研究分析 | 污水余溫?zé)崮艽嬖跐撛谔冀灰最~
2021年可謂中國(guó)“碳中和”元年。為緩解全球變暖趨勢(shì)，控制CO2等溫室氣體排放已成為國(guó)際組織、各國(guó)政府、乃至全社會(huì)的共識(shí)。與此同時(shí)，中國(guó)已經(jīng)下定決心并正邁著堅(jiān)定步伐奔向2030年“碳達(dá)峰”、2060年“碳中和”之偉大目標(biāo)。污水處理雖然是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中規(guī)模較小的行業(yè)，但卻屬于能源密集型高能耗行業(yè)，其碳排放量約占全社會(huì)總排放量的1~3%?！栋屠鑵f(xié)定》正式生效后，污水處理廠碳減排亦受到相當(dāng)重視，“碳中和”也將成為污水處理廠運(yùn)行所追求的終極目標(biāo)。因此，碳減排將是污水處理行業(yè)未來(lái)發(fā)展的“必由之路”，污水處理行業(yè)今后無(wú)疑也應(yīng)該納入碳交易市場(chǎng)。
1 碳交易機(jī)制
《京都議定書》規(guī)定需要控制6種溫室氣體排放：二氧化碳(CO?)、甲烷(CH?)、氧化亞氮(N?O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)以及六氟化硫(SF6)。受這一規(guī)定的約束，一種通過(guò)市場(chǎng)調(diào)控溫室氣體減排的政策手段——碳排放權(quán)交易出現(xiàn)，即，碳排放權(quán)，它就如同“商品”一樣可以進(jìn)行交易。
自全球首個(gè)碳排放交易體系——?dú)W盟碳排放交易體系(European Emission Trading Scheme, EUETS)建立以來(lái)，到目前為止已存在遍布四大洲的31個(gè)碳交易系統(tǒng)(表1)。隨著越來(lái)越多國(guó)家考慮采納碳交易機(jī)制作為碳減排的政策工具，碳交易機(jī)制已逐漸成為應(yīng)對(duì)全球氣候變化的重要政策手段。
通常，排放單位實(shí)際碳排放量往往會(huì)超過(guò)其碳配額，而超出的碳排放可通過(guò)從碳交易市場(chǎng)購(gòu)買，亦可通過(guò)開(kāi)展碳減排技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)排放單位碳排放量減少而獲得核證減排量(Certified Emission Reductions, CERs; 國(guó)內(nèi)為Chinese Certified Emission Reductions, CCERs)，以此抵消部分超額碳排放(圖2)。
碳排放單位可通過(guò)技術(shù)改造提高其能源利用效率、或使用非化石清潔能源調(diào)整其能源結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)碳減排，由此而產(chǎn)生富余碳配額。排放單位因此可向政府申請(qǐng)核證減排量(CERs)，每單位CERs 相當(dāng)于1 tCO2-eq (以下符號(hào)CO2均表示為碳當(dāng)量)；CERs可用于抵消碳配額超出碳排放部分，多出的CERs亦可用來(lái)在碳交易市場(chǎng)進(jìn)行交易，從而為排放單位帶來(lái)經(jīng)濟(jì)收益。
2 余溫?zé)崮軕?yīng)納入碳交易機(jī)制
污水處理領(lǐng)域存在較多碳減排機(jī)會(huì)，如，運(yùn)行優(yōu)化產(chǎn)生的節(jié)能降耗可間接減少溫室氣體排放，污泥厭氧消化產(chǎn)生的甲烷(CH4)發(fā)電可間接減少?gòu)S外發(fā)電導(dǎo)致的間接溫室氣體排放，污水余溫?zé)崮芾靡嗫蓽p少化石燃料加溫需要。傳統(tǒng)上，國(guó)內(nèi)外與污水處理相關(guān)碳減排努力均聚焦于通過(guò)污泥厭氧消化對(duì)污水有機(jī)能(CH4)回收。實(shí)際上，污水余溫?zé)崮芑厥站哂懈筇紲p排潛力。
污水余溫約占城市總廢熱排放量的40%，且污水熱能占污水可利用總能量的90%。因此，污水余溫?zé)崮芾脩?yīng)該被列入碳交易機(jī)制下的碳減排清單。
3 余溫?zé)崮軡撛贑ERs計(jì)算
余溫?zé)崮苡糜诠釙r(shí)，水源熱泵提取的熱量與化石燃料燃燒產(chǎn)生熱量可視為等同；供熱時(shí)，取代燃煤鍋爐消耗化石燃料產(chǎn)生碳減排量；制冷時(shí)，水源熱泵比空氣源熱泵節(jié)省電能，產(chǎn)生碳減排量。
水源熱泵理論碳減排量(碳額)可根據(jù)等量燃煤鍋爐以及空調(diào)消耗的化石能源碳排量計(jì)算，分別為23 408 與13 837 kJ/m3，折算供熱/制冷碳額分別為1.91與0.33 kg CO2/m3。
案例分析
污水余溫?zé)崮芴碱~與水量以及是否能多次提取有關(guān)。以日處理水量為100萬(wàn) m3/d市政污水處理廠為案例進(jìn)行計(jì)算：
提取溫差為4 ℃時(shí)，水源熱泵提取一次，供熱/制冷碳額分別為1 910 t與330 tCO2/d，相當(dāng)于1 910與330個(gè)核證減排量(CERs)。按照9個(gè)月供熱、3個(gè)月制冷計(jì)算，全年實(shí)際碳額為54.5萬(wàn)tCO2/a。若全年供熱時(shí)，碳額可高達(dá)69.7萬(wàn)tCO2/a。
不同地區(qū)試點(diǎn)碳交易價(jià)格不盡相同，北京等大城市碳價(jià)最高，北京目前為80~100 元/tCO2。以北京為例，污水處理廠出水余溫?zé)崮芤淮翁崛∽畲罂色@得碳額(供熱工況)市場(chǎng)價(jià)值高達(dá)≥6 000萬(wàn)元/a。
北京夏季出水溫度22~25 ℃，冬季10~16 ℃。水源熱泵提取溫差為4 ℃時(shí)，出水余溫?zé)崮茉谙募究商崛?次，而冬季則可提取2~3次；熱泵機(jī)組COP發(fā)生變化，約降2~3%；每年可獲得195萬(wàn)個(gè)(5 340 tCO2/d×365 d)核證減排量(CERs)，可帶來(lái)高達(dá)1.56~1.95億元/a碳交易市場(chǎng)價(jià)值。
4 余溫?zé)崮芴冀灰资袌?chǎng)潛力
在碳交易市場(chǎng)機(jī)制之下，污水余溫?zé)崮芾猛耆山柚韵履Ｊ綄?shí)施：污水處理行業(yè)納入碳交易體系或是通過(guò)開(kāi)發(fā)相關(guān)碳減排項(xiàng)目獲得相應(yīng)CERs；同時(shí)，需要政府部門通過(guò)相關(guān)政策、法規(guī)完善碳交易機(jī)制，助力污水余溫?zé)崮茉谔际袌?chǎng)推動(dòng)下開(kāi)發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境雙重效益。
《歐洲綠色新政》碳中和目標(biāo)貫穿歐盟所有政策領(lǐng)域。歐洲國(guó)家須提高碳減排力度，擴(kuò)大減排范圍、加快減排進(jìn)程，這就給歐洲地區(qū)碳交易市場(chǎng)交易體量、規(guī)模、碳定價(jià)等方面帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。我國(guó)以發(fā)電行業(yè)為突破口率先啟動(dòng)全國(guó)碳排放交易體系，分階段逐步擴(kuò)大碳交易市場(chǎng)覆蓋范圍。生態(tài)環(huán)境部完善《碳排放權(quán)交易管理暫行條例》，將充分利用市場(chǎng)機(jī)制控制溫室氣體排放，以推動(dòng)全國(guó)碳市場(chǎng)的建設(shè)和發(fā)展。
碳交易市場(chǎng)涵蓋的碳排放量與日俱增，碳市場(chǎng)體量及價(jià)值穩(wěn)定上升，尤其是在中國(guó)碳交易市場(chǎng)建立之后(圖4)。污水處理行業(yè)今后應(yīng)該也會(huì)納入碳交易市場(chǎng)。雖然污水處理廠自身存在諸多節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)碳減排的方法，但通過(guò)回收利用污水余溫?zé)崮軇t可實(shí)現(xiàn)更多碳減排量，可“事半功倍”地使污水處理廠運(yùn)行實(shí)現(xiàn)碳中和并實(shí)現(xiàn)碳交易獲利。
中國(guó)預(yù)計(jì)碳價(jià)在2025年為75元/tCO2，2030年將升至116元/tCO2，最終在2050年達(dá)到186元/tCO2。污水余溫?zé)崮芾锰冀灰资袌?chǎng)價(jià)值將會(huì)翻倍增加；到2050年，案例水廠(Q=100萬(wàn)m3/d)碳額市場(chǎng)理論價(jià)值將超過(guò)3.5 億元/a (圖5)。
5 碳交易機(jī)制下余溫?zé)崮芾?/strong>
污水余溫?zé)崮芗欣?，可避免水源熱泵換熱器結(jié)垢、堵塞、腐蝕等問(wèn)題，亦可解決冬季線上大規(guī)模利用導(dǎo)致對(duì)集中式污水生物處理不利現(xiàn)象。集中利用出水熱能可形成規(guī)模，便于市政供熱統(tǒng)一規(guī)劃利用；原位分散式熱交換系統(tǒng)投資多、占地多、影響后續(xù)集中生物處理。污泥分散式干化、集中式焚燒（用于發(fā)電），可實(shí)現(xiàn)低品位熱能向高品位熱能的“華麗轉(zhuǎn)變”。
6 結(jié)論
● 污水中熱能含量巨大，有效利用不僅可使污水處理運(yùn)行實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，而且可獲得較多潛在碳交易額；
● 一旦污水余溫?zé)崮鼙涣腥搿昂俗C減排量(CERs)”清單，碳交易獲利空間很大；
● 碳交易價(jià)格定會(huì)不斷攀升，這會(huì)促進(jìn)污水處理余溫?zé)崮芾谩?/p>
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