中國儲能網(wǎng)訊:在應對氣候變化和實現(xiàn)“雙碳”目標的大背景下,零碳園區(qū)建設通過規(guī)劃、設計、技術、管理等方式,使園區(qū)內生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的二氧化碳排放降至“近零”水平,并具備進一步達到“凈零”條件,為全面建設“零碳社會”積累經(jīng)驗、探索路徑。本文選取了國外零碳園區(qū)建設的典型案例,總結其中可推廣的典型經(jīng)驗,以期為我國零碳園區(qū)建設及規(guī)?;l(fā)展提供參考。
一、全球零碳園區(qū)建設尚無統(tǒng)一標準
當前,零碳園區(qū)建設正處于積極探索的階段,從全球范圍看,仍無統(tǒng)一的標準和固定的范式。預計全球凈零國際標準ISO Net Zero Standard將在今年11月的COP30聯(lián)合國氣候大會上正式公布。這一標準將為凈零園區(qū)提供統(tǒng)一的核算框架,自2026年起,全球園區(qū)將參照ISO標準進行建設。歐盟計劃在2026年推出《凈零工業(yè)園區(qū)框架》,該框架將整合并參照ISO和SBTi標準的內容。在我國,由中國標準化研究院、清華大學、遠景科技集團等多家單位聯(lián)合制定的《零碳產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設導則》目前正在緊張研制中,預計將于今年審查報批后正式公布。這一標準詳細涵蓋了零碳產(chǎn)業(yè)園區(qū)的分類、建設總則、系統(tǒng)構建以及具體實施等方面,旨在為園區(qū)的零碳建設提供全面的指導。
在碳排放核算方面,零碳園區(qū)一般參照由世界資源研究所和世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會發(fā)布的溫室氣體核算體系(GHG Protocol)提出的三個核算范圍,即零碳園區(qū)一般指范圍1與范圍2內產(chǎn)生的溫室氣體排放量,而更嚴格的核算邊界可拓展至范圍3。
在制定零碳路線圖(Decarbonization Roadmap)方面,國際環(huán)境管理與評價協(xié)會(IEMA)提出的排放減緩/減少的層次分析結構,可指導產(chǎn)業(yè)、園區(qū)以及利益相關者制定脫碳戰(zhàn)略。這為決策者提供了一種結構化的分析與評估方法,可綜合考慮脫碳目的、預算、風險與場地限制等因素。
表 IEMA提出的溫室氣體減緩戰(zhàn)略決策層次
二、國際零碳園區(qū)建設典型案例
作為綠色低碳轉型的具體實踐,歐美對零碳園區(qū)建設的探索起步較早。德國的柏林歐瑞府零碳科技園、Hochst循環(huán)經(jīng)濟園、??怂顾柺辛闾忌鐓^(qū)項目,英國亨伯(Humber)零碳工業(yè)集群、倫敦貝丁頓零碳社區(qū),丹麥卡倫堡工業(yè)園區(qū)、零碳港城項目,芬蘭Otaniemi創(chuàng)新園區(qū),美國谷歌灣景園區(qū),加拿大魁北克省蒙特利爾市打造的“40NetZero”工業(yè)園等都是知名的案例,本文選取以下更具代表性的案例具體剖析。
(一)歐洲
1.德國柏林歐瑞府零碳科技園:全路徑零碳園區(qū)建設典范
德國柏林歐瑞府零碳科技園是歐洲首個零碳智慧園區(qū),由德國歐瑞府公司 (EUREF AG)開發(fā),施耐德電氣提供能源管理解決方案。通過能源轉型實現(xiàn)了從百年前的煤氣廠向零碳園區(qū)的轉變。
在能源利用方面,園區(qū)充分利用太陽能、風能等可再生能源,并借助智能電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)電能的優(yōu)化分配。并外購清潔電力和熱力,通過外購農業(yè)沼氣實現(xiàn)每年發(fā)電量2兆瓦時,可滿足1300戶家庭用電需求,發(fā)電余熱則用于園區(qū)供暖。同時,園區(qū)加強儲能基礎設施建設,回收退役電池組成電池存儲設備,形成高達1.9兆瓦時的電池儲能系統(tǒng)。
園區(qū)推廣綠色低碳建筑建設并打造零碳交通體系。園區(qū)內所有新建建筑均為綠色節(jié)能建筑,并獲得綠色建筑LEED白金認證。園區(qū)還建設了1座德國最大的新能源電動車充電站,通過在充電站頂棚安裝光伏板,為園區(qū)170余個電動車充電樁提供能源,園區(qū)交通運輸工具采用電動汽車、共享單車,實現(xiàn)零碳交通。
在管理方面,園區(qū)采用智能化能源管理系統(tǒng),利用小型熱電聯(lián)供能源中心完成園區(qū)內供暖、制冷和供電,建設能源消耗管理平臺,實現(xiàn)能源管理過程可視化。
此外,園區(qū)還創(chuàng)新利用藻類生物反應器,提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力。建筑外壁懸掛大片的藻類生物反應器,通過光合作用,每年可生產(chǎn)藻類200千克、吸收400千克二氧化碳,助力園區(qū)于2014年就實現(xiàn)了德國2050年氣候目標——溫室氣體排放量比1990年減少80%至95%,且所有電力來自可再生能源。
2.英國亨伯零碳工業(yè)集群:氫能+碳補集與封存(CCS)前沿技術探索
英國的亨伯(Humber)零碳工業(yè)集群,由SSE電力公司等工業(yè)巨頭共同發(fā)起,致力于發(fā)展氫能與碳捕集及封存技術。園區(qū)重點發(fā)展氫能、風能,建設全球最大的海上風力開發(fā)項目HornSeaOne。
Humber地區(qū)計劃建設0.6吉瓦的藍氫生產(chǎn)項目,即利用天然氣生產(chǎn)氫氣。藍氫生產(chǎn)過程中每年可產(chǎn)生300多萬噸二氧化碳,這些二氧化碳將通過CCUS設施捕獲并輸送至北海的封存設施進行永久封存。
2020年,英國在4個工業(yè)集群中部署CCUS項目,并在2025年左右投入運營,另外2個集群將于2030年上線。在集群的建設過程中,英國為CCUS提供高達200億英鎊的長期資助計劃,以幫助實現(xiàn)政府的氣候承諾。英國東海岸集群包括亨伯(Humber)和蒂賽德(Teesside)兩個工業(yè)中心,主要產(chǎn)業(yè)為化工制造、鋼鐵、能源等產(chǎn)業(yè),均為能源密集型產(chǎn)業(yè)、高碳排放產(chǎn)業(yè)。東海岸產(chǎn)業(yè)集群打造的CCUS基礎設施,通過管道或者運輸船將二氧化碳運輸至北海南部的海底進行封存,建成后每年可捕集并封存近2000萬噸二氧化碳。該計劃將實現(xiàn)運輸和安全封存英國所有工業(yè)集群二氧化碳排放量的近50%,同時創(chuàng)造更多新型技術崗位,包括工業(yè)碳捕集、低碳氫氣生產(chǎn)、負排放電力和碳捕集電力等,可為英國的減排發(fā)揮重要作用。
3.丹麥卡倫堡工業(yè)園區(qū):“工業(yè)共生體系”典范
丹麥卡倫堡工業(yè)園區(qū)是通過建立“工業(yè)共生體系”實現(xiàn)凈零排放的典型,園區(qū)構建了“發(fā)電—熱電聯(lián)產(chǎn)—農業(yè)”等三十余條生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈,形成獨一無二的生態(tài)工業(yè)系統(tǒng),成為以園區(qū)循環(huán)化為特色的零碳園區(qū)標桿。園區(qū)內的企業(yè)之間形成了緊密的循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈,通過廢棄物交換和能源共享等方式,實現(xiàn)了資源的高效利用和排放的大幅減少。
園區(qū)的主體企業(yè)以電廠、煉油廠、制藥廠和石膏板生產(chǎn)廠、微生物公司為核心,企業(yè)間互相利用對方生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物或副產(chǎn)品,作為自己生產(chǎn)中的原料,不僅減少了廢棄物產(chǎn)生量和處理的費用,還產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益,形成經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的良性循環(huán)。發(fā)電站為卡倫堡約5000個家庭提供熱能,大量減少了煙塵排放;發(fā)電站為煉油廠和制藥廠提供工藝蒸汽、熱電聯(lián)產(chǎn),比單獨生產(chǎn)提高燃料利用率30%。發(fā)電站的脫硫設備每年生產(chǎn)20萬噸石膏,石膏被賣給石膏板廠,同時卡倫堡市政回收站回收石膏也賣給石膏板廠,減少了石膏板廠的天然石膏用量,也減少了卡倫堡固體填埋量。發(fā)電站每年產(chǎn)生3萬噸粉煤灰,被水泥廠回收利用。制藥廠用原材料土豆粉、玉米淀粉發(fā)酵生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢渣、廢水、經(jīng)殺菌消毒后被約600戶農民用作肥料。制藥廠胰島素生產(chǎn)過程的殘余物酵母被用來喂豬,每年有80萬頭豬使用這種產(chǎn)品喂養(yǎng)。煉油廠多余的可燃氣體通過管道輸送到石膏板廠和發(fā)電站,供其生產(chǎn)使用。污泥是市政水處理廠的主要殘余物,這些污泥被微生物公司用作生物恢復過程的養(yǎng)料。廢品處理公司收集所有共生體企業(yè)的廢物,并利用垃圾沼氣發(fā)電,每年還提供5萬~6萬噸可燃燒廢物。
園區(qū)還注重廢棄物的回收利用,通過生物降解、焚燒發(fā)電等方式,將廢棄物轉化為資源,實現(xiàn)了資源的最大化利用。這種“工業(yè)共生體系”為其他園區(qū)提供了寶貴的經(jīng)驗借鑒。
(二)北美
1.美國谷歌灣景園區(qū):可再生能源創(chuàng)新利用的自然、辦公、社區(qū)綜合體
美國谷歌灣景園區(qū)是谷歌首個自主設計建造的辦公園區(qū),該園區(qū)由BIG建筑事務所與Heatherwick Studio聯(lián)合設計,占地約17萬平方米,包含兩棟辦公樓、千人活動中心及240個員工臨時住宅單元。
園區(qū)創(chuàng)新利用太陽能、地熱等可再生能源?!褒堶[”屋頂是美國谷歌灣景園區(qū)標志性特征,“龍鱗”太陽能檐篷高效收集光線、地面熱量,冷卻能量得以儲存和提取,可以產(chǎn)生7000千瓦時的電能量,能夠供應該建筑40%的年度能源需求。其中,13000平方米的建筑屋頂被2100片高性能玻璃覆蓋。這樣大范圍使用太陽能電池板的屋頂,堪為世界首例。此外,園區(qū)的地熱調溫系統(tǒng)是整個北美已知的最大規(guī)模的地熱項目,能夠有效調節(jié)辦公區(qū)域內的溫度,一年四季維持穩(wěn)定、舒適的辦公溫度和濕度,在不使用化石燃料的情況下對園區(qū)進行加熱和冷卻,可大幅減少約50%的碳排放與90%的冷卻用水。這個地熱調溫系統(tǒng)在冬季使用泵從地下吸收熱量,在夏季將熱量送入地下。
自然是園區(qū)設計遵循的理念之一,和低碳建筑設計理念相通。園區(qū)屋頂采用機械控制,被稱作可以呼吸的波浪屋頂。建筑結構上的創(chuàng)新使得天棚屋頂不再被過多的立柱和支撐墻分割,取而代之的是一個開放廣闊的空間,屋頂本身是一個輕量但剛性的懸鏈線結構,結構中的張力通過柱子的間隔被調整,形成波浪狀的天窗。這一設計最大限度地保留了自然空氣的流通,不同層級的鏤空窗由機械控制,可以確保樓內在任何時候每個區(qū)域員工都可以享受到自然光與自然風。大樓還在通風系統(tǒng)上實現(xiàn)了百分之百室外風使用,而過去一般的辦公樓對于室外風的使用比率一般只有20%~30%。
園區(qū)還建設了再生水系統(tǒng),能夠精準收集、妥善處理并循環(huán)再利用所有雨水和廢水,園區(qū)內所有非飲用水需求,皆借助就地產(chǎn)生的再生水得以滿足。
2.加拿大魁北克省“40NetZero”工業(yè)園:大規(guī)模清潔能源集成+綠色基建
加拿大魁北克省蒙特利爾市打造的“40NetZero”工業(yè)園,由Loracon Construction Inc.主導,將原有化工用地轉化為綠能工業(yè)示范區(qū),開發(fā)周期7~10年,實現(xiàn)土地資源的循環(huán)利用。該項目占地700萬平方英尺,是目前北美規(guī)模最大的凈零碳排工業(yè)園。
園區(qū)全面采用100%清潔能源供應,建設大規(guī)模太陽能車棚,配合高效節(jié)能照明系統(tǒng),使運營能效提升36%。園區(qū)全部建筑選用低碳可再生材料,采用抗鳥撞玻璃與雨水管理系統(tǒng),建筑壽命超過30年,滿足企業(yè)長期綠色租賃需求。
盡管前期建筑成本高出傳統(tǒng)園區(qū)12%~18%,但憑借運營階段的能源節(jié)約效益,該園區(qū)已吸引加拿大醫(yī)藥物流巨頭McKesson簽約租賃40萬平方英尺空間,驗證了市場對高端綠色產(chǎn)業(yè)空間的需求。
三、零碳園區(qū)建設經(jīng)驗總結
通過對國外零碳園區(qū)案例的梳理和分析,可以從能源、建筑、交通、產(chǎn)業(yè)、管理系統(tǒng)等不同維度總結其成功的經(jīng)驗。
(一)能源:清潔可再生能源和CCUS等負碳技術的應用
零碳園區(qū)建設離不開能源的綠色低碳轉型。一方面,應加大清潔的可再生能源的利用,光伏、風電、氫能等清潔能源技術在零碳園區(qū)得到了大量應用。此外,還需儲能和智能電網(wǎng)等技術的輔助運行。如美國谷歌灣景園區(qū)著名的“龍鱗”屋頂。另一方面,可通過CCUS等負碳技術降低園區(qū)碳排放。如英國的零碳園區(qū)建設重點采用了CCUS等負碳技術。2021年11月,英國政府發(fā)布了其凈零戰(zhàn)略(Net Zero Strategy),戰(zhàn)略明確提出在2025年左右部署2個工業(yè)集群CCUS,2030年前完成4個工業(yè)集群CCUS的部署,目標是到2030年實現(xiàn)每年可捕集碳排放2000萬~3000萬噸,占整個英國工業(yè)碳排放的50%。
(二)建筑:低碳建筑設計及運行
根據(jù)國際能源署(IEA)數(shù)據(jù),建筑行業(yè)貢獻了全球38%的能源相關碳排放,清華大學建筑節(jié)能中心研究表明,建筑碳排放主要集中于運行階段(約占全生命周期70%),其次是建材生產(chǎn)階段(20%),其余環(huán)節(jié)占比均不足5%:運輸建造3%、維護修繕5%、拆除處理2%。國外很多零碳園區(qū)都非常注重低碳零碳建筑的建設。加拿大魁北克省蒙特利爾市打造的“40NetZero”工業(yè)園全部建筑選用低碳可再生材料,美國部分園區(qū)建筑使用的新型隔熱材料能使建筑能耗相較于傳統(tǒng)建筑降低40%左右,減少了冬季供暖和夏季制冷的能源消耗,德國柏林歐瑞府零碳科技園園區(qū)內所有新建建筑均為綠色節(jié)能建筑。超低能耗的被動式建筑通過以被動式的節(jié)能技術措施,盡量減少主動式能源消耗,達到對外部能源的依賴降到極低的目的。
(三)交通:電動、氫能等低碳交通應用
交通是園區(qū)的“血管系統(tǒng)”,低碳零碳交通是零碳園區(qū)建設的重要一環(huán)。在全球工業(yè)園區(qū)的碳排放中,交通物流占比普遍達20%~35%。低碳交通可以重構園區(qū)空間效率,更加注重公共交通,從“車本位”轉至“人本位”,還可以驅動能源與交通協(xié)同,達到降碳的目標。如德國柏林歐瑞府零碳科技園利用太陽能建設了德國最大的新能源電動車充電站,為園區(qū)170余個電動車充電樁提供能源,園區(qū)交通運輸工具采用電動汽車、共享單車,實現(xiàn)零碳交通。英國亨伯港口是英國首個應用氫能燃料電池卡車以減少溫室氣體排放的港口。英國政府于2025年6月宣布,將投資5億英鎊用于推動氫能基礎設施的建設。這筆巨額資金將專門用于構建英國首個區(qū)域性氫能運輸與儲存網(wǎng)絡,實現(xiàn)氫能生產(chǎn)商與發(fā)電站、鋼鐵、化工等工業(yè)終端用戶之間的直接聯(lián)通。
(四)產(chǎn)業(yè):提高能源利用效率發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟
促進園區(qū)內不同產(chǎn)業(yè)間協(xié)同發(fā)展,打造循環(huán)經(jīng)濟是零碳園區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。一方面可延長產(chǎn)業(yè)鏈,強化產(chǎn)業(yè)鏈上下游的融合發(fā)展,另一方面亦可促進原料及產(chǎn)品相關的不同產(chǎn)業(yè)深度協(xié)同。藉此實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益、更少的資源消耗、更低的環(huán)境污染。將零碳園區(qū)產(chǎn)業(yè)打造成產(chǎn)業(yè)集群和協(xié)同互補的系統(tǒng)性體。如丹麥卡倫堡工業(yè)園區(qū)打造的“工業(yè)共生體系”,再如芬蘭Otaniemi創(chuàng)新園區(qū)循環(huán)工廠將廢棄物轉化為原料,3D打印技術按需生產(chǎn)消滅庫存浪費;碳捕集裝置將排放的二氧化碳轉化為建材原料,通過工業(yè)共生網(wǎng)絡,實現(xiàn)70%的資源循環(huán)利用,園區(qū)整體碳足跡較傳統(tǒng)園區(qū)降低85%。
(五)管理:智能化的管理系統(tǒng)
隨著數(shù)字化、智能化技術的不斷發(fā)展和應用,零碳園區(qū)將構建智能化的管理系統(tǒng)。智能化的管理系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測和分析園區(qū)的能源使用情況,實現(xiàn)能源的高效利用和碳排放的精準控制。通過優(yōu)化能源配置和調度,降低園區(qū)的運營成本,提高能源利用效率,同時減少碳排放量。此外,隨著波動性較大的風、光等新能源的開發(fā)利用,智能化的電網(wǎng)成為零碳園區(qū)不可或缺的一部分。如德國柏林歐瑞府零碳科技園通過智能化管理系統(tǒng),因地制宜地應用各種可再生能源,實現(xiàn)清潔能源的多場景應用,多能互補,多角度、多方面減少碳排放,同時將光伏、儲能和交通融合,并實現(xiàn)了園區(qū)的清潔用能和基礎設施改造協(xié)同發(fā)展。
四、對我國零碳園區(qū)建設的啟示
(一)因地制宜選擇零碳園區(qū)建設路徑
從國外零碳園區(qū)建設實踐可以看出,零碳園區(qū)建設并非整齊劃一,很多成功經(jīng)驗都各有特色。我國園區(qū)數(shù)量眾多,各類園區(qū)體量規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結構、用能特點差異較大,這就決定了我國的零碳園區(qū)建設必須因地制宜,選擇最適合自己的建設路徑,因能布局、因產(chǎn)施策。各地資源稟賦的不同決定了零碳園區(qū)能源結構脫碳的優(yōu)先級。如西北風光富集區(qū)可優(yōu)先光伏和風電的應用,東部沿海地區(qū)可選擇海上風電、海水制氫、潮汐能等可再生能源,西南地區(qū)優(yōu)先使用水電,北方工業(yè)區(qū)更加注重工業(yè)余熱及CCUS技術應用。從產(chǎn)業(yè)特點來看,高載能制造業(yè)園區(qū)更應注重氫能的應用,如氫基直接還原鐵、化工副產(chǎn)氫提純+二氧化碳制甲醇等。數(shù)字經(jīng)濟與輕工業(yè)園區(qū)可充分利用屋頂光伏+智能微網(wǎng),物流電動化。港口物流園區(qū)注重氫能集卡的運用,使用綠色岸電等。
(二)做好零碳園區(qū)建設的基礎工作
我國的零碳園區(qū)建設信息化基礎普遍薄弱,大量的基礎工作亟待完善。一是完善零碳園區(qū)標準的制定,并注重與國際標準的對接。二是建設園區(qū)級智慧能源與碳管理平臺。整合接入園區(qū)內關鍵用能單位(企業(yè)、公共建筑、基礎設施)的能源計量數(shù)據(jù),集成可再生能源發(fā)電、儲能、充電樁等設施的運行數(shù)據(jù),建立碳排放核算模型,實現(xiàn)碳排放的實時監(jiān)測、統(tǒng)計、分析和可視化,為能源調度、需求響應、碳交易等提供數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)。三是做好綠色低碳基礎設施建設。如,合理布局電動汽車充電樁、換電站、加氫站,規(guī)劃建設完善的慢行交通系統(tǒng)(自行車道、步行道);完善垃圾分類收集、轉運和處理設施,提升資源化利用水平;規(guī)劃建設雨水收集利用、海綿城市設施等。四是加強宣傳引導,形成良好的社會氛圍。加強零碳園區(qū)理念政策的宣傳力度,倡導綠色低碳的生產(chǎn)生活方式,提高園區(qū)管理者素質和能力,引導企業(yè)和公眾積極參與零碳園區(qū)的建設。
(三)注重零碳園區(qū)建設的經(jīng)濟性
零碳園區(qū)建設需要大量的資金投入,如何提高零碳園區(qū)建設的經(jīng)濟性是決定零碳園區(qū)能否規(guī)模化拓展的重要因素。一是注重園區(qū)能效的提高。雖然零碳園區(qū)建設需額外投入,但園區(qū)內能效水平的提高會降低入駐企業(yè)的運行成本,從而實現(xiàn)零碳園區(qū)整體經(jīng)濟性的提高。二是充分挖掘自身優(yōu)勢降低用能成本。如區(qū)內對綠氫需求旺盛,利用棄風棄光或低成本可再生能源制氫,此時,零碳園區(qū)建設的經(jīng)濟性就會更加凸顯。三是加強電力市場、碳市場建設,使園區(qū)內綠電和碳減排的價值能夠充分體現(xiàn)。
(四)政策財政金融的支持不可或缺
從國際上看,各國對零碳園區(qū)的建設都給予了大力的支持。在政策上,要加大零碳園區(qū)建設支持力度,強化部門間協(xié)作配合,在零碳園區(qū)的規(guī)劃審批、土地供應、基礎設施建設等方面給予支持,為零碳園區(qū)建設創(chuàng)造良好的政策環(huán)境和發(fā)展條件。在財政上,可出臺相應的補貼政策,或給予一定的稅收減免。在金融方面,可發(fā)揮專項債、產(chǎn)業(yè)基金、綠色信貸等作用,給予零碳園區(qū)建設資金支持。