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摘要：以某工业园区为场景，通过分析诊断能流和碳排放情况，提出了控总量、调结构、碳交易、碳技术总体减碳思路，并根据资源禀赋，能源系统投资经济性、低碳技术更新提升时间等多重因素，制定了逐步实施的减碳方案，助力园区2025年碳达峰，2040年碳中和
关键词：能流;碳排放;传输和转换损失;能源结构;碳交易;碳技术
0 引言
中国能源消费以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，是全球最大的二氧化碳排放国，2019年二氧化碳排放量占全球总排放量的29.4%[1]。
2020年9月，习近平主席在第75届联合国大会率先提出我国2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标，12月在气候雄心峰会进一步宣布提升国家自主贡献的一系列新举措，得到国际社会高度赞誉和广泛响应。
“十四五”期间是“碳达峰”的关键期和窗口期，去年9月以来，全国尤其是京津冀、长三角、粤港澳大湾区等已经积极行动起来，江苏省更是提出要在全国率先实现“碳达峰”。本文以苏州市某工业园区为例，通过分析园区用能和供能情况，基于零碳的目标，提出了可实施的能源解决方案，為园区建设清洁低碳的供能系统，实现“两碳”目标指明了方向。
1 研究对象
该工业园区位于苏州市吴江区太湖新城内，总体规划面积4.67km2，目前土地利用已接近饱和。园区共有企业196家，规上企业52家，主要以智能制造、化学化纤、纺织印染、环保材料等产业为主;同时建有少量公建、交通设施。
2 能源系统诊断
2.1 用能分析
通过调研该园区各行业用能数据，统计各行业的电、热、冷、压缩空气等二次能源如下表1 苏州某工业园区各行业二次能源消耗统计表所示：
对统计数据分析整理得出园区各行业用能及各二次能源情况，如图1所示：
通过对园区各行业用能情况分析，基本可以得出以下结论：
1）园区各行业中，能源消耗主要集中在工业企业，公建和交通伴随少量能源需求;工业企业中，纺织业、化纤化学制品、食品业和智能制造业能源消耗最大，占比超过70%;
2）园区二次能源中，用户需求主要集中在热和电力方面，其中热的占比接近60%;纺织业、化纤化学制品、食品业三个行业的热需求占园区总体热需求的比例接近80%。
2.2 能源系统分析
根据园区能源结构、主要能源设施和统计能源数据，绘制了园区现状的能流图，如图2所示：
从园区现状能流图可以看出：
1）园区整体能源结构中化石能源占比高、可再生能源比例小：
（1）园区电力主要由市政电力提供，只有少量的光伏发电，占比只有2.4%;
（2）热力主要采用一次能源天然气和生物质，主要热转换设备有蒸汽锅炉、导热油锅炉、热风炉及其他用天然气设备，具体的热需求形式有蒸汽、导热油、热风等;
2）能源系统中转换及输送损失较大，占输入端能源的14.6%。
2.3 碳排放分析
依据国家住房和城乡建设部发布的碳排放计算标准[2]（市政电力按照最新华东区域电网碳排放因子[3]计算碳排放，生物质和光伏电力按照零碳考虑）和园区用能数据，计算园区现状碳排放情况如下表所示：
分析园区各行业碳排放占比，各一次能源碳排放占比，如下图所示：
对比分析图1和图3可以看出：
1）一次能源中，电力排放占比较高，主要原因是目前电力大部分采用市政电力，华东区域电网输送的电力本身具有一定的碳排放因子;其次为天然气，主要是园区整体用热需求较大。
2）各行业中，碳排放占比较大依次为化纤化学、食品、智能制造业，主要原因是因为化纤化学、食品业用热需求较大，大部分采用天然气一次能源转换满足，智能制造业用电量较大，大部分采用市政电力
3）纺织业尽管用能占比最大，但碳排放量适宜，主要是因为纺织企业大部分采用生物质一次能源热转换而来。
综上对园区用能需求、能源系统及碳排放分析，可知园区现状能源系统存在以下问题及特点：
1）园区纺织业、化纤化学制品、食品业和智能制造业能源消耗大;
2）能源系统不够高效，转换和传输损失接近15%;
3）能源结构中，可再生能源电力体量较小，天然气等化石能源占比较大。
3 零碳智慧能源系统方案
3.1 碳减排思路
通过上述对园区能源系统问题和特点的分析，结合当前主流的技术路线和手段，建议从以下几个方面开展能源系统的碳减排工作：
1）控制总量：通过节能提效，提升用户端的能源系统效率，降低传输和转换损失，减少总体能源消耗，从而降低碳排放总量;
2）调整能源结构：通过调整供能侧的能源结构，提高零碳、低碳能源的比例，如可再生能源发电、生物质及垃圾余热引入、提高氢能应用比例[4]等;
3）碳市场交易：通过碳交易市场[5]，降低碳排放指标;
4）碳技术：通过CCUS[6]、碳汇等固碳、吸碳技术，提高地区碳吸收能力。
3.2 园区资源禀赋及限制
在制定零碳智慧能源系统方案前，重点分析园区的资源禀赋和状况：
1）屋顶资源丰富：园区以工业建筑为主，有大量的厂房屋顶，可建设相当体量的屋顶光伏发电，提高可再生能源电力比例;
2）周边余热资源：距离园区4.5km的位置有一垃圾发电厂，单吨垃圾发电量超过400kWh/t，远超国家补贴的280kWh/t范围，大量超出国家补贴标准的电力采用燃煤上网发电电价上网，电厂对外供热的积极性充足;同时也可减小国家可再生能源发电补贴的压力;
3）行业布局：园区土地利用接近饱和，近期考虑拟拆除部分亩均产值不达标企业，腾挪土地0.55K㎡用于生物医药和医疗器材产业用地，整体用能会有少量提升; 4）生物质限制：尽管园区现状用热需求中有超过47%采用生物质原料热转换而来，但是由于园区处于苏州太湖新城，紧靠东太湖度假区，对于环保排放、区域整洁度、周边居民反馈要求较高，园区管委会已考虑整体升级替代。
3.3 推进实施方案
综合考虑园区资源禀赋、能源系统投资经济性、低碳技术更新提升时间以及江苏省要在全国率先实现“碳达峰”的目标，分近期及中远期推行实施方案。
1）近期（2021-2025）：
（1）能源端结构升级：引入垃圾电厂余热蒸汽替代现有生物质和天然气供热;开拓屋顶光伏发电;
（2）用户端节能升级：实施物联接入，搭建智能运维平台，对重点耗能企业系统诊断，节能提效;部分蒸汽用户利用中压蒸汽转換为低压蒸汽的压差发电
2）中远期（2026-2040）：
（1）能源端进一步结构升级：进一步开拓屋顶光伏，同步建设储能设施;通过电力交易，引入可再生能源电力;布局氢能，替代剩余天然气;
（2）用户端进一步节能升级：完善园区用户用能设备物联接入，打造智慧运营平台，推动企业用能系统升级提效;布局充电桩、加氢站等终端设施，替代交通领域化石燃料;
（3）碳汇及CCUS：通过增加园区植被进行碳汇，利用CCUS技术对工业端固碳[7];
（4）碳交易：通过碳市场交易，降低园区整体碳排放。
具体各阶段实施方案和内容见下表：
4 零碳效果分析
园区经过产业调整和自然发展后，整体用能有一定提升;通过实施减碳方案后，园区未来能源结构主要以可再生能源和零碳能源为主，同时用户能源利用效率提升，能源转换及输配损失大幅降低。预测园区未来流图如下所示：
通过实施各项减排措施，预测园区可在2025年实现“碳达峰”，2040年实现“碳中和”。各项措施减碳效果及减碳曲线预测如下：
5 结语
本文结合苏州某工业园区的实际用能需求和两碳目标，对其能源系统进行了分析和诊断，依托资源禀赋，采用控制总量、调整结构、碳汇及CCUS及碳交易的整体减碳思路，提出用户侧节能提效、智慧运营平台、引入垃圾发电余热蒸汽、开发屋顶光伏、交易可再生能源电力、建设充电桩、氢能替代、碳汇及碳交易等多种减碳措施，为园区率先实现两碳目标提供了理论依据，也为国内其他类似园区制定两碳政策和措施提供了支撑和参考。
6 参考文献
[1]电力规划设计总院. 中国能源发展报告2019[R]，2020
[2]GB/T51366-2019. 建筑碳排放计算标准[S]. 北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2019-12
[3]2018年度减排项目中国区域电网基准线排放因子[S]. 北京：中华人民共和国生态环境部，2020-12， http：//www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202012/t20201229_815384.shtml
[4]王灿，张雅欣. 碳中和愿景的实现路径与政策体系[J]. 中国环境管理，2020，6：58-64
[5]胡鞍钢.中国实现2030前碳达峰目标及主要途径[J]. 北京工业大学学报，2021，21（3）：1-15
[6]Global CCS Institute. The value of carbon capture and storage （CCS）[R]. [2020-10-22]. https：//www. globalcc sinstitute.com/resources/publications-reports-research/the- value-of-carbon-capture-ccs/.
[7]中国科技部社发司， 中国 21 世纪议程管理中心. 中国碳捕集利用与封存技术路线图研究[R]. 2019 版. 北京： 科学出版社， 2020： 1-5.
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关键词：能流;碳排放;传输和转换损失;能源结构;碳交易;碳技术
0 引言
中国能源消费以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，是全球最大的二氧化碳排放国，2019年二氧化碳排放量占全球总排放量的29.4%[1]。
2020年9月，习近平主席在第75届联合国大会率先提出我国2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标，12月在气候雄心峰会进一步宣布提升国家自主贡献的一系列新举措，得到国际社会高度赞誉和广泛响应。
“十四五”期间是“碳达峰”的关键期和窗口期，去年9月以来，全国尤其是京津冀、长三角、粤港澳大湾区等已经积极行动起来，江苏省更是提出要在全国率先实现“碳达峰”。本文以苏州市某工业园区为例，通过分析园区用能和供能情况，基于零碳的目标，提出了可实施的能源解决方案，為园区建设清洁低碳的供能系统，实现“两碳”目标指明了方向。
1 研究对象
该工业园区位于苏州市吴江区太湖新城内，总体规划面积4.67km2，目前土地利用已接近饱和。园区共有企业196家，规上企业52家，主要以智能制造、化学化纤、纺织印染、环保材料等产业为主;同时建有少量公建、交通设施。
2 能源系统诊断
2.1 用能分析
通过调研该园区各行业用能数据，统计各行业的电、热、冷、压缩空气等二次能源如下表1 苏州某工业园区各行业二次能源消耗统计表所示：
对统计数据分析整理得出园区各行业用能及各二次能源情况，如图1所示：
通过对园区各行业用能情况分析，基本可以得出以下结论：
1）园区各行业中，能源消耗主要集中在工业企业，公建和交通伴随少量能源需求;工业企业中，纺织业、化纤化学制品、食品业和智能制造业能源消耗最大，占比超过70%;
2）园区二次能源中，用户需求主要集中在热和电力方面，其中热的占比接近60%;纺织业、化纤化学制品、食品业三个行业的热需求占园区总体热需求的比例接近80%。
2.2 能源系统分析
根据园区能源结构、主要能源设施和统计能源数据，绘制了园区现状的能流图，如图2所示：
从园区现状能流图可以看出：
1）园区整体能源结构中化石能源占比高、可再生能源比例小：
（1）园区电力主要由市政电力提供，只有少量的光伏发电，占比只有2.4%;
（2）热力主要采用一次能源天然气和生物质，主要热转换设备有蒸汽锅炉、导热油锅炉、热风炉及其他用天然气设备，具体的热需求形式有蒸汽、导热油、热风等;
2）能源系统中转换及输送损失较大，占输入端能源的14.6%。
2.3 碳排放分析
依据国家住房和城乡建设部发布的碳排放计算标准[2]（市政电力按照最新华东区域电网碳排放因子[3]计算碳排放，生物质和光伏电力按照零碳考虑）和园区用能数据，计算园区现状碳排放情况如下表所示：
分析园区各行业碳排放占比，各一次能源碳排放占比，如下图所示：
对比分析图1和图3可以看出：
1）一次能源中，电力排放占比较高，主要原因是目前电力大部分采用市政电力，华东区域电网输送的电力本身具有一定的碳排放因子;其次为天然气，主要是园区整体用热需求较大。
2）各行业中，碳排放占比较大依次为化纤化学、食品、智能制造业，主要原因是因为化纤化学、食品业用热需求较大，大部分采用天然气一次能源转换满足，智能制造业用电量较大，大部分采用市政电力
3）纺织业尽管用能占比最大，但碳排放量适宜，主要是因为纺织企业大部分采用生物质一次能源热转换而来。
综上对园区用能需求、能源系统及碳排放分析，可知园区现状能源系统存在以下问题及特点：
1）园区纺织业、化纤化学制品、食品业和智能制造业能源消耗大;
2）能源系统不够高效，转换和传输损失接近15%;
3）能源结构中，可再生能源电力体量较小，天然气等化石能源占比较大。
3 零碳智慧能源系统方案
3.1 碳减排思路
通过上述对园区能源系统问题和特点的分析，结合当前主流的技术路线和手段，建议从以下几个方面开展能源系统的碳减排工作：
1）控制总量：通过节能提效，提升用户端的能源系统效率，降低传输和转换损失，减少总体能源消耗，从而降低碳排放总量;
2）调整能源结构：通过调整供能侧的能源结构，提高零碳、低碳能源的比例，如可再生能源发电、生物质及垃圾余热引入、提高氢能应用比例[4]等;
3）碳市场交易：通过碳交易市场[5]，降低碳排放指标;
4）碳技术：通过CCUS[6]、碳汇等固碳、吸碳技术，提高地区碳吸收能力。
3.2 园区资源禀赋及限制
在制定零碳智慧能源系统方案前，重点分析园区的资源禀赋和状况：
1）屋顶资源丰富：园区以工业建筑为主，有大量的厂房屋顶，可建设相当体量的屋顶光伏发电，提高可再生能源电力比例;
2）周边余热资源：距离园区4.5km的位置有一垃圾发电厂，单吨垃圾发电量超过400kWh/t，远超国家补贴的280kWh/t范围，大量超出国家补贴标准的电力采用燃煤上网发电电价上网，电厂对外供热的积极性充足;同时也可减小国家可再生能源发电补贴的压力;
3）行业布局：园区土地利用接近饱和，近期考虑拟拆除部分亩均产值不达标企业，腾挪土地0.55K㎡用于生物医药和医疗器材产业用地，整体用能会有少量提升; 4）生物质限制：尽管园区现状用热需求中有超过47%采用生物质原料热转换而来，但是由于园区处于苏州太湖新城，紧靠东太湖度假区，对于环保排放、区域整洁度、周边居民反馈要求较高，园区管委会已考虑整体升级替代。
3.3 推进实施方案
综合考虑园区资源禀赋、能源系统投资经济性、低碳技术更新提升时间以及江苏省要在全国率先实现“碳达峰”的目标，分近期及中远期推行实施方案。
1）近期（2021-2025）：
（1）能源端结构升级：引入垃圾电厂余热蒸汽替代现有生物质和天然气供热;开拓屋顶光伏发电;
（2）用户端节能升级：实施物联接入，搭建智能运维平台，对重点耗能企业系统诊断，节能提效;部分蒸汽用户利用中压蒸汽转換为低压蒸汽的压差发电
2）中远期（2026-2040）：
（1）能源端进一步结构升级：进一步开拓屋顶光伏，同步建设储能设施;通过电力交易，引入可再生能源电力;布局氢能，替代剩余天然气;
（2）用户端进一步节能升级：完善园区用户用能设备物联接入，打造智慧运营平台，推动企业用能系统升级提效;布局充电桩、加氢站等终端设施，替代交通领域化石燃料;
（3）碳汇及CCUS：通过增加园区植被进行碳汇，利用CCUS技术对工业端固碳[7];
（4）碳交易：通过碳市场交易，降低园区整体碳排放。
具体各阶段实施方案和内容见下表：
4 零碳效果分析
园区经过产业调整和自然发展后，整体用能有一定提升;通过实施减碳方案后，园区未来能源结构主要以可再生能源和零碳能源为主，同时用户能源利用效率提升，能源转换及输配损失大幅降低。预测园区未来流图如下所示：
通过实施各项减排措施，预测园区可在2025年实现“碳达峰”，2040年实现“碳中和”。各项措施减碳效果及减碳曲线预测如下：
5 结语
本文结合苏州某工业园区的实际用能需求和两碳目标，对其能源系统进行了分析和诊断，依托资源禀赋，采用控制总量、调整结构、碳汇及CCUS及碳交易的整体减碳思路，提出用户侧节能提效、智慧运营平台、引入垃圾发电余热蒸汽、开发屋顶光伏、交易可再生能源电力、建设充电桩、氢能替代、碳汇及碳交易等多种减碳措施，为园区率先实现两碳目标提供了理论依据，也为国内其他类似园区制定两碳政策和措施提供了支撑和参考。
6 参考文献
[1]电力规划设计总院. 中国能源发展报告2019[R]，2020
[2]GB/T51366-2019. 建筑碳排放计算标准[S]. 北京：中华人民共和国住房和城乡建设部，2019-12
[3]2018年度减排项目中国区域电网基准线排放因子[S]. 北京：中华人民共和国生态环境部，2020-12， http：//www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202012/t20201229_815384.shtml
[4]王灿，张雅欣. 碳中和愿景的实现路径与政策体系[J]. 中国环境管理，2020，6：58-64
[5]胡鞍钢.中国实现2030前碳达峰目标及主要途径[J]. 北京工业大学学报，2021，21（3）：1-15
[6]Global CCS Institute. The value of carbon capture and storage （CCS）[R]. [2020-10-22]. https：//www. globalcc sinstitute.com/resources/publications-reports-research/the- value-of-carbon-capture-ccs/.
[7]中国科技部社发司， 中国 21 世纪议程管理中心. 中国碳捕集利用与封存技术路线图研究[R]. 2019 版. 北京： 科学出版社， 2020： 1-5.
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