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卢求:从欧盟及德国碳排放交易实践看中国未来发展

来源:五合国际作者:卢求
文章附图



本文作者为洲联集团-五合国际副总裁、德国可持续建筑委员会(DGNB)国际部董事卢求先生。作者授权绿色建筑研习社微信公众号发表此文。全文转载或部分引用请注明作者姓名和文章名称,文章标题及内容不得擅自修改。作者联系方式:luqiu@www5a.com。   


导语:今年3月两会期间国务院《政府工作报告》中提出“扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,制定2030年前碳排放达峰行动方案”。“碳达峰”迅速成为全社会的热词。按照政府工作报告部署,我国将制定系列政策和措施,加快建设全国碳排放权交易市场,完善能源消费双控制度等。


建筑行业是降低碳排放的重要领域,五合国际是业内较早开展建筑领域碳排放研究和实践的咨询设计机构。2013年3月五合国际副总、德国可持续建筑委员会(DGNB)国际部董事卢求先生应邀在科技部主管、国家新闻出版广电总局第一批认定的学术期刊《低碳世界》上发表了《建筑碳排放交易任重道远—从欧盟及德国碳排放交易实践看中国未来发展》的文章。2017年经卢总更新补充相关数据、该文收录在中国建筑工业出版社出版的《绿色建筑-政策、理论、标准及应用研究》一书中。该文数据详实、观点鲜明,今天看来仍有很高的学术水平和参考价值。



一、欧盟的碳排放交易制度  


温室气体的排放主要来自于工业、交通和建筑领域燃烧一次性不可再生能源(石油、天然气、煤炭等),温室气体包括:二氧化碳(CO2),甲烷(CH4),氧化亚氮 (N20),氢氟碳化物 (HFCS),全氟化碳 (PFCS)和六氟化硫 (SF6)等化学物质。人类活动造成温室气体排放大幅度增加,被认为是造成气候变化、环境污染的主要原因。欧盟较早发起并建立碳排放交易相关机制,设立此项制度的目的在于减少温室气体排放以及保护地球环境。德国是欧盟重要成员国之一,参与欧盟碳排放交易制度的建立并受其制定法规的约束。


1997年12月,《联合国气候变化框架公约》第3次缔约方大会在日本京都召开,会议通过了《京都议定书》。按照《京都议定书》的要求,欧盟国家在2008-2012年之间温室气体年平均排放量(第一个量化承诺期),相比1990年的基准排放量须减少8%。为促进减少温室气体的排放,2003年欧盟决定施行温室气体排放交易制度,同年10月份,欧盟发布了《欧盟排放交易指令》。根据指令,欧洲委员会制定了“欧盟排放交易计划”并首次设定了CO2的排放交易配额。


碳排放交易制度之所以能够降低碳排放量,其基本原理与机制大体如下:主管机构调查统计负责范围内大型耗能设备数量,确定达到一定能耗(碳排放量)水平的既有和新投产的设备必须获得排放指标才能投入使用(进入这一监管清单内的设备总排放量目前接近德国碳排放总量的一半),而每台设备每年允许的碳放量上限不断降低。设备实际排放量如果超标,需要交纳罚款,如果低于允许排放量,多余的碳排放量指标可以在指定交易所进行交易,获得经济收益。这一机制促进企业进行设备减排技术升级改造,或购买减排指标(支付资金,支持其它地方减排达到同等减排量)。


随着2005年《欧盟排放交易指令》 的实施,欧盟国家达到一定排放量的工业设备必须获得认证批准的排放指标后才能投入使用,而此类工业设备包括:


  • 产热总量超过20兆瓦(MW)的设备(不含危险或市政垃圾焚烧)

  • 石油化工设备

  • 焦炭生产设备

  • 钢铁生产厂

  • 铸造厂(产量超过2.5吨/小时)

  • 金属制造加工设备,额定热输入超过20兆瓦。

  • 生产原铝及额定热输入超过20兆瓦的再生铝生产设备

  • 水泥熟料生产能力超过500吨/天的设备

  • 生产玻璃,包括玻璃纤维的熔化能力超过20吨/天的设备

  • 陶瓷制品的制造,屋面瓦片,砖,生产能力75吨/天的设备

  • 生产矿棉保温材料的熔化能力超过20吨/天的设备

  • 造纸厂产量超过20吨/天的设备

  • 化工厂设备总额定超过20兆瓦的设备

  • 生产硝酸、氨、乙二醛和乙醛酸的制备100吨/天的设备

  • 欧盟境内起飞降落的航空飞行器(不含军用、救援、科学研究、起飞重量小于5700kg等 )


欧盟排放交易体系(European Union Emission Trading Scheme, EU ETS)是欧盟气候政策的中心组成部分,从2005年开始实施。它以限额交易为基础,是世界上首个多国参与的排放交易体系。EUETS目前已覆盖全球30个国家,涉及能源和工业行业约11000个排放设施。这些设施排放的温室气体量约占欧盟CO2排放总量的一半、温室气体排放总量的40%,欧盟排放交易体系的成交额一直占到全球碳市场的3/4左右,2010年的成交额达到1198亿美元。




二、德国工业领域的碳排放交易制度


1990年德国温室气体排放基准值为12.325亿吨CO2当量。京都议定书要求德国在2008–2012年间温室气体的排放量目标相比1990年的排放量降低21%,即年二氧化碳排放总额为9.736亿吨CO2当量。


为了完成京都协议规定的减排目标,推进降低温室气体排放量制度的执行,德国自2004年开始在工业领域中实行碳排放交易制度。同年7月,德国颁布了《温室气体排放交易法》,9月首次颁布《排放分配条例_2004》。2005年正式实施排放权制度。


为实行碳排放交易制度,德国从2002年开始对国内所有企业的机器设备的温室气体排放量进行调查研究,并根据调查结果最终确立了排放标准。标准规定电站和高能耗行业的设备均强制参与排放控制和交易,即功率在20兆瓦以上的设备,都必须实行排放最高限额限制并参与排放交易。2002年,这部分设备的总排放规模为4.5186亿吨,占全部排放量的46.41%,而不在排放交易范围内的排放总额为5.2174亿吨,占53.59%。


2005-2007年间,德国环境保护局为1850台设备免费发放了4.9900亿吨的CO2排放额度。2008-2012年又为1650台机器设备发放出4.5200亿吨温室气体排放指标。其中37907万吨配给现有设备,4000万吨指标用于拍卖,2300万吨备用以及979万吨用于满足新增企业的排放需求。


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图1:2008-2012年度,德国能源与工业领域获得排放指标的设备比例。


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图2:2008-2012年度,德国10家最大温室气体排放设备情况。


2008-2012年温室气体的排放量与2006-2007年间相比减少了9.44%,约为4714万吨。2008-2012年的法案强调了工业设备和年排放二氧化碳低于25000吨的用能设备,依据其前期历史平均排放水平,每年只须降低1.25%的减排额度,其余98.75%即为免费发放。使用褐煤发电的设备平均只获得50%的免费额度,而使用现代无烟煤发电设备则得到82%的免费额度。减排未完成也没有购买排放指标的企业将面临罚款,处罚标准为100欧元/吨。企业也可在莱比锡能源交易所以拍卖的形式购得排放权证。排放交易指标账户当年结清,下年将另行核准。




三、德国建筑领域节能减排与碳交易发展趋势


3.1 德国建筑领域节能减排相关的政策法规


2007年10月,德国政府通过了“能源与环境整合保护计划”(IEKP),并宣布截至到2020年,德国温室气体排放量目标相比1990年将减少40%。在这一计划中,建筑领域节能减排的控制将是德国达到整体减排目标的一个重要环节。其中与建筑领域相关的节能减排将采取多种措施以实现目标,这包括:


  • 修订“可再生能源法”(EEG)

  • 生物质能发电可持续发展条例(BioSt-NachV)

  • 可再生能源供暖法(EEWaermeG)

  • 修订的能源法(EnWG)

  • 修订节能条例 (EnEV ) 2009年节能建筑标准提高 30%


保护计划预计到2020年,高效率的热电联产电力生产的比例从2007年的12%增加一倍,达到25%,可再生能源发电的比例将提高到30%以上,可再生能源采暖的比例会达到14%以上以及对既有建筑节能改造项目提供资助,包括KFW每年14亿欧元低息贷款。


2011版《可再生能源供暖法》制定了宏观发展目标。法案规定,到2020年,可再生能源将占建筑终端采暖制冷能耗总量的14%,其中政府及公共机构建筑(包括海外德国政府及公共机构)将会率先实施,起到示范作用。新建筑中将强制使用可再生能源。各州政府可以根据各州情况要求在既有建筑中也强制使用可再生能源。此外,法律还根据可再生能源满足建筑采暖需求总量的最低比例做出如下要求:


1 应用太阳能技术达到15%或

2 应用沼气(和热电联产) 达到30%或

3 应用固体或液体生物燃料 达到50%或

4 应用地热和环境热达到50%或采用替代措施,应用热电联产余热达到50%或达到低于节能条例规定的能耗限值15%。并根据执行情况制定了相应的奖励和惩罚措施。


此外德国《2014版节能条例》对建筑节能提出更高的要求。核心工作是在经济可承受的范围内,提高建筑整体的节能要求,降低相应的碳排放,其主要内容如下:



对新建建筑要求:


  • 在2009版节能条例的基础上, 提高建筑节能要求。从2014年5月起进一步降低建筑一次性能源消耗量12.5%,以及从2016年起再降低12.5%。(总共降低建筑一次性能源消耗量25%)。

  • 进一步提高新建建筑外维护结构综合传热系数要求10%,以及从2016年起降低20%。

  • 细化建筑夏季遮阳、隔热要求。引入建筑最高允许太阳能得热值要求(Sonneneintragskennwertes),要求根据2013-02版德国工业标准DIN4108-2,第8章进行相关计算证明。

  • 计算建筑一次性能源消耗量时,电能中不可再生一次性能源系数取值降低为2.0,以及从2016年起降低为1.6。


对于满足一定前提条件、不制冷的住宅建筑,引入简化版参照建筑计算法(ENEV easy)作为验证其能耗水平达标的备选方法。


虽然德国建筑领域目前属于非碳排放交易领域(Nicht-Emissionshandelssektor ), 德国境内及与欧盟境内也尚未正式开始进行建筑碳排放交易,但德国早已开始从不同层面为建筑碳排放交易进行研究准备工作,包括:


1 建筑碳排放量确定的研究

2 建筑能源证书的大面积推广,房屋买卖出租的必要文件

3 交易相关法律框架研究

4 交易市场潜力及经济可行性研究

5 既有建筑节能改造减排量碳排放交易试点研究


3.2 建筑碳排放量的计算


德国DGNB(可持续建筑认证标准)体系,对建筑的碳排放量提出完整明确的定义,在此基础之上提出的碳排放度量指标(Common Carbon Metrics)计算方法。DGNB规定的建筑碳排放量单位是每平米建筑面积每年排放二氧化碳当量的公斤数(kg CO2- Equivalent / m2 *y)。


DGNB体系对建筑物碳排放量提出了系统并可操作的计算方法。建筑全寿命周期主要包括建筑的材料生产与建筑建造、使用、维护与更新、拆除和重新利用这四大方面,建筑物碳排放则表现在建筑全寿命周期中上述四大方面对于一次性能源消耗时产生的二氧化碳气体排放。建筑物的碳排放的四大方面分别为:


1 材料生产与建造

2 使用期间能耗

3 维护与更新

4 拆除和重新利用


3.3 建筑使用期间能耗与碳排放量的计算


使用期间能耗主要包含建筑采暖,制冷,通风,照明等维持建筑正常使用功能的能耗。对于建筑使用部分的碳排放量计算,要根据建筑在使用过程中的能耗,区分不同能源种类(石油、煤、电、天然气及可再生能源等),计算其一次性不可再生能源消耗量,然后折算出相应的二氧化碳排放量。


使用期间能耗的计算重视对能源使用部分的追踪,强调节约使用过程中一次性使用能源的消耗,包括提高采暖和电源部分可再生能源比例,而并不是盲目追求在城市建筑上光伏发电、风力发电等的推广,因为这些技术的应用受到许多限制,最终节能减排效果有限   。


4.jpg图3居住建筑能耗计算方法 (DIN V4701-10)


采暖所需热能   Qh =QT+Qv- ŋ(Qi+Qs)

一次性能源需求量 Qp= (Qh+Qw)xep


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图4能源生产与加工链


不同能源一次性能效转化系数 (DIN V4701-10)



表中可以看出,不同的能源种类,能效转化系数是不同的。同样单位面积能    耗指标的建筑,由于采用不同的能源种类,一次性能源消耗量大不相同。电能属高位电能,用来采暖不经济。


建筑使用期间碳排放量可以根据以下公式计算:

CA= EAC*KC+ EAG*KG+ EAE*KE


其中:

CA:单位建筑面积能耗碳排放量, 单位:kgCO2- Equivalent /m2a

EAC*KC:单位面积全年燃煤消耗量 * 燃煤二氧化碳排放因子   

EAG*KG:单位面积全年天然气消耗量 * 燃气二氧化碳排放因子   

EAE*KE:单位面积全年电消耗量 * 电网发电二氧化碳排放因子

单位是“kgCO2- Equivalent /m2a”,即每平米建筑面积每年排放的二氧化碳当量的公斤数。



四、德国既有建筑节能改造案例与碳排放量计算


4.1 莱比锡高层住宅节能改造项目


该项目位于莱比锡Hans-Marchwitz-Str.14-20。最初建设时间为1973年,总居住面积达10,326m²(约167户),楼层数为11层。整体改建工程对单调死板的原有建筑进行了有效的成功改造,不仅增加了阳台和部分方面凸凹主力,形成了层顶花园,改造后的建筑整体形象更是焕然一新。改造前的房屋空置率高达到40%,改造后不仅租金提高,而且达到100%的出租率。


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改造细节:


1 建筑节能措施,包括:保温材料厚度:外墙10cm,屋顶12cm,地下室楼板8cm;外窗: 双层中空镀膜玻璃Uw=1.4W/m² · K


2 通风装置:集中排风装置,结果外窗上可控进风装置;采暖:城市中央供暖,热电联产比例为96%


3 热水系统:太阳能辅助热水系统,阳台栏板式集热装置


4 节能效果:改造前能耗为184KWh/m² ·a;改造后能耗为44KWh/m² ·a(能耗降低76%);外维护结构导热系数:0.56 W/m² · K


5 每年减少二氧化碳排放量:30kg/㎡,即整栋大楼每年减少二氧化碳排放量约310吨。


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4.2 黑森林既有住宅节能改造碳排放交易试点项目 (EmSAG)


项目时间:2006-2012,德国联邦环境基金会(DBU)支持

项目规模:共有197栋住宅建筑参与该项目

基本原理:通过需求量法计算建筑改造前和改造后一次能源消耗量的差别,进而计算出温室气体减排量。平均每栋建筑改造后每年减少12.8吨CO2,项目总CO2减少量可达2500吨以上。

操作模式:建立群体,扩大规模以达到可交易基数。

在莱比锡能源交易所EEX 最低CO2交易单位为50,000吨。目前该项目虽已获得德国排放交易委员会(DEHST)和联邦环境局(UBA)立项批准,但在实际推进过程中还是遇到较大技术问题和阻力。


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综上所述,德国建筑领域主要通过政策引导、法规控制和低息贷款等经济资助措施达到节能减排目标。虽然为建筑碳排放交易在不同领域进行研究准备,但在可见的未来实施大规模建筑碳排放交易制度的可能性不大。




五、中国建筑碳排放交易的思考与展望


5.1 建筑碳排放交易实施技术难度大


建筑碳排放与工业碳排放有很大不同,主要表现在三方面:


一是工业设备的减碳量可以准确计算和测量,二是工业设备单体碳排放量大,三是工业设备产权人、使用者明确。建筑领域恰恰相反,建筑的减碳量很难准确计算;建筑单体的碳排放量相对很小;一栋建筑可能有很多不同的产权人和使用者,减碳交易的责任人和受益人关系复杂。这三方面的因素导致建筑碳排放交易实施的技术难度很大。


5.2   建筑碳排放交易达到社会公平性和经济合理性难度大


目前,多数建筑碳排放量的计算方法仅考虑运行阶段排放。确定不同建筑类型在不同气候条件下碳排放量基准线的难度相当大。一栋建筑的能耗、碳排量不是固定的,它同建筑使用操作模式有很大的关系。理论计算及模拟数值同实际数值也有较大的差距(常常超过30%)。如何设定建筑物碳排量的基准线成为碳排量交易的核心问题,有了它才能计算建筑物的减排量。建筑碳排放量的本质是建筑的能耗量,实际对应的是舒适度水平和节能技术的水平。提高建筑舒适度意味增加碳排放量或增加投资采用较好的技术体系以达到提高舒适度而维持较低的碳排放量。


如果广泛实行建筑碳排放交易,将影响到庞大社会群体利益,达标好的可获得经济利益,达标差的将受到惩罚。如前所述,客观准确的建筑碳排放量基准值的设定相当困难,没有合理的基准值也就无法计算建筑减碳量,在没有准确可核查的减碳量计算的前提下推广建筑碳排放交易,难以达到公平透明,势必引起社会群体利益冲突。


除此之外,建筑碳排放交易规则设定须谨慎、强调市场机制的公平性。如在德国不允许接受绿建、节能资助的项目参加交易,而我国大量新建建筑都在努力争取获得绿色建筑认证并将获得不同程度的资助,这些建筑能否参加碳排放交易值得研究。另一方面,由于欧盟及德国工业领域节能减排的持续进行,以及配额指标发放过多,导致碳排放权证价格一路走低,碳价格从每吨30多欧元,下降到每吨2至3欧元,整个交易市场疲软。建筑碳排放参与交易进而缺少经济上的吸引力。


5.3   中国建筑碳排放交易制度任重道远


2013年6月18日,中国首个碳排放权交易平台在深圳启动,标志着中国碳市场建设迈出了关键性一步。此后,北京、天津、上海、广东、湖北、重庆等7个省市先后启动了碳排放权交易试点。进展顺利,不仅全部实现了上线交易,而且交易价格也比较稳定。《中国应对气候变化的政策与行动2015年度报告》显示,截至2015年8月底,7个试点累计交易地方配额约4024万吨,成交额约12亿元;累计拍卖配额约1664万吨,成交额约8亿元。试点地区2014年和2015年履约率分别达到96%和98%以上。


2015年9月,中美两国发表《气候变化联合声明》,中国承诺到2017年启动全国碳排放交易体系。


中国正在加紧相关立法工作。2014年12月发改委发布了《碳排放权交易管理暂行办法》。2014年3月深圳市颁布了《深圳市碳排放权交易管理暂行办法》,这是一部较为细致、操做性较强的法规。其中有关建筑碳排放交易方面规定建筑面积超过10000平米的国家机关办公建筑率先纳入碳排放配额管理。


建筑碳排放交易目的是为了通过市场经济手段,达到减少排放的目的。建筑减排可以通过多种方法,从目前来看建筑碳排放交易并不是必须的和最好的方法。因而需要慎重权衡政策法规、资助鼓励、碳税和碳交易等多种方式对建筑减排的效果和综合效益。如果开始建筑碳排放交易探索,试点工作应该集中在在大型城市的大型公共建筑中进行,前期需要进行大量的基础数据收集整理工作。居住建筑近期和中期内不适合进行碳排放交易配额管理。


参考文献:

《碳排放交易报告: 在第三个交易期 (2013-2020 年) 缩减碳排放证书的有关数据和争论》,德国工商企业协会

《综合能源和气候保护计划(IEKP)》,德国政府文件

《温室气体排放权交易法》,德国政府法律

《2008-2012期间温室气体排放权分配条例》德国政府法律条例

《2013-2020期间温室气体排放权分配条例》德国政府法律条例

《2012年(温室气体排放权)分配制度初步结果》德国环境部

《研究报告:瑞士2012年之后碳排放交易计划对经济的影响》First Climate (Schweiz) AG 为瑞士政府提供的研究报告。

《建筑节能改造碳排放交易权审批程序》,Alexander Prinz, 德国环境基金会资助项目

《引入碳排放交易权证、可持续性地减少既有居住建筑排放的方案》,Lamia Messari-Becker


注:除标注说明外,其余图片源自网络