零碳園區(qū)建設(shè)路徑研究:三大難點(diǎn)、八大技術(shù)及三大商業(yè)模式

  

零碳園區(qū)建設(shè)路徑研究:三大難點(diǎn)、八大技術(shù)及三大商業(yè)模式(圖1)

  作為先進(jìn)要素高度集聚、創(chuàng)新活動蓬勃、生產(chǎn)生活活動主要載體的各類型園區(qū)必將在“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)踐中發(fā)揮至關(guān)重要的作用,成為碳中和的先鋒和主力軍。

  零碳智慧園區(qū)是指在園區(qū)規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)營全方位系統(tǒng)性融入碳中和理念,依托零碳操作系統(tǒng),以精準(zhǔn)化核算規(guī)劃碳中和目標(biāo)設(shè)定和實(shí)踐路徑,以泛在化感知全面監(jiān)測碳元素生成和消減過程,以數(shù)字化手段整合節(jié)能、減排、固碳、碳匯等碳中和措施,以智慧化管理實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)低碳化發(fā)展、能源綠色化轉(zhuǎn)型、設(shè)施集聚化共享、資源循環(huán)化利用,實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)部碳排放與吸收自我平衡,生產(chǎn)生態(tài)生活深度融合的新型產(chǎn)業(yè)園區(qū)。

  綜合梳理相關(guān)園區(qū)概念,零碳智慧園區(qū)是在“雙碳”背景下,歷經(jīng)低碳、近零碳的動態(tài)演進(jìn)以及規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營一體化持續(xù)優(yōu)化迭代,最終實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的一種園區(qū)發(fā)展模式。

  診斷規(guī)劃:對于現(xiàn)有園區(qū)的零碳化改造,需要針對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),構(gòu)建碳核算模型,進(jìn)行全量碳數(shù)據(jù)匯總,確定零碳目標(biāo)和線路圖。

  首先,對全園區(qū)碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面摸底,做好碳排放數(shù)據(jù)統(tǒng)計和核查等基礎(chǔ)工作,深入了解自身的碳排放情況。

  其次,在園區(qū)碳排放統(tǒng)計和核查的基礎(chǔ)上,推進(jìn)“碳達(dá)峰”測算,科學(xué)估算碳達(dá)峰目標(biāo)值和達(dá)峰期限。梳理出潛在的減排途徑,并對不同減排途徑的減排潛力、減排成本和減排效益等進(jìn)行詳細(xì)評估和測算。

  最后,根據(jù)碳達(dá)峰目標(biāo)值和測算結(jié)果,結(jié)合自身具備的能源轉(zhuǎn)型、應(yīng)用轉(zhuǎn)型、數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大核心能力(如何構(gòu)建三大核心能力請閱讀第4部分),科學(xué)選擇碳中和路徑,明確減排目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)、重點(diǎn)措施等事項(xiàng),并制定詳細(xì)減排時間表,bwin必贏官方網(wǎng)站形成精細(xì)化的碳排放控制計劃和實(shí)施方案。

  頂設(shè)先行:對于新建園區(qū),在園區(qū)定位、產(chǎn)業(yè)選擇、空間布局等層面,依據(jù)碳中和理念與數(shù)字融匯賦能的城市高質(zhì)量發(fā)展空間的愿景目標(biāo)統(tǒng)籌規(guī)劃。

  首先研究制定園區(qū)碳排放碳達(dá)峰行動方案,有計劃有安排地推進(jìn)零碳智慧園區(qū)建設(shè),完善園區(qū)零碳發(fā)展頂層設(shè)計。

  其次,全面考慮零碳能源體系、零碳建筑體系和零碳交通體系的布局,因地制宜規(guī)劃園區(qū)可再生能源(風(fēng)電、光伏、地?zé)岬龋﹨^(qū)域,充分利用已有規(guī)劃設(shè)計藍(lán)圖布局新能源發(fā)電以及能源存儲轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。

  針對建筑載體減排是打造低碳園區(qū)的重要抓手。尤其是既有項(xiàng)目,由于建成年代質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)低、維修不及時等原因,普遍存在碳排放量大的問題,亟需綠色改造。主要包含產(chǎn)業(yè)優(yōu)化及機(jī)制引導(dǎo)兩方面:

  產(chǎn)業(yè)優(yōu)化:優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),加快推廣普及碳應(yīng)用,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化,并結(jié)合實(shí)際情況設(shè)定產(chǎn)業(yè)優(yōu)化方案,淘汰一批,改造一批,引進(jìn)一批。

  一方面,在原有園區(qū)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上,鼓勵產(chǎn)業(yè)與城市融合發(fā)展,淘汰落后產(chǎn)能,促進(jìn)第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展,推動建立低能耗、低污染、低排放的新型產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。

  另一方面,推動園區(qū)企業(yè)利用低碳設(shè)備、低碳技術(shù)及低碳材料進(jìn)行技術(shù)改造、裝備升級,提高能源利用率,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)園區(qū)高耗能行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

  機(jī)制引導(dǎo):通過建立相關(guān)組織機(jī)制,創(chuàng)新碳排放激勵機(jī)制等,完善園區(qū)低碳管理機(jī)制,并積極探索建立園區(qū)零碳建設(shè)的長效機(jī)制與政策措施,為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、低碳發(fā)展提供制度保障。

  應(yīng)用綠色施工新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備,對傳統(tǒng)施工工藝進(jìn)行綠色化升級革新。

  如,將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、BIM、5G等信息化技術(shù)應(yīng)用到施工中,通過智慧運(yùn)維,實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效;在施工現(xiàn)場建立廢物回收系統(tǒng),對廢棄材料予以重復(fù)利用;采取節(jié)能設(shè)備、如時間控制器、太陽能路燈照明、充電式霧炮車等設(shè)備,降低碳排;增加裝配式、可周轉(zhuǎn)材料如裝配式大門、裝配式圍墻、可周轉(zhuǎn)道路預(yù)制板等的應(yīng)用,減少損耗。

  如,應(yīng)用節(jié)能墻體材料、保溫材料、功能一體化復(fù)合材料、新型膠凝材料、低碳混凝土、木竹建材等綠色材料;使用粉煤灰、工業(yè)廢渣、尾礦渣等作為原料或水泥混合材,增加二次利用。

  在建設(shè)中融入低碳理念,如,使用屋頂光伏、光伏車棚、小型風(fēng)力發(fā)電設(shè)施生產(chǎn)可再生能源電力;采用智能電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)、分布式能源、能源梯級利用等技術(shù);根據(jù)自然通風(fēng)的原理設(shè)置風(fēng)冷系統(tǒng),減少采暖和空調(diào)的使用;建設(shè)集中的能源供應(yīng)、廢水處理等設(shè)施;應(yīng)用能源回收技術(shù),對企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余能采取回收再利用措施等。

  加強(qiáng)低碳基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),對園區(qū)用水、用電、用氣等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)實(shí)施低碳化、智能化改造。加強(qiáng)園區(qū)數(shù)字化改造,建設(shè)碳監(jiān)測體系,建立能源消耗和碳排放統(tǒng)計監(jiān)測平臺,加強(qiáng)對園區(qū)工業(yè)、建筑、交通用電等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,建立并完善企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)管理和分析系統(tǒng)。

  數(shù)字賦能:通過智慧園區(qū)體系,對園區(qū)內(nèi)水電、光伏、儲能等各類能源數(shù)據(jù)進(jìn)行全面管理及趨勢分析,整合碳管理模塊,建設(shè)零碳操作系統(tǒng)。

  要素配置:強(qiáng)化要素支撐,對接配置相關(guān)土地、機(jī)制、金融、技術(shù)、人力、數(shù)據(jù)等資源要素,建設(shè)包括園區(qū)企業(yè)、園區(qū)管理機(jī)構(gòu)、政府主管部門分層次、多角度的監(jiān)管體系,實(shí)現(xiàn)多元化、信息化監(jiān)測模式。

  一是在原有園區(qū)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上,淘汰高耗能、高污染和產(chǎn)能過剩行業(yè),大力發(fā)展零碳、低碳產(chǎn)業(yè);

  二是引導(dǎo)企業(yè)開展清潔能源替代,bwin必贏官方網(wǎng)站政策具備條件的企業(yè)形成零碳、低碳能源生產(chǎn)模式;

  配置電動汽車充電站、共享電動汽車租賃中心、電動公交車、電動觀光車、共享單車(網(wǎng)點(diǎn))等公共設(shè)施;

  搭建雙碳平臺,建立并完善企業(yè)碳排放數(shù)據(jù)管理和分析系統(tǒng),匯聚重點(diǎn)企業(yè)、樓宇、園區(qū)的監(jiān)測、污染、交通等多方數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對園區(qū)碳排放的全生命周期智慧管理,對能耗、排放可視、可管。

  成立零碳創(chuàng)建管理機(jī)構(gòu),建立碳排放管理制度,鼓勵設(shè)立零碳發(fā)展專項(xiàng)資金;成立零碳研究院,對低碳產(chǎn)業(yè)、低碳技術(shù)等展開研究,為園區(qū)零碳發(fā)展提供理論支撐;對園區(qū)企業(yè)開展碳排核算,按核算結(jié)果予以獎懲。

  搭建能源交易平臺,為企業(yè)提供電力批發(fā)、零售交易、綠證交易、碳排放交易等能源交易解決方案和用電咨詢、移動運(yùn)維、綜合節(jié)能等專業(yè)化增值服務(wù)。

  園區(qū)通過整合能源投資和能源技術(shù),構(gòu)建以可再生能源為主的零碳能源系統(tǒng),并配套智能電網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施,有效地進(jìn)行一體化的綜合能源規(guī)劃。

  構(gòu)建以電力為主的能源消費(fèi),以及配套的綜合能源服務(wù),可以從整體上優(yōu)化園區(qū)能源結(jié)構(gòu),結(jié)合園區(qū)用能特點(diǎn),在終端能源消費(fèi)環(huán)節(jié)推進(jìn)“以電代煤”“以電代氣”,在物流交通環(huán)節(jié)推進(jìn)“以電代油”,能夠從源頭顯著減少碳排放。

  在此基礎(chǔ)上,光伏、風(fēng)電、水電等清潔可再生能源的因地制宜布局,可以降低以火電為主的市電的使用,極大程度上提高了園區(qū)能源供應(yīng)的清潔度。

  光伏發(fā)電技術(shù)是指利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。

  光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能光伏電池,除此以外,逆變技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)、儲能技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)等技術(shù)都關(guān)系到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用與發(fā)展。

  產(chǎn)業(yè)園、物流園區(qū)的工業(yè)廠房屋頂一般具有閑置屋頂面積大、遮擋物少、自身用電量大的特點(diǎn),對于建設(shè)自發(fā)自用為主的分布式小型光伏電站具有特別優(yōu)勢。

  由于風(fēng)、光等清潔能源的隨機(jī)性和波動性,園區(qū)難以保證能源供應(yīng)的平衡與穩(wěn)定,綜合能源系統(tǒng)由此應(yīng)運(yùn)而生,并成為促進(jìn)清潔能源消納、增強(qiáng)能源梯級利用、提高能源使用效率、實(shí)現(xiàn)多種形式能源協(xié)調(diào)運(yùn)行的重要解決方案,也成為零碳智慧園區(qū)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

  綜合能源系統(tǒng)依據(jù)能源互補(bǔ)理念構(gòu)建,整合電力系統(tǒng)“發(fā)-輸-配-用-儲”的多個環(huán)節(jié),覆蓋多種類型的分布式能源,打通電、熱、氣多種能源子系統(tǒng)間,實(shí)現(xiàn)多種能源互補(bǔ)互濟(jì)和多系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化,有效提高園區(qū)能源利用效率和經(jīng)濟(jì)性。

  從能源傳遞鏈來看,零碳智慧園區(qū)綜合能源系統(tǒng)存在“源-網(wǎng)-荷-儲”多種協(xié)同互補(bǔ)路徑,即源端互補(bǔ)、源網(wǎng)互補(bǔ)、網(wǎng)荷互補(bǔ)等多種互補(bǔ)模式以及相互之間的協(xié)調(diào)互補(bǔ)模式。

  微電網(wǎng)技術(shù)指使用分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng),是能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng),既可以與外部電網(wǎng)運(yùn)行,也可以獨(dú)立運(yùn)行。

  園區(qū)的電力使用負(fù)荷大、強(qiáng)度高,對電能的質(zhì)量要求高,因此整合太陽能、風(fēng)能等分布式能源,建立樓宇級的綜合能源微電網(wǎng)是園區(qū)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要手段之一。

  在能源消費(fèi)側(cè),能源總量和強(qiáng)度雙控、降低高耗能制造業(yè)碳排放量、實(shí)現(xiàn)“綠色制造”是我國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵一步。

  優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈布局以提升集群內(nèi)循環(huán)效率,以園區(qū)或區(qū)域能源系統(tǒng)大循環(huán)視角進(jìn)行產(chǎn)業(yè)鏈的聚集,通過園區(qū)內(nèi)、產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)企業(yè)的生態(tài)共生,實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)、跨行業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃和梯級利用;

  通過電氣化以及清潔能源利用降低生產(chǎn)過程直接排放,推廣風(fēng)能、光能等清潔能源替代化石能源,利用柔性電力技術(shù)、儲能技術(shù)等,推動園區(qū)建設(shè)綠色能源供應(yīng)體系;利用負(fù)碳技術(shù)降低終端排放。

  碳捕集、利用與封存指將二氧化碳從排放源中分離后或直接加以利用或封存,以實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的技術(shù)過程,包括二氧化碳的捕集、運(yùn)輸、封存以及利用四個環(huán)節(jié)。

  在園區(qū)層面,鑒于生產(chǎn)工藝與新能源出力不連續(xù)性和不穩(wěn)定性等原因,能源和生產(chǎn)環(huán)節(jié)無法實(shí)現(xiàn)完全的零碳排放,通過負(fù)碳技術(shù)等碳移除的手段,可以抵消部分化石能源的碳排放而實(shí)現(xiàn)碳中和。

  零碳建筑是在建筑全生命周期內(nèi),充分利用建筑本體節(jié)能措施和可再生能源資源,通過減少碳排放和增加碳匯實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的建筑,同時,還可以減少其他空氣污染物,降低建筑運(yùn)營成本,改善建筑內(nèi)部環(huán)境,并提高建筑抵御氣候變化的能力。

  根據(jù)世界綠色建筑協(xié)會相關(guān)數(shù)據(jù),來自建筑物的溫室氣體排放占所有溫室氣體排放的近40%,成為各種類型園區(qū)中的主要碳排放來源之一,并貫穿園區(qū)建設(shè)的全過程。

  零碳建筑的建設(shè)遵循“被動優(yōu)先減少需求、主動優(yōu)化提高能效”的理念,采用一體化設(shè)計方案,依托區(qū)域的資源稟賦實(shí)現(xiàn)碳中和。

  被動技術(shù)優(yōu)先通過特殊的采光、保溫等設(shè)計,營造適宜的微氣候,使建筑能夠充分利用光照、人體、電器散熱以及自然風(fēng)等實(shí)現(xiàn)或接近實(shí)現(xiàn)恒溫、恒濕、恒氧、隔離霧霾的舒適條件。

  主動優(yōu)化在被動設(shè)計的基礎(chǔ)上,強(qiáng)調(diào)可再生能源的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)能耗效率與最佳室內(nèi)氣候之間的平衡,有效改善人們的健康水平和居住舒適度。

  零碳智慧園區(qū)從重視“傳統(tǒng)基建”等硬環(huán)境到重視“新基建”等軟環(huán)境,打造智慧消防、環(huán)境監(jiān)測等數(shù)字設(shè)施,推動園區(qū)實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)為中心的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

  布局以5G、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施,推進(jìn)5G基站、物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模覆蓋,提升園區(qū)基礎(chǔ)實(shí)施運(yùn)行效率和服務(wù)能力,形成與數(shù)字經(jīng)濟(jì)和智慧社會發(fā)展需求相適應(yīng)的新型融合基礎(chǔ)設(shè)施體系。

  以5G為代表的新一輪現(xiàn)代信息通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的助推器,在助力園區(qū)碳中和過程中具有不可替代的作用。5G的高速率、低時延、大連接特性,能有效滿足終端海量接入、信息交互頻繁、控制向末梢延伸的業(yè)務(wù)發(fā)展態(tài)勢,能夠有效擴(kuò)展電力系統(tǒng)監(jiān)測控制的范圍與能力。

  對機(jī)電設(shè)備進(jìn)行智能化監(jiān)、管、控,使園區(qū)運(yùn)行保障的安全性得到質(zhì)的提升。依托集成管理平臺,實(shí)時獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)等,實(shí)現(xiàn)資源環(huán)保、綜合物業(yè)、項(xiàng)目管理等綜合管理數(shù)字化。普及數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用,全面采集園區(qū)排放數(shù)據(jù),讓園區(qū)生產(chǎn)線與虛擬數(shù)字孿生系統(tǒng)高度融合,不斷改進(jìn)生產(chǎn)與制造流程。

  數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生通過信息鏈接,能夠?qū)崿F(xiàn)對物理世界鏡像映射、全域呈現(xiàn)、動態(tài)仿真,達(dá)到虛實(shí)聯(lián)動的效果,從而輔助完成各種研究和管控。

  園區(qū)碳資產(chǎn),是指在強(qiáng)制碳排放權(quán)交易機(jī)制或者自愿碳排放權(quán)的交易機(jī)制下,產(chǎn)生的可直接或間接影響碳排放配額、減排信用額及相關(guān)活動。對碳資產(chǎn)進(jìn)行合理的分配、利用、管理,以及在碳市場上的交易與投資,可以為園區(qū)的零碳運(yùn)營提供更多靈活便捷的選項(xiàng)。

  建立有效的碳資產(chǎn)管理機(jī)制,在園區(qū)生產(chǎn)經(jīng)營過程中,對直接和間接的碳排放進(jìn)行統(tǒng)計分析和監(jiān)測預(yù)測,優(yōu)化低碳資產(chǎn)組合,助力園區(qū)零碳智慧轉(zhuǎn)型。

  園區(qū)要順利推進(jìn)能源低碳轉(zhuǎn)型與電力碳減排,前提是做好碳排放監(jiān)測與核算。碳監(jiān)測結(jié)合大氣中溫室氣體濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)和同化反演模式計算溫室氣體排放量,碳核算基于活動水平和排放因子的乘積計算溫室氣體排放量,前者可以推動完善核算體系,支撐排放因子本地化更新,也可以對核算結(jié)果進(jìn)行校核。

  通過監(jiān)測與核算園區(qū)內(nèi)的碳排放活動,獲取園區(qū)各途徑碳排放的事實(shí)與數(shù)據(jù),制定針對性策略,最終推動園區(qū)零碳智慧轉(zhuǎn)型。