为贯彻落实“双碳”战略,中央经济工作会议在“强化能源消费强度和总量双控”碳达峰重点任务的基础上,进一步提出“创造条件尽早实现能耗‘双控’向碳排放总量和强度‘双控’转变”,大力推动用户侧能源低碳转型。
在用户侧,园区作为产业集聚发展的核心单元,2020年其碳排放达全国总排放量的约31%。因此,通过调整产业结构、优化能源结构、提升整体能效,加快推动“零碳”园区建设将成为落实我国精准减排、实现碳达峰碳中和的关键落脚点。
零碳园区发展难点
零碳园区是指在一定区域范围内,能源、产业、建筑、交通、废弃物处理、生态等多领域技术措施的集成应用和管理机制的创新实践,实现区域范围全生命周期碳中和的综合性示范工程。零碳园区作为零碳排放发展模式的积极探索,是复杂的系统性工程,其在规划建设、协调运行、商业推广等方面面临一系列的发展难点。
第一,规划目标协调难度大。
零碳园区建设规划需面向效率提升、成本节约、低碳绿色等用户侧能源转型需求,整合电、热、气、冷多异质能源供应、储存、多能互补以及系统降碳等多方面技术,统筹各系统的技术应用特性,挖掘技术协同效益,制定满足经济、低碳、高效多维规划需求的零碳园区建设方案。
然而,根据能源“不可能三角形”理论,能源供应清洁性、可靠性与经济性三者之间存在制约关系,以清洁生产、节能改造、负碳技术等多种手段为支撑的零碳园区建设将带来用户综合成本的增加,因此,如何在经济可行的情况下实现园区内部碳排放与吸收自我平衡,对多维度规划潜力挖掘与系统性统筹规划提出了更高要求。
第二,系统管理智能化要求高。
数字化与智能化是零碳园区的基本特征,零碳园区通过对所有设备进行智能化监、管、控,实现“源―网―荷―储”协调运行与碳排放全寿命周期管理。
在能源系统运行方面,零碳园区需要通过“源―网―荷―储”统一管理和调度,实现园区中所有分布式能源、多能联供、储能设施、充电桩、其他可中断负荷等各类资源的可调可控,支撑园区内部可再生能源消纳,但以目前的系统管理手段支撑如此大规模的智能调度还存在一定难度。
在碳管理方面,由于数据来源、测量方式、数据形式、数据质量、测量地域及时间范围等多样化因素的影响,零碳园区中易出现碳排放监测计量数据不准、碳排放源难于监测和控制等问题,对碳排放智慧管理提出了更高要求。
第三,商业化发展需求强烈。
园区承担着产业零碳升级的重任,零碳园区建设的广泛开展能有效推动用户侧能源低碳转型,支撑碳达峰碳中和目标实现。零碳园区的快速化发展与规模化推广需要创新的商业模式作为其推动力,然而,目前低碳产业商业化发展仍存在一些制约因素。
首先,金融政策制度有待创新,零碳园区科技创新与实践缺乏完善的融资渠道与风险规避机制;其次,盈利模式有待挖掘,当前能源市场与碳市场下的现有盈利渠道难以满足零碳园区经营可持续性需求;最后,运营机制有待完善,园区内部各方利益主体合作参与零碳园区建设、推动生产生活生态融合的积极性需进一步激发。
零碳园区发展路径
零碳排放是低碳社会建设的最终目标。零碳园区建设的总体发展思路可概括为:在园区规划、建设、管理、运营全方位系统性融入碳中和理念,以综合能源规划技术为支撑,应用数字技术赋能智慧管理,商业模式创新助力规模化推广,通过减少碳源排放、增加碳汇吸收及贡献零碳能源等方式,经过低碳排放、近零排放、净零排放发展阶段,逐步实现园区内部碳排放与吸收的自我平衡。
第一,综合能源规划技术支撑零碳园区建设。
零碳园区的核心在于构建以可再生能源为主体的综合能源系统,综合能源系统基于多能互补方式,在系统内融合零碳新能源、零碳储能、多能耦合、碳捕集、利用与封存等技术,在外部考虑碳中和、碳回收等多种零碳模式,将园区的能源需求和供给进行一体化的统筹和协调,充分挖掘系统多维效益,打破能源不可能三角形,有效实现包括供能可靠性提高、综合能效提高、用能成本降低、碳排放降低和其他污染物排放降低的零碳园区规划“两高三低”目标。
在零碳园区综合能源系统建设中,需重点关注零碳能源与零碳建筑的融合,充分利用园区屋顶和立面资源,推进光伏建筑一体化等应用;利用天然地热能为建筑提供供暖与制冷服务;配置电储能、热储能、冰蓄冷等多元储能设备,提高建筑的可再生能源消纳能力。
第二,数字技术应用赋能零碳园区管理。
“云大物移智”等新一代信息技术的推广应用可加速零碳园区的数字化、绿色化协同发展,助力建设零碳智慧园区。在园区管控方面,基于物联网、云计算、数字孪生等技术打造园区智慧管理一体化平台,全面感知园区内各类设备的运行状态,打破各系统之间实时数据交互壁垒,提高系统协调运行能力与工作效率,同时依托大数据技术充分释放数据的内在价值,为园区节能优化、设备故障预测、系统隐患排查等提供重要解决方案,实现园区的全方位、多层次、智慧化管理。
在碳资产管理方面,应用区块链技术的链上加密来存储园区企业申报数据,有效监管碳排放数据和碳资产数据,解决园区企业碳额度分配和清缴难以监督的问题,合规高效地实现CCER(国家核证自愿减排量)与碳排放权的抵消。
第三,商业模式创新助力零碳园区推广。
为满足可持续经营的发展需求,零碳园区需积极探索将环境价值转化为经济价值的有效途径,而零碳能源管理与碳服务管理则是零碳园区开展商业模式创新的重点领域。
在零碳能源管理方面,打造易于推广的区域虚拟电厂聚合管控优化新模式,通过虚拟电厂系统优化调控,协调零碳园区供需平衡,实现多种分布式电源、多元负荷资源的综合管理和优化配置,提升可再生能源利用效率。
在碳服务管理方面,探索碳金融模式,运用金融资本去驱动环境权益,通过拓宽低碳融资渠道,创新低碳金融服务,完善低碳风险规避机制等措施,有效解决零碳园区经济发展融资难等问题;探索碳汇交易模式,逐步建立定向补偿与排放权置换交易相协同的零碳园区碳汇交易模式,通过市场化手段调节相关利益主体关系,实现园区内部的碳减源与增汇。(作者单位:华北电力大学能源互联网研究中心)
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