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产业园区的碳中和之路

目前全国各类产业园区超2万个,园区经济对全国经济贡献的增长率已经超过30%。 [1]其中,工业园区的能耗甚至占到全社会总能耗的70%,碳排放占全国总排放约31%,园区已成为精准减排的关键落脚点、主战场。 [2]

1. 什么是产业园区

产业园区是指为促进特定行业或产业的发展,集中规划建设一定面积的园区,以提供高效的生产、经营和服务条件为目的的经济开发区域。产业园区通常由政府或企业、开发商等组织筹建,包括工业园区、科技园区、文化创意产业园区等类型。产业园区内通常设有标准化的厂房、办公楼、公共设施、配套服务等,以满足企业的各种需求,同时也为企业提供政策、技术、信息等方面的支持和服务,以促进企业的发展和创新。产业园区在促进产业发展、推动经济增长、提高区域竞争力等方面具有重要作用。

当前的产业园区通常具有以下特点:

(1)集聚优势资源:产业园区的建设方通常会为企业提供现代化的基础设施和服务,如供水、供电、通讯等,以及各种管理和技术支持服务,以提高企业的生产效率和竞争力。

(2)专业化布局: 产业园区的建设方会按照产业特点进行区域划分和规划,将同行业的企业布置在一起,以便共享资源、技术和市场信息,形成产业集群,提高整体竞争力。

(3)耗能高、能效低:产业园区由不同的产业聚集形成的,能源组成多元化,且运用相对分散。造成综合能耗相对较高,且能耗转化成生产效率较低,碳排放量大。

2. 产业园区的分类

自1979年,我国第一家产业园区——深圳蛇口工业区的建立拉开了我国产业园区建设的序幕。40多年来,由于不同行业、地区的发展需求,力求为各产业的研发、拓展、供应链搭建提供了有利条件。

因此衍生出了多种多样的产业园区类型:

(1) 工业园区

以生产制造为主体的园区,主要建筑多以车间、厂房及配套用房组成。该类产业园区多耗能高,且能耗组成相对多元化。

此类产业园区是所有类型中碳排放量平均值最高的园区类型。除了生产线设备的大量耗能之外,部分工艺制造流程中还会有二氧化碳排放,以及污染物排放物处理都会对整个园区的碳排放量产生影响。园区内蒸汽、原油、电、水、煤、天然气等能耗来源的复杂组成为降碳策略的规划和实施带来了更多挑战。

因此,工业园区是产业园区节能减排工作中的重点改造提升对象。

(2) 物流园区

主要建筑多以仓库为主,主要面向仓储、运输、口岸的信息化管理和服务的需求。该类型园区一般建筑面积大,能源构成简单(主要为设备耗电和运输能耗)为主要特点。园区本身能耗量相对于场地面积而言并不高,且通过对分拣设备能效比的提升及智能化能源管理可进一步降低园区本身的能耗量,大面积的屋面为光伏板的铺设提供了有力条件。

因此物流园区是当下作为示范首先实现零碳园区的最好载体。目前在江苏太仓,陕西西安,山东沈阳等地均有零碳园区建成使用。

(3) 商办园区

商办型园区是以办公、会议、或某一研发产业为核心,延展宾馆、商业等功能作为陪她的园区类型。该类园区的能源来源主要为电、天然气为主。能源结构简单,但由于对舒适度的要求相对较高。因此园区低能耗阈值较高,通常需使用清洁能源及碳抵消的形式,才能达到“净零碳园区”的目的。

(4)综合园区

综合园区包含生产制造型园区、物流仓储型园区和商办型园区三种形态在内的大型综合性的园区。该类园区因其功能构成复杂,对前期零碳综合规划,及后期智能化管理的要求更高。该类园区也是继工业园区之后,改造需求量较大的园区类型。

3. 当双碳遇见产业园区

中国碳排放主要来源于能源电力、建筑、工业生产、交通运输、农业等领域,其中:能源电力占比最大,为40%左右;其次是建筑领域,占比超20%;工业生产、交通运输、农业领域各自占比为5%~10%。园区的碳排放结构与全国碳排放结构类似,主要集中于上述领域。 [3]因此产业园区的降碳路径可以看成是未来国家降碳路径的预演。另一方面,2022年因为高耗能而拉闸限电,严重影响了各个园区的正常活动和生产,为止步不前的高碳排放园区敲响了警钟。

(1)双碳目标下的政策推动

2021 年“十四五”规划明确提出3060“双碳”目标,工业园区通过污染物减排和碳减排协同管理实现碳达峰,这不仅是对工业园区建设及运营质量的要求,也是工业文明建设的重要起点和实施国家温室气体减排计划的重要途径。 [4](表1)

地方政府在国家双碳“1+N”政策的基础上,针对低碳、零碳园区创建、园区转型改造等内容进行进一步的政策推进。

天津2023年在《政府工作报告》中提出鼓励“零碳”产业园区建设,促进绿色转型发展。民革市委会建议,天津市有条件的区域应以“零碳”园区建设作为推动园区低碳发展,实现“双碳”目标的重要抓手,积极探索“零碳”园区建设在顶层设计、能源结构、产业结构、基础设施、政策体制等方面的实现路径;四川省也相应出台《近零碳排放区试点建设工作方案(试行)》要求建成20个左右近零碳排放园区。

(2)零碳园区优惠政策

除了零碳园区相关的政策文件的引导,通过优惠政策推动零碳园区的创建也是“双碳”顶层设计中的重要一环,提高了市场的积极主动性,推动了零碳产业园区的快速发展。(表2)

4. 创建零碳园区面临的挑战

从高耗能园区到零碳园区的转型,在节能降碳技术高速发展的今天,依然面对诸多难题和挑战。一方面,顶层设计暂未形成可行的规划路径,无法提供具体的园区降碳策略 [5];另一方面,供电系统碳排放强度、工业制造产线碳排放、建筑隐含碳及园区交通碳排放四大板块本身现状为零碳园区的创建带来了诸多挑战。

(1) 园区供能

新建产业园区虽然可以做到高比例的设备电气化,但园区供电结构仍以燃烧煤炭的火力发电为主,新能源电力占比不高,导致电力领域的碳排放居高不下。2020年采用电网供电的园区67.8%的电力供应依然依靠化石能源,园区已经成为重要的碳排放载体。

(2) 生产活动

工业生产领域的碳排放主要包括3个方面:一是来自原料生产过程,如作为水泥生产原料的石灰石和合成氨过程中使用的天然气; 二是来自工业生产中高温加热的燃料燃烧,如生产工业蒸汽所用的煤炭或天然气;三是来自用于生产中间产品、低温供热等化石燃料。 [1]

(3) 造价成本

园区在推动中国实体经济发展和城镇化发展中发挥了关键作用,是支撑制造强国战略的主战场。 [6]但因创建零碳园区可能造成超额的成本投入而大大影响了园区的投资回报周期则会与产业园区促进经济发展的初衷背道而驰。

产业园区的生产过程中的总碳排放控制,能源本身的碳排放强度控制和零碳技术降本是我们在接下来里零碳园区创建中的主要技术难点,也将是未来的突破点 [6]

5. 如何从容的跟上碳中和的步伐

产业园区作为一个综合化的聚集群体,由于它本身构成的复杂性决定了碳排放构成的多元化。从顶层设计的整体规划到建设运营,在满足产业园区自身发展需求的基础上有条不紊的实现零碳是当前所有零碳园区创建的最终目标。

(1)零碳整体规划

在设立零碳目标之后,需要进行碳中和路径规划以实现该目标。在路径规划的前期,高效实现零碳园区是根本武器。零碳路径包括节能减排技术措施、清洁能源利用和综合能源利用。首先进行诊断规划,以确定零碳目标和线路图。对于现有园区的零碳化改造,需要针对现有产业结构,构建碳核算模型,进行全量碳数据汇总,做出针对的分期减碳方案,以确保减排目标切实可行。

零碳园区路径规划方案不仅是作为零碳园区创建过程中的导则,也是作为投资成本控制的第一步,也是最有效的一步。顶层设计的完整性和经济性,一方面可将因碳中和造成的成本增量做早期控制和预测,另一方面也为后续因碳中和政策缩紧和生产活动变化或增加可能产生的碳泄漏风险做防控预案,尽量降低超额造价的可能性。

(2)节能降碳方案

为优化产业结构,推广碳友好技术,优化产业链,制定符合实际情况的产业优化计划,结合零碳园区自身具备的能源转型、应用转型、数字化转型三大核心能力,科学选择碳中和路径,制定分年度、分领域的详细减排时间表,形成精细化的碳排放控制方案。

为此,需要淘汰过时的生产能力,避免引入高能耗、高污染、高碳排放的项目和企业进入园区。同时,需要利用低碳设备、技术和材料进行技术改造和设备升级,提高能源效率,促进园区高耗能行业转型升级。此外,我们应当引入新能源、节能环保等新兴产业,从源头上构建绿色低碳发展屏障。

根据园区的碳排放峰值行动计划,根据零碳目标的规划,完善空间布局,加强低碳基础设施建设。通过适用性强的碳捕捉技术,严格控制生产过程中的二氧化碳排放泄露。

(3)综合能源管理

为了更好地减少电网及其他化石燃料的使用量,可以采取多种措施来实现。首先,可以通过前期零碳规划和园区设计结合,预留充足的空间和条件来安装清洁能源设施,例如太阳能光伏板和风力发电机。这样可以大大减少对电网和化石燃料的依赖,从而降低碳排放和环境污染。此外,在电网碳排放强度相对较高的当下,这是至关重要的一步。

除此之外,在产业园区的日常生产活动中采用余热回收的再利用手段,将废热转化为能源,以达到节能减排的目的。这不仅可以有效地减少碳排放,还有助于缓解能源压力,提高产业园区的可持续性。此外,还可以积极探索其他形式的可再生能源,例如水能、地热能等,以进一步推动产业园区的低碳化进程。产业园区可预留未来可以建立天然气、氢能应用设施,实现热电联产、区域电力调峰,从而助力园区实现“碳中和”。

(4)产业园区零碳监测管理平台搭设

数字技术的融合发展,如云计算、移动互联网、大数据、5G等,正在改变各产业链的管理、运行、生产、传输模式,促进绿色低碳转型。

数字化赋能是建设零碳智慧产业园区的必由之路。在当前全球气候变化的背景下,各国纷纷提出了减排目标。作为承担大量温室气体排放的产业园区,实现减排和低碳化对其发展至关重要。因此,产业园区推行数字化技术已经成为发展趋势。

通过数字化管理平台,可以帮助产业园区构建碳监测体系和运营期间能源管理平台。区块链技术则可以通过链上加密存储园区相关数据,有效监管碳排放、碳资产数据,解决园区企业碳额度分配监督等问题。大数据、人工智能等数字技术的应用,能够提高园区碳排放数据的准确性,有助于园区管理者通过在线监测的方式,更加精准地进行碳排放核算,从而支撑碳核算体系运转。

(5)标准认证体系

目前,全球各地已经出现了许多“零碳园区”评价标准和体系,其中包括上海的《零碳园区创建与评价技术规范》《低碳/零碳产业园区建设指南》,以及海外的一些净零碳园区评价体系。

这些标准为零碳产业园区的创建提供了可量化的标准,并适用于大部分类型的产业园区。这些标准体系作为第三方认证了产业园区零碳目标达成的真实性和可靠性,为其零碳园区的身份做背书。

此外,随着全球关注气候变化的程度不断加深,零碳园区的标准也会日益优化完善,策略更普适化,造价更经济化。未来还会有更多的标准和体系出现,以满足不同地区和不同产业的需求。

6. 结语

零碳园区在“双碳”目标的推动下已不再是一个空口的噱头。

各地政策的推动,全球金融层面的ESG趋势、2026年欧盟碳关税的全面起征都敦促这产业园区的低碳转型的快速落地。目前全国已有多个零碳工业园区,零碳商办园区和零碳物流园区的示范工程建成。产业园区的碳中和势在必行,通过零碳路径的精细规划、严格的落地实施、系统化的运营管控零碳园区的实现将成为未来的产业园区的标配。

参考文献:

[1] 陈晓娟,朱赞.“双碳”背景下低碳园区的发展模式研究[J],大众用电,pp.30-32, 2022.10.

[2] 朱妍.将高标准打造绿色低碳园[J], 中国能源报, p. 019, 2022.02.

[3] International Energy Agency.IEA Report 2022[R], 2022.

[4] 朱曙光.工业园区“零碳”目标达成路径思考[J],上海国资, 编号268, pp. 95-97, 2023.

[5] 陈晓琳,张体强,张宇宁.双碳背景下零碳商务办公园区实施路径研究[J], 四川化工, 卷25, 编号5, pp. 56-58, 2022.

[6] 田金平,桑晶,陈亚林,陈吕军.工业园区综合能效提升现状、挑战与展望[J], 中国能源, 编号 08, pp. 20-26, 2022.

[7] 丁仲礼,张涛.碳中和逻辑体系与技术需求[M], 科学出版社, 2022.

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