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巨量资金涌入零碳产业园——零碳园区建设指南下

低碳会客厅导读




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我国低碳化园区转型起步是于2007年,为零碳园区发展奠定基础。园区低碳化转型经历了国家生态工业示范园区、循环化改造园区、UNIDO绿色工业园区、低碳工业园区、绿色园区、碳排放评价试点产业园区等类型。截至2020年11月,国内已通过验收的国家生态工业示范园区48家、园区循环化改造示范试点44 家、国家级绿色工业园区171家。2021年10月,国务院发布《2030年前碳达峰行动方案的通知》打造100个城市园区试点。



# 碳认证

工业园区或者企业经营考虑碳认证将带来以下5方面收益:
1、降低风险
碳认证将帮助园区和企业遵守相关法规要求,提高排放数据的公开性与透明度,包括减量目标达成的程度,以减少风险,增加利益相关方(如政府、股东、投资者、客户等)的信心。
2、奠定碳规划基础
碳认证将作为评估减量目标与重新设定减量目标的基础,协助公司降低能耗和碳税,节约成本。
3、对接碳金融
获得统一、客观、透明的碳认证,这是进行温室气体排放交易的必要过程,未来可对接碳金融,获得经济收益,加速双碳转型。
4、接轨国际标准
满足ISO14064/14067、PAS2060/2050、GHG Protocol、IPCC等国际标准、规范,可顺应国际形势与环保要求,满足欧美客户的要求。
5、提升园区形象
顺应国际可持续发展,通过获得国际碳认证彰显零碳智慧园区形象,为行业提供楷模,极大提升产业园区公众形象。
现阶段关于产业园区的零碳评价标准仍没有完全统一,相关机构也正在制定颁布行业准则,但国际上通行的评价准则主要是PAS2060、ISO14064、GHG Protocol及国家发改委24个行业温室气体排放核算方法,也包括一些国际行业组织颁布的行业标准,比如美国绿色建筑委员会颁布的LEED Zero,英国建筑研究院BRE颁布的零碳建筑及基础设施认证标准等。
国内外碳排放核算方法的相关文件文献如下:
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# 碳认证案例

我们调研了各个产业园区的“碳中和”进程及认证情况,从中挑选出三个代表案例,并从官方网站及公开资料中获取相关信息整理分析如下:
【案例1】某碳中和智慧园区
该园区是涉及制造、办公、居住的综合性园区,于2021年认证为可再生能源“碳中和”园区,其主要通过以下三种方式实现了碳中和:
第一,能源转型。
园区内部署了风力发电机,并在各幢楼宇的屋顶铺设了太阳能光伏发电板;同时,为了解决风光能源发电量与园区用电负荷存在时间差异的问题,园区运用智能微电网技术,构建分散式风电、分布式光伏、锂电池、超级电容等多种形式的储能系统来实现园区用电的“调峰填谷”。数据显示,该园区可再生能源发电比例近50%。
第二,能效提升。
能源效率的提升来自能源管理、节能设备的使用——园区采用了地源热泵和水蓄冷联动的制冷制热系统。以水蓄冷空调系统为例,它能够在夜晚利用低谷电价蓄冷,在白天用电高峰时进行制冷,有效削减了电网高峰负荷,降低能源费用支出和空调设备投入。
第三,购买CCER(国家核证自愿减排量)证书。
园区对于当前措施和技术下无法避免及控制的碳排放,以购买CCER的方式进行抵消。
除此之外,园区内搭建了数字化能源管理系统,利用传感器、表计等设备仪器及物联网、大数据等信息技术,统计和展示园区内能源生产与消费等情况并进行有机协调,以高效满足园区的用能需求,并且可以让第三方在短时间内完成碳核查。
2021年,由中国合格评定国家认可委员会(CNAS)授权的第三方认证机构对该园区进行了碳中和认证,按照ISO14064-1:2006标准对园区进行温室气体排放核查,认证该园区在2020年度实现碳中和。
【案例2】某零碳产业园区
近日,该零碳产业园区正式建成投产,并制定发布了“国际零碳产业园标准”,对打造零碳产业园区提出了零碳能源、智能管理、产业循环与社会减碳四方面的要求。
园区内的首家工厂——动力电池制造基地,提供动力电池及储能电池以解决可再生能源消纳难题并降低电力成本。同时,园区已规划实现包括绿色电力和绿色蒸汽在内的100%可再生能源供给,其中80%的能源直接来自于风电、光伏和储能;另外20%的能源将会通过“当电力生产过多时出售给电网,需要时再从电网把存储的绿色能源取回”的合作模式,这实际上也是利用电网进行储能。
同时,该园区搭建“能碳双控”管理平台,能够对园区内供能、生产、交通、建筑各个方面的能源消耗和碳排放进行实时监控、及时预警和总体优化,助力园区零碳建设。
未来,该园区计划布局新能源电池、新能源汽车、新能源装备三大绿色产业集群,打造千亿级零碳新工业体系。
【案例3】某智能产业园
现代物流园区近年来逐渐成为产业园区的主流类型之一,2022年3月,该园区获得碳中和认证证书。该园区主要通过三个方面推动碳中和进程:
1)能源端
充分利用该地区充沛的日照资源,在园区仓储设施的屋顶上部署分布式光伏发电系统及储能系统,覆盖了包括仓内照明、自动分拣、自动打包、自动拣货等各个场景下的用电需求,提升了绿色、可再生能源的使用比例。
2)排放端
园区利用分布式空调精准满足局部供暖和制冷需求,以减少能源浪费及相应的碳排放量;投入大量新能源汽车及充电终端,提升运输设备的能效及电气化水平;推出智能化包装推荐系统及自动化包装技术,通过“量体裁衣”将平均每个包裹使用的材料减少20%以上;推广以热塑性树脂材料制作而成的、可循环使用数十次的快递箱,以减少资源浪费和废弃物产量。
3)金融端
园区将剩余的碳排放量通过在碳交易市场中购买CCER的方式进行抵消。由CNAS授权的第三方认证机构按照国际通用标准ISO14064对该园区温室气体排放进行核查,认证该园区在2021年度实现碳中和。


# 负碳园区

第一,增强园区碳汇能力。
园区在设计规划、建设发展时应注重提高绿化面积,利用草坪、林地等自然植物群落及湖泊、湿地等生态交错带的吸收、固定碳排放的能力,并借助严格的计量方法学将其量化,使园区在零碳排放的基础上实现负碳发展。
第二,积极推广碳捕集、利用与封存(CCUS)技术。
将生产过程中产生的碳排放捕集起来并加以利用或储存起来的技术无疑是园区实现零碳甚至负碳排放的有效解决方案,这一部分将在下期进行详细介绍。
第三,鼓励研发生物质能碳捕集与封存(BECCS)技术。
它将生物质能和碳捕集与封存技术相结合,运用在生物能源、生物燃料、生物加工行业,产生的生物质能既可以用来发电,也可以转化为液体燃料。英国德拉克斯电厂(Drax Power)从2018年开始了这一创新技术的试运行,成为世界首个负碳发电站。
第四,鼓励研发直接空气碳捕集(DAC)技术。
它是通过吸附剂直接从空气中捕集CO2的技术,能够有效降低大气中的碳浓度。2022 年,加拿大公司Carbon Engineering将开始在德克萨斯州建造世界上最大的DAC设施,每年能够捕获100万吨CO2。

# 园区碳排放来源

第一,直接排放占据主导地位。
根据测算,直接排放占园区温室气体总排放量的85%,即煤炭、天然气、石油等化石燃料燃烧产生的碳排放是园区碳排放的主要来源,因此能源端的转型升级是园区脱碳的重要抓手。间接排放占园区温室气体总排放量的15%,虽然占比较低但仍有相当比例,对外购电力、热力所产生的碳排放同样需要加以关注并减缓。
第二,煤炭是导致碳排放居高不下的最大元凶。
在直接排放的具体燃料品类中,煤及煤制品占据了86%的直接碳排放;其次是原油及油制品和天然气,分别占直接排放的8.3%和5.1%;由此可见逐渐以清洁、可再生能源替代化石燃料是园区脱碳的重要路径之一。而在间接排放方面,煤及煤制品的上游生产运输过程占间接排放总量的51.7%;其次外购电力的上游生产传输过程排放占间接排放总量的49.3%。
第三,东部沿海、西北及东北地区碳排贡献显著。
除了从能源品类的角度测算之外,报告还从空间地域的角度进行了梳理。不同地区的园区之间排放量差距明显,主要集中在东部沿海、西北(新疆)及东北地区,这与经济发展水平,园区产业结构、能源消费结构等因素有关。其中,相当部分(48%)园区的间接排放占总排放量的一半以上,这说明了外部能源输入在园区总体能源消费中占主导地位,因此购买绿电(PPAs)等举措也是这些园区脱碳的手段之一。



# 园区减碳

# 绿色能源
(一)能源综合管理
园区应综合统筹规划,投资集中化能源系统,通过规模化提升效率,并充分调动能源回收的潜力,例如能源-水-污水集成解决方案——该方案能够串联起热电联产厂、污水处理厂和污泥处置厂三大园区内重要基础设施,不但能有效利用热电联产厂的余热,降低污泥处置厂的成本;还能利用从污水处理厂回收再利用中水,降低水资源消耗。
对重点用能单位定期开展能源审计、节能考核及能效诊断,同时进行行业对标分析并识别节能空间,提升企业能源管理的意识和能力。
利用数字化管理平台进行“能碳双控”,以控制能源消耗并减少碳排放,这部分将会在后期推文中进行详细讨论。
(二)能源替代
园区应加快提高风能、太阳能、氢能、生物质能等可再生能源、清洁能源的在能源使用中的比例,现阶段可以将其与常规能源融合发展,发挥多能互补和协同供应,实现能源间优化配置。未来在充分挖掘可再生能源、清洁能源利用潜力的基础之上,实现真正的能源替代和绿色供给。
(三)能源储备
作为智能电网、可再生能源规模化接入、分布式能源调峰调频、新能源汽车等领域必不可少的支撑环节,园区应积极建设能源储备系统。当前储能方式主要分为两类:一类是物理储能,比如抽水蓄能、压缩空气储能、蓄冷蓄热等;另一类是化学储能,包括锂电池、钠离子电池以及超级电容等。其中,以锂电池为代表的化学储能是当下的主要发展方向,园区应大力支持相关储能技术的研发、落地与推广。
(四)能源使用效率/节能
园区应加快重点用能单位的节能技术、节能设备的创新、改造和应用,以提高能源使用效率,例如推动工业企业将燃煤锅炉改造为燃气锅炉、以垃圾焚烧炉替代燃煤锅炉、将抽凝/纯凝汽轮机升级为背压汽轮机等。
通过加快技术设备的改造更新及一体化系统的建立,推动工业余热余压高效回收利用, 例如加强工业企业烟气系统余热回收利用、矿热炉高温烟气净化回收利用、冶金余热余压能量回收应用等。

# 能源供给

通过能源供给转型实现源头零碳化发展
园区通过整合能源投资和能源技术,构建以光伏、风电、水电、地热等清洁可再生能源为主的零碳能源系统,根据项目自身特点因地制宜布局,降低以火电为主的市电的使用,极大程度上提高了园区能源供应的清洁度。结合园区用能特点,在终端能源消费环节推进“以电代煤”“以电代气”,在物流交通环节推进“以电代油”,能够从源头显著减少碳排放。
通过储能体系 实现多能融合互补
构建钒液流、锂电池、超级电容、铅碳蓄电池、氢储能等多种储能形式系统,推动能源清洁高效利用,实现大规模深度脱碳。通过氢燃料电池热电联供、区域电网调峰调频及建筑深度脱碳减排的应用,能够有效避免氢能系统的热能浪费并进一步提高氢能系统的效率,实现“冷-热-电-气”多能融合互补,提升园区能源效率和低碳化水平。

# 能源利用

通过交通工具电动化发展 实现运气交通零碳化发展
园区内交通鼓励使用电动汽车、生物燃料和氢能汽车等零碳交通工具,包括无人驾驶汽车满足园区内企业员工的交通需求,投放电动观光车满足参观人群需求,园区清洁打扫也是通过电动打扫车来完成。鼓励企业使用电动车辆或氢能车辆,以及共享纯电力班车。
通过合理规划、有序建设充电站、换电站等配套设施,做好充电设施预留接口与停车场区域总体布局,以电能代替化石燃料实现交通过程的零碳排放。
通过基础设施数字化转型 提升园区基础实施运行效率和服务能力
零碳智慧园区更重视“新基建”等软环境,打造智慧消防、环境监测等数字设施,推动园区实 现以数据为中心的数字化转型。布局5G、工业互联网、大数据中心为代表的新型基础设施,推进5G基站、物联网规模覆盖,提升园区基础实施运行效率和服务能力。

# 能源管理

数字技术应用赋能零碳园区管理 构建园区智慧能源大脑
实现对园区碳排放的全生命周期管理
通过数字化实现碳生命周期全程智慧管理:在智慧园区系统中,将“双碳”作为一个关键模块纳入园区操作系统,构建智慧能源大脑,汇聚重点企业、楼宇、园区的监测、污染、交通等多方数据,实现对园区碳排放的全生命周期智慧管理。
通过微店网系统 实现能源综合管控
园区的电力使用负荷大、强度高,对电能的质量要求高,通过整合太阳能、风能等分布式能源,建立楼宇级的综合能源微电网是园区实现碳中和的重要手段之一。园区构建分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统,使园区能够实现自我控制、保护和管理,既可以与外部电网运行,也可以独立运行。
通过冷热电三联供系统 实现能源的协同利用
实现用户端冷、热、电三种能源形式综合高效供给。园区夜晚利用低谷电价,将冷量以低温冷水或热水的形式蓄存起来,而白天员工上班时正值用电高峰,水蓄能空调此时将所蓄冷量或热量释放,实现了“移峰填谷”,有效削减了电价高峰负荷并降低能源费用支出。

# 能源交易

商业模式创新助力零碳园区推广
在碳交易体系下,企业园区由政府分配相应的碳排放权配额,园区通过能源转型升级而减少的碳排放量,或是因为零碳排或减排项目所产生的减排信用额,可在市场上进行流转交易,即可视作园区的碳资产。对碳资产进行合理的分配、利用、管理,以及在碳市场上的交易与投资,可以为园区的零碳运营提供更多灵活便捷的选项。
构建碳检测与碳核算系统 有效助力碳交易机制的建立
通过建立碳监测与碳核算系统,在园区生产经营过程中,对直接和间接的碳排放进行统计分析和监测预测,优化低碳资产组合,辅以购买碳信用、植树造林等碳抵消措施,助力园区零碳智慧转型。
打造碳交易平台 降低企业用户用能成本
打造能源交易云平台,为企业提供便捷高效的电力批发、零售交易、绿证交易、碳排放交易等多种能源交易解决方案,以及用电咨询、移动运维、综合节能等专业化增值服务。帮助企业用户降低用能成本,提升绿色度,提高用能效率。

# 绿色制造

绿色制造涉及到产品全生命周期(包括产品设计、材料、工艺、包装和回收等),目前原材料、生产工艺及循环利用是工业绿色发展的重点领域,因此园区应对企业做出相应指导或要求:
(一)材料
要求在选择原材料时优先选用可再生材料、及能耗低、污染少的绿色低碳材料,且所用原材料应易于回收、再利用或降解,例如在建材行业推广低碳胶凝、节能门窗、环保涂料、全铝家具等绿色建材;同时大力发展生物基材料在石化、纺织、汽车生产等行业的应用5。
(二)工艺
鼓励企业对清洁工艺的研发、创新及应用,通过改变工艺流程、制造技术、或生产设备实现提高生产效率的同时兼顾降低资源消耗及环境影响,例如推广钢铁行业铁水一罐到底、近终形连铸直接轧制;石化化工行业原油直接生产化学品、先进煤气化;有色金属行业高电流效率低能耗铝电解等先进节能降碳工艺流程 (《“十四五”工业绿色发展规划》,工业和信息化部) 。
(三)回收
资源回收利用是提高资源利用效率的有力手段,具体举措包括建设大型一体化废钢铁、废有色金属、废纸等绿色分拣加工配送中心,建立废电池回收利用系统,以及推动工业固废在建筑材料生产、基础设施建设等领域的规模化应用等(《“十四五”工业绿色发展规划》,工业和信息化部)。

# 绿色建筑

(一)建筑材料
正如前文所述,绿色建筑在材料端的具体举措也应包含两个方面:
1)使用新型、高性能低碳环保材料,例如高强度钢材、低碳混凝土等;
2)废弃物及建材循环利用,主要包括:
  • 利用高炉矿渣作为水泥的混合材料,以节约天然砂石资源;
  • 采用农作物秸秆、废弃木材等作为装饰材料;
  • 将建筑垃圾回收并进行再加工,作为再生混凝土等循环利用。
(二)施工建造
园区应大力推广绿色化、工业化、信息化、集约化、产业化的建造方式及被动式、装配式超低能耗建筑,大大减少能源消耗及碳排放量。在建造过程中,装配式超低能耗建筑能够减少80%的用水,70%的能源消耗及20%的建材使用;而在运营过程中更是比常规建筑节省50%的能源消耗 (《零碳建筑实施路径的探索与展望》,中建科技集团,2021)
(三)节能设计
园区应利用热泵、冷蓄水、光储直柔等技术,建立以光伏、热泵、地热能等可再生能源为依托的电、热、冷、气综合供能系统,以满足建筑物和基础设施的用能需求,特别是居民建筑中采暖、生后热水及烹饪需求。

# 产业交叉融合助力零碳园区建设

根据世界绿色建筑协会相关数据,来自建筑物的温室气体排放占所有温室气体排放的近40%,成为各种类型园区中的主要碳排放来源之一,并贯穿园区建设的全过程。通过被动建筑、光伏一体化建筑最大幅度降低建筑供暖、空调、照明能耗。
打造被动技术,通过特殊的采光、保温等设计,营造适宜的微气候,使建筑能够充分利用光照、人体、电器散热以及自然风等实现或接近实现恒温、恒湿、恒氧、隔离雾霾的舒适条件。
打造光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic, BIPV),在建筑物的屋顶、墙体、遮挡装置与部分室外设施部分布局光伏面板。从发电角度来讲,用于建筑屋顶的光伏屋面、光伏采光顶可以获得最长的光照时间和较大的光照面积,经济效益最好。

# 绿色交通

园区应大力推广交通行业电气化,依托氢能、锂电池、燃料电池等技术的创新发展,实现园区内交通运输行业的无碳化,目前主要举措包括:
1)实现电动公交车对燃油公交车的全面替代,以电能替代化石燃料实现交通过程零碳排放;
2)通过合理规划、有序建设充电桩等配套设施,推广电动汽车租赁服务;
3)投放共享自行车,鼓励居民使用自行车、公共交通工具等零碳排放出行方式;
4)利用数字化手段加快智能交通基础设施和信息系统建设以提升通行效率。

# 绿色生活

园区应倡导居民绿色生活,特别是针对产城融合型园区。绿色生活的减碳举措主要包括三个方面:
1)引导居民节约生活用电,包括空调、冰箱、电灯、电视、电脑、洗衣机、微波炉等设备的使用;
2)引导居民节约生活用水,包括洗衣、做饭、洗车、洒扫、沐浴等方面;
3)实行生活垃圾分类回收管理,引导减少一次性产品、塑料袋的使用,针对厨余垃圾可作为生物质燃料循环利用(《零碳智慧园区2022白皮书》,全国信标委)。

# 绿色碳汇

(一)碳捕集、利用与封存(CCUS)技术
CCUS技术是指将二氧化碳从生产过程中捕集起来应用于工业制造或在可行的地点进行封存。对于园区来所,由于新能源的不稳定、不连续性和生产工艺的局限性,很难实现完全零碳排放,而CCUS技术是一项理想的碳移除手段,捕集到的二氧化碳还能用于提高采油率、制造燃料及饮料和水泥行业的原材料等用途。CCUS技术目前仍处于研发或试点阶段,园区应积极学习国外先进经验,并对CCUS技术的推广给予政策、资金等方面的倾斜。

CCUS技术原理示意图
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(二)植物碳汇
园区自身的地貌形态和原生植被不同,植物碳汇能力表现也不同:
一般园区可以通过加强屋顶、墙体、道路等公共空间的绿化,建设小型公园、小微绿地及林荫停车场等;
大型园区可以植树造林、建设绿色廊道、植物园等生态景观;
部分园区可以依托河流、湖泊、湿地等结合植物群落共同增强碳汇能力。

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