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零碳园区综合解决方案

作者:中国储能网新闻中心 来源:国际能源研究中心 发布时间:2022-03-19 浏览:

中国储能网讯:2021年9月,国务院在《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中提出“组织开展碳达峰、碳中和先行示范,探索有效模式和有益经验”,并在随后发布的《2030年前碳达峰行动方案》中设立了“选择100个具有典型代表性的城市和园区开展碳达峰试点建设”的目标。在迈向“碳达峰””碳中和”的转型过程中,零碳园区的建设与发展肩负着引领创新、打造最佳实践的重要使命,并催生对相关的人才、技术和投资的巨大需求。据巅峰初步估算,零碳园区将为国家碳中和目标贡献至少15%的减排量,并带来约30万亿的投资需求。

报告提出,在零碳目标的指引下,应以系统化的综合解决方案为抓手,以技术可行、经济合理、互利共赢的模式实现园区零碳转型,助力园区实现经济发展与碳排放脱钩。其中,零碳园区综合解决方案包括能源规划、政策机制、商业模式和技术应用在内的四个维度:

图 1 零碳园区综合解决方案框架及亮点

1、能源规划是园区落实零碳战略的基础,发挥着统筹指导具体时间与措施的关键作用。在保障能源供应的基础上,以零碳为目标的综合能源规划注重多种能源的互联互济,旨在构筑与区域协调的高效、清洁、安全的能源体系。

2、政策机制以工具化的形式为落实节能减排手段提供保障,从多角度推动园区零碳进程。为实现规划阶段通过量化分析制定的碳排放目标,需要根据各个部门行业的具体指标设计激励和约束机制。

3、商业模式有助于解决零碳园区建设过程中的资金问题,进而实现利益最大化。综合能源服务商模式以能源消费端的业务为抓手,将不同种类的能源与高新技术相整合,辅以交易手段和数据管理,以此来为用户提供综合成本更低、质量更高的能源服务。

4、技术应用则是在需求、技术和落地之间搭建桥梁,为园区零碳发展提供内核驱动力。这一维度需要在微观层面上探究园区的实际需求,深入挖掘技术应用场景,并考虑不同技术之间的相互配合,最终设计出针对特定应用场景的整套技术方案。

巅峰能源“合理的商业模式是推动零碳园区落地的重要抓手。一方面,综合能源服务模式能够以更低的综合成本为用户提供安全、清洁、可持续的能源供给。另一方面,它还能为零碳园区参与主体的利益分配提供更合理的解决方案,借助创新的融资和盈利模式实现多方共赢。”

图 2 综合能源服务生态圈

由于园区在中国经济发展中的特殊地位和价值,基于园区的探索与创新将成为落实国家“双碳”目标的重要抓手之一。未来,巅峰能源将持续与行业内相关方一道,共同推动零碳园区综合解决方案不断完善,从打造零碳园区入手,合理探索、努力实践,为自下而上落实国家“双碳”目标作出积极贡献。

园区碳中和领域

1. 零碳管理

零碳目标:梳理低碳信息(法律法规、TCFD建议、ISO&IPCC&GHG政策文件、国内外低碳园区案例),确定园区碳排放核算方法和范围,设定合理的减排目标和碳中和策略。

零碳制度:设置零碳委员会,定期评估园区低碳绩效,确定改善方案;制定严格的园区低碳生产和入园标准,对生产型、能源型、废弃物处置型、生活型等不同类别项目分别实施碳管理,对高碳落后产能和企业进行强制性淘汰,对节能减排、低碳技术研发项目给与激励奖励;组织建立园区零碳运营绩效评价体系。

零碳服务:低碳采购;帮助园区企业开展碳盘查,识别低碳转型潜力、参与碳排放权交易,进行碳资产管理;引入第三方管理,如合同能源服务、环境托管服务;建立园区碳排放平台,实现减排效果的可测量、可报告、可核查(MRV)及可视化;打造园区零碳文化,组织园区零碳发展的宣传、交流和培训;提供共享服务。

2. 零碳能源

能效提升:低碳原料选采与使用;应用节能技术,提高能源产出率。

零碳能源结构:建立以非化石能源为主的能源系统,包括最大限度的利用可再生能源和外购绿电。

能源管理:构建多类型能源互联网路,实现能耗监测、用能分析、能效评估、智能运维等。

能源管理商业模式

为细化能源管理,全球许多工业园区和企业引进第三方能源管理机构,以达到提升能效、减少能源使用、进一步降低企业成本的目的。具体来看,全球工业园区的做法主要有以下三种:

1. 能源绩效合同管理

主要针对需求侧进行管理,使项目节省的成本超过融资要求。能源绩效合同管理包含一系列服务,包括终端能源设备的工程设计、规划、建造、运营和维护,以及项目融资等。

2. 能源供给合同管理

主要针对供给侧进行管理,节能服务公司为园区提供一系列能源获取与分配相关的技术与资金支持,包括电力、蒸汽等低成本、高效、可靠、清洁的能源供应,从而帮助用户提高能源使用效率,改善能源结构。

3. 一体式能源管理

即能源绩效合同管理与能源供给合同管理相结合的一体式能源管理模式,既在用户端采取提升能效措施,又在供给端着力发展低成本、稳定的清洁能源供应,以同步减少能源需求。

其中,能源绩效合同管理是当前国内的主流能源管理模式,共分为节能效益分享型、节能量保证型和能源费用托管型合同管理模式。

4. 零碳产业

产业低碳改造:推动园区企业实施清洁生产改造,强化绿色设计,推动绿色产品生产。

低碳绿色产业聚集:导入绿色低碳产业,引进人才聚集型服务业,实现园区内产业结构升级。

共生产业构建:构建园区产业共生系统,加快产业链延伸聚集,并带动周边配套设施发展,形成集聚效应。

引入低碳技术/碳金融服务产业:引入低碳技术企业,建立低碳实验室,促进技术供需双方沟通与合作;引入碳中和服务机构,帮助园内产业开展碳资产交易和管理。

5. 零碳建筑

精益施工:就地取材,减少因为建筑材料运输产生的碳足迹;工业废弃物应用于建筑材料;地基建设时采用均衡的挖填设计施工,挖掘出的土方用于建设园区绿化等。

提升容积率:提升园区容积率,加大土地集约利用水平,降低单位面积温室气体排放强度。

建筑规划与空间布局:通过规划不同功能房间的朝向,最大程度的利用自然通风和自然采光,营造适宜的建筑内部微气候,实现建筑内环境的自调节功能 。

绿色建筑:通过优化维护结构、可再生能源利用、节能产品应用、人工智能、数据挖掘的智慧运维技术利用等,构建零能耗建筑。

6. 零碳交通

低碳物流:优化交通运输方式和结构,如高碳运输向低碳运输工具转换;优化交通道路网络结构,统筹各种运输方式高效衔接。

慢行交通:加装新能源充电桩,建设自行车和人行道连续路网,并配套机非隔离、自行车停车、照明、绿化遮蔽等基础设施。

7. 零废弃

材料和能源回收利用:回收工业余热、余气等余能,建立能量循环利用梯级体系,开发产业间废弃物利用链条,打造集约、高效的工业生态。

水重复利用:水资源分类利用和循环使用,实现园区绿色循环低碳发展。

污染物集中处置:引入有固危废处理资质的单位统一将零散的废弃物“化零为整”,集中收集处置,既解决园区内小微企业的危废隐患,也降低废弃物处置成本。

8. 碳汇景观

许多园区设计碳汇景观,不仅起到装饰和绿化作用,还能够固碳,进一步减少碳排放。

优选固碳植物:当前,森林碳汇作为固碳和碳捕捉的有效手段之一受到了越来越多的关注。树木的碳汇能力因树种、树龄的不同存在差异,同时全国各地土地本身的碳汇量也呈现较大的差异。北方地区树龄十年以下的常见树木,如落叶松、桦树、云杉的碳汇能力基本介于每株2-4kg CO2/年。园区可根据景观、碳吸收能力的不同需求,进行多树种混合种植。

立体绿化:为增强建筑美观性和实用性,园区可采用立体绿化的方式更大程度地开发绿化面积。其中,几种代表性形式包括垂直绿化、屋顶绿化、墙体(面)绿化、棚架绿化等等。

9. 碳捕捉、利用及封存(CCUS)

CCUS技术是园区碳中和抵消无法消减的碳排放的托底技术保障,是钢铁水泥等难以减排行业低碳转型的可行技术选择。目前我国CCUS技术整体处于工业示范阶段,现有示范项目规模较小。但随着相关政策、技术、市场的不断推动,CCUS与工业园区配套发展可期。现国内外主要的CCUS产业模式如下 :

CU型:产业环节组合为捕集—利用,即对排放的CO2进行捕集,其捕集的CO2直接利用于化学品、制冷、饮料等;

CTUS型:产业环节组合为捕集—运输—利用+埋存,如美国在Oklahoma运行中的Enid化肥项目,捕集量约为0.68亿t/a,采用陆陆管道运输模式,用于CO2驱油;

CTS型:捕集—运输—埋存,如挪威在北海已运行的Sleipner CO2注入盐水层项目。目前,世界上大规模综合性项目中,美国、加拿大及中东地区以CTUS-EOR产业模式为主,欧洲及澳大利亚—新西兰则以CTS-盐水层及废弃油气田模式居多。

1. 零碳智慧园区概念内涵。(报告)认为零碳智慧园区是在“双碳”背景下,历经低碳、近零碳的动态演进以及规划、建设、运营一体化持续优化迭代,最终实现净零碳排放的一种园区发展模式。零碳智慧园区相较于近零碳园区要求更为苛刻,是指通过能源升级、产业转型等各种碳减排和碳中和措施,实现园区二氧化碳净排放量为零。

2. 零碳智慧园区蓝图架构。零碳智慧园区顶层设计系统融入碳中和理念,愿景目标决定了园区的理想和前进方向,强调“数字融汇赋能”,落脚点为“高品质发展”,建设理念明确园区建设的原则和要求,强调创新成长、绿色高效和以人为本,兼顾绿色与发展、兼顾生产和生态的全面规划。

3. 零碳操作系统。以数据为核心生产要素,通过框架层、应用层、支撑层和物理层共同支撑零碳智慧园区建设,为零碳生产、零碳建筑、零碳交通等各类场景化应用提供通用的、可复制性的基础能力支撑,促进园区基于此操作系统开发碳排放、碳清洁能源等相关智慧应用,同时数字化赋能园区碳生命周期全程智慧监测与管理,实现园区内部管理者、经营者和消费者的全联接,从过程和终端两方面共同帮助园区实现零碳目标。

4. 建设零碳智慧园区的核心能力。能源转型。目前,我国园区的供能以煤炭、天然气等化石燃料为主,通过能源转型,优化现有能源消费结构,提升现有能源梯级利用率,降低能源环节的碳排放成为零碳智慧园区建设的关键。零碳智慧园区能源转型重点从能源供给、能源综合管控两方面着手。

应用转型。零碳智慧园区是一个整体性的概念,要实现园区碳中和的建设目标,必须要对园区规划、空间布局、基础设施、生态环境、运行管理等进行系统性考虑,并将零碳理念落实到园区主要的碳排放场景中,统筹考虑企业生产、楼宇建筑、园区交通等各个方面的直接或间接碳排放,全面推动零碳生产、零碳建筑、零碳交通等应用场景转型。

数字化转型。云计算、移动互联网、大数据、区块链、5G等数字技术的融合发展,正在改变各产业链的管理、运行、生产、传输模式,促进绿色低碳转型,数字化赋能是建设零碳智慧园区的必由之路。

5. 零碳智慧园区分类及核心场景。依据产业结构、功能类型、碳排放场景等因素将园区划分为生产制造型园区、物流仓储型园区、商务办公型园区、特色功能型园区和产城融合型园区五大类。本章结合零碳智慧园区碳中和模型分析了不同类型园区碳排放典型场景。

6. 零碳智慧园区的建设原则。坚持政府引导,多方参与;坚持总体规划,统筹发展;坚持试点引领,循序渐进;坚持技术赋能,机制灵;坚持产城融合,绿色发展。

7. 零碳智慧园区的建设路径。

到目前为止,国家在多个场合强调要建设(近)零碳排放示范工程,但尚未公布统一的(近)零碳园区定义和标准。通常我们认为,(近)零碳园区是一种以不牺牲生产生活和产业集聚为前提,通过能源清洁化、碳能动态化、产业绿色化、能源设施智慧化、管理长效化等方式,以二氧化碳净零排放为最终目标的经济高质量发展载体。

图2 (近)零碳园区区域功能设计

(近)零碳园区的规划和建立遵循“三个并行”原则。一是园区经济增长和生态环保并行。“绿水青山就是金山银山”,经济发展和生态环保有机统一、相辅相成。(近)零碳园区的建设在确保经济增长的同时,也要为生态保护和改善提供支撑。二是园区发展质量与低碳发展要求并行。“双碳”目标不是以牺牲发展质量为代价的“一刀切”,(近)零碳园区要走出一条兼顾经济发展预期指标和绿色低碳约束指标的新路子。三是园区产业升级和城市建设并行。产业结构和城市功能要围绕“以人为本”的核心互相融合。(近)零碳园区要持续形成产业升级与城市更新相匹配、生产与生活相融合的和谐氛围

(近)零碳园区建设面临的问题及解决路径

1.(近)零碳园区建设遭遇瓶颈

园区建设并非新兴事物,但新的形势和背景赋予了其新的要求。园区在原有促经济增长和实现特定功能的基础上,必须承担起完善低碳基础设施、加强排放监测、合理确定园区碳排放阈值、创新碳排放激励机制、开展碳排放交易等责任,作为试点为广泛探索“双碳”目标落实路径提供更多可行实践。在转型升级的新道路上,(近)零碳园区的建设存在一些亟待研究和解决的问题。

体制机制尚未健全,规划路径模糊。现阶段各地对于“双碳”目标及相关内容的理解多停留在理论阶段,对于(近)零碳园区建设的指导性意见较少,尚未明确(近)零碳园区建设的工作主体和权责划分。许多(近)零碳园区的建设始于单个创新型项目,对于(近)零碳建设为整个园区带来的经济效益、社会效益、环境效益未进行综合性分析,对于建设的整体框架、工作重点、实施步骤等把握并不清晰,难以实现转型的系统性及高效性。

技术支撑不足,创新能力薄弱。节能降碳技术是高耗能园区转型升级为(近)零碳园区的核心,尽管目前我国掌握的节能降碳技术取得了一定的突破,吸引了大量的资金投入,但仍在技术创新上存在很大的不足,主要体现在降碳技术研发团队的稀缺、产品加工仍停留在初级阶段等等。此外运用脱碳、零碳、负排放技术(NETs)的成本较高,还不足以支撑大规模建设(近)零碳园区的高要求。

图3 碳捕集、利用与封存过程(图源:浙江省电力学会)

碳排放核算体系尚未建立,计算标准不统一。碳排放核算系统作为减少碳排放的重要途径,可以有效地为(近)零碳园区的建设提供直观的数据参考,从而明确减碳的关键环节,对症下药制定减碳措施。虽然我国已经根据国际ISO标准构建了行业企业碳排放核算方法体系,但园区在国家体系中并非独立统计的个体,因此以园区为主体的碳排放核算范围不一致、标准不一致、核算结果没有可比性,这也阻碍了园区间碳交易的进行。

能源系统各自运行,缺少统一管理平台。目前大多数园区的电、水、气、热等能源统计系统仍基本分属不同的管理部门或公司,缺少集中规划和统一的管理平台。由于能碳各领域紧密相关互相联动,如大规模可再生能源的接入会影响电力系统安全稳定运行,因此亟需一个统一的智慧能源管理平台,也方便于未来对碳排放量进行统一的核算与管控。

2.(近)零碳园区建设的重点路径

优化能源结构。升级优质能源供给,在优化存量产能的同时提高可再生能源使用比例;积极革新能源技术,积极发展园区内的电力源网荷储一体化和多能互补,推动能源开发、输送、转换和存储高效灵活、安全经济;通过能源梯级利用提升能源综合利用效率,促使经济增长与碳排放全面脱钩。

图4 中国能源消费走势及能源结构占比(2001-2020年)

动态平衡碳能。革新碳能技术,创新减碳脱碳、负碳(碳捕集、利用与封存)等技术,推进减碳技术产业化;全面开展脱碳行动,落实碳足迹管理、碳资产管理、碳信用管理与碳市场预测;强化生态碳汇建设,严抓空间规划管控和生态保护;探索建立碳排放权交易制度,引导园区碳交易与碳消费实现“收支平衡”,达到(近)零碳的目标。

推动产业转型升级。积极推动传统制造业产业智能化、清洁化转型,加速落后产能退出;积极引培绿色低碳产业(信息技术、生物技术、新能源等)企业,鼓励“腾笼换鸟”;依托能源服务商、碳解决方案供应商服务园区企业参与(近)零碳建设、降低碳成本。

更新硬件设施。推动能源感知前端、能源站、智慧能源网络等新型能源基础设施大量接入;构建节能高效的交通运输体系,推进交通用能清洁化,增加新能源公共交通工具投放,鼓励公共出行和共享出行;对新建建筑全面执行更严格的的绿色建筑标准,同时推进既有建筑节能改造,提高节能建筑覆盖率;推广节能设备普及、绿色照明使用和物料循环回收等。

图5 零碳建筑能源设计(图源:零碳建筑南京绿色灯塔丨筑土国际)

提升精细化管理水平。建设园区数字底座,通过创新能源数字化场景,推动能源相关业务系统整合、数据汇聚与流程再造;建设能碳双控指挥中心和智慧管理平台,实现资源全局优化配置与调度,支撑园区能源、碳和综合运营状态监测、分析和预警;推动(近)零碳制度创新和政策配套,加强标准规范引领,强化土地、人才、资金等要素配备;构建核算与考评机制,包括(近)零碳园区碳核算标准体系、建设成果评价指标体系等。

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关键字:零碳园区

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