳能)为主体，还包括提高能效的碳排放减少技术以及碳捕获与存储技术。邓线平⑥认为低碳技术是相对于高碳技术而言的，是指更低的温室气体排放的技术。付允等⑦从低碳城市出发认为低碳技术是指有效控制温室气体排放的新技术, 包括在节能、煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发、可再生能源及新能源、二氧化碳捕获与埋存等领域。石敏俊等⑧认为低碳技术既包括能源技术进步，促进能源利用效率提高，也包括发展低碳能源，促进能源结构转换，是降低碳排放强度，控制碳排放增长的关键。谢克昌院士在“科技创新与城市未来”主题论坛上的总结发言指出，“低碳技术是有助于降低经济发展，对生态系统碳循环的影响，而实现碳中性的技术。从广义上讲，所有可以减少能源消费和碳排放的技术都可以称为低碳技术。”
一般认为，低碳技术是涉及电力、交通、建筑、冶金、化工、石化等部门以及在可再生能源及新能源、二氧化碳捕获与埋存等领域开发的有效控制温室气体排放的新技术。它可分为3个类型：(1)减碳技术，是指高能耗、高排放领域的节能减排技术，煤的清洁高效利用、油气资源和煤层气的勘探开发技术等。(2)无碳技术，比如核能、太阳能、风能、生物质能等可再生能源技术。(3)去碳技术，典型的是二氧化碳捕获与埋存(CCS)。
1.2 我国城市低碳技术的概念界定
前人研究指出了我国城市目前适用的低碳技术和措施：能源供应行业的改进能源供应、交通运输行业节能技术、建筑行业的节能技术、工业节能技术、林业植树造林和使用林产品获得生物能以替代化石燃料等，具体见表1⑨。
为了准确把握城市低碳技术的概念，我们先分析未来城市在低碳循环经济情景下城市区域物质流、碳循环关系(见图1)。从图中可以看出，对城市而言，增加可再生能源的供应、提高传统能源供电效率、加大清洁能源的供应与实施资源循环利用、提高能源效率等技术措施，均能大幅减小温室气体排放；实施二氧化碳等资源回收、采用CCS技术和增加森林碳汇，即可实现碳中和。
资料来源：气候组织《中国低碳领导力：城市》报告和杨海霞：低碳技术:并非越昂贵越好，《中国投资》 2010年第2期
根据上述分析，我们对城市低碳技术进行如下概念界定：城市低碳技术是指支撑城市低碳经济发展，控制和/或减小温室气体排放的碳中性技术。它涵盖三个方面的技术：城市能源供应低碳技术、城市能源（资源）使用低碳技术和二氧化碳捕获与储存技术（CCS等）。涉及新能源与可再生能源供能技术（电、热、燃料和热电）、非再生能源供能技术（电、热、燃料和热电）和供能监控技术，二氧化碳捕获与储存技术（CCS），建筑、交通、市政、环境和产业组成的城市系统中可再生能源使用技术、资源节约及废物处理回收利用技术、高效用能节能技术、用能监控技术。
2 我国城市低碳技术的内涵
我国现阶段是二元经济社会结构，一元是以现代工业部门为代表的比较发达的城市；另一元是以相对传统的农业部门为代表的落后的农村。由于自然环境、生活和生产方式的不同，城市和农村的能源结构和能耗水平大不相同。因此我国城市低碳技术与农村低碳技术有不同的内涵。
生物质能和太阳能资源在我国农村总量十分丰富，具有可再生性，低污染性，因此在我国农村地区用能结构中占据重要地位。如沼气技术，可以为粮食生产提供优质肥料，增加清洁能源供给减少农民的生活与生产成本，从而实现经济效益、生态效益、能源效益的统一。仙居县积极推广农牧结合型“三沼”（沼气，沼液，沼渣）综合利用模式，实现了“排泄物、零排放、无害化处理、资源化利用”的合理目标。
城市作为人口经济的聚集地，能源和资源消耗相对集中，城市生活用能集中于建筑和交通，并带来大量温室气体和废物垃圾等，使得城市环境状况急剧恶化。这种能源结构和能耗方式决定了我国城市低碳技术是涉及能源供应(水电等)、工业(清洁煤技术等)、建筑(地源热泵等)、交通(新能源汽车等)和废物处理等方面的新技术。城市低碳技术强调低碳或零碳排放，相对传统的能源生产与使用技术具有根本性的不同，属于突破性创新技术，它对于能源的生产与应用以及相应的技术经济系统会带来一场深刻的革命。其次，城市低碳技术创新与应用是我国减缓日趋严重的能源、环境、温室气体排放控制等巨大压力的重要途径，也是成就中国特色低碳城市之路的重要保障。同时低碳技术创新和产业发展，可以带动人才培养、拉动相关基础研究和研发产业发展，为工业化后期技术创新能力的不断增强打下良好的基础，进一步提高我国经济的可持续发展能力。
3 我国城市低碳技术的主要类型和应用
基于低碳城市的思想，节能减排是当前我国城市系统减排温室气体最有效的技术手段。按前面所述的三大类型划分，我国城市低碳技术具体如下。
3.1 能源供应低碳技术
3.1.1 煤电的整体煤气化联合循环技术
整体煤气化联合循环技术（以下简称IGCC）是一种十分有商业应用前景的洁净煤发电方式，也是未来发展煤基发电近零排放(CO2的近零排放)-即“绿色煤电”的核心技术之一。与其他的清洁煤发电方式(如超超临界、CFB锅炉)相比较，其效率更高，污染物排放量更小，耗水量更低，建设周期更短，较易于实现商业化、大型化生产。IGCC最显著的特点就是在煤气化的基础上，更易实现CO2的分离和处理。利用IGCC 发电技术不仅可以适用于燃油、燃天然气机组的燃料替代，而且适用于传统蒸汽轮机电厂的更新改造，对于那些环保要求高，电源支撑作用强的大中型城市老电厂改造是很好的选择。洁净煤发电技术是未来火电的发展方向，而IGCC 则是其中最有前途的洁净煤发电技术，效率高、环保效果好，主要缺点是单位投资高。因此，积极发展IGCC技术是迎接减排CO2挑战，建设资源节约型、环境友好型社会的迫切需要。
3.1.2 超超临界机组技术
超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，目前主蒸汽/再热汽温度为600℃的超超临界机组供电效率可达44-45％，它比超临界机组的热效率高出约4%，与常规燃煤发电机组相比优势就更加明显。作为示范工程的华能玉环电厂是世界上超超临界百万千瓦级容量最大的火电厂，比2006年全国平均供电煤耗366克/千瓦时低82.8克/千瓦时，每年可少排放二氧化碳50多万吨、二氧化硫2800多吨、氮氧化物约2000吨，企业经济效益和社会环境效益前景巨大。但是我国超超临界机组技术仍存在以下不足：超超临界机组用高温高强度材料国产化研究工作薄弱；超超临界机组的辅机及配套阀门的国产化方面还有较大缺口。因此我国应加大政策和资金倾斜力度，采用引进、仿制、创新的技术发展路线，加快超超临界机组技术体系研发和设备国产化进程。
3.1.3 太阳能
太阳能技术主要有两类：(1)太阳能光伏电池技术；(2)聚光太阳能发电(简称CSP)。我国的太阳能建筑应用研究始于上世纪70年代末, 到90年代末，已建成多座利用太阳能光热、光电转换技术的公共建筑和住宅。目前我国已成为世界上最大的太阳能热水器产销国。在过去15年里，我国太阳能光伏市场急剧增长，已形成了完整的太阳能光伏产业链，无锡尚德等太阳能光伏龙头企业迅速崛起，成为全球光伏产业发展的生力军，极大地促进了我国光伏产业的发展。当前太阳能技术存在分散性、不稳定性、效率低和成本高的缺点，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。然而我国蕴藏着丰富的太阳能资源，太阳能利用前景广阔，太阳能可能将在2030年以后成为主流的能源形式之一。针对目前我国光伏产业存在的问题，我国应加强基础研究、技术改造和产业发展，并加大政策指导和扶持力度，以此来发展和壮大太阳能产业市场。
3.1.4 风能
风能资源具有可再生、永不枯竭、无污染等特点，综合社会效益高，而且，风电技术开发最成熟、成本最低廉，因此成为我国市场最热的可再生能源。风能发电主要可分为：陆地发电技术和海上发电技术，陆地发电技术目前占主要地位，海上发电技术近些年发展很快。据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，我国的风能总量约16亿千瓦。
3.1.5 水能
水电技术主要有大型水电和小水电技术。我国小水电工程建设技术已相当成熟，装机容量达3050万kW，设计制造技术处于世界先进水平。
3.2 城市能源资源使用的主要低碳技术
3.2.1 大型循环流化床锅炉（CFB）燃烧技术
循环流化床锅炉（CFB）燃烧技术是一项近20年来发展起来的燃煤技术。它具有燃料适应性广、燃烧效率高、氮氧化物排放低、负荷调节比大和负荷调节快等突出优点。
3.2.2 钢铁工业节能减排技术
钢铁工业节能减排关键技术有：干法熄焦技术（CDQ）、高炉炉顶煤气压差发电技术（TRT）、转炉负能炼钢技术、冶金炉窑高效燃烧技术、烧结矿余热回收技术等。
3.2.3 石油化工节能减排技术
乙烯的技术节能减排主要有裂解炉的高参数技术，烟气余热和低温热能回收技术，加热炉与燃气轮机热电联产技术，装备点火的自动控制技术；合成氨的技术节能减排主要有装置的大型化和集成化设计制造技术等；烧碱技术节能减排主要有离子膜技术，先进大型装置设计制造技术。石化行业共有的关键节能技术是夹（窄）点技术、污水资源化利用技术、工艺流程系统信息应用技术。
3.2.4 建筑节能减排技术
我国对低碳建筑节能的研究主要集中建筑围护新结构与新材料、采暖空调系统节能新技术等方面。
(1)建筑围护新结构与材料
水泥在我国建材工业能源占很大比例，其综合节能技术措施主要有：余热发电技术，干法水泥技术。城市垃圾、工业废弃物等作燃料的资源综合利用技术，煤矸石、粉煤灰、高炉渣、硫酸渣等工业废渣作生产水泥的原料的资源综合利用技术等。我国外墙节能技术主要采用夹心保温作法的较多，对冬季供暖和夏季空调具有良好的节能效果。门窗节能技术采用中空玻璃，镀膜玻璃(包括反射玻璃、吸热玻璃)、以及特别的智能玻璃，可以有效的降低能量损失。
(2)采暖空调系统节能新技术
采暖、制冷和照明则采用地(水)源热泵系统、置换式新风系统、地面辐射等。地源热泵系统主要采取直接利用地热能的方式，研究重点在地热梯级利用技术、回灌技术、地下换热器传热性能与低温平衡等。
(3)节能建筑设备的应用
建筑设备节能主要以用电设备为主：包括节能热水器、节能空调和LED等。
3.2.5 新能源汽车技术
新能源汽车产业发展主要集中在纯电动汽车和油/电混合动力汽车上⑩。
(1)电动和混合动力汽车技术
混合动力汽车结合了汽车的效率优势、和部分时间通过发电机提供能量的混合优势。另一方面，电动汽车没有内燃机，因此，依赖发电设备的能源储存或电池组，而不是混合动力提供能量。电动和混合动力汽车减排潜力：电动和混合动力汽车在2020年能够减少0.04Gt二氧化碳eq（占运输部门减排潜力的3.6％）。
(2)天然气汽车
我国目前已初步建立了完整的天然气汽车产业发展的技术链和产业链，CNG加气站设备、发动机和汽车配套零部件的国产化，正在成为亚太地区，乃至全球极为重要的天然气汽车市场。
(3)燃料电池汽车
燃料电池车是基于氢转化为电能。氢燃料电池汽车的成本非常高，预计到2020年，氢燃料电池汽车仍然不能商业化。
3.3 城市二氧化碳捕获与储存技术
工业CCS：二氧化碳捕获和埋存技术在具体实践中同样分为“碳捕获”和“碳埋存”两个步骤进行。对于碳捕获而言，人们现今已掌握了三种最主要的安全可行的技术路径：燃烧后捕获、燃烧前捕获和富氧燃烧捕获。碳埋存技术的现实应用则需要首先寻找到适宜封存二氧化碳并使其与大气完全隔绝的地质层。而从地质学角度看，实际上有三类地质层均能用来埋存二氧化碳，其中最具吸引力的当属现有的油田和气田。还有不含碳氢化合物的圈闭地质层(一种能阻止油气继续运移并能在其中聚集的场所)和底水-深度蓄水盐层。
4 结论
人类发展的历史，是技术不断发展进步的历史，技术上的每一次飞跃，都会给人类社会带来巨大的改变，技术从根本上影响着人类社会。气候变化问题目前已经成为国际政治经济的焦点问题之一，大力发展低碳经济已经成为世界各国减缓温室气体排放的重要手段。发展低碳经济的核心是低碳技术的应用。低碳技术的竞争将直接决定未来气候变化国际博弈的格局和走向。低碳技术是我国“十二五”产业和技术发展的必然选择，也是我国摆脱气候变化国际困境的主要出路。我国低碳技术的研究和整体能源技术利用效率与发达国家相比仍有相当差距，因此，我国发展低碳技术不仅综合运用相关政策工具加强低碳技术平台建设与能力建设注重技术自主创新，同时也要积极寻求国际技术合作，推动能源技术进步，促进减排目标的实现，实现经济发展模式向“低碳”的转变。
(基金项目：国家“十二五”科技支撑计划基金资助项目（2011BAJ07B03-06），湖南省教育厅科研基金资助重点项目（10A025）)
注释：
① 气候组织.中国低碳领导力：城市[R].气候组织,2009:1-21.
② 付允,马永欢,刘怡君,等.低碳经济的发展模式[J].中国人口、资源与环境,2008,18(3):14-19.
③ 潘家华.低碳发展左右城市未来竞争力[N].佛山日报,2010-01-05.
④ 徐大丰.低碳技术选择的国际经验对我国低碳技术路线的启示[J].科技与经济,2010,2:73-75.
⑤ 黄栋.低碳技术创新与政策支持[J].中国科技论坛,2010,2:37-40.
⑥ 邓线平.低碳技术及其创新研究[J].自然辩证法研究,2010,26(6):43-47.
⑦ 付允,汪云,林李丁.低碳城市的发展路径研究[J].科学对社会的影响,2008,2:5-9.
⑧ 石敏俊,周晟吕.低碳技术发展对中国实现减排目标的作用[J].低碳经济与中国发展,2010,3:48-53.
⑨ 杨海霞.低碳技术:并非越昂贵越好[J].中国投资,2010,2:65.
⑩ 司康.汽车节能及我国近期发展重点[J].技术与应用,2009,10:32-34.
