城市是现代产业和人口高度集聚的地区，是经济社会高质量发展的中流砥柱。城市也是能源消耗和温室气体排放的集中区域，是实现我国“双碳”目标的关键所在。我国城市在持续快速发展的进程中，要在时间短、基础弱、任务重的现实情况下，实现碳达峰碳中和面临的压力和挑战显而易见。在新发展理念指引下，通过城市与能源协同发展，因城施策探索城市碳达峰碳中和模式和路径，是实现城市和能源高质量发展的重要途径。
01 城市碳达峰碳中和对全社会碳达峰碳中和至关重要
我国城市规模大、增长速度快、发展空间大，现在和将来都是“双碳”和能源革命的主战场。从发展规模看，截至2022年底，我国城镇化率已经达到65.22%，城镇人口达到9.21亿，无论从体量还是占比都创造了历史新高。从发展速度看，我国仍旧处于新型城镇化快速发展期，过去10年，我国城镇化率增长了11.49%，是我国历史以来城镇化率提升最快的时期。从发展空间看，我国城镇化率与世界上主要的发达国家相比仍有15%~20%的差距，预期未来仍有较大的提升空间。由于人口和产业不断在城市汇聚，我国能源消费也高度集中在城市。近年来，我国城市能源消费在国家能源消费中的占比达到88%，城市碳排放占全国碳排放的比重也高达85%，且总量尚未达峰。由于城镇化率的快速提升，近年来我国能源消费的增量主要由城市贡献，2018年至2022年，我国城市能源消费量由不到42亿吨标准煤上升到超过48亿吨标准煤，基本等同于我国同时期全国能源消费量的增量。
城市具有实现“双碳”目标必需的技术、人才、资金和市场优势，蕴藏着实现“双碳”目标的巨大潜能。城市是能源示范实践的制高地。城市是各项国家重大战略落地实施的基本单元，在这个包含各类执行主体和实施对象的单元中，最容易融合多方需求，形成综合多元的“双碳”解决方案。城市是能源创新的制高地。城市强大的创新要素聚集能力为新技术、新产业、新业态、新模式的孕育发展提供了丰厚土壤。城市是能源投资的制高地。智慧能源、综合能源系统、分布式能源、新型储能、充电桩等城市能源基础设施是新型基础设施的投资重点。城市是能源市场改革的制高地。城市具有最为丰富的能源市场主体、应用场景以及交易环境，最能激发有效竞争的市场结构和市场体系不断完善。
推进城市能源“双碳”，就是培育城市高质量发展新引擎。为实现碳达峰碳中和目标，城市能源革命驱动发展高能效、低排放、低污染的现代高质量城市经济体，支撑城市可持续竞争力提升。通过资源大范围配置和本地可再生能源的充分利用，推动跨城市间联防联治，有效在城市群实现能源资源的合理利用，减小并控制污染物排放，驱动城市生态文明建设。通过推动城市能源发展理念、治理技术和变革模式的创新和提升，构筑数字化智慧化的城市能源管理平台，打破城市能源条线管理壁垒，驱动城市治理水平升级。通过带动新能源、节能环保等产业升级和转型，创造更多高水平就业岗位，提供更加以人为本的能源服务，为城市居民美好生活作贡献。
02 城市碳达峰碳中和面临艰巨挑战
实现城市碳达峰碳中和是一个复杂的系统问题，面临五方面挑战。
一是城市能源消费需求在城市规模扩大和经济发展影响下仍将刚性增长，能源供应保障和碳排放控制之间矛盾突出。2035年前我国经济将迈入中等发达国家水平，我国城镇化率也将保持年均增长0.6%的较快水平，两个主要影响因素叠加下，城市能源消费特别是电力消费将继续保持刚性的增长，而供应侧在较长时期内仍不能实现完全绿电。尽管通过能效提升和能源结构转变，可以有效缓解能源消费总量增量并控制碳排放增速，但仍不足以中和需求增长带来的排放增加。这意味着在相当长的时期内，快速发展的城市将面临电力保供和碳“双控”的多重约束，需要城市和能源发展模式创新突破。
二是我国大部分城市传统能源资源相对匮乏，新能源供应不够稳定，能源供应存在较大缺口和波动，新的供需平衡下资源约束有待破解。城市能源安全可靠供应是城市高效运转的基础，而大部分城市天然具有能源资源禀赋差的基础特征，经济社会发展的资源约束明显。虽然“双碳”下伴随着碳“双控”推进，非化石能源和外来电力在城市能源供应结构中占比不断提升，减缓了部分本地资源约束带来的矛盾，但同时又带来能源供应波动性不断加强、能源对外依存度不断攀升等新问题，城市能源面临要求更高和供给更不稳定的双重压力。如何处理不可靠能源为主的能源体系下的安全供应和保障成为重大挑战。
三是能源开发利用过程中排放大量温室气体、有害气体和粉尘颗粒，加剧破解城市环境问题的挑战。能源利用是城市污染物排放和温室气体排放的重要根源。同时，城市的新型能源体系和新型电力系统建设刚刚起步，与可再生能源特征匹配的能源系统还未建成，对能源结构优化的支撑有限，对减少温室气体和污染物排放的贡献有限。短期来看，高排放高碳的特征依旧明显，且会加剧城市环境挑战和热岛效应，增加灾害发生概率。
四是碳减排核心技术远未成熟，能源结构调整及产业结构升级无法一蹴而就，城市协同推进降碳、减污、扩绿、增长面临“瓶颈”。技术创新是实现城市碳达峰碳中和的根本，城市构建多元能源供应体系、清洁低碳能源消费体系，与各种能源技术的发展与突破密切相关。目前，从材料到技术到装备，各类储能技术、碳捕捉和碳封存技术、高效率太阳能电池、可再生能源制氢、可控核聚变、零碳工业流程再造等碳减排核心技术远未成熟。规划建设新型能源体系，满足未来城市对能源系统的多元化要求，还需要突破新的材料、新的技术、新的装备创新瓶颈。
五是城市各能源系统间、能源与其他行业间协同发展的体制机制尚未形成，市场壁垒、信息壁垒依然严重，导致资源利用效率继续提升困难重重。城市中存在大量的场景，需要通过不同能源系统之间的协同，实现能源效率的深度挖掘，而城市能源从规划、建设到运营，不同的环节面对不同的政府与市场主体，不同的能源品种也分别有不同的上级主管部门分别管理，城市能源管理涉及管理部门多、管理权限条线复杂且多数为线条管理。与此同时，各个拥有数据的能源企业和用能主体，一方面缺少数据共享的意愿，另一方面缺少数据共享的机制和安全保障。在以提升系统能效和综合能源服务为主的未来城市能源系统中，这样的管理方式逐渐不能适应以用户为中心的未来能源服务方式以及更多产销一体用户出现的趋势。能源系统缺乏协同、管理条块化、信息壁垒等严重制约了能效进一步提升的空间。
03 以城市与能源协同发展的理念因城施策促进碳达峰碳中和
推进城市“双碳”工作，必须以城市与能源协同发展的理念为指导，找准城市能源发展和转型的起点，立足城市实际，综合考虑城市定位、发展目标、能源禀赋、能源需求、能源基础设施等因素，通过分析城市与能源的内在作用机制，结合城市的发展目标和阶段性需求，形成推进城市能源碳达峰碳中和的路线图。
首先，应以“三个视角”来剖析城市与能源的相互影响关系并掌握城市实现“双碳”目标的起点。通过历史视角，纵向分析城市能源系统和碳排放现状形成的背后影响因素，分析各种因素相互作用的机理；通过比较视角，分析城市与国内外典型城市在各个维度存在的差异，汲取碳达峰碳中和实践经验；通过系统视角，将城市碳达峰碳中和的模式和路径置于城市发展大局下观察，判断“双碳”有关措施是否有利于促进城市的高质量发展。
其次，应抓住城市在特定阶段的主要矛盾，瞄准主要方向，制定城市“双碳”解决方案。在“双碳”目标下，解决特定发展阶段能源供需矛盾是城市能源发展的基本动力。科学研判城市“双碳”阶段和发展方向，要立足城市和能源协同发展的视角理解城市能源的作用机理，洞察不同发展阶段城市能源面临的主要矛盾和矛盾的主要方面，分析梳理影响城市能源的动力因素，总结判断这些因素在不同发展阶段的由量变至质变的动力变化情况，形成对城市能源发展历程的整体理解。以北京和苏州为例，尽管未来能源发展的动因都是向清洁低碳、安全高效、便捷共享的方向加速演变，但北京的城市定位、第三产业为主的产业结构，决定了北京未来脱碳的重点将更加集中于建筑、交通、能源结构和个人消费等方面。而苏州正在建设成为世界级的制造业中心城市，工业制造业长期占据接近一半的比例，煤炭在本地消费和电力生产中仍占据较大比重，因此，苏州未来脱碳的重点将更加集中于能源结构和工业等方面。
再次，应结合城市基本条件和发展目标，细化“双碳”目标实现路径，有重点有层次地部署重点任务。在明确发展起点和未来目标的基础上，能够明晰不同阶段的主要矛盾，并结合内外部资源制定相应的“双碳”实现路径。以北京为例，过去30年以来，北京已经经历了以“脱煤、提气、增电”为主要特征的能源转型过程，绿色低碳化水平显著提高。结合北京的城市定位和经济社会基础，北京主要通过加大本地非化石能源和外来绿电占比实现高质量达峰，并通过终端的电气化和在全国一体化格局中减少电力碳排放来实现碳中和。而能源利用效率提升和能源结构低碳化是苏州实现“双碳”目标的两大关键路径。长期来看，煤炭的压减控制和外来电中清洁电力的提升是能源供应低碳化的重点任务，而依靠能源互联网、数字化技术以及产业升级实现终端能效提升将是当前及未来能源消费改进的重点任务。
最后，城市应承担起能源创新的使命和责任，为高质量实现“双碳”目标提供不竭动力。城市具有高度聚合创新所需的资源和对象等不同元素的突出优势，天然地将成为能源创新的集中地、试验田、孵化场。在实现“双碳”目标过程中，城市将为能源创新凝聚研究、产业、金融、人才等各类资源，为各类新兴技术产品验证示范提供多样应用场景，为多元主体开放合作创造互动平台，以各类元素融合碰撞引燃创新动力，引领并加快能源科技自主创新和推广应用步伐。面向能源低碳转型出现的新特征、新需求，城市能源创新，最有可能实现各类型灵活性资源的聚合，最有可能实现系统分而治之的局部平衡，最有可能实现低投入高产出能源系统的构建，从而成为规划建设新型能源体系、发展新型电力系统提供新形态、新模式。
【作者系国家电网有限公司副总工程师兼国网能源研究院有限公司执行董事（院长）、党委书记】
