零碳园区转型指南:实现园区气候中和的8个步骤

发布日期:2024-01-03 09:54

来源:华源碳和

      在当前应对全球气候变化,大力推进碳达峰碳中和背景下,城区/园区(以下简称“园区”)绿色低碳转型,对实现国家气候目标的意义重大。中德两国都重视园区转型及在相关领域的深入合作。在中德能源与能效合作伙伴项目框架下,德国国际合作机构(GIZ)与中德合作伙伴一起,深入研究总结了德国气候中和园区的相关经验并探索了如何助力中国园区实现双碳目标。

通向气候中和的园区转型之路

1. 为什么要选择以实现气候中和为目标的园区转型之路?

      园区作为产业集聚发展的核心单元,是经济高质量发展最重要、最广泛的空间载体,其温室气体排放也占到全球温室气体排放的60%。公开数据显示,我国工业园区碳排放可达全国总排放量的约31%,因此,城区/园区的节能降碳将对中德两国实现气候目标都至关重要。
      城区/园区(以下统称园区)具备着实施节能减排和降低能源成本的潜力巨大。园区构成了国家和城市实现气候中和转型的一个重要元素。
      采用一体化、系统性的园区解决方案,不仅可以提高节能减排的潜力,还能带来许多附加优势,例如更好的工作环境和居住质量。园区内可实现不同部门之间的相互协同,比如能源部门(供暖、制冷、电力、交通)与终端用户部门(住宅、工商服务、工业、交通运输)之间的部门耦合。与单体建筑层面相比,园区可以通过整合基础设施的规划、建设、采购及使用来实现规模经济。提高系统效率可以降低成本,进而提高企业的竞争力和利润率, 这是综合园区的核心优势。
      一体化综合园区还可以被应用于多种情景,并作为不同地区内、不同环境下区域发展的蓝本范例。气候中和园区能够对地方能源转型作出重要贡献。它不仅可以最大限度地利用当地所具备的实现气候中和的潜力(特别是可再生能源和余热废热资源),并且还可以更加高效地利用土地资源。
      园区作为不同产品与服务的共生平台,能够开启全新的商业模式。需要指出是,园区运作的成功在很大程度上取决于城市规划、能源、建筑、以及其他各方面监管框架的合理设置。

2. 中德在园区绿色低碳转型领域的合作

      早在2016年,中德两国就开始了在园区绿色低碳转型发展领域的合作。在2016年第三次中德能效工作组会议上,国家发展和改革委员会(NDRC)与德国联邦经济和气候保护部签署《关于共同通推进城镇节能和重点用能单位节能诊断示范项目及组织能效网络小组的会议纪要》。基于会议纪要,在双方部委指导下,德国国际合作机构(GIZ)联合中国节能环保集团有限公司(CECEP)、中国国际工程咨询公司(CIECC)、德国能源署(dena)等中德机构,分别在常州金坛经济开发区开展中德城镇节能示范项目,太仓高新区开展中德能效与低碳网络试点示范。
      在中德城镇节能示范项目框架下,中德执行机构和专家团队共同探索在中国园区实现“双碳”目标的整体路径,系统介绍了德国气候园区的整体方案,并针对一个中国园区金坛经开区制定了《综合能效提升规划及启动区实施方案》,在有效实施综合能效提升措施后,金坛经开区将在2030年实现能效提升12%及碳减排12%,2060年将实现能效提升25%及碳减排42%。同时方案提出了中长期共计50项综合能效提升的措施建议。中德执行机构针对这些措施和方案,继续对金坛经开区实施方案进行技术支持,并将金坛经开区的整套经验推广到更多城区/园区当中。
      在中德能效与低碳网络示范合作框架下,通过引进德国能效和气候网络小组的管理和组织模式,推动园区企业在能效和低碳发展方面交流经验、资源共享、共同节能减排,实现绿色和可持续发展。2023年9月太仓中德试点取得显著成果,通过能效和低碳网络这一创新管理模式,挖掘小组10家参与企业超过2.5万兆瓦时的节能量,和超过3.8万吨的二氧化碳减排潜力,减少12.3%的温室气体排放。

德国经验:如何实现园区气候中和?

德国气候中和园区的整体规划与方法


《气候中和园区:工业园区的零碳转型指南》为致力于大幅降低能耗与排放、分阶段实现园区转型的先行者提供来自德国推进气候转型园区指导信息。
在接下来的“如何实现园区气候中和?”中,将对园区实践气候中和转型的必要步骤和阶段进行了总结阐述。

      在本指南及此前所开展的相关工作中,气候中和园区被定义为实现温室气体(GHG)净零排放的园区。如果能源需求可以全部通过利用可再生能源或余热废热来得到满足,而且当地气候中和的潜力已得到最大限度的开发,那么就可以认为,该园区基本实现了气候中和这一目标。

      因此,气候中和代表的是一个总体目标,它以温室气体排放作为衡量和判定依据。在高密度的城市地区,园区内部很难完全独立实现气候中和,在园区与附近区域的资源以及更高层级的基础设施进行耦合不可或缺。由于园区范围之外的转型具有诸多不确定性,服务于园区的基础设施运营商就需要了解并参考更高层级基础设施转型的总体规划。可以从中长期的角度对这些规划进行跟踪,同时,保持与国家层面的气候目标及措施规划的一致。
      目前,在园区层面探索实现气候中和的实践仍处于起步阶段。无论是转型方案设计,还是长期规划落实,都还没有标准化的方法或准确适用的参数。在实践中,对转型进行探索的园区不仅需要确定项目边界范围和短期目标,而且还需要制定长期的转型战略。本指南旨在: 为致力于大幅降低能耗与排放、分阶段实现园区气候中和转型的先行者提供指导信息。

实现园区气候中和的八个步骤

步骤一:发起并组织协调利益相关方


      气候中和园区需要不同行业、不同专业的众多利益相关方共同参与。多方合作应基于跨部门跨学科的综合性规划、设计与管理,从而形成全新的合作模式。尤其在能源综合利用方面,会涉及到不同能源载体的交互作用,跨学科协作是必然的。此外,从需求侧(建筑领域和工业领域)入手,对能源供应进行更为合理的布局,也变得尤为重要。

      践行气候中和园区的原动力来自于发起方的气候转型决议及其所确定的目标。后续加入的其他利益相关方也必须致力于实现这一共同目标。发起方和投资方组成了园区项目的核心团队。根据项目的规模和所有权结构,发起与投资也可以由同一家企业或机构来担任。单一利益相关方所担任的角色越多,协调沟通成本也就越低。所以,开发商往往会愿意寻找一个“核心客户” (有最大的稳定用能量的用户)或一个“核心资源供应方” (比如一个可以持续稳定提供大量工业余热的企业)。如果投资方同时也是园区系统的最终用户,那么实现气候中和的可能性就会大大增加。

项目启动的相关部门和利益方

      在实施过程中,如果并非由单一的利益相关方参与决策,则需要有一个面向各方的动员阶段。动员阶段中,应促使各利益相关方进行充分沟通,并最终达成必要的共识,例如,是否面向市场开放通用基础设施(如热网)的投资开发。一旦阐述清楚气候中和园区的整体发展理念与思路,就有可能吸引或找到仍然缺失的合作方。尽早吸纳利益相关方, 并确保各方的共同承诺与积极参与,这对于落实后续工作非常有益。
      在推动园区转型发展的过程中,除了核心团队,后续加入的利益相关方的共同参与必不可少,其中包括规划设计方、开发方、运营方以及终端用户。值得重视的是,应及早选定一个核心协调方作为气候中和园区项目的倡导者,持续在各方之间进行沟通与协调,以确保气候中和这一共同目标的顺利实现。在此,核心协调方需要汇总各利益相关方不同的专业知识、需求和要求。一个具有前瞻性的参与和协作方案可以大大增加各利益相关方之间的相互支持。

步骤二:

定义园区边界范围

      必须对空间边界做出界定。这些边界可以是行政、建筑、自然或交通领域的边界。也就是说,空间边界的界定具有极大的灵活性。在某些情况下,周边的基础设施或区域,比如风电场,或是具有余热废热资源的大型工业区也可以被包括在内。
      除了用利益相关方、空间边界界定之外,还可以依据项目的界定范围,来决定是否只考虑运营阶段的能源需求,还是同时关注该园区建筑、基础设施和设备的全生命周期。随着建筑和技术设备的能效日益提高,隐含于材料和产品中的灰色能源和二氧化碳逐渐成为越来越重要的评判标准。

      对于生命周期存在着不同的划分。如果只考虑产品的生产阶段,也称“从摇篮到大门” (cradle-to-gate); 如果考虑从产品生产到结束使用的完整过程,也称“从摇篮到坟墓”(cradleto-grave); 如果进一步通过回收、再利用等手段把材料和产品投入到一个新的生命周期中,就称其为“循环经济”(circular economy) 或“从摇篮到摇篮” (cradle-to-cradle)。建筑全生命周期的各个阶段如图所示。

全生命周期各阶段概览

步骤三:引入绿色与可持续金融


      绿色金融是为园区项目提供融资以及确定气候中和相关评价指标的有益途径。它所包含的金融工具,比如绿色债券或绿色贷款,因其融资成本优势明显而变得越来越具有吸引力。
      此外,金融机构和金融企业受到日益严格的披露监管和报告法规的约束,与气候风险和减缓气候变化相关的披露已成为重要的市场声誉标准。将合适的金融方案(例如绿色债券、绿色贷款或驱动可持续发展的直接投资)与需要调整转型的能源系统进行匹配之前,应首先考量相应的金融框架,比如欧盟分类法。

欧盟分类法框架下绿色金融工具选择的决策流程

步骤四:制定能源方案之分析能源需求特征


      在分析园区整体的能源需求结构之前,核心团队应首先明确建筑领域的相关政策,为园区内的建筑建立一个合理的标准体系。后续参与项目的投资方也都必须遵照园区建筑标准的统一要求进行开发建设。此外,还应针对企业的行业特点和生产流程,尽早引入能源转型管理系统,不断向气候中和目标靠拢,实现能源转型。
园区能源需求的具体特征,以及不同类型能源需求(电力、供暖、制冷和交通)的时间分辨率应根据时间序列生成(例如每15分钟)。

      潜在的当地协同效应需要在这一步骤中尽早确定。其目的是,通过部门耦合,以及对需求侧特定负载情景的管理,在能源部门与终端用户部门之间调节需求和转移负荷。在这一步骤中,一般是根据需求情景来开展工作。从本步骤开始,必须整合应用数字化工具(比如模拟或数字孪生)。这是因为,归一化的负荷曲线无法反映协同效应的复杂性以及所存在的优化潜力。

住宅、工商服务业和工业部门的供暖、热水、电力和制冷的负荷曲线

步骤五:制定能源方案之分析能源潜力


      在对园区及其相应的能源需求特征进行分析后,园区能源供应是下一个应当进行考虑的重点。在这一步骤中,应确定并评估当地有利于实现气候中和的能源潜力。除园区内外近距离的潜力之外,还应考虑更大范围的周边区域,以确定更多的可选方案。
      在对能源潜力进行分析后,可以制定出不同的能源供应解决方案。能源潜力基本信息首先包括可用于安装光伏和光热组件的建筑屋面和空地面积,以及当地太阳能资源信息 (太阳辐照度,日照量及日照小时数等)。重要潜力还包括区域内的风能、生物质能或地热能潜力等。

能源部门和终端使用部门的相互作用

步骤六:制定能源方案之确定技术配置、规划不同情景


      在气候中和园区的实践中,部门耦合技术通常被用来优化需求侧管理及负载转移,从而提高整体系统效率。此外,通过储能技术,如储能电池和储热设备,能最大化地提高可再生能源的利用效率。而后者(储热)更有助于促成绿色电力与工业用热之间的部门耦合。

月度相对建筑需求和潜在光伏发电量的比较

步骤七:详细规划与实施落实


      在这个步骤中,需要对已明确的基本方案予以细化和深化,使其得以具体落实和完整实施。通常情况下,这个阶段需要数年的时间。一般来讲,规划设计和建设实施要分别在基础设施层面和建筑层面上进行。这一阶段,基础设施和建筑的不同规划、设计、施工团队之间的交流互通是至关重要的。要达成团队间高效的沟通协作,就需要由经验丰富的项目管理者运用多种综合手段将不同专业、不同利益相关方紧密地联系起来。
      此外, 还应本着关注全生命周期(LCA)的原则,对设施与建筑在未来几十年可能发生的使用变更,以及对建筑拆解和材料再利用做出长期规划。
      气候中和园区是一个全新的主题,并非所有的服务供应商都能在相关技术领域提供必要的专业知识。因此,从制定方案到细化设计,再到施工实施,都需要高水平的专业咨询支持。实施质量直接关系到提高能效和减少排放的实际效果。因此,前瞻性的全过程质量控制也对顺利实现预期目标起着关键作用。相关领域的企业网络可以在传播专业知识和实践经验方面提供支持,例如能源效率网络(EEN)。

“全电”方案的园区能源系统配置

步骤八:监测分析与优化运行


      运行阶段是时间持续最长的一个阶段。运行的实际操作应尽可能接近或优于设计预期结果,从而验证系统的节能减排成效。低效运行的设备应及时得到排查和纠正,从而避免不必要的运行成本。监测、分析和优化是验证成效,并且及时发现和调整不合理系统配置的关键所在。
      基于实时跟踪的控制系统是实现气候中和运行的一个重要部分。控制系统可以对部门耦合进行实时调整,从而将成本和温室气体排放降到最低。通过对控制系统的信号做出(自动)反应,来实现基础设施的优化使用,如电网、储能和能源供需互动。可以采用不同的需求侧管理策略,比如负载转移、填谷与削峰。
      除了保证园区及其设施成功运行以外,还需要制定基础设施、设备以及材料使用后的再利用方案。模块化的设计、生产和施工不仅可以避免将材料、产品和设施锁定在特定的技术和单一的用途上,还可以避免环境危害和昂贵的废物处理费用。在自然资源日趋匮乏的今天,材料和产品的可回收性,以及建筑的可拆解与再利用性,正变得越来越重要。目前,建筑业在这一领域仍处于起步阶段,亟待转折与改变。

不同需求侧管理策略下的负荷曲线

分享到:
最新资讯
热门内容