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薛濤:碳減排三角下,地方水務(wù)集團的應(yīng)對策略思考

  碳中和是國之大計,推進碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革,近兩年在水務(wù)環(huán)保領(lǐng)域的探討也越來越豐富。2022(第七屆)供水高峰論壇上,E20研究院執(zhí)行院長、湖南大學(xué)兼職教授、華北水利水電大學(xué)客座教授薛濤以“碳減排三角下,地方水務(wù)集團的應(yīng)對策略思考”為題,進行了精彩分享。

  兩分鐘要覽速讀:

  1. 2020年,我國城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)碳排放量超過0.22億噸CO2。供水行業(yè)的碳排放在全行業(yè)中大約占0.2%,供水、污水處理和固廢處理加起來占3.5%左右,占比雖小,但并不意味著現(xiàn)在不值得關(guān)注和采取措施。水務(wù)環(huán)保單體項目的碳排放量較小,但項目數(shù)量多,加起來具有一定的影響作用,適合政府有關(guān)部門從整體層面對行業(yè)制定統(tǒng)一的監(jiān)管要求,對其碳排放量和能源消耗進行約束,以提升單個企業(yè)碳減排的動力。

  2. E20研究院認為,碳減排需要從三個維度進行系統(tǒng)考量:政策強度、跟蹤評價、國際認可。三個維度必須同時滿足,某個領(lǐng)域的碳減排工作才能快速有效的推動;如果三角缺一甚至缺二,就會造成該領(lǐng)域的碳減排推進過程受到阻礙,這也正是當(dāng)前很多細分領(lǐng)域面臨困境的原因。

  3. 用“二分法”分析,企業(yè)控碳的路徑不外乎四種,首先第一層,兩種選擇:降低碳排放或者提升碳吸收,再分別對應(yīng)演化出第二層的四種方式:①提效節(jié)能減排、②改變能源結(jié)構(gòu)、③生態(tài)固碳、④技術(shù)吸收。在落地實踐中,企業(yè)控碳需要找到“突破點”和“切入點”,而現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)變化需要時間的積累,這就決定了“提效節(jié)能減排”是企業(yè)控碳最常見、最容易實現(xiàn)、最立竿見影的方式。

  4. 對產(chǎn)業(yè)來說,碳減排的有效落地,離不開商業(yè)模式的進一步形成與演化,這就需要從行業(yè)管理視角和企業(yè)競爭視角展開交叉分析,找到業(yè)務(wù)對應(yīng)的位置,在此基礎(chǔ)上,企業(yè)才能提煉出有價值的商業(yè)邏輯。

  5. 從長遠來看,“碳指標(biāo)”有望成為綠色發(fā)展的“度量衡”。換言之,碳排放將成為衡量一個產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展水平的重要評價標(biāo)尺,企業(yè)的技術(shù)路線選擇、管理水平、社會責(zé)任等方面必須遵循正確的價值方向,才能在市場中獲得持續(xù)的競爭優(yōu)勢。一方面,水務(wù)環(huán)保企業(yè)不要對當(dāng)前的碳市場抱有過高的期待,另一方面,企業(yè)也要積極謀劃、布局研究,盡早為未來的變化有所準(zhǔn)備,尋找降碳的整體最優(yōu)解。

  碳中和是國之大計,推進碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革,近兩年在水務(wù)環(huán)保領(lǐng)域的探討也越來越豐富。2022(第七屆)供水高峰論壇上,E20研究院執(zhí)行院長、湖南大學(xué)兼職教授、華北水利水電大學(xué)客座教授薛濤以“碳減排三角下,地方水務(wù)集團的應(yīng)對策略思考”為題,進行了精彩分享。

  E20研究院執(zhí)行院長、湖南大學(xué)兼職教授、華北水利水電大學(xué)客座教授 薛濤

  01供水行業(yè)碳排放的基本情況

  在2021年“雙十一”的時候,威立雅宣稱SEDIF成為了世界上第一家實現(xiàn)碳中和的自來水廠,打響了零碳供水方案的“第一槍”,在業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注。那么,自來水廠的能耗情況和供水行業(yè)的碳排放量,究竟是什么樣的?

  眾所周知,供水行業(yè)的碳排放主要來源于電力消耗。根據(jù)年鑒和E20供水研究中心的數(shù)據(jù),業(yè)內(nèi)最關(guān)心的兩個能耗指標(biāo):“制水單位電耗”和“配水單位電耗”,其平均值分別為266 kWh/km3、365 kWh/(km3·MPa) ,先進值分別為179 kWh/km3、248 kWh/(km3·MPa)。據(jù)此,我們可以估算出城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的碳排放量(包括制水、輸配水、二次供水環(huán)節(jié),不包括遠距離引調(diào)水)。隨著城鎮(zhèn)供水總量的穩(wěn)步提升,碳排放量也隨之逐年增多。2020年,我國城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)碳排放量超過0.22億噸CO2

  如上圖所示,2021年中國碳排放總量約為119億噸,供水行業(yè)的碳排放量占全行業(yè)的比例約為0.2%,而污水處理通常認為占1%~2%,固廢處理占1.8%左右。因數(shù)據(jù)來源和統(tǒng)計口徑不同,這些比例會略有差異。從中國當(dāng)前的現(xiàn)狀來看,發(fā)電和工業(yè)端以及交通部門是碳排放的主要來源,農(nóng)業(yè)、居民、商業(yè)和公共服務(wù)等行業(yè)的碳排放相對較低;工業(yè)端中,高耗能的能源加工、鋼鐵、化學(xué)原料制造等產(chǎn)業(yè)尤為突出。供水行業(yè)的碳排放占比雖小,但并不意味著不重要,更不等同于現(xiàn)在可以放任自流、不加約束。事實上,在我國八大碳排放交易試點地區(qū)的控排企業(yè)名單中,不少涉及供水業(yè)務(wù)的企業(yè)已經(jīng)被納入管控范圍。如北京自來水集團、深圳水務(wù)集團、上海城投水務(wù)、重慶自來水、武漢水務(wù)集團等。另外,也和我們接下來要談的管理時序和管理策略相關(guān)。

  02剖析碳減排三角

  正如市政環(huán)保領(lǐng)域的發(fā)展從來都不是靠單一技術(shù)因素驅(qū)動,而是在公共管理的壓力之下,技術(shù)和商業(yè)模式的相互交融所產(chǎn)生的創(chuàng)新驅(qū)動和突破,同時后兩者會對居于上位的公管形態(tài)產(chǎn)生反作用力。碳減排也是同樣的道理。

  結(jié)合對行業(yè)的深入觀察和理解,E20研究院認為碳減排需要從三個維度進行系統(tǒng)考量:政策強度、跟蹤評價、國際認可。三個維度必須同時滿足,某個領(lǐng)域的碳減排工作才能有效推動;如果三角缺一甚至缺二,就會造成碳減排推進過程緩慢,這也正是當(dāng)前很多細分領(lǐng)域面臨困境的原因。其一,政策強度,只有當(dāng)政策的發(fā)起方以及政策規(guī)定本身足夠嚴(yán)格、清晰的時候,碳減排才有充分的約束力;其二,跟蹤評價,比如,業(yè)內(nèi)有一個一直在討論的話題,說污泥做成肥料回歸土壤應(yīng)該能實現(xiàn)碳減排,因為理論上土壤的有機質(zhì)得到了增加,植物也獲得了養(yǎng)分,但其實整個過程涉及很多的細分領(lǐng)域和不同的學(xué)科,目前尚未開發(fā)出相應(yīng)的碳核算的方法學(xué),給跟蹤評價帶來了困難;其三,國際認可,像過去CDM機制很火的時候,當(dāng)時國內(nèi)很多有碳交易價格的產(chǎn)品在國際上都能得到快速推進,所以,如果我們自己開發(fā)的技術(shù)和模式在國際上沒有成為主流,就會限制它的商業(yè)價值和應(yīng)用前景。

  碳減排三角的思路在珠海水控集團王杭州總的發(fā)言中也有所呼應(yīng)。對于供水行業(yè)來說,安全一定是首要考慮的因素,這是和污水處理等其他行業(yè)不一樣的地方,任何碳減排路徑的引入,不能對供水安全帶來不確定性的影響;其次,簡單,管理、評估、或者選擇技術(shù)方向的選擇上相對簡易、明了;再次,能實現(xiàn)較好的減碳效果。顯然,在當(dāng)前的條件下,三者同時達到非常困難。例如,現(xiàn)在很多在設(shè)備選型時傾向于選擇流量和揚程偏大的水泵,用這個三角就能很好的解釋原因,一方面基于對安全的考慮,另一方面可能是由于采購流程相對簡單,由此帶來了對低碳的犧牲。如果既要安全、又要減排,那它的管理一定是復(fù)雜的。因此,想要同時實現(xiàn)“安全-簡單-減排”三角,還需要從系統(tǒng)的升級、管理的迭代、智能的應(yīng)用等多方面持續(xù)發(fā)力。

  下面,我們展開探討一下碳減排三角在供水領(lǐng)域中的具體體現(xiàn)和面臨的挑戰(zhàn),對應(yīng)三角中“兩兩交集,但另一要素?zé)o法滿足”的情形。

  首先,碳排放計算規(guī)則不統(tǒng)一。當(dāng)前,大多數(shù)中國碳排放數(shù)據(jù)庫只統(tǒng)計了CO2排放量,沒有包括CH4、N2O、氟化氣體,使得碳排放的計算并不全面。同時,碳排放的測算方法有很多種,①全生命周期評價法、②國家溫室氣體清單(IPCC)指南;③CDM機制;④平衡法……每種方法各有優(yōu)劣。因此,全行業(yè)、每個細分行業(yè)的碳排放量究竟有多少,每個研究機構(gòu)的測算都不盡相同,而這些底層的數(shù)據(jù)不詳和測算邏輯不清、邊界不明,制約了碳指標(biāo)的形成和交易,使碳減排變成了“鏡花水月”。

  其次,碳交易目前處于相對受限的狀態(tài)。一方面,很多供水(以及水務(wù)環(huán)保)業(yè)務(wù)中單體項目的碳排放量太小、太分散,碳交易的開發(fā)收益較低,對應(yīng)的程序卻相對繁瑣,折算下來碳交易的成本較高,導(dǎo)致市場上缺乏快速推進的動力。另一方面,當(dāng)前的碳交易還處于試點探索階段,存在領(lǐng)域分割和地域分割的現(xiàn)象,也就限制了交易的范圍和規(guī)模。例如,不同地區(qū)被納入控排名單的供水企業(yè),它們碳排放配額的算法不同,圖中以上海和武漢為例進行說明。此外,碳排放和碳交易的定價機制還不完善。在起始階段,大家都認為應(yīng)該是免費的配額發(fā)放給企業(yè),隨著時間的推進和減碳的深入,當(dāng)市場運行機制更加健全之后,可能會走向競拍的模式。當(dāng)然,這些都需要一個發(fā)展過程。

  第三,現(xiàn)有降碳政策的力度還不充足,沒有形成剛性的要求和約束。展開來說,目前的各項政策并未對碳排放量進行限制,或者給出直接的減碳指標(biāo),比如近期下發(fā)的《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達峰實施方案》(建標(biāo)〔2022〕53號),對于供排水、污水處理、生活垃圾處理領(lǐng)域的目標(biāo)任務(wù)均是通過提高基礎(chǔ)設(shè)施運行效率、減少浪費、提升資源重復(fù)利用率的角度來體現(xiàn)的,還未轉(zhuǎn)化成對減碳的強制性要求,也沒有對技術(shù)方向的選擇提供一些指引和參考。預(yù)計還需要一定的時間讓政策制定者接收到產(chǎn)業(yè)的反饋。隨著高耗能行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的有序推動,水務(wù)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的碳減排也將逐漸被提上議事日程。水務(wù)環(huán)保單體項目的碳排放量雖小,但項目數(shù)量多,加起來具有一定的影響作用,適合政府有關(guān)部門從整體層面對行業(yè)制定統(tǒng)一的監(jiān)管要求,對其碳排放量和能源消耗進行約束,以加速推動本行業(yè)碳減排的落地進程。

  03控碳路徑與措施詳解

  E20供水研究中心認為,從邏輯上分析,企業(yè)控碳的路徑不外乎2×2四種,首先第一層,兩種選擇:降低碳排放或者提升碳吸收,再分別演化出第二層:①提效節(jié)能減排、②改變能源結(jié)構(gòu)、③生態(tài)固碳、④技術(shù)吸收四種方式。在落地實踐中,企業(yè)控碳需要找到“突破點”和“切入點”,而現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)變化需要時間的積累,這就決定了“提效節(jié)能減排”是企業(yè)控碳最常見、最容易實現(xiàn)、最立竿見影的方式。但也需要綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟、行業(yè)特性等多方面的問題,從而達成最優(yōu)的投入產(chǎn)出比。近些年,可再生能源對化石燃料的替代性不斷增加,相信在未來,隨著清潔能源面臨的挑戰(zhàn)(公共管理、自然條件、發(fā)電規(guī)模、并網(wǎng)成本等)逐步被解決,能源結(jié)構(gòu)變革對控碳的貢獻度會大幅提升。生態(tài)固碳方面,森林碳匯對于碳排放總量來說是遠遠不夠的,好比“杯水車薪”,目前只能作為一種補充手段;而海洋碳匯,人類對它的認知還比較有限。技術(shù)固碳方面,比如碳捕獲、封存技術(shù)(CCS)以及碳捕獲、利用與封存技術(shù)(CCUS)都還有各自的局限性,有待進一步研發(fā)和孵化。

  回到開篇威立雅零碳供水的案例,其實就是通過前三條路徑實現(xiàn)的:降低能耗藥耗、清潔能源替代、植樹造林補充。

  我們再來看,在供水全流程中可選的一些具體降碳措施,不同顏色對應(yīng)前面講的路徑選擇,混色代表采用復(fù)合路徑,不難發(fā)現(xiàn),大部分都跟節(jié)能降耗密切相關(guān)。

  在水源環(huán)節(jié),注重環(huán)境修復(fù)、源頭治理,加強水源地保護,可以在很大程度上降低飲用水處理的難度并減少藥耗能耗;同時,引入再生水、雨水、海水等非常規(guī)水源,從系統(tǒng)的角度滿足用水需求。對于引調(diào)水工程,通過合理的規(guī)劃盡可能減少不必要的建設(shè)和投入,以降低碳足跡。在水廠環(huán)節(jié),可以有針對性的選擇高效低碳節(jié)能的工藝進行改造,杜絕以能耗藥耗換水質(zhì)的粗放模式。

  管網(wǎng)輸配水和二次加壓環(huán)節(jié),能耗在全流程中占比更大,是供水系統(tǒng)降碳的重中之重。漏損、爆管等事故頻發(fā),對資源和能源產(chǎn)生巨大的浪費。因此,業(yè)內(nèi)也在積極探索加強城市管網(wǎng)的貯水和調(diào)蓄功能,使其既滿足高峰時期的用水量,也能起到穩(wěn)定水壓、緩沖水質(zhì)變化的作用,并同步實現(xiàn)減少電耗的要求。同時,控漏節(jié)水技術(shù)的研究以及智慧化管理的加強、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,都對尋找能耗最優(yōu)的解決方案提供了諸多思路,其中也不乏優(yōu)秀的管道企業(yè)和水表企業(yè)。在用戶端,特別是一些分散式和小型化供水的場景,綠色高性能無機膜的使用可以在最大程度上降低藥耗,安全、高效、經(jīng)濟地達成水質(zhì)保障的目標(biāo)。

  從優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的路徑來講,太陽能光伏發(fā)電因為其安全、清潔、低碳、可再生的優(yōu)勢,近年來受到越來越多水廠的青睞。分布式光伏發(fā)電裝置可以安裝在水廠閑置空間、建筑物屋頂,大大提高了水廠的空間利用率;還可以安裝在水池上方,相當(dāng)于給水池“加蓋”,阻擋陽光,防止藻類生成。同時,光伏發(fā)電能直接降低水廠用電成本,甚至在未來有可能開發(fā)成CCER項目,通過賣碳指標(biāo)獲取一定的收益。

  盡管光伏發(fā)電的優(yōu)勢顯著,但在自來水廠的實際應(yīng)用中還存在一些值得注意的問題。一是水廠的濕度大,產(chǎn)品容易氧化,需要做好防銹防腐措施;二是水廠的水泵和電機多,電網(wǎng)環(huán)境較差,瞬時電流是額定電流的3-5倍,需選擇功率更大的逆變器以提升防電流沖擊能力。

  其實,近10年來,光伏發(fā)電項目單位千瓦平均造價已經(jīng)下降了75%左右,現(xiàn)階段,光伏發(fā)電的價格已經(jīng)可以與煤電等化石燃料發(fā)電方式競爭,甚至低于煤電價格,為什么光伏發(fā)電仍未得到大規(guī)模應(yīng)用?主要有并網(wǎng)成本、發(fā)電規(guī)模、自然條件、儲能成本等原因,還需交給時間來解決。

  04地方水務(wù)集團減碳策略思考

  對于地方水務(wù)集團而言,供水只是其業(yè)務(wù)范疇的一部分,不少企業(yè)也通過產(chǎn)業(yè)鏈的延伸將業(yè)務(wù)拓寬至污水處理、垃圾焚燒、環(huán)衛(wèi)等領(lǐng)域。接下來我們就看看在這些領(lǐng)域的降碳措施,以及E20研究院對碳減排推進優(yōu)先級的一些辯證思考,希望給到大家視野的延展和啟發(fā)。

  首先是污水處理領(lǐng)域,廠內(nèi)的碳減排主要包括運行過程的節(jié)能降耗、建設(shè)過程中的碳減排、溫室氣體(GHG)的逸散控制以及針對減少逸散控制的新工藝的開發(fā)和應(yīng)用;而廠外的碳減排重點在管網(wǎng)的提質(zhì)增效、出水管控、污泥處理以及能源外供等方面。由于篇幅所限,在此不過多展開,只簡單分享下水源熱泵。

  污水源熱泵作為低溫余熱利用的技術(shù)之一,十多年前在我國北方地區(qū)的污水廠中就得到了推廣和應(yīng)用。水源熱泵的熱交換溫度全年較為穩(wěn)定,設(shè)備傳熱性好,而且具有不俗的能耗表現(xiàn)。數(shù)據(jù)表明,水源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省2/3以上的電能,比燃料鍋爐節(jié)省1/2以上的電能,符合低碳的發(fā)展方向。那么,水源熱泵在供水領(lǐng)域可行嗎?按道理來說,供水的水質(zhì)優(yōu)于污水,熱泵運行會更加穩(wěn)定,為什么目前在自來水廠沒太見過水源熱泵呢?原因還是歸結(jié)為前面提到的安全問題。供水對安全非常敏感、要求極高,溫度波動對于水質(zhì)帶來的影響,比如溶解氧、pH、有機質(zhì)的變化,管壁生物膜的變化,沉積物的溶解和析出等等,都有不確定性,因此,業(yè)內(nèi)對于水源熱泵在供水領(lǐng)域的應(yīng)用顯得十分謹(jǐn)慎。

  企業(yè)通常有很多業(yè)務(wù)方向,為了預(yù)判哪些細分領(lǐng)域會優(yōu)先推進碳減排,哪些領(lǐng)域會滯后,E20研究院制作了如上圖所示的二維矩陣進行分析。橫軸表示政策確定性的強弱,縱軸表示碳排放量的大小。我們認為,右上方的填埋場發(fā)電是會被優(yōu)先推進的;而像左上方的污水處理和供水領(lǐng)域,雖然目前的政策強度不足,但隨著優(yōu)先級更高的問題被逐步解決,它們也會得到更多的驅(qū)動和推進。

  中長期來看,我國能源結(jié)構(gòu)將發(fā)生巨大的變化,可再生能源將從低碳轉(zhuǎn)型的生力軍成長為碳達峰碳中和的主力軍。據(jù)E20供水研究中心測算,到2035年,可再生能源占比將達到30%以上,到2060年,該比例將超過73%。有研究表明,在四種實現(xiàn)碳中和的路徑中,對核能、風(fēng)能和生物能的需求,都已接近全國總資源的上限,只有太陽能資源充裕。這充分說明,太陽能將在實現(xiàn)碳中和的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,這也是為什么我們在前面重點提及光伏發(fā)電的原因。

  同時,展望未來碳中和時期可再生能源分布的格局,可以倒推出當(dāng)下的策略。因為我國能源產(chǎn)生與消耗存在空間不平衡的問題,需要關(guān)注并發(fā)揮能源的地區(qū)優(yōu)勢。比如,以胡煥庸線作為分隔線,西北地區(qū)的太陽能和風(fēng)能非常富足,可以充分利用;東南沿海地區(qū)可大規(guī)模提升陸上風(fēng)能和海上風(fēng)能的能源效益;而在氣候溫暖濕潤的南方地區(qū),綠色植被生產(chǎn)力旺盛,水電資源相對豐富,水能、生物質(zhì)能和森林碳匯被寄予更多的期待。

  薛濤強調(diào),對產(chǎn)業(yè)來說,碳減排的有效落地,離不開商業(yè)模式的進一步形成與演化,這就需要從行業(yè)管理視角和企業(yè)競爭視角展開交叉分析,找到業(yè)務(wù)對應(yīng)的位置,從而幫助企業(yè)提煉出有價值的商業(yè)邏輯。如圖所示,橫軸分別代表通過直接的行政管控或者通過價格機制來實現(xiàn)行業(yè)管理;縱軸則表明了商業(yè)機會的獲取途徑,是從政府授權(quán)獲得區(qū)域化的壟斷還是要參與充分的市場競爭。當(dāng)然,不少領(lǐng)域兼具兩者的屬性,每個領(lǐng)域的位置也并非一成不變,例如:儲能會隨著新型儲能價格機制的建立,變得更加活躍;公用事業(yè)的節(jié)能降碳會隨著政策的明確獲得更大的發(fā)展。

  在最后,薛濤表示,從長遠的角度來看,碳排放將成為衡量一個產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展水平的重要評價標(biāo)尺,企業(yè)的技術(shù)路線選擇、管理水平、社會責(zé)任等方面必須遵循正確的價值方向,才能在市場中獲得持續(xù)的競爭優(yōu)勢。同時,碳減排納入環(huán)境監(jiān)管后,很可能對水務(wù)環(huán)保企業(yè)提出更高的要求。因此,水務(wù)環(huán)保企業(yè)一方面不要對當(dāng)前的碳市場和碳減排收益抱有過高的期待,另一方面也要未雨綢繆、積極研究布局,盡早對未來的行業(yè)變化有所準(zhǔn)備。