王杭州：“雙碳”背景下，供水企業(yè)綠色低碳發(fā)展的途徑
時(shí)間：2022-09-16 09:52
來(lái)源：中國(guó)水網(wǎng)
作者：酷熊兒
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2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上鄭重承諾，中國(guó)二氧化碳排放量將在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。近年來(lái)，中國(guó)又在多次國(guó)際會(huì)議上重申“雙碳”目標(biāo)，表現(xiàn)出堅(jiān)定不移落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的態(tài)度，各行各業(yè)都在探討如何實(shí)現(xiàn)碳中和，作為供水行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。目標(biāo)有了，那么該如何實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)型？在2022（第七屆）供水高峰論壇上，珠海水務(wù)環(huán)境控股集團(tuán)有限公司副總工程師王杭州分享了珠海水控的思考——“‘雙碳’背景下供水企業(yè)綠色低碳發(fā)展的途徑”。
珠海水控集團(tuán)副總工程師王杭州
一、供水系統(tǒng)的碳足跡
要想知道如何降碳，首先要知道碳在哪里產(chǎn)生。供水系統(tǒng)可以分為原水系統(tǒng)、凈水系統(tǒng)、市政管網(wǎng)輸送系統(tǒng)、用戶內(nèi)部配給系統(tǒng)，不同系統(tǒng)碳排放情況不同。
原水系統(tǒng)中，泵房運(yùn)行需要消耗大量能耗，屬于碳排放邊界條件里的間接排放，而原水在輸送過(guò)程中并不會(huì)通過(guò)生化反應(yīng)產(chǎn)生直接排放或者產(chǎn)生碳匯。取水(一級(jí))泵站和原水管網(wǎng)規(guī)劃布局的不合理、管網(wǎng)漏損造成的水耗增加以及水泵運(yùn)行不合理均會(huì)導(dǎo)致輸送過(guò)程中能耗的增加，同時(shí)，日益增長(zhǎng)的長(zhǎng)距離輸水系統(tǒng)也帶來(lái)了更高的能耗。
凈水系統(tǒng)中，無(wú)論水廠的規(guī)模大小，送水泵房在水廠中的能耗最高，約占84%~88%，其次是過(guò)濾約占7%~14%，混凝沉淀約占2%左右，廢水處理約占2%左右，因此水廠節(jié)能的重點(diǎn)在送水泵房以及濾池單元。
市政管網(wǎng)輸送系統(tǒng)的主要能耗來(lái)自兩部分，一部分來(lái)源于輸水和配水的管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理及管網(wǎng)漏損，另一部分來(lái)源于中途加壓泵站設(shè)計(jì)不合理、泵站日常運(yùn)行的能耗。
用戶內(nèi)部配給系統(tǒng)包括供水管網(wǎng)、水池（地下或高位）、加壓泵房及其他配套設(shè)施，在這些組成部分中，加壓泵站日常運(yùn)行的能耗、供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理和管網(wǎng)設(shè)施漏損加大導(dǎo)致泵站額外增加的能耗屬于碳排放的間接排放，是影響用戶內(nèi)部供水系統(tǒng)碳排放的主要因素。
供水系統(tǒng)流程
供水各階段的排放路徑已經(jīng)基本明了，如何測(cè)算出具體的碳排放量呢？王杭州指出，回到最本質(zhì)的過(guò)程，從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)說(shuō)，供水就是以能耗換水質(zhì)、壓力和水量。供水企業(yè)使用大量電能以去除原水中的雜質(zhì)和污染物，同時(shí)滿足用戶對(duì)水壓、水量的要求，間接產(chǎn)生大量二氧化碳排放；其次是水處理需要消耗藥劑，間接排放溫室氣體；此外，工作用車和人員呼吸也會(huì)釋放二氧化碳。供水主要通過(guò)消耗電能進(jìn)行碳排放，因此可以依據(jù)電能消耗初步量化不同階段的碳排放情況。在此基礎(chǔ)上，王杭州分享了對(duì)供水系統(tǒng)供給側(cè)和需求側(cè)碳排放情況的測(cè)算結(jié)果。
供給側(cè)包括原水、凈水、市政管網(wǎng)輸送系統(tǒng)，每年電耗約為225億kWh。
需求側(cè)主要是用戶內(nèi)部配給系統(tǒng)。2020年用水人口6.85億，擁有二次供水設(shè)施約21萬(wàn)套，按照每一套設(shè)備的裝機(jī)容量二十千瓦計(jì)算，全國(guó)裝機(jī)容量420萬(wàn)kW，按照城鎮(zhèn)居民水量50%需要加壓、噸水耗電量0.7544kWh/m³計(jì)算，全國(guó)每一年居民生活用水的二次加壓耗電量約在158億kWh，如果加上其他非居民二次加壓的耗電量，估計(jì)比出廠前的耗電量還要多。
2022年3月15日，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《關(guān)于做好2022年企業(yè)溫室氣體排放報(bào)告管理相關(guān)重點(diǎn)工作的通知》，全國(guó)電網(wǎng)排放因子為0.581tCO2/MWh，就是581gCO2/度電。計(jì)算出全國(guó)供水系統(tǒng)間接碳排放量為2225萬(wàn)噸CO2。
對(duì)珠海來(lái)說(shuō)，原水環(huán)節(jié)和水廠環(huán)節(jié)的能耗占比更高，這是珠海特殊的原水條件造成的。結(jié)合其他城市的研究表明，在大多數(shù)情況下，二次供水環(huán)節(jié)的能耗占比相對(duì)更加突出。
二、低碳綠色發(fā)展途徑
根據(jù)各環(huán)節(jié)碳足跡情況可以看出，雙碳的重點(diǎn)在泵房，再加上2021年新水價(jià)管理辦法的出臺(tái)，明確了二次加壓環(huán)節(jié)的電費(fèi)等將計(jì)入供水成本，說(shuō)明需要圍繞加壓泵房開展更多深入的思考。因此，王杭州提出從水泵的能耗公式探索碳減排方法——
C代表能耗，η1·η2·η3代表變頻器、電機(jī)、水泵的效率，H代表水頭。在供水行業(yè)，η1·η2·η3綜合效率一般為70%，由此可得供水系統(tǒng)千噸米耗電一般為3.89kWh/千m³·m�？梢钥吹�，C要減小，H就要減小，η1·η2·η3就要提高，珠海水控基于此提出了低碳綠色發(fā)展途徑：
1.選擇高效機(jī)組并高效運(yùn)行；
2.確定合理的輸送距離和管徑，降低水泵所需揚(yáng)程；
3.降低管網(wǎng)漏損，提高管網(wǎng)效率。
不同環(huán)節(jié)碳減排措施
王杭州建議，要將碳減排路徑推廣到從源頭到龍頭的全流程，在供水系統(tǒng)的不同階段，采取不同的手段。
具體而言，原水系統(tǒng)中，要合理選擇水源以及提升原水輸送管網(wǎng)效率；凈水系統(tǒng)中，進(jìn)行工藝升級(jí)改造、使用高效機(jī)組、智慧加藥以及合適的工藝，在保證水質(zhì)的基礎(chǔ)上選擇低碳工藝；市政管網(wǎng)輸送系統(tǒng)中，推動(dòng)管網(wǎng)升級(jí)改造、降低漏損、加壓泵站盡量使用疊壓；用戶內(nèi)部配給系統(tǒng)中，完成二供系統(tǒng)改造，使用集中加壓、建立區(qū)域化泵站等手段提高運(yùn)行效率。與此同時(shí)，智慧水務(wù)為雙碳帶來(lái)了新的機(jī)遇，例如智慧加藥、智慧水泵等，有助于實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)高效運(yùn)行。
王杭州進(jìn)一步提出針對(duì)供水系統(tǒng)的供給側(cè)和需求側(cè)采取不同的碳減排措施。
供給側(cè)要“穩(wěn)”：從源頭到用戶紅線全鏈條統(tǒng)籌、持續(xù)優(yōu)化。供水行業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了一系列能耗優(yōu)化改進(jìn)工作，成效顯著。具體而言，提高水泵和電機(jī)運(yùn)行效率，是設(shè)備節(jié)能的關(guān)鍵，加強(qiáng)對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)需求變化、機(jī)泵特性曲線與實(shí)際運(yùn)行情況之間的匹配程度分析，對(duì)匹配情況差異性較大的進(jìn)行重新設(shè)計(jì)改造，尋求最佳泵組效率組合；統(tǒng)籌考慮水廠和供水水庫(kù)泵站一體化調(diào)度運(yùn)行模式；在新建、技改等項(xiàng)目中把好設(shè)備選型關(guān)（H、Q額定值應(yīng)是運(yùn)行最長(zhǎng)時(shí)間值，而不是最大值），優(yōu)先采用環(huán)保型、節(jié)能型電氣和設(shè)備，逐步淘汰高能耗、低能效設(shè)備。
需求側(cè)要“改”：首先是觀念要改，二次供水環(huán)節(jié)從用戶承擔(dān)到供水企業(yè)承擔(dān)，從小規(guī)模管理到統(tǒng)籌全局；其次是設(shè)施設(shè)計(jì)運(yùn)行要符合高效的準(zhǔn)則。展開來(lái)說(shuō)，城鎮(zhèn)二次供水的加壓電費(fèi)通常通過(guò)物業(yè)公司向業(yè)主收取，二次加壓系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)、運(yùn)行不合理情況，缺少必要的優(yōu)化改進(jìn)措施，而且供水企業(yè)對(duì)此環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)獲取也不夠充分。基于二供相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)二供水的加壓方式、運(yùn)行模式、機(jī)組的流量、揚(yáng)程、運(yùn)行效率等進(jìn)行分析，找出符合各地實(shí)際的加壓方式、機(jī)組流量、揚(yáng)程、運(yùn)行模式等，有助于提高需求側(cè)運(yùn)行效率。
另外，清潔能源的自產(chǎn)和使用對(duì)碳減排也有重要作用。安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電提供一定的能源補(bǔ)給、將車輛改為使用清潔能源、在選擇產(chǎn)品和材料時(shí)將低碳足跡作為重要標(biāo)準(zhǔn)等。
王杭州分析，要實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)“碳中和”，可通過(guò)節(jié)能（減排）和使用清潔能源，但克服管網(wǎng)阻力需要消耗能量，水泵、電機(jī)的效率也達(dá)到瓶頸，固有的能耗依然存在，而自產(chǎn)清潔能源對(duì)于大型水廠來(lái)說(shuō)也是杯水車薪，通過(guò)我們自身努力無(wú)法達(dá)到“碳中和”，因此，要全面實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，只能通過(guò)市場(chǎng)購(gòu)買清潔能源。
三、節(jié)能潛力和建議
在對(duì)未來(lái)的展望中，王杭州分享了對(duì)供水企業(yè)節(jié)能潛力的測(cè)算結(jié)果：
供給側(cè)以江蘇蘇南為例，按照411kW.h/千m3·MPa（深度處理）的能耗管理水平作為未來(lái)節(jié)能的潛能目標(biāo)，江蘇節(jié)能潛力為10.4%，推算出全國(guó)每年節(jié)電潛力為23.4億kWh。
需求側(cè)按照居民二供泵房運(yùn)行效率在15-30%，效率提高一倍計(jì)算，全國(guó)每年節(jié)電潛力為79億kWh。如果加上其他加壓泵房，節(jié)能潛力巨大。因此，加強(qiáng)需求側(cè)管理，是助力供水系統(tǒng)早日完成“雙碳”目標(biāo)的重點(diǎn)。
面對(duì)如此巨大的節(jié)能潛力，王杭州提出了以下建議——
在供給側(cè)，取水泵站要根據(jù)出現(xiàn)頻率最大的河水水位、水庫(kù)水位作為依據(jù)確定水泵揚(yáng)程，而不是根據(jù)最高水位；在確定揚(yáng)程時(shí)要考慮初期供水規(guī)模，避免水泵流量過(guò)大、揚(yáng)程過(guò)高，出現(xiàn)大馬拉小車造成電耗過(guò)高。
在需求側(cè)，建議各地對(duì)二供系統(tǒng)進(jìn)行研究，找出符合本地實(shí)際的設(shè)備選型、運(yùn)行方式。同時(shí)強(qiáng)化管理，確�，F(xiàn)有設(shè)備高效運(yùn)行；因大泵效率較高，建議在合適地點(diǎn)建設(shè)集中加壓設(shè)施，提高運(yùn)行效率和減少運(yùn)行管理人員，節(jié)省成本；其實(shí)，“工頻水泵+屋頂（高位）水池”才是最節(jié)能的方式，具有經(jīng)濟(jì)、可靠、安全、降漏、平衡管網(wǎng)等特征，有條件的區(qū)域可以采用，輔以疊壓方式，節(jié)能效果可觀。
最后，王杭州總結(jié)，在轉(zhuǎn)型過(guò)程中，要充分保障供水安全，只有平衡好兩者之間的關(guān)系，才能平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)供水企業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。
