典型文旅產業(yè)度假區(qū)的零碳路徑分析研究

氣候變化是導致全球變暖的主要原因[1]。積極應對氣候變化，減少碳排放已經成為全球面臨的挑戰(zhàn)。2020 年我國提出“CO2排放力爭 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現(xiàn)碳中和”的目標[2-3]。園區(qū)作為城市的基礎單元，物理邊界清晰，所有權明晰，運營和管理生態(tài)自成一體，通過自身的質量變革、效率變革和動力變革，可以率先實現(xiàn)低碳化、零碳化[4]。隨著“雙碳”（碳達峰、碳中和）戰(zhàn)略的提出，零碳園區(qū)的建設成為園區(qū)建設的新目標[5]。

實際上，“近零碳排放”的園區(qū)在國外實踐層面已有較成熟的案例[6]。國內對園區(qū)層面的“近零碳排放”實現(xiàn)路徑鮮有文獻報道[7-11]。本文以上海國際旅游度假區(qū)的“雙碳”行動為研究目的，結合較為成熟的碳排放預測方法和度假區(qū)南一片區(qū)開發(fā)的規(guī)劃情況，探索和建立度假區(qū)特色的零碳旅游園區(qū)的實施路徑，為我國建立文旅產業(yè)的典型零碳園區(qū)提供路徑支持。

1 研究框架和方法

本論文的研究框架如圖1 所示。基于對南一片區(qū)控制性規(guī)劃的產業(yè)定位、土地功能規(guī)劃的解讀，對園區(qū)未來的用能需求進行測算。基于用能需求量的測算，以不同的供能方式實現(xiàn)，從供能端的角度預測不同的供能方案下的終端能量需求。基于國家溫室氣體排放清單和《上海市溫室氣體排放核算和報告指南》中的碳核算方法對不同供能方案下的碳排放進行預測。最終，科學選擇零碳實現(xiàn)的路徑。

圖1 本研究技術路線研究框架

2 南一片區(qū)的終端用能需求預測

2.1 需求端的用能分析

依據(jù)南一片區(qū)控規(guī)中對區(qū)域內不同地塊的功能定位和業(yè)態(tài)形式，預測未來南一片區(qū)的用能主要是建筑運行。結合實現(xiàn)不同功能的建筑規(guī)模規(guī)劃，按照《上海市超低能耗建筑技術導則(試行)》和 GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技術標準》中，測算南一片區(qū)在不同的建筑建設標準下的用能需求。結果顯示，以超低能耗建筑標準測算未來的能耗需求為 1.91 億 kWh，近零能耗建筑標準下的能耗需求為 1.76 億 kWh。

2.2 供給端的供能分析及碳排放預測

為了滿足上述的用能量，結合上海國際旅游度假區(qū)現(xiàn)有的供能路徑，可以提出多種供能方案，具體選擇如下。

2.2.1 “單獨華東電網”供能方案

南一片區(qū)建筑運行過程中的電力、冷、熱需求都通過大電網電力輸入解決。那么在超低能耗建筑標準和近零建筑標準情況下，用電量分別約為 1.91 億 kWh 和 1.76 億 kWh。根據(jù)國網研究院國網能源研究院全球能源互聯(lián)網研究中心在《2030、2050 我國發(fā)電裝機有望分別突破 30、50 億千瓦電力系統(tǒng)如何發(fā)展》中的預測值，華東電網供能方案下，通過調變不同建筑能耗建設標準、不同電力結構因子以及不同開發(fā)階段多個變量，分析南一片區(qū)的碳排放情況。

圖2 所示， 2025 年，南一片區(qū)按照規(guī)劃全部完成，碳排放量（折算為 CO2，下同）為 8.2 萬～8.9 萬 t。隨著 2030 年、2040 年、2050 年度電排放因子逐漸降低，南一片區(qū)的碳排放逐年下降。到了 2060 年南一片區(qū)的碳排放還有接近 1.5 萬 t。如果再考慮南一片區(qū)建筑開發(fā)的進度，在該供能方案下南一片區(qū)的碳達峰時間為 2030 年，峰值約為 7.3 萬 t。

圖2 “單獨華東電網”供能方案的碳排放預測

2.2.2 “能源中心站＋華東電網”聯(lián)合供能方案

依據(jù)現(xiàn)有的南一片區(qū)分布式供能方案，公共建筑運行過程中的冷、熱需求繼續(xù)延用核心區(qū)的分布式能源系統(tǒng)供能方式，而公共建筑運行過程中的照明及南一片區(qū)住宅建筑用能則采用大電網的供能途徑。其中的分布式能源站負荷計算采用指標法進行估算。經測算，建成后，能源中心站全年天然氣消耗量 1 763 萬 m3，實現(xiàn)年供電量 4 096 億 kWh，年供冷量 55.5 萬 GJ，年供熱量 27.0 萬 GJ，年供熱水 55 814 t。南一片區(qū)的居民建筑和公共建筑中的照明部分，考慮通過大電網下電方式提供，需要 1.04 億～1.13億 kWh。

如圖3 所示，2025 年南一片區(qū)實現(xiàn)全部項目開發(fā)，碳排放量為 8.7 萬～9.1萬 t。這一情景下，“能源中心站+華東電網”聯(lián)合供能方案的碳排放會略低于華東電網供電排放。另外，隨著度電排放因子（折算為 CO2，下同）逐步降低，甚至 2060 年到 80 g/kWh，南一片區(qū)的碳排放仍高達 4.6 萬～4.7 萬 t，遠遠高于同等電力因子下的“大電網供電供能”方案。這主要是來自于能源中心站的貢獻居高不下導致的。假如再考慮南一片區(qū)建筑開發(fā)的進度，南一片區(qū)的碳達峰時間為 2030 年，峰值約為 8.1 萬 t，略高于“大電網供電供能”方案的峰值。

圖3 “能源中心站＋華東電網”聯(lián)合供能方案的碳排放預測

2.2.3 “能源中心站＋光伏”聯(lián)合供能方案

“能源中心站+光伏”聯(lián)合供能方案，除了能源中心站的設計供能區(qū)域和供能量外，南一片區(qū)的居民建筑和公共建筑中的照明部分，考慮通過光伏方式提供。通過南一片區(qū)控規(guī)中土地利用情況的規(guī)劃，暫時假設規(guī)劃區(qū)發(fā)展備建用地面積的 50% 可用作安裝光伏系統(tǒng)，那么南一片區(qū)的最大光伏發(fā)電量為 1.02 億 kWh。依據(jù)建筑的不同能耗標準，用電需求為 1.04 億～1.13億 kWh。因此，在規(guī)劃區(qū)發(fā)展備建用地面積的 50% 比例用作安裝光伏系統(tǒng)，基本可以滿足未來所有建筑的用能需求。

如圖4 所示，該方案下南一片區(qū)的碳排放量達到 4.4 萬 t，主要由于能源中心站的天然氣使用造成的碳排放。假如再考慮南一片區(qū)建筑開發(fā)的進度，南一片區(qū)的碳達峰時間為 2030 年，峰值約為 4.5 萬 t，遠低于“單獨華東電網”供能方案和“能源中心站+華東電網”聯(lián)合供能方案的峰值。但是到了 2060 年，南一片區(qū)的碳排放仍居高不下，遠遠高于上述 2 種方案。

圖4 “能源中心站＋光伏”聯(lián)合供能方案的碳排放預測

2.2.4 “華東電網＋光伏”聯(lián)合供能方案

假設南一片區(qū)大力挖掘光伏發(fā)電潛力，自產光伏發(fā)電通過并網全部供南一片區(qū)使用，剩余部分的電力、冷、熱需求仍然通過大電網電力輸入解決。依據(jù)上面 2.2.1 部分方案的測算結果，光伏自產和大電網聯(lián)合供能，總用電量為 1.76 億～1.91億 kWh。其中，通過光伏發(fā)電可以最大解決 1.02 億 kWh。

如圖5 所示，在該方案下南一片區(qū)的碳排放主要來自于華東電網的電力間接排放。如果不考慮實際進度，南一片區(qū)的碳排放量會隨著華東電網電力因子下降而降低。在 2025 年南一片區(qū)實現(xiàn)全部項目開發(fā)，碳排放量為（3.4～4.1）萬 t。而到了 2060 年，碳排放量為 0.7 萬 t 。若考慮實際進度，南一片區(qū)的碳達峰時間為 2030 年，達峰值為 4.7 萬 t。

圖5 “華東電網＋光伏”聯(lián)合供能方案的碳排放預測

3 南一片區(qū)零碳園區(qū)的實現(xiàn)路徑分析

基于上述對不同供能方式下的碳排放預測，對南一片區(qū)通過傳統(tǒng)情景、低碳情景和深度低碳情景 3 個能源發(fā)展情景的設定，預測園區(qū)碳達峰、碳中和的路徑，如圖6 所示。

圖6 南一片區(qū)碳達、峰碳中和預測

3.1 傳統(tǒng)情景

傳統(tǒng)情景下，主要是依托于能源中心站和大電網供電兩種化石能源為主的供電方式。體現(xiàn)為“碳排放快速增長、快速下降和緩慢下降”特征。2025-2030 年由于南一片區(qū)分階段完成主體開發(fā)，碳排放總量快速增長并達峰值，2030 年碳排放峰值約 8.16 萬 t。2030-2040 年碳排放總量快速下降。這主要是歸因于逐漸削減能源中心站的能源貢獻，增加大電網供電比例。2040-2060 年碳排放緩慢降低，造成碳排放降低主要是電力結構的清潔化。該情景碳中和周期較長，2060 年碳排放總量約 1.53 萬 t。

3.2 低碳情景

低碳情景下，2025-2030年適度控制清潔能源（主要是光伏發(fā)電）開發(fā)進度，保留能源中心站和大電網供電的能源供給主體地位，2030-2040 年加快光伏發(fā)電比例，逐漸淘汰能源中心站。

低碳情景下，體現(xiàn)為“碳達峰峰值降低、加速下降實現(xiàn)中和”特征。2020-2030 年碳排放總量快速增長達峰值，2030 年碳排放峰值約 6.87 萬 t。2030-2040 年碳排放總量較快速下降，2040 年碳排放總量為峰值 28% 左右；2040-2060 年深度碳減排，2060年碳排放總量約 0.7 萬 t，配合園區(qū)生態(tài)碳匯，以及通過碳交易方式，南一片區(qū)能按時完成碳中和目標。

3.3 深度低碳情景

深度低碳情景下，通過引進更加先進的節(jié)能技術和產品，加強對建筑、交通等的深度節(jié)能改造，實現(xiàn)對能源需求的進一步降低。深度低碳情景下，體現(xiàn)為“碳達峰峰值進一步降低、快速下降實現(xiàn)中和”特征。2030 年園區(qū)碳排放峰值約 6.45 萬 t；2030-2040 年碳排放總量快速下降，2040 年碳排放總量為峰值 21% 左右；2040-2060 年深度碳減排，2060 年碳排放總量約 0.45 萬 t，配合園區(qū)生態(tài)碳匯，以及通過碳交易方式，南一片區(qū)也能按時完成碳中和目標。

4 結 語

本研究的主要結論為：

（1） 南一片區(qū)的碳排放來源主要來自于園區(qū)內建筑運行的能源消耗。

（2）用能方式的選擇對于園區(qū)的碳排放總量影響較大，不同用能方式隨著時間維度下的發(fā)展，其碳排放強度會有所調整。這說明不同發(fā)展階段園區(qū)用能充分選擇，能起到低碳效果的用能途徑，同時隨著技術的發(fā)展用能方式需有所調整。

（3）園區(qū)在低碳發(fā)展情景和深度低碳發(fā)展情景下，到了 2060 年基本都能自然實現(xiàn)碳中和，實現(xiàn)零的目標愿景。

（4）對于南一片區(qū)若要提前實現(xiàn)零碳園區(qū)打造，基于其不同發(fā)展階段下最大的碳排放量，可通過購買碳配額、碳信用的方式實現(xiàn)零碳目標。