王杭州：“雙碳”背景下，供水企業(yè)綠色低碳發(fā)展的途徑
時間：2022-09-16 09:52
來源：中國水網(wǎng)
作者：酷熊兒
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2020年9月，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上鄭重承諾，中國二氧化碳排放量將在2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和。近年來，中國又在多次國際會議上重申“雙碳”目標，表現(xiàn)出堅定不移落實“雙碳”目標的態(tài)度，各行各業(yè)都在探討如何實現(xiàn)碳中和，作為供水行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型勢在必行。目標有了，那么該如何實現(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，而原水在輸送過程中并不會通過生化反應(yīng)產(chǎn)生直接排放或者產(chǎn)生碳匯。取水(一級)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行不合理均會導致輸送過程中能耗的增加，同時，日益增長的長距離輸水系統(tǒng)也帶來了更高的能耗。
凈水系統(tǒng)中，無論水廠的規(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)的主要能耗來自兩部分，一部分來源于輸水和配水的管道系統(tǒng)設(shè)計不合理及管網(wǎng)漏損，另一部分來源于中途加壓泵站設(shè)計不合理、泵站日常運行的能耗。
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，加壓泵站日常運行的能耗、供水系統(tǒng)設(shè)計不合理和管網(wǎng)設(shè)施漏損加大導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，如何測算出具體的碳排放量呢？王杭州指出，回到最本質(zhì)的過程，從能量轉(zhuǎn)化的角度來說，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，同時滿足用戶對水壓、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釋放二氧化碳。供水主要通過消耗電能進行碳排放，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，王杭州分享了對供水系統(tǒng)供給側(cè)和需求側(cè)碳排放情況的測算結(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21萬套，按照每一套設(shè)備的裝機容量二十千瓦計算，全國裝機容量420萬kW，按照城鎮(zhèn)居民水量50%需要加壓、噸水耗電量0.7544kWh/m³計算，全國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)溫室氣體排放報告管理相關(guān)重點工作的通知》，全國電網(wǎng)排放因子為0.581tCO2/MWh，就是581gCO2/度電。計算出全國供水系統(tǒng)間接碳排放量為2225萬噸CO2。
對珠海來說，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，雙碳的重點在泵房，再加上2021年新水價管理辦法的出臺，明確了二次加壓環(huán)節(jié)的電費等將計入供水成本，說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、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.選擇高效機組并高效運行；
2.確定合理的輸送距離和管徑，降低水泵所需揚程；
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，進行工藝升級改造、使用高效機組、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，推動管網(wǎng)升級改造、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行效率。與此同時，智慧水務(wù)為雙碳帶來了新的機遇，例如智慧加藥、智慧水泵等，有助于實現(xiàn)供水系統(tǒng)高效運行。
王杭州進一步提出針對供水系統(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)進行了一系列能耗優(yōu)化改進工作，成效顯著。具體而言，提高水泵和電機運行效率，是設(shè)備節(jié)能的關(guān)鍵，加強對管網(wǎng)系統(tǒng)需求變化、機泵特性曲線與實際運行情況之間的匹配程度分析，對匹配情況差異性較大的進行重新設(shè)計改造，尋求最佳泵組效率組合；統(tǒng)籌考慮水廠和供水水庫泵站一體化調(diào)度運行模式；在新建、技改等項目中把好設(shè)備選型關(guān)（H、Q額定值應(yīng)是運行最長時間值，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)從用戶承擔到供水企業(yè)承擔，從小規(guī)模管理到統(tǒng)籌全局；其次是設(shè)施設(shè)計運行要符合高效的準則。展開來說，城鎮(zhèn)二次供水的加壓電費通常通過物業(yè)公司向業(yè)主收取，二次加壓系統(tǒng)存在設(shè)計、運行不合理情況，缺少必要的優(yōu)化改進措施，而且供水企業(yè)對此環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)獲取也不夠充分�；诙┫嚓P(guān)數(shù)據(jù)，對二供水的加壓方式、運行模式、機組的流量、揚程、運行效率等進行分析，找出符合各地實際的加壓方式、機組流量、揚程、運行模式等，有助于提高需求側(cè)運行效率。
另外，清潔能源的自產(chǎn)和使用對碳減排也有重要作用。安裝太陽能光伏發(fā)電提供一定的能源補給、將車輛改為使用清潔能源、在選擇產(chǎn)品和材料時將低碳足跡作為重要標準等。
王杭州分析，要實現(xiàn)供水系統(tǒng)“碳中和”，可通過節(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、電機的效率也達到瓶頸，固有的能耗依然存在，而自產(chǎn)清潔能源對于大型水廠來說也是杯水車薪，通過我們自身努力無法達到“碳中和”，因此，要全面實現(xiàn)碳中和目標，只能通過市場購買清潔能源。
三、節(jié)能潛力和建議
在對未來的展望中，王杭州分享了對供水企業(yè)節(jié)能潛力的測算結(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節(jié)能的潛能目標，江蘇節(jié)能潛力為10.4%，推算出全國每年節(jié)電潛力為23.4億kWh。
需求側(cè)按照居民二供泵房運行效率在15-30%，效率提高一倍計算，全國每年節(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，加強需求側(cè)管理，是助力供水系統(tǒng)早日完成“雙碳”目標的重點。
面對如此巨大的節(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、水庫水位作為依據(jù)確定水泵揚程，而不是根據(jù)最高水位；在確定揚程時要考慮初期供水規(guī)模，避免水泵流量過大、揚程過高，出現(xiàn)大馬拉小車造成電耗過高。
在需求側(cè)，建議各地對二供系統(tǒng)進行研究，找出符合本地實際的設(shè)備選型、運行方式。同時強化管理，確保現(xiàn)有設(shè)備高效運行；因大泵效率較高，建議在合適地點建設(shè)集中加壓設(shè)施，提高運行效率和減少運行管理人員，節(jié)省成本；其實，“工頻水泵+屋頂（高位）水池”才是最節(jié)能的方式，具有經(jīng)濟、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)實現(xiàn)供水企業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型。
