工(gōng)業園區綜合能效提升對于園區高質量發展及工(gōng)業領域節能降碳意義重大(dà)。本文分(fēn)析了工(gōng)業園區用能特征、碳排放(fàng)現狀、節能提效的實踐創新，識别了園區綜合能效提升面臨的五大(dà)挑戰，提出節能降碳分(fēn)類指導、基礎設施共生(shēng)節能降碳、數智強鏈數字化電(diàn)氣化、系統施策、精細化三級計量等五大(dà)重點工(gōng)程建議。
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引 言
能源效率通常用能耗強度表達，國際能源署 (IEA)将其視爲全球可持續能源系統的第一(yī)燃料。工(gōng)信部發布數據顯示，我(wǒ)(wǒ)國工(gōng)業部門的能源消費(fèi)量爲全社會能源消費(fèi)量的 65%，在已過去(qù)的兩個五年規劃期間，全國規模以上工(gōng)業企業單位增加值能耗分(fēn)别下(xià)降 28% 和 16%，“十四五”第一(yī)年進一(yī)步下(xià)降 5.6%。提升工(gōng)業用能效率，對減少化石能源使用，減少二氧化碳排放(fàng)将起到重要作用。
工(gōng)業園區是工(gōng)業能效提升的關鍵載體(tǐ)。建立工(gōng)業園區是全球工(gōng)業發展的重要舉措之一(yī)，推動工(gōng)業企業向園區集中(zhōng)，能顯著提升生(shēng)産效率與能源效率。《中(zhōng)國開(kāi)發區審核公告目錄》(2018 年版)顯示，列入名錄的國家級和省級園區有2543 家。
經估算，這些園區的工(gōng)業産值占全國工(gōng)業産值的比例超過 50%，園區在推動中(zhōng)國實體(tǐ)經濟發展和城鎮化發展中(zhōng)發揮了關鍵作用，是支撐制造強國戰略的主戰場。園區具有企業集聚性、規模性優勢，産業鏈、供應鏈協同創新條件好，産業共生(shēng)潛力大(dà)，集中(zhōng)式基礎設施普及率高，管理體(tǐ)系高效等綜合優勢。但同時，工(gōng)業園區也是資(zī)源能源集中(zhōng)消耗的大(dà)戶，研究顯示園區溫室氣體(tǐ)排放(fàng)約占全國的 31%(郭揚等，2021)。
因此，加強企業與園區能效提升、提高用能質量與可靠性、 降低用能成本、促進單一(yī)設備及企業能效提升向系統化、平台化綜合能效提升與服務轉變，對推動園區能源産出率和碳生(shēng)産率倍增，實現綠色低碳高質量發展，支撐工(gōng)業領域節能降碳将發揮關鍵作用。《2030 年前碳達峰行動方案》《“十四五” 節能減排綜合工(gōng)作方案》《工(gōng)業能效提升行動計劃》等文件明确提出了園區節能降碳的任務要求。本文在分(fēn)析工(gōng)業園區能源消耗及節能工(gōng)作現狀的基礎上，識别園區綜合能效提升的主要挑戰，進一(yī)步提出園區節能降碳的工(gōng)程建議。
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工(gōng)業園區能源消耗及節能工(gōng)作現狀
工(gōng)業園區能源使用呈現五大(dà)特點：
園區以工(gōng)業負荷爲主，終端用能形式主要爲電(diàn)、熱、氣、冷等，生(shēng)産端涉及煤、燃氣、生(shēng)物(wù)質等多種能源的加工(gōng)、轉化和供給，能源系統複雜(zá)；
園區發展階段、産業結構各異，呈現出流程型、離(lí)散型、 新興研發型等不同用能特征，負荷需求具有多樣性、時空異質性；
園區集聚大(dà)量企業，對冷、熱、電(diàn)等能源品種及氣、水等載能公共産品的需求量大(dà)且集中(zhōng)，對供應可靠性、質量要求較高；
園區能源負荷特性複雜(zá)，對供能可靠性、穩定性要求苛刻，輸配送系統的運行調度複雜(zá)，清潔、高效、可靠、經濟的綜合能源供應服務需求強烈；
大(dà)部分(fēn)園區内建有熱電(diàn)聯産、熱力廠、發電(diàn)廠等能源基礎設施。
作者團隊建立了包括 1600 多家國家級和省級園區能源基礎設施數據庫，以 2014 年爲基準年，研究發現園區在役的能源基礎設施裝機容量達515 GW，占全國該年發電(diàn)總裝機容量的 38%，這些設施的溫室氣體(tǐ)排放(fàng)量占到全國的 21%，SO2 排放(fàng)占 12%，NOx 排放(fàng)占 15%，新鮮水消耗爲全 國工(gōng)業新鮮水用量的5%(Guo et al., 2021)。
園區能源基礎設施有三個特點：
以煤爲原料的機組裝機容量占比高達 87%；
小(xiǎo)機組，尤其是單機 50 MW 以下(xià)機組數量占比達 62%，而小(xiǎo)機組普遍能源效率較低；
能源基礎設施的溫室氣體(tǐ)排放(fàng)量平均占園區排放(fàng)量的 75%(Guo et al., 2018a)。
基礎設施的一(yī)個特征是服役時間長，一(yī)旦投運其排放(fàng)量基本被鎖定，既是園區的基礎排放(fàng)，也是園區節能降碳的關鍵節點。
以我(wǒ)(wǒ)國兩類最重要的國家級園區爲例，其涵蓋國家高新技術産業開(kāi)發區和國家級經濟技術開(kāi)發區，能耗具有代表性和典型性。全國有 169 家高新區，2019 年高新區 GDP 占全國的 12.3%。
2015-2020 年國家高新區能耗強度持續下(xià)降，平均值從 0.584 噸标準煤/萬元工(gōng)業增加值下(xià)降到 2020 年的 0.451 噸标準煤/萬元(周力，2021)。2020 年國家高新區能耗約占同年全國終端能源消費(fèi)總量的 5%。《國家高新區綠色發展專項行動實施方案》(國科發火(huǒ) [2021]28 号)提出，2025 年國家高新區工(gōng)業增加值能耗強度預期目标爲0.4 噸标準煤/萬元，其中(zhōng) 50% 的高新區将努力降至 0.3 噸标準煤/萬元以下(xià)。
2021 年，217 家國家級經濟技術開(kāi)發區貢獻了全國 GDP 的 11%。Guo、Yang 郭揚等針對 210 多家國家級經開(kāi)區的分(fēn)品種能源進行分(fēn)析顯示(Guo et al., 2018b)，2015 年國家級經開(kāi)區煤炭消耗總量占園區能源消費(fèi)總量的74%，而當年中(zhōng)國工(gōng)業部門燃煤消費(fèi)的比例爲 56%，表明國家級經 開(kāi)區一(yī)次能源結構中(zhōng)煤炭占比較高。近年來，國家級經開(kāi)區能源結構多樣化進展較快，在餘熱利用的同時，非常規能源如以生(shēng)物(wù)質、生(shēng)活垃圾和工(gōng)業固廢等爲原料的能源基礎設施在東部地區發展尤爲迅速，同時園區太陽能光伏屋頂也成爲一(yī)個亮點。
再以浙江省爲例，浙江省 120 家省級以上工(gōng)業園區規模以上工(gōng)業增加值占全省的 64%，園區在經濟持續增長、創新驅動、對外(wài)開(kāi)放(fàng)、新業态、 産城融合等方面發揮越來越大(dà)的作用。數據顯示，其 120 家園區的能源消費(fèi)總量約占全省的 46% 左右，基礎設施中(zhōng)以煤炭爲原料的設施規模達 71%，能源結構仍倚油倚煤，低碳化轉型任務艱巨。
我(wǒ)(wǒ)國各級園區節能工(gōng)作卓有成效，持續推動了綠色低碳發展，主要體(tǐ)現在五個方面。
一(yī)是聚焦重點領域，針對園區能源系統、産業結構、工(gōng)藝過程、基礎設施、交通物(wù)流、公共建築等重點領域，全過程系統性推進節能工(gōng)作， 加大(dà)節能技術、産品開(kāi)發應用推廣。
二是集中(zhōng)式能源基礎設施升級改造，建設能源綠島，推進熱電(diàn)冷多聯供，開(kāi)展化石能源清潔高效利用和超低排放(fàng)改造，實施煤炭減量和天然氣超低排放(fàng)熱電(diàn)聯産，多樣化開(kāi)發利用餘熱餘壓和能量多級利用。
三是積極利用可再生(shēng)能源，推進能源結構轉型升級。“一(yī)園一(yī)策”開(kāi)發利用光伏、地源/空氣源熱泵、沼氣、生(shēng)物(wù)質等，提升可再生(shēng)能源比例；靈活應用用戶側高壓并網和低壓并網技術、電(diàn)網高低壓開(kāi)關和傳輸變電(diàn)技術等，實現可再生(shēng)能源發電(diàn)就地消納，同時積極推進大(dà)用戶直供電(diàn)。
四是積極開(kāi)展智慧能源探索，建設數字化、 智能化的能源環境綜合管理平台、電(diàn)能精細化管理平台，運用物(wù)聯網、大(dà)數據、AI 等技術對能源生(shēng)産、輸配、儲能和使用進行實時檢測，通過系統優化、數智提效實現能源全過程精細化管理。
五是建立健全能源管理體(tǐ)系，落實能源管理、節能目标責任、節能獎懲等；完善能源消費(fèi)統計制度、重點企業能源利用狀況報告制度；加快信息化建設，積極開(kāi)展企業清潔生(shēng)産審核、能效評價、能源審計、節能考核、能源管理體(tǐ)系認證等工(gōng)作，推進高耗能行業重點領域節能降碳改造升級；積極發揮市場機制，廣泛應用階梯電(diàn)價、用能權交易、合同能源管理、第三方治理等，促進節能降碳。
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工(gōng)業園區綜合能效提升的五大(dà)挑戰
面向雙碳戰略目标以及減污降碳協同增效總要求，全面深化能效提升，工(gōng)業園區仍面臨若幹重要挑戰。
園區地域分(fēn)布廣，資(zī)源禀賦差異大(dà)，個性共性兼具，園區間能耗總量和強度、碳排放(fàng)總量和強度差異大(dà)。按照能源消耗總量和強度雙控向碳排放(fàng)總量和強度雙控轉變的要求，不同地域不同園區差異很大(dà)，控能控碳哪個優先、如何來控，缺乏分(fēn)類指導。亟需加強園區綜合能效提升的分(fēn)類指導，推動綠色低碳發展。
園區廣泛推行基礎設施共享，以熱定電(diàn)爲特征的集中(zhōng)式熱電(diàn)聯産能源基礎設施普及推廣，但同時又(yòu)呈現出“規模 - 效率”結構性鎖定，以及以化石能源爲主的傳統能源與新能源供給結構失衡，導緻溫室氣體(tǐ)排放(fàng)結構性鎖定。目前，大(dà)部分(fēn)基礎設施服役未到設計壽命的一(yī)半，園區基礎設施節能降碳改造需要解決好成本收益的平衡， 能源加工(gōng)轉化效率及系統優化亟待提升(Guo et al., 2021)。
終端電(diàn)氣化是園區深化節能降碳的關鍵舉措。當前，園區大(dà)部分(fēn)企業的裝備電(diàn)氣化面臨單體(tǐ)規模小(xiǎo)、數量多的問題，節能提效技術創新及裝備推廣存在投入成本高等短闆。課題組對某典型精細化工(gōng)園區進行了專題研究(Tian et al., 2012)， 分(fēn)析了其八大(dà)類 5000 台存量電(diàn)機設備，總容量 100 MW，單台設備的平均容量約 10 kW，其中(zhōng)單機容量大(dà)于 15 kW 以上的電(diàn)機設備數量僅占設備總數的 35%，容量占 81%，小(xiǎo)規模電(diàn)機的能效提升面臨較大(dà)挑戰，需要電(diàn)機技術的整體(tǐ)提升。
“十一(yī)五”以來，在節能減排約束性指标的持續推動下(xià)，重點用能行業節能挖潛難度日益加大(dà)， 亟待平衡好局部有效和系統整體(tǐ)有效，并從局部過程節能向全過程、全鏈條、全系統優化節能轉變。以煉油行業爲例，全國 2020 年煉油企業能效水平優于标杆水平的産能約 25%，同時有 20% 的産能其能效低于基準水平。我(wǒ)(wǒ)國火(huǒ)力發電(diàn)、鋼鐵、 化工(gōng)産業和垃圾焚燒熱電(diàn)聯産自身的能效已較高， 但進一(yī)步與周邊城市和社區協同挖掘餘熱利用方面，尚有較大(dà)潛力。研究顯示，中(zhōng)國北(běi)方地區工(gōng)業餘熱供暖潛力約爲區域熱需求的 1.4 倍(Zheng et al., 2020)。
《國務院關于印發 2030 年前碳達峰行動方案的通知(zhī)》(國發〔2021〕23 号)要求“加強園區物(wù)質流管理”，這裏物(wù)質流是廣義的概念，既包括生(shēng)産原料也包括能源。園區物(wù)質流能量流管理是全過程節能減污最直接、最有效、最經濟的措施， 是推進園區綜合能效提升的重要抓手。但實踐中(zhōng)， 物(wù)質流能量流管理最基礎的工(gōng)作——三級計量體(tǐ)系建設尚存在明顯短闆、弱項，特别是中(zhōng)小(xiǎo)規模企業。
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推進工(gōng)業園區節能降碳重點工(gōng)程
從系統工(gōng)程和全局視角，推進園區經濟—能源—環境(“3E”)系統整體(tǐ)優化， 實施園區節能降碳增效工(gōng)程。鼓勵優先利用可再生(shēng)能源，實施能 - 水統籌，強化節約、提效、開(kāi)源，産業和能源結構雙優化、雙清潔化，優化資(zī)源要素配置；以園區基礎設施爲重點，推動能源、環境基礎設施系統優化和循環共生(shēng)；構建智慧管理平台，推動能源管理與園區安全、環保、物(wù)流等一(yī)體(tǐ)化、智慧化。爲此，園區節能降碳建議優先抓好以下(xià)重點工(gōng)程。
“一(yī)園一(yī)策”，研究制定園區分(fēn)類管理方法。從綠色發展水平、經濟規模、産業特征、能源結構、能源效率、碳排放(fàng)等維度，對園區分(fēn)級分(fēn)類；從産業結構優化、生(shēng)态産業鏈網、能源系統優化、基礎設施升級等方面，明确各類園區能效提升重點。
總體(tǐ)來看，園區作爲實體(tǐ)經濟主戰場，未來随着經濟持續增長能耗總量和碳排放(fàng)總量仍将繼續增長。針對園區能源消耗及碳排放(fàng)特點，課題組提出“以地定産、以産見能(碳)、以能(碳) 優産”的碳達峰方略(陳呂軍，2021；Lyu et al., 2022)，将園區綜合能效提升作爲關鍵，系統有序推進産業結構優化、能效提升、能源結構轉型、 碳捕集等四大(dà)措施，全方位深化工(gōng)業園區節能降碳。
研究顯示，通過有序實施上述四類減排措施，2015-2035 年和 2035- 2050 年期間，全生(shēng)命周期碳排放(fàng)量可分(fēn)别減排28%和51%(郭揚等， 2021)。現階段園區應優先實施産業結構調整與能效提升減碳工(gōng)程，挖掘其最大(dà)減排潛力；其次是提高園區非化石能源占比和增加 CCUS 應用。從時間維度分(fēn)析，2035-2050 年期間通過産業結構優化、能效提升、能源結構轉型的減排潛力基本釋放(fàng)，進一(yī)步深度減排則需要依靠工(gōng)業生(shēng)産的系統優化、産業空間布局優化和必要的 CCUS。
推動園區能源結構優化，可着力生(shēng)活垃圾、生(shēng)物(wù)質和污泥能源化，并輔以工(gōng)藝過程餘熱高效回收，“一(yī)園一(yī)策”發展風、光、氫能等能源。已有研究顯示(郭揚等，2021)，2035 年後預期對園區碳減排貢獻較大(dà)的途徑主要爲氫能、 風電(diàn)和光伏，到 2050 年其潛在減排貢獻率約爲 73%~81%，其中(zhōng)氫能在 2015-2035 年期間有望減碳 36%~37%，預期 2035-2050 年達到 46%~50%，将對園區深度減碳起到積極作用。
針對工(gōng)業園區能源基礎設施的三大(dà)特點，課題組建立了年份-存量減碳模型，研究了五種主要技術措施的減碳潛力及成本效益(Guo et al., 2016, 2018b, 2021)，主要包括：天然氣替代燃煤熱電(diàn)聯産、垃圾焚燒熱電(diàn)聯産替代燃煤、抽凝/純凝式汽輪機升級爲背壓式汽輪機、将小(xiǎo)容量燃煤機組用大(dà)容量機組替代、發展天然氣聯合循環機組替代燃煤小(xiǎo)機組。研究發現，通過五種措施綜合應用，溫室氣體(tǐ)可減排8%~16%，同時能減排SO2 24%~31%、 減排 NOx 10%~14%， 并 有 34%~39% 的節水潛力。五種措施綜合作用情景下(xià)，可獲得 519 元/噸CO2 當量收益(按 2015 年可比價)。
園區能源基礎設施和環境基礎設施之間建立餘熱利用、污水深度處理資(zī)源化、污泥能源化等爲主的能-水耦合共生(shēng)系統，可同時實現節能節水減污。
課題組研究表明，全國 80% 的國家級和省級園區有集中(zhōng)式能源環境基礎設施，72% 的園區有集中(zhōng)式污水處理廠，園區水環境基礎設施和能源基礎設施之間建立能-水耦合的共生(shēng)關系是減污降碳的重要舉措(Hu et al., 2019)。
針對國家 級經開(kāi)區的研究顯示，210 餘家園區可建立 518 條共生(shēng)關系，其中(zhōng) 239 條基于能源交換，279 條基于水資(zī)源交換；通過共生(shēng)，能源和水資(zī)源節 約潛力分(fēn)别爲 7% 和 73%，可獲得的節水潛力、節能潛力、降碳潛力分(fēn)别爲 12.8 億立方米/年、 90.9 萬噸标煤/年、572 萬噸 CO2 當量/年(Hu et al., 2020)。
推動數字要素、智能制造加快向園區集聚發展，促進企業層面和園區層面數字化、智能化、 綠色化融合發展，強化電(diàn)力管理智能化，提升産業鏈、供應鏈、創新鏈協同配套能力，提高産業鏈韌性，增強産業鏈安全性，催生(shēng)“産業化+數字化 + 智能制造”新業态；加強園區企業生(shēng)産計劃、工(gōng)藝技術、物(wù)料配送、設備監控維護、質量管控以及能量流物(wù)質流智能化跟蹤管理。
搭建數據驅動的園區節能降碳決策支撐平台，設計開(kāi)發園區基礎數據庫，并定期動态更新，由專業機構和科研單位聯合運維并開(kāi)展數據挖掘研究，支撐管理決策。
加強園區電(diàn)氣化建設。針對園區海量中(zhōng)低壓小(xiǎo)容量電(diàn)力用戶，開(kāi)發終端智控裝置和資(zī)源群控平台，建立碎片資(zī)源喚醒聚合互動新模式，以“小(xiǎo)裝置”全面感知(zhī)、柔性調節、本地控制用戶多類型設備，以“大(dà)平台”聚合可調資(zī)源，智能輔助決策，開(kāi)展分(fēn)層分(fēn)級響應；以“強服務”注重用戶無感體(tǐ)驗，拓展節能降費(fèi)增值服務，實現政府、用戶、電(diàn)網多方共赢。
加強園區電(diàn)力資(zī)源配置優化。通過能源系統綜合規劃、多用戶互動、電(diàn)網協調控制及智能化改造，實現冷熱電(diàn)氣協同、源網荷儲集群聯控；通過優化負荷和儲能有功控制及電(diàn)力電(diàn)子設備無功調控對沖有功和無功沖擊，提升園區電(diàn)能質量；通過智慧電(diàn)務，基于設備級用能數據，開(kāi)展精細化綜合能源服務。
立足園區産業結構和用能特點，加強工(gōng)業園區能源系統建設，突出系統優化和全生(shēng)命周期思想，着力三個轉變：
一(yī)是橫向多能互補，從單一(yī)能源向綜合能源轉變；
二是縱向建立“源、網、荷、儲”協調，形成多樣化能源的供給、需求及儲能調節的動态平衡；
三是集中(zhōng)與分(fēn)布式相協調。
以化工(gōng)園區爲例，首先，針對園區能源生(shēng)産—能源供應—化工(gōng)生(shēng)産等多系統，綜合運用生(shēng)産工(gōng)藝綠色化、電(diàn)網系統優化、電(diàn)機設備升級、 餘熱回收等推進園區系統性節能和效率提升。其次，強化生(shēng)産過程—産業鏈接—基礎設施—安全環境管理協同，抓住綠色化學與綠色化工(gōng)技術集成的關鍵，加強短流程原子經濟合成技術開(kāi)發， 實現源頭減污和源頭節能，通過多産品多過程共生(shēng)耦合，實現園區整體(tǐ)性能效提升和減污降碳。
完善企業三級計量，是“加強園區物(wù)質流管理”的重要支撐。推動園區深入開(kāi)展精細化數字化計量工(gōng)程，配齊能、水、料三級計量監測設施，實現數據驅動精準管理；全面推行數字化智能化計量工(gōng)作，建立實時數據驅動的智慧化物(wù)質流管理系統。
設立園區及企業能效專職崗位，推動用能、 用水量大(dà)的企業配全三級計量設備，并适當超前配備數字化智能化儀表，逐步實現園區全覆蓋， 實時采集能量流、物(wù)質流信息并接入園區智慧化管理平台，建立多源時間序列數據驅動的園區智能分(fēn)析和精細管理決策，做好園區能源和物(wù)質平衡管理，在此基礎上建立數字化碳管理系統。
通過完善園區企業用戶側分(fēn)時三級計量表計的建設改造，自下(xià)而上厘清園區多産品、多元素、 多層級的物(wù)質能量代謝結構、路徑、過程等特征， 定量揭示全生(shēng)命周期的環境影響，提出靶向減污降碳調控措施，推動企業内、企業間、産業間物(wù)料閉路循環，并持續循環叠代優化。
