碳中和专题 | 工业园区的“零碳”之路

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发表时间:2021-05-29 16:52作者:社投盟来源:社投盟


提到工业园区,我们可能不会感到陌生,鳞次栉比的厂房、集约化的生产方式、富有产业特色的资源整合是它们的代名词。然而,零碳工业园区作为碳中和目标下减排的关键空间载体,正在逐渐进入主流视野。




一、零碳工业园的概念渊源


工业园区是工业企业集聚发展的核心单元,也是我国实施制造业强国战略、产业转型升级的主要空间载体。通过生产要素的聚集与整合, 工业园区可以提高工业化的集约强度、规模优势并优化功能布局,以突出产业特色、提高市场竞争力。我国工业园区建设始于1979年改革开放,经过由沿海到内地的渐进式发展,各类产业园区已达1.5万余个, 对经济贡献达30%以上(2019年底数据)。与此同时,由于工业能源消费占全国能源消费总量60%以上(2019年数据),工业园区碳排放可达全国总排放量的约31%,成为了碳中和目标下的减排关键所在。

实际上,我国规模以上工业单位增加值能耗近年来已呈连续下降趋势,2021年一季度能耗同比下降高达8.1%。这与我国多年来对工业园区低碳化转型的要求不无关联。自2010年起,原环境保护部就在《关于在国家生态工业示范园区中加强发展低碳经济的通知》中提出,将发展低碳经济作为重点纳入生态工业示范园区建设内容。2015年10月,“十三五规划”中又首次明确提出实施近零碳排放区示范工程:选择条件成熟的限制开发区域和禁止开发区域、生态功能区、工矿区、城镇等开展近零碳排放区示范工程建设,到2020年建设50个示范项目。

总体而言,我国工业园区低碳化转型历程可总结为四种类型:循环经济工业园、生态工业园区、低碳工业园区、近零碳排放示范区(详见下表)。


 图源社投盟《4月可持续发展金融前沿月报》


近零碳排放比低碳的要求更高,强调碳排放总量而非碳排放强度(单位GDP碳排放量) ;但与“零碳排放”相比,近零碳排放允许采用碳汇等抵消机制,即碳源减碳汇接近于零。也就是说,零碳工业园意味着在无碳汇抵补的前提下能源、建筑、工业、交通等方面绝对的无碳排。因此,零碳工业园可以说要求极为苛刻,其标准甚至超过碳中和(即净零排放)的要求。


二、零碳工业园的工业体系概览


对于工业园区而言,其碳排放主要包括两类:

一是直接排放,产生于园区内部的能源活动(工业、建筑和交通),如工业过程、燃料燃烧、废物处理等产生的温室气体排放;

二是间接排放,产生于外购的二次能源,包括电力、供热/冷等能源消费。那么,实现零碳排放的核心就在于发挥工业园区的整合优势, 使工业过程电气化,并转变对化石燃料的高度依赖。

清华大学环境学院陈吕军教授等认为,在有效的减碳路径下,以2015年中国工业园区CO2排放量28亿吨为基准,我国工业园区CO2排放量在2035年和2050年将分别控制在20.3亿吨和9.9亿吨以内,在2015-2035年和2035-2050年期间预期将分别减排至少7.9亿吨和10.4亿吨,2015-2050年合计减排60%以上。具体而言,零碳工业园的建设以零碳能源为起点,需要但不限于以下几个方面:

零碳能源


零碳能源指的是在生产、使用过程中不增加二氧化碳排放的能源,包括太阳能、风能、水能、核能、生物质能、地热能等。相较于独立的工厂,工业园区的规模优势更能有效的进行一体化的综合能源规划,整合能源投资和能源技术。对于工业园区而言,构建以可再生能源为主的零碳能源系统,不仅要考虑所采用的能源种类,还要搭建配套的基础设施,如智能电网、储能设备。


以德国柏林的欧瑞府(Euref)零碳能源科技园区为例,其实现零碳能源的路径包括:

其一,在能源端,其日常使用光能和风能发电,风光电不足时则使用热电联供设备燃烧沼气,而沼气源自农业垃圾(如粪便和有机垃圾) ;

其二,在电网端,其采用具备灵活性的电力系统(如搭载天气预报模块),来更好的消纳具备波动性的风电光伏;

其三,在储能端,其利用退役汽车组成固定电池存储设备,并采取电转热、电转冷技术(水存储) , 以储存光能和风能发电过剩时的能源。

零碳建筑


零碳建筑指零碳排放的建筑物,可以独立于电网运作,全部能耗由场地产生的可再生能源(如太阳能、风能、生物质能)提供。此外,零碳建筑还可以减少其他空气污染物、降低建筑运营成本、改善建筑内部环境,并提高建筑抵御气候变化的能力。

据世界资源研究所(WRI)的研究,零碳建筑主要由三个方面构成:

其一,提高能源效率,通过被动式节能设计,房屋可以依靠被动收集的热量来保温,设计内容包括保温墙体、门窗技术、建筑通风、电器节能等;

其二,搭载可再生能源,如搭建太阳能电池板或太阳能热水系统;

其三,对于使用天然气等化石燃料做饭或加热热水的现有建筑来说,则需要采取其他碳抵补措施

近日,国家标准《零碳建筑技术标准》启动编制,在既有绿色建筑政策框架基础上,增加零碳建筑控制指标,推行绿色建筑全过程管理。

零碳交通


零碳交通核心是以新能源汽车为核心的交通工具电气化,同时鼓励公共出行、共享出行。当然,交通领域的无碳化部分取决于供电端。但仅就工业园区内的零碳交通而言,主要指园内的共享单车/汽车、新能源公交车等。以我国苏州工业园为例,其对于零碳交通的改造主,要包括三个方面:

一是公交车的100%电动化,不仅能实现每年减碳24万吨,更节能40%;

二是推广公共自行车服务及电动汽车租赁服务

三是加快智能交通基础设施和信息系统建设,并计划于2023年实现100%的智能交通覆盖率。

此外,对于重工业园区,重型卡车的氢能化也在陆续推进当中。

CCUS


CCUS即碳捕集、利用和储存(Carbon Capture, Utilization and Storage) ,是CCS (Carbon Capture and Storage,碳捕获与封存)技术新的发展趋势。对于重工业而言,二氧化碳排放可能很难避免,对此CCS或CCUS无疑是最佳解决路径。原理.上来说,CCUS主要包括四个环节:

一是选址,距工业园区就近最佳;

二是捕集,将二氧化碳从其他工业排放中分离后压缩致密或类液体状态;

三是运输,一般通过管道运输并保持其致密状态;

四是储存,将压缩的二氧化碳注入并储存在深层盐水地层或石油和天然气的储层中。

虽然CCS或CCUS理论可行,但目前来看其投入成本过高。如加拿大Quest项目从油砂精炼装置进行碳捕集并封存于地下2000米的砂岩构造中,总投入8.65亿加元的政府资金支持;荷兰鹿特丹计划开发的CCS将把二氧化碳注入至北海空旷的气田中,总投入需4.5亿至5.5亿英镑,预计于2024年开始使用。我国目前的CCUS示范项目主要集中在燃煤发电和煤化工领域,随着《绿色债券目录》(2020年版) 将CCUS项目纳入其中,其与工业园的配套发展可期。

在上述零碳工业园建设可能需要的基本设施之外,仍有诸多内容尚未讨论和展开。例如,在土地规划方面,零碳工业园建设需要最小化对土地的占用,尤其是森林、湿地等重要的碳汇所在;在科技设施方面,需要构建物联网等,以收集和分析温度、照明、耗电量等数据,辅助工业园运转并为其建设模式的推广复制打下基础。此外,与零碳城市的建设类似,零碳工业园所需的能源类型、能源结构也要依据其地理位置、资源禀赋、已有条件等多方因素来决定。


三、国内与国际实践


国内实践


我国近零碳排放示范区的建设自十三五规划提出以来已五年有余,仅有广东省和湖北省两地发布了具体的实施方案,但也有浙江、福建等地开展了相关的试点工作。

广东省发展改革委于2017年1月20日印发了《广东省近零碳排放区示范工程实施方案》,优先在城镇、建筑、交通 、城市和农村社区、园区、企业等六个领域开展试点,但未见时间表。随后,遴选广东状元谷近零碳排放区作为园区试点,并制定了《广东状元谷电子商务产业园低碳发展规划(2016-2020年) 》,计划于2020年完成示范工程试点项目建设。



从目前的实施情况来看, 广东状元谷在土地规划方面践行了“集约使用土地、综合使用空间”的理念,同时采取了诸多的绿色低碳技术,包括园区能耗云平台、全屋顶铺设太阳能发电系统、清洁能源设备、蒸发冷却降温设施、电动用车以及无负压节能集中供水系统、水循环处理系统和雨水收集系统等。截至2020年,其可再生能源能够覆盖约60%的电力消耗。目前,园区内有亚马逊、京东商城、苏宁易购、酒仙网、捷普电子等企业进驻,入驻率达95%以上。

湖北省生态环境厅于2020年9月2日印发了《湖北省近零碳排放区示范工程实施方案》,计划在城镇、园区、社区、校园及商业等五个领域开展试点,但至今仍处于2021-2022年的试点建设阶段。

近日,无锡零碳科技产业园正式揭牌,成为江苏省内首个以零碳为主题的科技产业园。该产业园计划在2025年底前,引进零碳领域科技企业1000家以上,培育能源托管、碳资产管理综合服务平台20个,新增零碳产业从业人员超1万人。零碳园区和低碳城市的建设,已经开始。

国际实践


国际上,碳中和目标在欧洲的推进速度和进度都排在前列。今年4月21日,欧洲理事会、欧洲议会及各成员国议会已就《欧洲气候法》(European Climate Law)达成临时协议,2050年碳中和承诺将被写入法律。

德国的自然资源禀赋与我国较为类似:富煤缺油少气。但德国已于2019年发布了退煤路线图,计划于2038年全部退出煤电。其中,位于柏林的欧瑞府零碳园区是德国能源转型的一个标志性园区,实现了从煤气厂向零碳园区的转型,提前实现了德国联邦政府于2050年减碳80%的目标。上文概述了其在零碳能源方面的实践,而基于能源供给方面的改革,又促成了其在能源需求端零碳目标的实现,包括采用智能化的能源管理系统和电转热/泠设备的零碳建筑、接入电池储能系统和智能充电站的零碳交通等。


与德国的零碳技术系统整合不同,英国将工业园区的零碳建设专注在开发前沿技术,致力于占领氢能和CCS方面的全球领军地位,目标在2030年前实现50亿瓦的低碳制氢、1000万吨的碳捕集。英国计划耗资10亿英镑建立四座基于CCUS技术的工业集群,全部于2030年前建设完毕,并在2040年前设立成净零工业集群。英国伦敦的亨伯工业集群作为英国最大的工业集群,也正在通过使用氢能和CCS建设成为净零碳工业集群。2018年亨伯河和约克郡地区的工业能源消费中煤炭燃料占比15%、天然气36%,而2020年代以内亨伯地区将开发全球首个100%燃氢发电站,以支持间歇性的可再生能源发电,同时搭载CCS来消除天然气燃烧的产碳。


四、结语


零碳工业园的建设可以视作国家从宏观层面到微观层面的战略落地。以低碳试点体系建设为例,2010年以来,中国陆续开展了6个低碳省(区) 和81个低碳城市、51个低碳工业园区、400余个低碳社区和8个低碳城(镇)试点,形成了全方位、多层次的试点体系。而从试点城市的规划来看,其又可能将低碳理念融入校园、社区、医院、工业园等。

当然,工业园作为碳排放的最大单元,其实现零碳的难度和重要性也与之相当。尽管如此,随着居民低碳意识、企业零碳决心、金融机构零碳要求等的提升,市场对于零碳工业园的建设也的确提出了客观需求,我们为之期待。