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清华大学环境学院郝吉明:《中国工业园区绿色低碳循环发展的现状与未来》

发布时间:2023-03-06 16:51:53   来源:海峡环境    
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日前,中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士、清华大学环境学院教授、中国循环经济协会绿色园区分会专家委员会主席郝吉明参加2022海峡城市环境高峰论坛,并做名为《中国工业园区绿色低碳循环发展的现状与未来》的报告,阐述了工业园区循环发展的重要意义,总结了工业园区绿色发展面临的主要挑战,并提出了“着力实施六大重点工程 厚植园区绿色低碳循环”的对策建议。

清华大学环境学院郝吉明:《中国工业园区绿色低碳循环发展的现状与未来》

中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士、清华大学环境学院教授、中国循环经济协会绿色园区分会专家委员会主席、教育部长江学者奖励计划首批特聘教授郝吉明

郝吉明院士主要研究领域为能源与环境、大气污染控制工程。获国家科技进步一等奖2项、二等奖2项,国家自然科学二等奖1项,国家技术发明二等奖1项。荣膺Haagen-Smit清洁空气奖光华工程科技奖和中华环保奖,获全国最美科技工作者荣誉称号。

园区循环发展的重要意义

2021年以来,以中发36号文和国发23号文为统领的国家层面碳达峰碳中和“1+N政策体系”已基本建成,各领域重点工作有序推进,中发36号文明确提出开展碳达峰试点园区建设,国发23号文共13处部署了园区的工作,例如:加强园区物质流管理;选择具有典型代表性的园区开展达峰试点建设;打造一批达到国际先进水平的节能低碳园区等。

2021年11月中共中央国务院《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》指出,我国生态环境保护结构性、根源性、趋势性压力总体上尚未根本缓解,重点区域、重点行业污染问题仍然突出,实现碳达峰、碳中和任务艰巨,生态环境保护任重道远。

深入打好污染防治攻坚战,必须抓好重点区域、重点行业、工业园区。污染具有区域性、结构性、复合性、压缩性等典型特点,深入打好污染防治攻坚战,抓好工业园区就抓住了重点,抓住了关键。

国际上,绿色发展强调培育经济发展的同时,持续的保持资源、环境及生态系统的服务功能,并常用脱钩来表达,即实现经济增长与资源消耗和环境质量影响脱钩,具体又分为相对脱钩和绝对脱钩。对工业园区而言,提高园区的资源产出率和碳生产率,是园区脱钩发展的重要任务和努力方向。

构建工业园区减污降碳协同增效的认知链

清华大学环境学院郝吉明:《中国工业园区绿色低碳循环发展的现状与未来》

工业园区减污降碳协同增效认知链

首先要对园区产业活动与生态环境系统的相互作用进行全面揭示,为此需要从企业工业过程层面入手,自下而上开展园区精细化的物质流、能量流和水代谢分析,运用生命周期分析的方法,刻画园区碳足迹。

在此基础上,开展园区经济流动分析,算明物质能量流相互的价值增值过程,还要针对关键减污降碳措施,进行技术经济分析,在此基础上设计园区绿色发展路径。

工业园区绿色发展面临的主要挑战

清华大学环境学院郝吉明:《中国工业园区绿色低碳循环发展的现状与未来》

中国工业园区分布情况

上图是中国省级以上园区的分布情况,共有2543家,其中552家为国家级,1991家为省级,园区集中了全国超过80%的企业,园区的工业产值占全国的50%以上,园区碳排放占全国总排放量的31%。

园区在实现产业集聚发展的同时也带来了新挑战,突出表现为:

产污集中,污染种量大;

源多汇少,减排难度大;

污染繁杂,治污成本高;

隐患点密,事故影响广。

因此,防止园区由聚宝盆向聚污区变化,优化园区发展,协同减污降碳是一项重大的课题。

园区发展水平差异比较大。

千园千面,个性共性兼有,绿色发展水平差异比较大。下图是(原)国家生态工业示范园区在建设基准年和验收年之间一些指标的变化率,时间间隔平均是3-5年。

清华大学环境学院郝吉明:《中国工业园区绿色低碳循环发展的现状与未来》

(原)国家生态工业园区在建设基准年和验收年之间部分指标变化率(时间间隔平均3-5年)

总体来看,园区能耗、水耗、固废产生量等指标,已进入相对脱钩阶段;二氧化硫和化学需氧量总体已达到绝对脱钩;现阶段全国仍需加大生态工业园区的建设力度。

右上角这张图是长江经济带园区的环境绩效指数,绩效指数是由能源产出率等11项指标构成,采用了加权平均形成,横轴是园区的生产总值,纵轴是绩效指数,中间的红色横线是平均水平,三个颜色代表的气泡,分别代表了上、中、下游的园区。可以看出,长江经济带园区绿色发展水平差异明显。

右下角这张图是国家级经开区的温室气体排放强度,优秀的园区排放强度低于0.5吨二氧化碳/万元,但有一些园区甚至超过20吨二氧化碳/万元,因此需要一园一策推进绿色低碳发展。

工业园区降碳减污协同增效是一个复杂的系统工程,主要因为园区的组成结构和过程非常复杂,表现在四个方面:

一是空间多系统叠加,尤其是园区面积大小尤为复杂;

二是多利益相关方集中,主要有政府、各类企业、各种第三方服务商;

三是多样的物质能量流动过程;

四是减污降碳系统优化,需要统筹供应链、产业链、价值链。

园区降碳减污协同面临的难点主要有四个方面:

一是因为工业园区四大边界不明,统计核算方法不统一导致了碳排放精准测算难,四大边界主要指物理边界、管理边界、经济统计边界和流分析边界;

二是园区间低碳对标难,根源还是核算边界和方法问题;

三是减碳潜力定量化难,第一个原因是三级计量体系普遍有短板弱项,底数不清,第二个原因是缺乏减碳技术的成本效益、环境收益和技术成熟度的综合评价方法;

四是路径和机制设计难,要解决多利益相关方的协同,以及降碳技术和作用对象的最适宜匹配。

园区的边界界定是重要问题,园区实际边界复杂,为此需要建立园区多种边界的界定原则,基于明确的边界开展物质流、能量流、价值流分析,进而形成全生命周期的碳的流动途径,实现园区之间的物质、能量、碳排放总量/强度可比。在明晰四大边界的基础上,需建立多流、多节点的分析模型,要从企业、基础设施、园区整体三个层面刻画精细化的物质流、能量流、价值流;要建立园区本地化的活动水平和排放因子,从全生命周期的视角,核算园区的碳排放。

清华大学环境学院郝吉明:《中国工业园区绿色低碳循环发展的现状与未来》

企业园区周边区域物质流能量流分析框架(左图),基于碳流分析框架(右图)

总体来看,“十四五”时期园区绿色低碳循环发展面临三大突出挑战:

一是系统观、全局观、动态观亟需深入认识;

二是能源系统和污染治理亟待整体优化;

三是能耗双控向碳双控转变。

挑战具体又表现为三个方面:

一是落实双碳政策、双碳战略方面。以化石能源为主的传统能源与新能源供给存在结构失衡;园区对碳达峰的内涵认识不统一,部分园区存在碳排放总量控制套“紧箍咒”的顾虑,也有部分园区存在盲目碳冲锋,园区尺度一定要实现碳中和的认识误区。

二是污染控制方面。地上地下、水中岸上、陆地海洋系统失衡;存量污染和增量污染难以统筹;传统污染物全面达标与新兴污染物综合防治顾此失彼;亟待从生态设计、全过程优化、生产者责任延伸等系统发力,防止污染负荷转移。

三是污碳协同方面。园区物理边界和管理边界不统一,物质流、能量流管理相妨;污染物排放种类多,污碳产量大;治污与减碳措施相互作用、相互影响科学研究不足;污碳协同所需精细化数据基础薄弱。

能源系统和污染治理亟待整体优化

清华大学环境学院郝吉明:《中国工业园区绿色低碳循环发展的现状与未来》

园区能源——环境系统亟待设计技术经济可行、全生命周期环境友好的一揽子解决方案

清华大学环境学院陈吕军教授团队开发了一个包含1600家工业园区基础设施的数据库,上图是这些园区中能源基础设施的结构、规模、能源种类等。有几个结论:

80%的园区物理边界内兼有集中式能源和环境基础设施,能源基础设施呈现大少小多、三高特征:燃煤机组占比高达87%,且小机组多;50MW以下的数量占比高达62%;基础设施温室气体排放占比平均高达75%。

与此同时,绝大部分园区建有集中式环境基础设施,目前工业园区的能源—环境基础设施间“能源—水—固体废弃物”协同的产业共生体系薄弱,园区能源环境系统亟待设计技术经济可行,全生命周期环境友好的一揽子解决方案。

能耗双控向碳双控转变亟待抓手落地

2021年12月中央经济工作会议指出“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”。

园区千园千面,如何分类有序,宜能则能,宜碳则碳,是实践中的重大挑战。通过能、碳双控科学落地,倒逼园区高质量发展,是一项重大的命题。

控能控碳哪个优先,如何来控?表面上都应该控,但实际上能源控什么,碳控什么,不同地域,不同园区差异很大。

以流程工业为主的园区,余热余压及化学反应热回收较为普遍,能多碳少,应该以鼓励用能为主,以离散型工业为主的园区,如汽车制造,能源消耗和碳排放隐含在大量的零部件供应链上,终端企业能少碳少,应该以强度为主。

对策建议

厚植园区绿色低碳循环,要着力实施六大重点工程:

第一,园区碳生产率提升工程;

第二,基础设施共生降碳减污工程;

第三,园区数字化转型工程;

第四,物质流管理助力循环发展工程;

第五,园区固废脱钩发展工程;

第六,区域流域园区协同发展工程。



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