工业园的零碳趋势：一文说清如何建设零碳产业园区

导读：

随着温室气体浓度的不断增加，气候变化已成为21世纪全人类共同面对的严峻挑战之一。对此，全球各国纷纷采取气候变化应对行动、制定碳减排目标，“碳达峰、碳中和”已逐渐成为全球议题。工业园区作为工业集聚载体，排放量巨大，因此工业园区实现低碳/零碳是达到3060目标的重要环节。

零碳工业园发展背景

1、“碳达峰、碳中和”已成为全球议题

表1：全球碳达峰、碳中和关键事项进程

资料来源：前瞻产业研究院整理

“碳达峰”方面，截至2020年，全球已有54个国家的碳排放实现达峰，占全球碳排放总量的40%;“碳中和”方面，不丹和苏里南已实现了“碳中和”，同时已有29个国家和地区通过颁布政策或立法的方式做出了“碳中和”承诺。预计2021年末，占全球碳排放量65%以上、占全球经济总量70%以上的国家将作出“碳中和”承诺。

图1：全球已经实现“碳达峰”的国家统计

资料来源：前瞻产业研究院整理

图2：全球主要国家(地区)“碳中和”目标时间表

资料来源：前瞻产业研究院整理

2、全国各地积极响应“双碳”目标

自2020年10月我国首次明确碳达峰、碳中和目标以来，国务院、国家发展改革委等部门抓紧研究出台相关政策措施，积极推动经济绿色低碳转型和可持续发展;地方层面，全国各省市陆续表示将落实中央部署要求、制定实施碳排放达峰行动方案;企业层面，部分大型国企、民企、科技企业纷纷表态，其中，国家电网于2021年3月发布了《碳达峰碳中和行动方案》。

2021年，科技部正抓紧研究制定《科技支撑碳达峰碳中和行动方案》。《方案》立足于科技创新，充分发挥科技创新对碳达峰碳中和目标实现的支撑引领作用。2021年上海市、福建省、江苏省、广东省、天津市、北京市、河北省等省市，均在其《十四五规划纲要》或《2021年政府工作报告》中提出了将制定实施碳排放达峰行动方案。

3、工业园逐步向零碳趋势发展

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、零碳工业园。

表2：工业园减排转型路径

资料来源：前瞻产业研究院整理

零碳技术应用

“零碳”技术是实现能源供给结构转型的关键技术，其中既包括零碳电力技术，也包括零碳非电能源技术。一方面，以零碳电力技术-新能源发电技术为起点，实现对化石能源的大比例替代，从源头“减碳”;其次，通过零碳非电能源技术-储能技术，提升新能源电力的利用率，并贯穿运用于发电侧、输电侧和用户侧;同时，创新研发并推广制氢技术，助力构建多元化清洁能源供应体系。

图3：“碳中和”愿景下的能源供给体系

资料来源：前瞻产业研究院整理

1、零碳新能源技术

新能源发电技术包括：风力发电、太阳能发电、核能发电等技术。据预测，随着清洁能源发电技术的不断成熟和发电成本的下降，新能源及可再生能源技术将有潜力促进中国约50%的人为温室气体排放“去碳化”，是中国实现“碳中和”目标中最重要的技术。目前，包括新能源在内的非化石能源消费占比仍然较低，预计到2035年，将提升至40%。

图4：中国能源消费结构预测

资料来源：国网能源研究院 前瞻产业研究院整理

根据《绿色技术推广目录(2020年)》及相关规划，风能、太阳能发电技术是“零碳”技术的发展重点。

表3：绿色技术推广目录(2020年)—新能源发电领域

2、零碳储能技术

储能技术是支撑我国大规模发展新能源、保障能源安全的关键技术之一。目前，抽水储能技术是发展最成熟、建设规模最大的蓄能方式;以锂电池为代表的电化学储能技术已经初步进入商业化、规模化应用。根据“十四五”国家“储能与国家电网技术”重点专项，应用在可再生能源、智慧电网领域的新型储能技术将成为研发、应用重点。

图5：不同储能技术的特点及应用现状

3、能源互联网技术

由于风、光等资源特性，新能源出力存在随机性和波动性，当新能源出力超过系统调节范围时，必须控制出力以保证系统动态平衡，就会产生弃风、弃光现象，而攻破这一难题是现代电力系统的发展趋势之一，能源互联网、综合能源系统、智能电网都是热点研究方向。由于智能电网依然遵循了传统电网的调度控制模式，而综合能源系统的本质是一种面向应用的综合系统，能源互联网或成为解决“新能源充分利用问题”的重要方向。

能源互联网是以互联网技术为基础，以电能为主体载体的绿色低碳、安全高效的现代能源生态系统。遵循信息互联网原则，能源互联网可以若干个能源子网，所有的能源网络可以独自以自己的能源形式在各自的资源网络中实现能源传输与共享能源互联网的体系由下至上可以分为能源层、网络层和应用层：

图6：能源互联网架构图

4、CCUS技术

碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage，简称CCUS)，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存。

图7：CCUS技术流程示意图

图8：CCUS技术应用梳理

零碳工业园实施路径

1、政策体系支撑

搭建系统化、规范化、标准化的工业园区温室气体排放核算方法和工具包，基于生命周期方法开发并编制工业园区温室气体核算框架与实施细则，开发在线核算工具包。推动工业园区碳达峰，首先需要解决核算方法的可行性、核算范围的一致性、核算结果的可比性，为此可将能源相关的温室气体排放作为首要核算对象，形成直接排放和间接排放核算的标准性工具方法，进而在全市范围内选择一批工业园区开展温室气体核算试点，为后续全面深化工业园区温室气体减排工作提供基础。

制定工业园区零碳发展分类指导路线图。针对不同园区，依据园区资源禀赋、产业特点等制定符合园区零碳发展的行动线路图，支撑园区深入打好污染防治攻坚战和绿色低碳、零碳转型。将全市园区按照绿色发水平、经济规模、主导产业、基础设施建设状况等属性进行分类分级，明确各园区低碳、零碳转型的行动重点。

开展碳达峰示范试点园区建设。结合当前正在开展的国家生态工业示范园区、绿色园区、循环化改造试点园区等项目，建议各部门之间深化协作，选择一批绿色发展基础好、产业体系优势足、低碳达峰意愿强、经济实力有保障的工业园区，从全生命周期温室气体核算、定制化碳达峰路径规划等方面开展示范试点，并争取给予专项资金支持，在十四五期间形成一批低碳、零碳示范园区。

2、零碳产业支撑

(1)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。

实现零碳能源的路径包括：1)在能源端：整合工业园工商业屋顶和立面资源，推进建筑光伏应用;根据园区资源禀赋，推进风能发电利用;加快工业副氢收集再利用。2)在电网端：采用具备灵活性的电力系统来调节峰谷，利用BMS和EMS技术，加强对电力控制，提高电能使用效率和平稳度。3)在储能端：发展多种方式的储能，如机械储能、电化学储能、化学储能等，以储存光能和风能发电过剩的能源。

(2)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。

3、实施零碳建筑的路径：

(1)源头减量：在建筑设计阶段就应融合节能低碳理念，进行设计优化，促进建筑整体节能水平提高，从楼体设计、建材选择、低碳技术运用三个方面入手。首先，设计建筑楼体和立面造型时，应考虑到地理位置，自然环境等因素，充分利用光照和通风条件，尽可能减少后续能源需求;其次，在选择建材料时，应尽可能使用在力学性能、耐久性和耐腐蚀性方面表现更加突出的新型、高性能环保建材;最后，也要考虑到低碳节能技术的应用，比如清洁能源和智能集成系统。

(2)能源替代：以可再生清洁能源替代传统化石能源系统，减少商业建筑电力消耗产生的碳排放，利用光伏建筑一体化技术助力工商业建筑电力实现“自产自用、余电上网”;利用天然地热能供暖和制冷，减少碳排放。

(3)节能提效：工商业建筑节能提效是指在商业建筑全生命周期中，采用物联网等技术手段升级商业建筑管理模式，使工商业建筑运行更加节约电力、热力等能源。如商业建筑中的酒店、商业综合体和办公楼、工业厂房等均可通过更加智能化的控制实现节能减排，即使未运用被动式节能建筑或BIPV建设的房屋，也可以通过升级运营的方式实现建筑节能。提效则是应用云计算、人工智能监测运维过程，提高商业建筑运维单位能效。运维在整个商业建筑生命周期内持续时间最长，占到80-90%以上，存在巨大节能提效空间。

(3)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：

(1)一是公交车的100%电动化;

(2)二是推广公共自行车服务及电动汽车租赁服务;

(3)三是加快智能交通基础设施和信息系统建设。

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来源 | 前瞻产业研究院

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