碳中和是國之大計，推進(jìn)碳達峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟社會(huì )系統性變革，近兩年在水務(wù)環(huán)保領(lǐng)域的探討也越來(lái)越豐富。2022(第七屆)供水高峰論壇上，E20研究院執行院長(cháng)、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)集團的應對策略思考”為題，進(jìn)行了精彩分享。

　　兩分鐘要覽速讀：

　　1. 2020年，我國城鎮供水系統碳排放量超過(guò)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(lái)占3.5%左右，占比雖小，但并不意味著(zhù)現在不值得關(guān)注和采取措施。水務(wù)環(huán)保單體項目的碳排放量較小，但項目數量多，加起來(lái)具有一定的影響作用，適合政府有關(guān)部門(mén)從整體層面對行業(yè)制定統一的監管要求，對其碳排放量和能源消耗進(jìn)行約束，以提升單個(gè)企業(yè)碳減排的動(dòng)力。

　　2. E20研究院認為，碳減排需要從三個(gè)維度進(jìn)行系統考量：政策強度、跟蹤評價(jià)、國際認可。三個(gè)維度必須同時(shí)滿(mǎn)足，某個(gè)領(lǐng)域的碳減排工作才能快速有效的推動(dòng);如果三角缺一甚至缺二，就會(huì )造成該領(lǐng)域的碳減排推進(jìn)過(guò)程受到阻礙，這也正是當前很多細分領(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，再分別對應演化出第二層的四種方式：①提效節能減排、②改變能源結構、③生態(tài)固碳、④技術(shù)吸收。在落地實(shí)踐中，企業(yè)控碳需要找到“突破點(diǎn)”和“切入點(diǎn)”，而現有的能源結構變化需要時(shí)間的積累，這就決定了“提效節能減排”是企業(yè)控碳最常見(jiàn)、最容易實(shí)現、最立竿見(jiàn)影的方式。

　　4. 對產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，碳減排的有效落地，離不開(kāi)商業(yè)模式的進(jìn)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(kāi)交叉分析，找到業(yè)務(wù)對應的位置，在此基礎上，企業(yè)才能提煉出有價(jià)值的商業(yè)邏輯。

　　5. 從長(cháng)遠來(lái)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(gè)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展水平的重要評價(jià)標尺，企業(yè)的技術(shù)路線(xiàn)選擇、管理水平、社會(huì )責任等方面必須遵循正確的價(jià)值方向，才能在市場(chǎng)中獲得持續的競爭優(yōu)勢。一方面，水務(wù)環(huán)保企業(yè)不要對當前的碳市場(chǎng)抱有過(guò)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(lái)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(jìn)碳達峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟社會(huì )系統性變革，近兩年在水務(wù)環(huán)保領(lǐng)域的探討也越來(lái)越豐富。2022(第七屆)供水高峰論壇上，E20研究院執行院長(cháng)、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)集團的應對策略思考”為題，進(jìn)行了精彩分享。

　　E20研究院執行院長(cháng)、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(shí)候，威立雅宣稱(chēng)SEDIF成為了世界上第一家實(shí)現碳中和的自來(lái)水廠(chǎng)，打響了零碳供水方案的“第一槍”，在業(yè)內引起廣泛關(guān)注。那么，自來(lái)水廠(chǎng)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(lái)源于電力消耗。根據年鑒和E20供水研究中心的數據，業(yè)內最關(guān)心的兩個(gè)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(jìn)值分別為179 kWh/km3、248 kWh/(km3·MPa)。據此，我們可以估算出城鎮供水系統的碳排放量(包括制水、輸配水、二次供水環(huán)節，不包括遠距離引調水)。隨著(zhù)城鎮供水總量的穩步提升，碳排放量也隨之逐年增多。2020年，我國城鎮供水系統碳排放量超過(guò)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。因數據來(lái)源和統計口徑不同，這些比例會(huì )略有差異。從中國當前的現狀來(lái)看，發(fā)電和工業(yè)端以及交通部門(mén)是碳排放的主要來(lái)源，農業(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(zhù)不重要，更不等同于現在可以放任自流、不加約束。事實(shí)上，在我國八大碳排放交易試點(diǎn)地區的控排企業(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(lái)水集團、深圳水務(wù)集團、上海城投水務(wù)、重慶自來(lái)水、武漢水務(wù)集團等。另外，也和我們接下來(lái)要談的管理時(shí)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(lái)都不是靠單一技術(shù)因素驅動(dòng)，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 )新驅動(dòng)和突破，同時(shí)后兩者會(huì )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(guān)察和理解，E20研究院認為碳減排需要從三個(gè)維度進(jìn)行系統考量：政策強度、跟蹤評價(jià)、國際認可。三個(gè)維度必須同時(shí)滿(mǎn)足，某個(gè)領(lǐng)域的碳減排工作才能有效推動(dòng);如果三角缺一甚至缺二，就會(huì )造成碳減排推進(jìn)過(guò)程緩慢，這也正是當前很多細分領(lǐng)域面臨困境的原因。其一，政策強度，只有當政策的發(fā)起方以及政策規定本身足夠嚴格、清晰的時(shí)候，碳減排才有充分的約束力;其二，跟蹤評價(jià)，比如，業(yè)內有一個(gè)一直在討論的話(huà)題，說(shuō)污泥做成肥料回歸土壤應該能實(shí)現碳減排，因為理論上土壤的有機質(zhì)得到了增加，植物也獲得了養分，但其實(shí)整個(gè)過(guò)程涉及很多的細分領(lǐng)域和不同的學(xué)科，目前尚未開(kāi)發(fā)出相應的碳核算的方法學(xué)，給跟蹤評價(jià)帶來(lái)了困難;其三，國際認可，像過(guò)去CDM機制很火的時(shí)候，當時(shí)國內很多有碳交易價(jià)格的產(chǎn)品在國際上都能得到快速推進(jìn)，所以，如果我們自己開(kāi)發(fā)的技術(shù)和模式在國際上沒(méi)有成為主流，就會(huì )限制它的商業(yè)價(jià)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(lái)說(shuō)，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(lái)不確定性的影響;其次，簡(jiǎn)單，管理、評估、或者選擇技術(shù)方向的選擇上相對簡(jiǎn)易、明了;再次，能實(shí)現較好的減碳效果。顯然，在當前的條件下，三者同時(shí)達到非常困難。例如，現在很多在設備選型時(shí)傾向于選擇流量和揚程偏大的水泵，用這個(gè)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(jiǎn)單，由此帶來(lái)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(shí)實(shí)現“安全-簡(jiǎn)單-減排”三角，還需要從系統的升級、管理的迭代、智能的應用等多方面持續發(fā)力。

　　下面，我們展開(kāi)探討一下碳減排三角在供水領(lǐng)域中的具體體現和面臨的挑戰，對應三角中“兩兩交集，但另一要素無(wú)法滿(mǎn)足”的情形。

　　首先，碳排放計算規則不統一。當前，大多數中國碳排放數據庫只統計了CO2排放量，沒(méi)有包括CH4、N2O、氟化氣體，使得碳排放的計算并不全面。同時(shí)，碳排放的測算方法有很多種，①全生命周期評價(jià)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(gè)細分行業(yè)的碳排放量究竟有多少，每個(gè)研究機構的測算都不盡相同，而這些底層的數據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(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(kāi)發(fā)收益較低，對應的程序卻相對繁瑣，折算下來(lái)碳交易的成本較高，導致市場(chǎng)上缺乏快速推進(jìn)的動(dòng)力。另一方面，當前的碳交易還處于試點(diǎn)探索階段，存在領(lǐng)域分割和地域分割的現象，也就限制了交易的范圍和規模。例如，不同地區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(jìn)行說(shuō)明。此外，碳排放和碳交易的定價(jià)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(zhù)時(shí)間的推進(jìn)和減碳的深入，當市場(chǎng)運行機制更加健全之后，可能會(huì )走向競拍的模式。當然，這些都需要一個(gè)發(fā)展過(guò)程。

　　第三，現有降碳政策的力度還不充足，沒(méi)有形成剛性的要求和約束。展開(kāi)來(lái)說(shuō)，目前的各項政策并未對碳排放量進(jìn)行限制，或者給出直接的減碳指標，比如近期下發(fā)的《城鄉建設領(lǐng)域碳達峰實(shí)施方案》(建標〔2022〕53號)，對于供排水、污水處理、生活垃圾處理領(lǐng)域的目標任務(wù)均是通過(guò)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(lái)體現的，還未轉化成對減碳的強制性要求，也沒(méi)有對技術(shù)方向的選擇提供一些指引和參考。預計還需要一定的時(shí)間讓政策制定者接收到產(chǎn)業(yè)的反饋。隨著(zhù)高耗能行業(yè)低碳轉型的有序推動(dòng)，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，但項目數量多，加起來(lái)具有一定的影響作用，適合政府有關(guān)部門(mén)從整體層面對行業(yè)制定統一的監管要求，對其碳排放量和能源消耗進(jìn)行約束，以加速推動(dòng)本行業(yè)碳減排的落地進(jìn)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提效節能減排、②改變能源結構、③生態(tài)固碳、④技術(shù)吸收四種方式。在落地實(shí)踐中，企業(yè)控碳需要找到“突破點(diǎn)”和“切入點(diǎn)”，而現有的能源結構變化需要時(shí)間的積累，這就決定了“提效節能減排”是企業(yè)控碳最常見(jiàn)、最容易實(shí)現、最立竿見(jiàn)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(wèn)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(lái)，隨著(zhù)清潔能源面臨的挑戰(公共管理、自然條件、發(fā)電規模、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(huì )大幅提升。生態(tài)固碳方面，森林碳匯對于碳排放總量來(lái)說(shuō)是遠遠不夠的，好比“杯水車(chē)薪”，目前只能作為一種補充手段;而海洋碳匯,人類(lèi)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(jìn)一步研發(fā)和孵化。

　　回到開(kāi)篇威立雅零碳供水的案例，其實(shí)就是通過(guò)前三條路徑實(shí)現的：降低能耗藥耗、清潔能源替代、植樹(shù)造林補充。

　　我們再來(lái)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，大部分都跟節能降耗密切相關(guān)。

　　在水源環(huán)節，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(shí)，引入再生水、雨水、海水等非常規水源，從系統的角度滿(mǎn)足用水需求。對于引調水工程，通過(guò)合理的規劃盡可能減少不必要的建設和投入，以降低碳足跡。在水廠(chǎng)環(huán)節，可以有針對性的選擇高效低碳節能的工藝進(jìn)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，能耗在全流程中占比更大，是供水系統降碳的重中之重。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)內也在積極探索加強城市管網(wǎng)的貯水和調蓄功能，使其既滿(mǎn)足高峰時(shí)期的用水量，也能起到穩定水壓、緩沖水質(zhì)變化的作用，并同步實(shí)現減少電耗的要求。同時(shí)，控漏節水技術(shù)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(hù)端，特別是一些分散式和小型化供水的場(chǎng)景，綠色高性能無(wú)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(lái)講，太陽(yáng)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(lái)受到越來(lái)越多水廠(chǎng)的青睞。分布式光伏發(fā)電裝置可以安裝在水廠(chǎng)閑置空間、建筑物屋頂，大大提高了水廠(chǎng)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(yáng)光，防止藻類(lèi)生成。同時(shí)，光伏發(fā)電能直接降低水廠(chǎng)用電成本，甚至在未來(lái)有可能開(kāi)發(fā)成CCER項目，通過(guò)賣(mài)碳指標獲取一定的收益。

　　盡管光伏發(fā)電的優(yōu)勢顯著(zhù)，但在自來(lái)水廠(chǎng)的實(shí)際應用中還存在一些值得注意的問(wèn)題。一是水廠(chǎng)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(chǎng)的水泵和電機多，電網(wǎng)環(huán)境較差，瞬時(shí)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(shí)，近10年來(lái)，光伏發(fā)電項目單位千瓦平均造價(jià)已經(jīng)下降了75%左右，現階段，光伏發(fā)電的價(jià)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(jià)格，為什么光伏發(fā)電仍未得到大規模應用?主要有并網(wǎng)成本、發(fā)電規模、自然條件、儲能成本等原因，還需交給時(shí)間來(lái)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(guò)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)衛等領(lǐng)域。接下來(lái)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(jìn)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(chǎng)內的碳減排主要包括運行過(guò)程的節能降耗、建設過(guò)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(kāi)發(fā)和應用;而廠(chǎng)外的碳減排重點(diǎn)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(guò)多展開(kāi)，只簡(jiǎn)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的污水廠(chǎng)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定，設備傳熱性好，而且具有不俗的能耗表現。數據表明，水源熱泵要比電鍋爐加熱節省2/3以上的電能，比燃料鍋爐節省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(lái)說(shuō)，供水的水質(zhì)優(yōu)于污水，熱泵運行會(huì )更加穩定，為什么目前在自來(lái)水廠(chǎng)沒(méi)太見(jiàn)過(guò)水源熱泵呢?原因還是歸結為前面提到的安全問(wèn)題。供水對安全非常敏感、要求極高，溫度波動(dòng)對于水質(zhì)帶來(lái)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)內對于水源熱泵在供水領(lǐng)域的應用顯得十分謹慎。

　　企業(yè)通常有很多業(yè)務(wù)方向，為了預判哪些細分領(lǐng)域會(huì )優(yōu)先推進(jìn)碳減排，哪些領(lǐng)域會(huì )滯后，E20研究院制作了如上圖所示的二維矩陣進(jìn)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(chǎng)發(fā)電是會(huì )被優(yōu)先推進(jìn)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(zhù)優(yōu)先級更高的問(wèn)題被逐步解決，它們也會(huì )得到更多的驅動(dòng)和推進(jìn)。

　　中長(cháng)期來(lái)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(cháng)為碳達峰碳中和的主力軍。據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(guò)73%。有研究表明，在四種實(shí)現碳中和的路徑中，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(yáng)能資源充裕。這充分說(shuō)明，太陽(yáng)能將在實(shí)現碳中和的過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用，這也是為什么我們在前面重點(diǎn)提及光伏發(fā)電的原因。

　　同時(shí)，展望未來(lái)碳中和時(shí)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(wèn)題，需要關(guān)注并發(fā)揮能源的地區優(yōu)勢。比如，以胡煥庸線(xiàn)作為分隔線(xiàn)，西北地區的太陽(yáng)能和風(fēng)能非常富足，可以充分利用;東南沿海地區可大規模提升陸上風(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，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，對產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，碳減排的有效落地，離不開(kāi)商業(yè)模式的進(jìn)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(kāi)交叉分析，找到業(yè)務(wù)對應的位置，從而幫助企業(yè)提煉出有價(jià)值的商業(yè)邏輯。如圖所示，橫軸分別代表通過(guò)直接的行政管控或者通過(guò)價(jià)格機制來(lái)實(shí)現行業(yè)管理;縱軸則表明了商業(yè)機會(huì )的獲取途徑，是從政府授權獲得區域化的壟斷還是要參與充分的市場(chǎng)競爭。當然，不少領(lǐng)域兼具兩者的屬性，每個(gè)領(lǐng)域的位置也并非一成不變，例如：儲能會(huì )隨著(zhù)新型儲能價(jià)格機制的建立，變得更加活躍;公用事業(yè)的節能降碳會(huì )隨著(zhù)政策的明確獲得更大的發(fā)展。

　　在最后，薛濤表示，從長(cháng)遠的角度來(lái)看，碳排放將成為衡量一個(gè)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展水平的重要評價(jià)標尺，企業(yè)的技術(shù)路線(xiàn)選擇、管理水平、社會(huì )責任等方面必須遵循正確的價(jià)值方向，才能在市場(chǎng)中獲得持續的競爭優(yōu)勢。同時(shí)，碳減排納入環(huán)境監管后，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)一方面不要對當前的碳市場(chǎng)和碳減排收益抱有過(guò)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(lái)的行業(yè)變化有所準備。