基于區塊鏈技術開展熱泵區域居民供能碳普惠機制研究及案例分析

李 強

中節能（貴州）建筑能源有限公司

0 前言

熱泵技術在回收低品位能源上與其它技術相比具有不可比擬的優勢。基于熱泵技術的區域居民供能項目具有較好節能效果、環保效益和集中管理的優勢，同時具備良好的普惠性。但這種項目的能源計量涉及千家萬戶，應用傳統的計量和收費方法將使成本變得很高，相應項目所產生的碳減排量的計量與核算程序煩瑣，成本很高。本文探討利用區塊鏈技術，解決采用熱泵技術實施區域居民供能的能源計量和收費問題，同時將項目的減排量和區塊鏈技術結合起來，開發成碳普惠項目，將碳收益反哺給用戶，培養用戶高效用能行為和節能減排意識。

1 采用熱泵進行區域居民供能技術原理

熱泵可以像泵一樣，把環境中難以直接利用的低位和劣質的熱源轉換為可以利用的高位熱能，按熱源種類不同可分為空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵、雙源熱泵（水源熱泵和空氣源熱泵結合）等。水源熱泵機組的能源回收效率通常能達到3 到5倍。而傳統的鍋爐供熱系統最多僅能將90%以上的電能（電鍋爐）或70%～90%的燃料內能（燃料鍋爐）轉化為可供用戶使用的能量。因此，熱泵技術的節電效果是相當突出的。

對于水源熱泵，根據田慧峰研究，我國已建成了較多自然水域如江、河、湖水源熱泵工程項目，系統制冷量在500～20 000 kW之間，也有一些較大規模的海水、污水源熱泵項目。

區域居民供能項目最大的特色是多種能源能加以綜合利用，在一個項目中可以融合應用江河水熱泵、污水源熱泵、傳統空氣源熱泵、燃氣三聯供、電廠廢熱回收、工廠廢熱回收等多種技術。其中城市污水處理廠的“污水源”因為溫度較為穩定，成為居民供暖、制冷的優質潛在能源。利用污水作為能源，通過換熱系統，在污水中取熱、排熱，達到供暖和制冷的效果，從而替代傳統空調系統，減少電耗，以清潔能源實現建筑節能。

2 碳普惠機制分析

碳普惠機制是廣東省碳市場在運行過程中創新的一種市場機制，其目的在于促進小微企業、社區家庭和個人的節能減排，并為他們的綠色低碳行為制定相應的計量和核查標準，量化他們的減排量并在碳市場中出售，用于幫助控排企業完成碳排放履約。在實踐中發現碳普惠機制可以有效地激發公眾參與節能減排的積極性。

劉航研究結果表明，制定出科學合理的綠色低碳行為清單是開展碳普惠機制的前提。就易于開展碳普惠機制的公眾行為清單而言，主要有綠色低碳出行領域、節電、節水、節約燃氣等能夠節能減碳的生活領域、購買節能低碳產品的消費領域、踐行綠色低碳出行的旅游領域、參與減排效果顯著的公益領域。黎煒馳等研究表明，碳普惠機制中核心之處在于，對個體的節能減排行動賦予一定的價值，碳普惠實施的前提條件及數據基礎就是對個體減排量的監測和核算。具體而言，這些領域的低碳行產生的減排量須是數據可獲得、計算方法可量化，能夠借助一定的技術手段快速獲得，并通過相應的方法學方便的計算出，并可以通過量化核算方法進行檢驗。因此，針對碳普惠機制行為清單上的綠色低碳行為，開發出相應的方法學，并加強區塊鏈這類前瞻性技術與碳普惠核算方法學的融合，是實現綠色低碳行為量化核算的關鍵。

3 采用區塊鏈技術助力碳普惠機制

杜曉麗等研究表明，區塊鏈作為一種新興的分布式賬本技術，能夠有效解決碳交易體系中的數據安全、運行效率等問題。從張寧等開展的研究來看，區塊鏈技術的去中心化、透明性、公平性以及公開性與能源互聯網理念具有很強的相似性。管志貴等開展了區塊鏈技術應用于雄安新區千年秀林和白洋淀修復兩大項目的生態價值實現研究，該技術能比較有效地解決雄安新區生態價值實現中存在的監管難度高、信息不對稱和交易機制不完善等諸多問題。

針對廣東省碳普惠制試點過程中存在的用戶隱私保護、減排數據獲取難以及參與度不高等問題，根據彭軍霞等開展的研究表明，利用區塊鏈技術構建一個安全、可靠、高效的碳普惠生態系統，將減碳量或節能量數據錨定到區塊鏈上轉化為有價格的綠色通證，碳普惠用戶可以根據擁有的綠色通證，享受綠色通證所帶來的收益。

區塊鏈作為一個公共賬本，對于區域供能來說，可以存儲用戶的消費行為、交易行為或任何其他數據，有效消除了對中間環節的需求，并允許用戶以對等方式進行交互，提高用戶對行為數據的了解和信心，提高了用戶接受區塊鏈技術對其消費行為進行監測的接受度，這大大提高了用戶對收費數據的信任，相應地降低了收費的難度。由于其分布式的特點，一旦建立了數據記錄，生成的數據具有不可竄改和不可偽造性，且任何一個節點都包含所有的數據信息，數據具有其它存儲方式難以相比的安全性，區塊鏈被認為是金融資產（特別是電子貨幣）的最佳儲存方式。國際上也普遍把碳配額和減排量當成一種金融資產看待，其數據不可竄改和不可偽造性對于減排量計量、簽發、交易有著重要意義。

4 案例研究

中節能貴陽中天未來方舟案例項目位于貴陽市南明河下游北岸，規劃居住人口約17 萬人；該案例項目是國家住房和城鄉建設部批準的全國首批8個綠色生態示范城區之一，將是貴陽實現城市功能空間再造和城市形象升級的重大標志性引擎項目。

該案例項目區域內有南明河、城市污水主溝等可再生能源資源條件，有條件作為熱泵系統的低位冷、熱源，對區域進行供冷、供熱。根據規劃，可再生能源集中供能系統供冷、供熱總建筑面積約達800 萬㎡，其中1 號能源站可再生能源集中供能系統區域供冷（熱）面積達156萬㎡，建設能源站1座，設備供熱總裝機負荷56.9 MW，熱泵系統供熱裝機負荷48.9 MW，2 號能源站可再生能源集中供能系統區域供能面積達138.8萬㎡，建設能源站1座，設備供熱總裝機負荷49.3 MW，熱泵系統供熱裝機負荷44.3 MW。

案例項目位于南方電網，南方電網是以火電為主的電網，由于案例項目的開展，能減少CO2的排放，節能減排效益顯著，對于用戶來說，個人一年可能產生0.5 t到1.5 t的CO2減排量，案例項目一年可以產生10萬t以上的減排量。

案例項目開發了基于區塊鏈技術的區域供能能源數據信息系統，整個區域供能用戶都接入此系統，用戶消費數據能真實準確且有足夠精度地及時反映在該系統中，該系統能計量每戶的用能量，進而通過系統計算出每戶的減排量，進而將整個項目開發為碳普惠項目，居民所獲取的減排量通過項目公司統一對外出售，收益全部轉化為碳積分，用戶可以優惠的方式用碳積分沖抵以優惠方式的能源費用（即采取碳積分沖抵時給予一定的折扣），這進一步促進用戶參與節能減排的積極性。

這樣就使得碳減排量的計量、核查和交易，可以采用區塊鏈技術基于用戶消費數據以低成本的方式實現，使得離散型的個人和微型項目的減排量自動測量、核查成為現實，也使得碳普惠項目的減排量交易成為可能。

5 結論

碳普惠機制具有用戶群大、傳播效應快、宣傳效果好，所面向的生活消費領域實施范圍廣等特點，且以正向自愿激勵為主。中節能貴陽中天未來方舟項目作為全國首批8個綠色生態示范城區之一，正好符合碳普惠機制的特點，項目的規模也正好適合開展碳普惠機制建設。區塊鏈這一新興信息技術，具有透明可信、防竄改、可追溯、高可靠性等特點，而且在數據確權、存證，以及隱私保護和數據通證化等方面具有得天獨厚的優勢，因此，正好借助該技術來支撐案例項目所需要的減排數據計量、減排量計算、碳積分轉換、碳積分交易等功能。案例項目整體實現了熱泵、區域居民供能、區塊鏈和碳普惠這幾種技術和機制的融合，也取得了較好的節能、環保、社會效益。

習近平總書記于2018 年5 月在全國生態環境保護大會上強調，生態文明建設是關系中華民族永續發展的根本大計，要倡導簡約適度、綠色低碳的生活方式，反對奢侈浪費和不合理消費。因此，從長遠來看，在繼續加強工業領域節能減排和碳排放權交易的同時，采用如熱泵這樣的新型技術，借助區塊鏈這樣的創新工具和手段，利用碳普惠這樣的全新機制，來挖掘個體在生產生活消費環節的節能減排潛力，通過正向激勵的機制來引導民眾樹立低碳節約、綠色環保的消費觀念和生活理念，同時擴大低碳產品生產和消費，才能形成政府引導、市場主導、全社會共同參與的低碳社會建設新格局。