美国新一任国务卿约翰•克里密切关注全球气候变暖的严重性和紧迫性。气候变化是他到任后首次亚洲之行的核心话题,为了将气候变化挑战提升为两国重点优先合作事项,又在此行签署了中美联合协议,以实际行动履行了承诺。此外,中美之间成立气候变化工作组,进一步强调了克里在气候变化事项上的领导地位。在美国国务院的共同领导下,气候变化工作组向参加2013年7月中美战略与经济对话的重要官员提出五项新的行动倡议。

两国已经在广泛的技术联合研究领域开展了双边合作,以有助于减少全球碳排放量。但仅仅延续两国技术合作开发是不够的。现在需要超越联合研究的范围,了解技术如何与实际政治制度、经济市场和既有的基础设施协同运作。中美气候变化合作必须走出实验室,回到现实世界。

城市是中美共同将现有研究成果应用转化的关键领域。超过一半的世界人口居住在城市,这种人口变化带来深远影响。城市居民的各项活动以及支撑城市生活方式的能源、交通和其他基础设施要对全球高达70%的温室气体排放负责。据联合国估计,随着人口日益增长,到2050年,全球70%以上的人口将居住在城市地区,而恶名远扬的“碳排放大户”——亚洲城市将接纳大部分的新增人口。到2032年,估计仅中国新增城市人口将达3.5亿人——超过全美目前的人口总数。大量人口涌入城市后,必将导致能源使用量急剧增加,继而推动温室气体排放量上升。

然而,并非城市仅会制造不安全、高排放的污染物,它也会提供解决气候变化问题所急需的方案。为减少碳排放量而培养城市的金融、技术和政治能力是一项高明的政策举措,这项举措有能力将全球变暖限制在阈值2摄氏度之内。超过该阈值可能会对气候系统引发大规模的变化。中国和美国作为两个最大的碳排放国,在面临全球类似挑战的具体地点——城市——实施合作项目,将在这两个国家乃至全球范围内普遍减轻碳排放,并对气候变化产生重大影响。

启动城市地区联合技术项目

中美两国多年来一直合作研究气候变化。2009年,美国总统奥巴马和中国国家主席胡锦涛共同组建了中美清洁能源研究中心(CERC),该研发计划获资1.5亿美元,在清洁能源技术方面取得了多项意义重大的进展。城市是将研发成果转化成具体减排项目的关键所在。
除发电业温室气体排放以外,建筑环境——房屋建筑、其他人造结构以及交通和支持日常城市生活的其他基础设施——对全球近60%的温室气体排放量负责。国际能源署2011年的数据显示,在这些排放量中17%以上的来自建筑物,40%以上的来自交通运输,其余则来自建筑施工活动。排放源大多集中在建筑结构高度密集、交通工具使用率很高的城市地区。

2009年以来,在美国和中国,终端能源利用部门一直是中美清洁能源研究中心研究举措的重点,具体目标有三个:开发和应用智能电网技术;促进建筑能效;以加快电动车技术标准化推进交通可持续发展。

气候变化工作组在战略与经济对话上提出五项新行动倡议,其中智能电网技术、建筑能效和低碳交通这三项倡议最为突出。每个协作行动旨在利用中美政府机构的全面专业知识和经验,应对温室气体排放的主要推动因素,包括城市化。根据中美清洁能源研究中心在这些领域的研究开展试点方案,证明以往仅在可控制环境或实验室环境下测试通过的技术也具有实用性。现实生活环境促使形成闭环式反馈系统,实际应用中的收获可推动技术改进,促进了解技术广泛应用所需的监管和治理环境。立足中美清洁能源研究中心已有的、稳健的研究方案,以城市为背景落实这些倡议,为城市未来可持续发展奠定基础。

智能电网

中美两国电网都已经老化、过时,也都有意采用创新型的新技术改进电力传输。目前,美国电网发电机组超过9,200台,与其相连的输电线路超过30万英里,以适应不断增长的电力需求,城市需求占其中的大部分。目前,中国电力分配系统采用的技术原理是将燃煤电厂生产出的电力传输到主要城镇。

当电力分配系统出现供不应求的时候,尤其是中国电网尚未实现计算机控制,断电让数百万人生活在黑暗中。过去十年,美国发生此类断电事件的次数增加了一倍以上。电网老化不仅对能源安全构成威胁,而且能效低下导致能量损耗,造成不必要的碳排放,并对可再生能源和低碳替代能源的大规模应用造成阻碍。

相比之下,智能电网是将计算机控制技术、信息技术和通信技术高度结合,形成一个新型电网,既能保证电力系统稳定,又能实现低碳排放。智能电网包括直接数字化机制,如采用计算机控制技术进行需求侧管理。只要美国推行智能电网,到2030年电力行业碳排放量将减少12%。智能电网还可以减少全球碳排放量,2004年引进太阳能和风能等可再生能源,电力和热力行业碳排放量减少26%。但非智能的基础设施很难支持这些可再生能源。
中国和美国对智能电网的投资分别位居全球第一和第二名,如今正在逐步采取措施,通过落实国家政策和资金,彻底改造电网系统。中国拟在2011年和2015年之间投资430亿美元,用于智能电网发展。城市布局集中,为智能电网发展试点项目提供了一个理想的环境。智能电网将有助于缓解迅速增长的城市人口因新需求产生的负面影响。仅在中国,从2003年到2010年排放量翻了一番,但2010年人均排放量只有6.8公吨,低于美国人均16.9公吨。伴随大规模的城市迁移运动,中国不断攀升的排放量可能会使其在2017年超过美国,成为世界上人均排放量最高的国家。这样的结果将推动全球碳排放量急剧增加,而智能电网可以为实现人口过渡、迈上低碳之路提供支持和指导。

既然中国和美国鼓励开展国家级智能电网研究,就应当探讨是否有机会在国家以下各级实施和评估这些电网。前景之一是地方通过执行试点方案,对全国资助的中美清洁能源研究中心提供的技术进行检验。中美清洁能源研究中心位于美国加州大学洛杉矶分校的研究中心已与北京大学和复旦大学合作,致力于开发智能电网和智能城市系统的传感和通信技术。中美城市联合试点方案在新指定的生态城市进行,能够为大规模智能技术应用所可能面临的政治、经济和技术壁垒提供有效数据,发现创新性解决方案。

建筑能效

建筑物通风、采暖、制冷和照明使用的能源必须达到其节能潜力,以配合智能电网发展和低碳城市的电力基础设施。为提高能效,美国对商业、住宅和工业建筑进行改造,减少了30%的能源使用和10%的和温室气体排放。而且建筑物改造将使经济和气候双重受益。德意志银行和洛克菲勒基金会的一项联合研究推定,对既有建筑物进行能效改造,可使美国在十年内因节省1万亿美元的能源消耗,是改造成本的三倍以上,累计为美国提供330万个劳动力就业岗位。

除了改造旧的基础设施,高效节能型新建筑的碳排放量也明显减少。国际气候变化专门委员会指出,到2030年建筑行业的减排机会成本比其他行业更低。通过建造最高效和对地理位置敏感的住宅及商业楼房,到2020年,全球可避免制造大约30%的与所有新建楼房有关的碳排放量。考虑到中国的农民进城潮流,这种做法显得特别重要。

在中美清洁能源研究中心的领导下,自2009年两国专家已着手执行五年期建筑能效联合工作计划。研究工作主要在加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室和设在北京的科技发展促进中心开展,一直专注于开发监控和模拟模型、绝缘系统、建筑设备和建筑一体化,以及节能与经济竞争力并存技术。

明年结束联合工作计划后,中美就可以实施试点方案,研究在气候地域不同、人口规模和结构不同的城市中,各项技术的减排潜力和经济成果。试点城市可以测试新设备和系统,将低碳建筑规定及其他政策机制和试点成果结合在一起,促进更有效的建造设施。如果在这些试点城市采用这些措施,还应同时发展配套智能电网,高效的建筑系统——类似暖气或空调机组——将使用更多的可再生能源,从而进一步减排。

交通和电动车可持续发展

作为城市基础设施建设脉络的交通网络及穿梭其间的车辆是中美清洁能源研究中心的第三大研究领域。私人或商业道路交通工具——轻型车辆及大中型货车使用石油燃料,排放的黑碳(煤烟)和二氧化碳占交通排放量的主要份额,高达95%。2011年,美国交通业占全国油耗量的70%左右,占全国化石燃料燃烧所产生的碳排放量的33%。2008年,美国已登记车辆超过2.5亿辆;到2050年,中国将赶超这个数字,仅城市私家车拥有量将达到3.56亿辆。汽车拥有量不断攀升,有可能导致中国碳排放量激增,也不可能将全球变暖限制在阈值2摄氏度之内。美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究显示,随着汽车新技术的研发和应用速度的加快,中国未来预计拥有的3.56亿辆汽车中,电力汽车将高达70%。

在许多中美城市规划中,汽车占据主导地位。两国汽车拥有量很有可能继续激增。需要推动电动车和车辆燃效领域的清洁交通研究,想方设法缓解两国公路上行驶的数百万辆汽车产生的温室气体排放。随着太阳能和风能等低碳燃料接入智能电网,插电式电动车有可能减少57%至81.2%的交通碳排放量,减排量的多少取决于使用的电力来源。此外,消费者使用电力车的花费大约是汽油车的三分之一到四分之一。

中美清洁能源研究中心清洁汽车联盟为城市电动车辆网络试点方案检验效能和经济可行性提供了研究基础。该中心已在密歇根州大学和清华大学开展这一领域的研究议程,重点工作包括了解电动车与电网的双向互动;改进汽车设备,包括电气化、电池和洁净燃烧;为电动车的最终运行制定技术和政策路线图。研究议程还确定了具体的试点城市。

电动车技术正在快速成熟,特别是电池寿命和成本方面,但需要着力推动电动车的商业性发展和配套基础设施发展,如充电站,促使电动车与内燃机进行竞争。随着这项研究的持续推进,可在中美新增生态城市开展小规模电动车试点项目,进一步了解未来全面推广可能面临的政治、经济和整合障碍。

城市确保未来更安全

美国国务卿克里对气候变化的关注,美中气候变化工作组在战略与经济对话上所作的报告,促使全球两大温室气体排放国共同努力,以实现双边大幅度减排目标。为使合作取得丰硕成果,中美两国必须通过伙伴关系,从当前的还原技术合作研发转向共同实施中美城市试点项目。

在城市,能源分布系统集中,碳排放密集呈流动模式,商业和住宅建筑密集,排放量占全球总量的大多数。执行城市试点项目能够显著减少气候变化造成的影响。考虑到气候变化工作组专心从事智能电网、建筑能效和交通可持续发展,也许最重要的是发挥工作组的能力,推动试点方案,应用并检测中美清洁能源研究中心开发的新技术。聚焦城市气候变化合作,中美两国方能进一步普遍采取这些减排措施,从而减少两国乃至全世界的碳排放量。