基于区块链技术开展热泵区域居民供能碳普惠机制研究及案例分析

李 强

中节能（贵州）建筑能源有限公司

0 前言

热泵技术在回收低品位能源上与其它技术相比具有不可比拟的优势。基于热泵技术的区域居民供能项目具有较好节能效果、环保效益和集中管理的优势，同时具备良好的普惠性。但这种项目的能源计量涉及千家万户，应用传统的计量和收费方法将使成本变得很高，相应项目所产生的碳减排量的计量与核算程序烦琐，成本很高。本文探讨利用区块链技术，解决采用热泵技术实施区域居民供能的能源计量和收费问题，同时将项目的减排量和区块链技术结合起来，开发成碳普惠项目，将碳收益反哺给用户，培养用户高效用能行为和节能减排意识。

1 采用热泵进行区域居民供能技术原理

热泵可以像泵一样，把环境中难以直接利用的低位和劣质的热源转换为可以利用的高位热能，按热源种类不同可分为空气源热泵、水源热泵、地源热泵、双源热泵（水源热泵和空气源热泵结合）等。水源热泵机组的能源回收效率通常能达到3 到5倍。而传统的锅炉供热系统最多仅能将90%以上的电能（电锅炉）或70%～90%的燃料内能（燃料锅炉）转化为可供用户使用的能量。因此，热泵技术的节电效果是相当突出的。

对于水源热泵，根据田慧峰研究，我国已建成了较多自然水域如江、河、湖水源热泵工程项目，系统制冷量在500～20 000 kW之间，也有一些较大规模的海水、污水源热泵项目。

区域居民供能项目最大的特色是多种能源能加以综合利用，在一个项目中可以融合应用江河水热泵、污水源热泵、传统空气源热泵、燃气三联供、电厂废热回收、工厂废热回收等多种技术。其中城市污水处理厂的“污水源”因为温度较为稳定，成为居民供暖、制冷的优质潜在能源。利用污水作为能源，通过换热系统，在污水中取热、排热，达到供暖和制冷的效果，从而替代传统空调系统，减少电耗，以清洁能源实现建筑节能。

2 碳普惠机制分析

碳普惠机制是广东省碳市场在运行过程中创新的一种市场机制，其目的在于促进小微企业、社区家庭和个人的节能减排，并为他们的绿色低碳行为制定相应的计量和核查标准，量化他们的减排量并在碳市场中出售，用于帮助控排企业完成碳排放履约。在实践中发现碳普惠机制可以有效地激发公众参与节能减排的积极性。

刘航研究结果表明，制定出科学合理的绿色低碳行为清单是开展碳普惠机制的前提。就易于开展碳普惠机制的公众行为清单而言，主要有绿色低碳出行领域、节电、节水、节约燃气等能够节能减碳的生活领域、购买节能低碳产品的消费领域、践行绿色低碳出行的旅游领域、参与减排效果显著的公益领域。黎炜驰等研究表明，碳普惠机制中核心之处在于，对个体的节能减排行动赋予一定的价值，碳普惠实施的前提条件及数据基础就是对个体减排量的监测和核算。具体而言，这些领域的低碳行产生的减排量须是数据可获得、计算方法可量化，能够借助一定的技术手段快速获得，并通过相应的方法学方便的计算出，并可以通过量化核算方法进行检验。因此，针对碳普惠机制行为清单上的绿色低碳行为，开发出相应的方法学，并加强区块链这类前瞻性技术与碳普惠核算方法学的融合，是实现绿色低碳行为量化核算的关键。

3 采用区块链技术助力碳普惠机制

杜晓丽等研究表明，区块链作为一种新兴的分布式账本技术，能够有效解决碳交易体系中的数据安全、运行效率等问题。从张宁等开展的研究来看，区块链技术的去中心化、透明性、公平性以及公开性与能源互联网理念具有很强的相似性。管志贵等开展了区块链技术应用于雄安新区千年秀林和白洋淀修复两大项目的生态价值实现研究，该技术能比较有效地解决雄安新区生态价值实现中存在的监管难度高、信息不对称和交易机制不完善等诸多问题。

针对广东省碳普惠制试点过程中存在的用户隐私保护、减排数据获取难以及参与度不高等问题，根据彭军霞等开展的研究表明，利用区块链技术构建一个安全、可靠、高效的碳普惠生态系统，将减碳量或节能量数据锚定到区块链上转化为有价格的绿色通证，碳普惠用户可以根据拥有的绿色通证，享受绿色通证所带来的收益。

区块链作为一个公共账本，对于区域供能来说，可以存储用户的消费行为、交易行为或任何其他数据，有效消除了对中间环节的需求，并允许用户以对等方式进行交互，提高用户对行为数据的了解和信心，提高了用户接受区块链技术对其消费行为进行监测的接受度，这大大提高了用户对收费数据的信任，相应地降低了收费的难度。由于其分布式的特点，一旦建立了数据记录，生成的数据具有不可窜改和不可伪造性，且任何一个节点都包含所有的数据信息，数据具有其它存储方式难以相比的安全性，区块链被认为是金融资产（特别是电子货币）的最佳储存方式。国际上也普遍把碳配额和减排量当成一种金融资产看待，其数据不可窜改和不可伪造性对于减排量计量、签发、交易有着重要意义。

4 案例研究

中节能贵阳中天未来方舟案例项目位于贵阳市南明河下游北岸，规划居住人口约17 万人；该案例项目是国家住房和城乡建设部批准的全国首批8个绿色生态示范城区之一，将是贵阳实现城市功能空间再造和城市形象升级的重大标志性引擎项目。

该案例项目区域内有南明河、城市污水主沟等可再生能源资源条件，有条件作为热泵系统的低位冷、热源，对区域进行供冷、供热。根据规划，可再生能源集中供能系统供冷、供热总建筑面积约达800 万㎡，其中1 号能源站可再生能源集中供能系统区域供冷（热）面积达156万㎡，建设能源站1座，设备供热总装机负荷56.9 MW，热泵系统供热装机负荷48.9 MW，2 号能源站可再生能源集中供能系统区域供能面积达138.8万㎡，建设能源站1座，设备供热总装机负荷49.3 MW，热泵系统供热装机负荷44.3 MW。

案例项目位于南方电网，南方电网是以火电为主的电网，由于案例项目的开展，能减少CO2的排放，节能减排效益显著，对于用户来说，个人一年可能产生0.5 t到1.5 t的CO2减排量，案例项目一年可以产生10万t以上的减排量。

案例项目开发了基于区块链技术的区域供能能源数据信息系统，整个区域供能用户都接入此系统，用户消费数据能真实准确且有足够精度地及时反映在该系统中，该系统能计量每户的用能量，进而通过系统计算出每户的减排量，进而将整个项目开发为碳普惠项目，居民所获取的减排量通过项目公司统一对外出售，收益全部转化为碳积分，用户可以优惠的方式用碳积分冲抵以优惠方式的能源费用（即采取碳积分冲抵时给予一定的折扣），这进一步促进用户参与节能减排的积极性。

这样就使得碳减排量的计量、核查和交易，可以采用区块链技术基于用户消费数据以低成本的方式实现，使得离散型的个人和微型项目的减排量自动测量、核查成为现实，也使得碳普惠项目的减排量交易成为可能。

5 结论

碳普惠机制具有用户群大、传播效应快、宣传效果好，所面向的生活消费领域实施范围广等特点，且以正向自愿激励为主。中节能贵阳中天未来方舟项目作为全国首批8个绿色生态示范城区之一，正好符合碳普惠机制的特点，项目的规模也正好适合开展碳普惠机制建设。区块链这一新兴信息技术，具有透明可信、防窜改、可追溯、高可靠性等特点，而且在数据确权、存证，以及隐私保护和数据通证化等方面具有得天独厚的优势，因此，正好借助该技术来支撑案例项目所需要的减排数据计量、减排量计算、碳积分转换、碳积分交易等功能。案例项目整体实现了热泵、区域居民供能、区块链和碳普惠这几种技术和机制的融合，也取得了较好的节能、环保、社会效益。

习近平总书记于2018 年5 月在全国生态环境保护大会上强调，生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计，要倡导简约适度、绿色低碳的生活方式，反对奢侈浪费和不合理消费。因此，从长远来看，在继续加强工业领域节能减排和碳排放权交易的同时，采用如热泵这样的新型技术，借助区块链这样的创新工具和手段，利用碳普惠这样的全新机制，来挖掘个体在生产生活消费环节的节能减排潜力，通过正向激励的机制来引导民众树立低碳节约、绿色环保的消费观念和生活理念，同时扩大低碳产品生产和消费，才能形成政府引导、市场主导、全社会共同参与的低碳社会建设新格局。