薛濤：碳減排三角下，地方水務集團的應對策略思考
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，近兩年在水務環(huán)保領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、湖南大學兼職教授、華北水利水電大學客座教授薛濤以“碳減排三角下，地方水務集團的應對策略思考”為題，進行了精彩分享。
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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)在不值得關注和采取措施。水務環(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，就會造成該領域的碳減排推進過程受到阻礙，這也正是當前很多細分領域面臨困境的原因。
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改變能源結構、③生態(tài)固碳、④技術吸收。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)有的能源結構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)務對應的位置，在此基礎上，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”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尺，企業(yè)的技術路線選擇、管理水平、社會責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，水務環(huán)保企業(yè)不要對當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，近兩年在水務環(huán)保領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、湖南大學兼職教授、華北水利水電大學客座教授薛濤以“碳減排三角下，地方水務集團的應對策略思考”為題，進行了精彩分享。
E20研究院執(zhí)行院長、湖南大學兼職教授、華北水利水電大學客座教授 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)最關心的兩個能耗指標：“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、深圳水務集團、上海城投水務、重慶自來水、武漢水務集團等。另外，也和我們接下來要談的管理時序和管理策略相關。
02剖析碳減排三角
正如市政環(huán)保領域的發(fā)展從來都不是靠單一技術因素驅(qū)動，而是在公共管理的壓力之下，技術和商業(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，這也正是當前很多細分領域面臨困境的原因。其一，政策強度，只有當政策的發(fā)起方以及政策規(guī)定本身足夠嚴格、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域和不同的學科，目前尚未開發(fā)出相應的碳核算的方法學，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。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，在當前的條件下，三者同時達到非常困難。例如，現(xiàn)在很多在設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域中的具體體現(xiàn)和面臨的挑戰(zhàn)，對應三角中“兩兩交集，但另一要素無法滿足”的情形。
首先，碳排放計算規(guī)則不統(tǒng)一。當前，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(以及水務環(huán)保)業(yè)務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，對應的程序卻相對繁瑣，折算下來碳交易的成本較高，導致市場上缺乏快速推進的動力。另一方面，當前的碳交易還處于試點探索階段，存在領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，當市場運行機制更加健全之后，可能會走向競拍的模式。當然，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，比如近期下發(fā)的《城鄉(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》(建標〔2022〕53號)，對于供排水、污水處理、生活垃圾處理領域的目標任務均是通過提高基礎設施運行效率、減少浪費、提升資源重復利用率的角度來體現(xiàn)的，還未轉化成對減碳的強制性要求，也沒有對技術方向的選擇提供一些指引和參考。預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)低碳轉型的有序推動，水務環(huán)保產(chǎn)業(yè)的碳減排也將逐漸被提上議事日程。水務環(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改變能源結構、③生態(tài)固碳、④技術吸收四種方式。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)有的能源結構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、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，能源結構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。技術固碳方面，比如碳捕獲、封存技術(CCS)以及碳捕獲、利用與封存技術(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，不同顏色對應前面講的路徑選擇，混色代表采用復合路徑，不難發(fā)現(xiàn)，大部分都跟節(jié)能降耗密切相關。
在水源環(huán)節(jié)，注重環(huán)境修復、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)水技術的研究以及智慧化管理的加強、管網(wǎng)結構的優(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。
從優(yōu)化能源結構的路徑來講，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地方水務集團減碳策略思考
對于地方水務集團而言，供水只是其業(yè)務范疇的一部分，不少企業(yè)也通過產(chǎn)業(yè)鏈的延伸將業(yè)務拓寬至污水處理、垃圾焚燒、環(huán)衛(wèi)等領域。接下來我們就看看在這些領域的降碳措施，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)。
首先是污水處理領域，廠內(nèi)的碳減排主要包括運行過程的節(jié)能降耗、建設過程中的碳減排、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用。水源熱泵的熱交換溫度全年較為穩(wěn)定，設備傳熱性好，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域的應用顯得十分謹慎。
企業(yè)通常有很多業(yè)務方向，為了預判哪些細分領域會優(yōu)先推進碳減排，哪些領域會滯后，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，我國能源結構將發(fā)生巨大的變化，可再生能源將從低碳轉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)模提升陸上風能和海上風能的能源效益;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)務對應的位置，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，是從政府授權獲得區(qū)域化的壟斷還是要參與充分的市場競爭。當然，不少領域兼具兩者的屬性，每個領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尺，企業(yè)的技術路線選擇、管理水平、社會責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，很可能對水務環(huán)保企業(yè)提出更高的要求。因此，水務環(huán)保企業(yè)一方面不要對當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)變化有所準備。