薛涛：碳减排三角下，地方水务集团的应对策略思考
碳中和是国之大计，推进碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，近两年在水务环保领域的探讨也越来越丰富。2022(第七届)供水高峰论坛上，E20研究院执行院长、湖南大学兼职教授、华北水利水电大学客座教授薛涛以“碳减排三角下，地方水务集团的应对策略思考”为题，进行了精彩分享。
两分钟要览速读：
1. 2020年，我国城镇供水系统碳排放量超过0.22亿吨CO2。供水行业的碳排放在全行业中大约占0.2%，供水、污水处理和固废处理加起来占3.5%左右，占比虽小，但并不意味着现在不值得关注和采取措施。水务环保单体项目的碳排放量较小，但项目数量多，加起来具有一定的影响作用，适合政府有关部门从整体层面对行业制定统一的监管要求，对其碳排放量和能源消耗进行约束，以提升单个企业碳减排的动力。
2. E20研究院认为，碳减排需要从三个维度进行系统考量：政策强度、跟踪评价、国际认可。三个维度必须同时满足，某个领域的碳减排工作才能快速有效的推动;如果三角缺一甚至缺二，就会造成该领域的碳减排推进过程受到阻碍，这也正是当前很多细分领域面临困境的原因。
3. 用“二分法”分析，企业控碳的路径不外乎四种，首先第一层，两种选择：降低碳排放或者提升碳吸收，再分别对应演化出第二层的四种方式：①提效节能减排、②改变能源结构、③生态固碳、④技术吸收。在落地实践中，企业控碳需要找到“突破点”和“切入点”，而现有的能源结构变化需要时间的积累，这就决定了“提效节能减排”是企业控碳最常见、最容易实现、最立竿见影的方式。
4. 对产业来说，碳减排的有效落地，离不开商业模式的进一步形成与演化，这就需要从行业管理视角和企业竞争视角展开交叉分析，找到业务对应的位置，在此基础上，企业才能提炼出有价值的商业逻辑。
5. 从长远来看，“碳指标”有望成为绿色发展的“度量衡”。换言之，碳排放将成为衡量一个产业绿色发展水平的重要评价标尺，企业的技术路线选择、管理水平、社会责任等方面必须遵循正确的价值方向，才能在市场中获得持续的竞争优势。一方面，水务环保企业不要对当前的碳市场抱有过高的期待，另一方面，企业也要积极谋划、布局研究，尽早为未来的变化有所准备，寻找降碳的整体最优解。
碳中和是国之大计，推进碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，近两年在水务环保领域的探讨也越来越丰富。2022(第七届)供水高峰论坛上，E20研究院执行院长、湖南大学兼职教授、华北水利水电大学客座教授薛涛以“碳减排三角下，地方水务集团的应对策略思考”为题，进行了精彩分享。
E20研究院执行院长、湖南大学兼职教授、华北水利水电大学客座教授 薛涛
01供水行业碳排放的基本情况
在2021年“双十一”的时候，威立雅宣称SEDIF成为了世界上第一家实现碳中和的自来水厂，打响了零碳供水方案的“第一枪”，在业内引起广泛关注。那么，自来水厂的能耗情况和供水行业的碳排放量，究竟是什么样的?
众所周知，供水行业的碳排放主要来源于电力消耗。根据年鉴和E20供水研究中心的数据，业内最关心的两个能耗指标：“制水单位电耗”和“配水单位电耗”，其平均值分别为266 kWh/km³、365 kWh/(km³·MPa) ，先进值分别为179 kWh/km³、248 kWh/(km³·MPa)。据此，我们可以估算出城镇供水系统的碳排放量(包括制水、输配水、二次供水环节，不包括远距离引调水)。随着城镇供水总量的稳步提升，碳排放量也随之逐年增多。2020年，我国城镇供水系统碳排放量超过0.22亿吨CO2。
如上图所示，2021年中国碳排放总量约为119亿吨，供水行业的碳排放量占全行业的比例约为0.2%，而污水处理通常认为占1%~2%，固废处理占1.8%左右。因数据来源和统计口径不同，这些比例会略有差异。从中国当前的现状来看，发电和工业端以及交通部门是碳排放的主要来源，农业、居民、商业和公共服务等行业的碳排放相对较低;工业端中，高耗能的能源加工、钢铁、化学原料制造等产业尤为突出。供水行业的碳排放占比虽小，但并不意味着不重要，更不等同于现在可以放任自流、不加约束。事实上，在我国八大碳排放交易试点地区的控排企业名单中，不少涉及供水业务的企业已经被纳入管控范围。如北京自来水集团、深圳水务集团、上海城投水务、重庆自来水、武汉水务集团等。另外，也和我们接下来要谈的管理时序和管理策略相关。
02剖析碳减排三角
正如市政环保领域的发展从来都不是靠单一技术因素驱动，而是在公共管理的压力之下，技术和商业模式的相互交融所产生的创新驱动和突破，同时后两者会对居于上位的公管形态产生反作用力。碳减排也是同样的道理。
结合对行业的深入观察和理解，E20研究院认为碳减排需要从三个维度进行系统考量：政策强度、跟踪评价、国际认可。三个维度必须同时满足，某个领域的碳减排工作才能有效推动;如果三角缺一甚至缺二，就会造成碳减排推进过程缓慢，这也正是当前很多细分领域面临困境的原因。其一，政策强度，只有当政策的发起方以及政策规定本身足够严格、清晰的时候，碳减排才有充分的约束力;其二，跟踪评价，比如，业内有一个一直在讨论的话题，说污泥做成肥料回归土壤应该能实现碳减排，因为理论上土壤的有机质得到了增加，植物也获得了养分，但其实整个过程涉及很多的细分领域和不同的学科，目前尚未开发出相应的碳核算的方法学，给跟踪评价带来了困难;其三，国际认可，像过去CDM机制很火的时候，当时国内很多有碳交易价格的产品在国际上都能得到快速推进，所以，如果我们自己开发的技术和模式在国际上没有成为主流，就会限制它的商业价值和应用前景。
碳减排三角的思路在珠海水控集团王杭州总的发言中也有所呼应。对于供水行业来说，安全一定是首要考虑的因素，这是和污水处理等其他行业不一样的地方，任何碳减排路径的引入，不能对供水安全带来不确定性的影响;其次，简单，管理、评估、或者选择技术方向的选择上相对简易、明了;再次，能实现较好的减碳效果。显然，在当前的条件下，三者同时达到非常困难。例如，现在很多在设备选型时倾向于选择流量和扬程偏大的水泵，用这个三角就能很好的解释原因，一方面基于对安全的考虑，另一方面可能是由于采购流程相对简单，由此带来了对低碳的牺牲。如果既要安全、又要减排，那它的管理一定是复杂的。因此，想要同时实现“安全-简单-减排”三角，还需要从系统的升级、管理的迭代、智能的应用等多方面持续发力。
下面，我们展开探讨一下碳减排三角在供水领域中的具体体现和面临的挑战，对应三角中“两两交集，但另一要素无法满足”的情形。
首先，碳排放计算规则不统一。当前，大多数中国碳排放数据库只统计了CO2排放量，没有包括CH4、N2O、氟化气体，使得碳排放的计算并不全面。同时，碳排放的测算方法有很多种，①全生命周期评价法、②国家温室气体清单(IPCC)指南;③CDM机制;④平衡法……每种方法各有优劣。因此，全行业、每个细分行业的碳排放量究竟有多少，每个研究机构的测算都不尽相同，而这些底层的数据不详和测算逻辑不清、边界不明，制约了碳指标的形成和交易，使碳减排变成了“镜花水月”。
其次，碳交易目前处于相对受限的状态。一方面，很多供水(以及水务环保)业务中单体项目的碳排放量太小、太分散，碳交易的开发收益较低，对应的程序却相对繁琐，折算下来碳交易的成本较高，导致市场上缺乏快速推进的动力。另一方面，当前的碳交易还处于试点探索阶段，存在领域分割和地域分割的现象，也就限制了交易的范围和规模。例如，不同地区被纳入控排名单的供水企业，它们碳排放配额的算法不同，图中以上海和武汉为例进行说明。此外，碳排放和碳交易的定价机制还不完善。在起始阶段，大家都认为应该是免费的配额发放给企业，随着时间的推进和减碳的深入，当市场运行机制更加健全之后，可能会走向竞拍的模式。当然，这些都需要一个发展过程。
第三，现有降碳政策的力度还不充足，没有形成刚性的要求和约束。展开来说，目前的各项政策并未对碳排放量进行限制，或者给出直接的减碳指标，比如近期下发的《城乡建设领域碳达峰实施方案》(建标〔2022〕53号)，对于供排水、污水处理、生活垃圾处理领域的目标任务均是通过提高基础设施运行效率、减少浪费、提升资源重复利用率的角度来体现的，还未转化成对减碳的强制性要求，也没有对技术方向的选择提供一些指引和参考。预计还需要一定的时间让政策制定者接收到产业的反馈。随着高耗能行业低碳转型的有序推动，水务环保产业的碳减排也将逐渐被提上议事日程。水务环保单体项目的碳排放量虽小，但项目数量多，加起来具有一定的影响作用，适合政府有关部门从整体层面对行业制定统一的监管要求，对其碳排放量和能源消耗进行约束，以加速推动本行业碳减排的落地进程。
03控碳路径与措施详解
E20供水研究中心认为，从逻辑上分析，企业控碳的路径不外乎2×2四种，首先第一层，两种选择：降低碳排放或者提升碳吸收，再分别演化出第二层：①提效节能减排、②改变能源结构、③生态固碳、④技术吸收四种方式。在落地实践中，企业控碳需要找到“突破点”和“切入点”，而现有的能源结构变化需要时间的积累，这就决定了“提效节能减排”是企业控碳最常见、最容易实现、最立竿见影的方式。但也需要综合考虑技术、经济、行业特性等多方面的问题，从而达成最优的投入产出比。近些年，可再生能源对化石燃料的替代性不断增加，相信在未来，随着清洁能源面临的挑战(公共管理、自然条件、发电规模、并网成本等)逐步被解决，能源结构变革对控碳的贡献度会大幅提升。生态固碳方面，森林碳汇对于碳排放总量来说是远远不够的，好比“杯水车薪”，目前只能作为一种补充手段;而海洋碳汇,人类对它的认知还比较有限。技术固碳方面，比如碳捕获、封存技术(CCS)以及碳捕获、利用与封存技术(CCUS)都还有各自的局限性，有待进一步研发和孵化。
回到开篇威立雅零碳供水的案例，其实就是通过前三条路径实现的：降低能耗药耗、清洁能源替代、植树造林补充。
我们再来看，在供水全流程中可选的一些具体降碳措施，不同颜色对应前面讲的路径选择，混色代表采用复合路径，不难发现，大部分都跟节能降耗密切相关。
在水源环节，注重环境修复、源头治理，加强水源地保护，可以在很大程度上降低饮用水处理的难度并减少药耗能耗;同时，引入再生水、雨水、海水等非常规水源，从系统的角度满足用水需求。对于引调水工程，通过合理的规划尽可能减少不必要的建设和投入，以降低碳足迹。在水厂环节，可以有针对性的选择高效低碳节能的工艺进行改造，杜绝以能耗药耗换水质的粗放模式。
管网输配水和二次加压环节，能耗在全流程中占比更大，是供水系统降碳的重中之重。漏损、爆管等事故频发，对资源和能源产生巨大的浪费。因此，业内也在积极探索加强城市管网的贮水和调蓄功能，使其既满足高峰时期的用水量，也能起到稳定水压、缓冲水质变化的作用，并同步实现减少电耗的要求。同时，控漏节水技术的研究以及智慧化管理的加强、管网结构的优化，都对寻找能耗最优的解决方案提供了诸多思路，其中也不乏优秀的管道企业和水表企业。在用户端，特别是一些分散式和小型化供水的场景，绿色高性能无机膜的使用可以在最大程度上降低药耗，安全、高效、经济地达成水质保障的目标。
从优化能源结构的路径来讲，太阳能光伏发电因为其安全、清洁、低碳、可再生的优势，近年来受到越来越多水厂的青睐。分布式光伏发电装置可以安装在水厂闲置空间、建筑物屋顶，大大提高了水厂的空间利用率;还可以安装在水池上方，相当于给水池“加盖”，阻挡阳光，防止藻类生成。同时，光伏发电能直接降低水厂用电成本，甚至在未来有可能开发成CCER项目，通过卖碳指标获取一定的收益。
尽管光伏发电的优势显著，但在自来水厂的实际应用中还存在一些值得注意的问题。一是水厂的湿度大，产品容易氧化，需要做好防锈防腐措施;二是水厂的水泵和电机多，电网环境较差，瞬时电流是额定电流的3-5倍，需选择功率更大的逆变器以提升防电流冲击能力。
其实，近10年来，光伏发电项目单位千瓦平均造价已经下降了75%左右，现阶段，光伏发电的价格已经可以与煤电等化石燃料发电方式竞争，甚至低于煤电价格，为什么光伏发电仍未得到大规模应用?主要有并网成本、发电规模、自然条件、储能成本等原因，还需交给时间来解决。
04地方水务集团减碳策略思考
对于地方水务集团而言，供水只是其业务范畴的一部分，不少企业也通过产业链的延伸将业务拓宽至污水处理、垃圾焚烧、环卫等领域。接下来我们就看看在这些领域的降碳措施，以及E20研究院对碳减排推进优先级的一些辩证思考，希望给到大家视野的延展和启发。
首先是污水处理领域，厂内的碳减排主要包括运行过程的节能降耗、建设过程中的碳减排、温室气体(GHG)的逸散控制以及针对减少逸散控制的新工艺的开发和应用;而厂外的碳减排重点在管网的提质增效、出水管控、污泥处理以及能源外供等方面。由于篇幅所限，在此不过多展开，只简单分享下水源热泵。
污水源热泵作为低温余热利用的技术之一，十多年前在我国北方地区的污水厂中就得到了推广和应用。水源热泵的热交换温度全年较为稳定，设备传热性好，而且具有不俗的能耗表现。数据表明，水源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的电能，符合低碳的发展方向。那么，水源热泵在供水领域可行吗?按道理来说，供水的水质优于污水，热泵运行会更加稳定，为什么目前在自来水厂没太见过水源热泵呢?原因还是归结为前面提到的安全问题。供水对安全非常敏感、要求极高，温度波动对于水质带来的影响，比如溶解氧、pH、有机质的变化，管壁生物膜的变化，沉积物的溶解和析出等等，都有不确定性，因此，业内对于水源热泵在供水领域的应用显得十分谨慎。
企业通常有很多业务方向，为了预判哪些细分领域会优先推进碳减排，哪些领域会滞后，E20研究院制作了如上图所示的二维矩阵进行分析。横轴表示政策确定性的强弱，纵轴表示碳排放量的大小。我们认为，右上方的填埋场发电是会被优先推进的;而像左上方的污水处理和供水领域，虽然目前的政策强度不足，但随着优先级更高的问题被逐步解决，它们也会得到更多的驱动和推进。
中长期来看，我国能源结构将发生巨大的变化，可再生能源将从低碳转型的生力军成长为碳达峰碳中和的主力军。据E20供水研究中心测算，到2035年，可再生能源占比将达到30%以上，到2060年，该比例将超过73%。有研究表明，在四种实现碳中和的路径中，对核能、风能和生物能的需求，都已接近全国总资源的上限，只有太阳能资源充裕。这充分说明，太阳能将在实现碳中和的过程中发挥着至关重要的作用，这也是为什么我们在前面重点提及光伏发电的原因。
同时，展望未来碳中和时期可再生能源分布的格局，可以倒推出当下的策略。因为我国能源产生与消耗存在空间不平衡的问题，需要关注并发挥能源的地区优势。比如，以胡焕庸线作为分隔线，西北地区的太阳能和风能非常富足，可以充分利用;东南沿海地区可大规模提升陆上风能和海上风能的能源效益;而在气候温暖湿润的南方地区，绿色植被生产力旺盛，水电资源相对丰富，水能、生物质能和森林碳汇被寄予更多的期待。
薛涛强调，对产业来说，碳减排的有效落地，离不开商业模式的进一步形成与演化，这就需要从行业管理视角和企业竞争视角展开交叉分析，找到业务对应的位置，从而帮助企业提炼出有价值的商业逻辑。如图所示，横轴分别代表通过直接的行政管控或者通过价格机制来实现行业管理;纵轴则表明了商业机会的获取途径，是从政府授权获得区域化的垄断还是要参与充分的市场竞争。当然，不少领域兼具两者的属性，每个领域的位置也并非一成不变，例如：储能会随着新型储能价格机制的建立，变得更加活跃;公用事业的节能降碳会随着政策的明确获得更大的发展。
在最后，薛涛表示，从长远的角度来看，碳排放将成为衡量一个产业绿色发展水平的重要评价标尺，企业的技术路线选择、管理水平、社会责任等方面必须遵循正确的价值方向，才能在市场中获得持续的竞争优势。同时，碳减排纳入环境监管后，很可能对水务环保企业提出更高的要求。因此，水务环保企业一方面不要对当前的碳市场和碳减排收益抱有过高的期待，另一方面也要未雨绸缪、积极研究布局，尽早对未来的行业变化有所准备。