典型文旅产业度假区的零碳路径分析研究

2022-10-18金大成,沈群,宋学行等

绿色建筑 2022年5期

气候变化是导致全球变暖的主要原因[1]。积极应对气候变化，减少碳排放已经成为全球面临的挑战。2020 年我国提出“CO2排放力争 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和”的目标[2-3]。园区作为城市的基础单元，物理边界清晰，所有权明晰，运营和管理生态自成一体，通过自身的质量变革、效率变革和动力变革，可以率先实现低碳化、零碳化[4]。随着“双碳”（碳达峰、碳中和）战略的提出，零碳园区的建设成为园区建设的新目标[5]。

实际上，“近零碳排放”的园区在国外实践层面已有较成熟的案例[6]。国内对园区层面的“近零碳排放”实现路径鲜有文献报道[7-11]。本文以上海国际旅游度假区的“双碳”行动为研究目的，结合较为成熟的碳排放预测方法和度假区南一片区开发的规划情况，探索和建立度假区特色的零碳旅游园区的实施路径，为我国建立文旅产业的典型零碳园区提供路径支持。

1 研究框架和方法

本论文的研究框架如图1 所示。基于对南一片区控制性规划的产业定位、土地功能规划的解读，对园区未来的用能需求进行测算。基于用能需求量的测算，以不同的供能方式实现，从供能端的角度预测不同的供能方案下的终端能量需求。基于国家温室气体排放清单和《上海市温室气体排放核算和报告指南》中的碳核算方法对不同供能方案下的碳排放进行预测。最终，科学选择零碳实现的路径。

图1 本研究技术路线研究框架

2 南一片区的终端用能需求预测

2.1 需求端的用能分析

依据南一片区控规中对区域内不同地块的功能定位和业态形式，预测未来南一片区的用能主要是建筑运行。结合实现不同功能的建筑规模规划，按照《上海市超低能耗建筑技术导则(试行)》和 GB/T 51350-2019《近零能耗建筑技术标准》中，测算南一片区在不同的建筑建设标准下的用能需求。结果显示，以超低能耗建筑标准测算未来的能耗需求为 1.91 亿 kWh，近零能耗建筑标准下的能耗需求为 1.76 亿 kWh。

2.2 供给端的供能分析及碳排放预测

为了满足上述的用能量，结合上海国际旅游度假区现有的供能路径，可以提出多种供能方案，具体选择如下。

2.2.1 “单独华东电网”供能方案

南一片区建筑运行过程中的电力、冷、热需求都通过大电网电力输入解决。那么在超低能耗建筑标准和近零建筑标准情况下，用电量分别约为 1.91 亿 kWh 和 1.76 亿 kWh。根据国网研究院国网能源研究院全球能源互联网研究中心在《2030、2050 我国发电装机有望分别突破 30、50 亿千瓦电力系统如何发展》中的预测值，华东电网供能方案下，通过调变不同建筑能耗建设标准、不同电力结构因子以及不同开发阶段多个变量，分析南一片区的碳排放情况。

图2 所示， 2025 年，南一片区按照规划全部完成，碳排放量（折算为 CO2，下同）为 8.2 万～8.9 万 t。随着 2030 年、2040 年、2050 年度电排放因子逐渐降低，南一片区的碳排放逐年下降。到了 2060 年南一片区的碳排放还有接近 1.5 万 t。如果再考虑南一片区建筑开发的进度，在该供能方案下南一片区的碳达峰时间为 2030 年，峰值约为 7.3 万 t。

图2 “单独华东电网”供能方案的碳排放预测

2.2.2 “能源中心站＋华东电网”联合供能方案

依据现有的南一片区分布式供能方案，公共建筑运行过程中的冷、热需求继续延用核心区的分布式能源系统供能方式，而公共建筑运行过程中的照明及南一片区住宅建筑用能则采用大电网的供能途径。其中的分布式能源站负荷计算采用指标法进行估算。经测算，建成后，能源中心站全年天然气消耗量 1 763 万 m3，实现年供电量 4 096 亿 kWh，年供冷量 55.5 万 GJ，年供热量 27.0 万 GJ，年供热水 55 814 t。南一片区的居民建筑和公共建筑中的照明部分，考虑通过大电网下电方式提供，需要 1.04 亿～1.13亿 kWh。

如图3 所示，2025 年南一片区实现全部项目开发，碳排放量为 8.7 万～9.1万 t。这一情景下，“能源中心站+华东电网”联合供能方案的碳排放会略低于华东电网供电排放。另外，随着度电排放因子（折算为 CO2，下同）逐步降低，甚至 2060 年到 80 g/kWh，南一片区的碳排放仍高达 4.6 万～4.7 万 t，远远高于同等电力因子下的“大电网供电供能”方案。这主要是来自于能源中心站的贡献居高不下导致的。假如再考虑南一片区建筑开发的进度，南一片区的碳达峰时间为 2030 年，峰值约为 8.1 万 t，略高于“大电网供电供能”方案的峰值。

图3 “能源中心站＋华东电网”联合供能方案的碳排放预测

2.2.3 “能源中心站＋光伏”联合供能方案

“能源中心站+光伏”联合供能方案，除了能源中心站的设计供能区域和供能量外，南一片区的居民建筑和公共建筑中的照明部分，考虑通过光伏方式提供。通过南一片区控规中土地利用情况的规划，暂时假设规划区发展备建用地面积的 50% 可用作安装光伏系统，那么南一片区的最大光伏发电量为 1.02 亿 kWh。依据建筑的不同能耗标准，用电需求为 1.04 亿～1.13亿 kWh。因此，在规划区发展备建用地面积的 50% 比例用作安装光伏系统，基本可以满足未来所有建筑的用能需求。

如图4 所示，该方案下南一片区的碳排放量达到 4.4 万 t，主要由于能源中心站的天然气使用造成的碳排放。假如再考虑南一片区建筑开发的进度，南一片区的碳达峰时间为 2030 年，峰值约为 4.5 万 t，远低于“单独华东电网”供能方案和“能源中心站+华东电网”联合供能方案的峰值。但是到了 2060 年，南一片区的碳排放仍居高不下，远远高于上述 2 种方案。

图4 “能源中心站＋光伏”联合供能方案的碳排放预测

2.2.4 “华东电网＋光伏”联合供能方案

假设南一片区大力挖掘光伏发电潜力，自产光伏发电通过并网全部供南一片区使用，剩余部分的电力、冷、热需求仍然通过大电网电力输入解决。依据上面 2.2.1 部分方案的测算结果，光伏自产和大电网联合供能，总用电量为 1.76 亿～1.91亿 kWh。其中，通过光伏发电可以最大解决 1.02 亿 kWh。

如图5 所示，在该方案下南一片区的碳排放主要来自于华东电网的电力间接排放。如果不考虑实际进度，南一片区的碳排放量会随着华东电网电力因子下降而降低。在 2025 年南一片区实现全部项目开发，碳排放量为（3.4～4.1）万 t。而到了 2060 年，碳排放量为 0.7 万 t 。若考虑实际进度，南一片区的碳达峰时间为 2030 年，达峰值为 4.7 万 t。

图5 “华东电网＋光伏”联合供能方案的碳排放预测

3 南一片区零碳园区的实现路径分析

基于上述对不同供能方式下的碳排放预测，对南一片区通过传统情景、低碳情景和深度低碳情景 3 个能源发展情景的设定，预测园区碳达峰、碳中和的路径，如图6 所示。

图6 南一片区碳达、峰碳中和预测

3.1 传统情景

传统情景下，主要是依托于能源中心站和大电网供电两种化石能源为主的供电方式。体现为“碳排放快速增长、快速下降和缓慢下降”特征。2025-2030 年由于南一片区分阶段完成主体开发，碳排放总量快速增长并达峰值，2030 年碳排放峰值约 8.16 万 t。2030-2040 年碳排放总量快速下降。这主要是归因于逐渐削减能源中心站的能源贡献，增加大电网供电比例。2040-2060 年碳排放缓慢降低，造成碳排放降低主要是电力结构的清洁化。该情景碳中和周期较长，2060 年碳排放总量约 1.53 万 t。

3.2 低碳情景

低碳情景下，2025-2030年适度控制清洁能源（主要是光伏发电）开发进度，保留能源中心站和大电网供电的能源供给主体地位，2030-2040 年加快光伏发电比例，逐渐淘汰能源中心站。

低碳情景下，体现为“碳达峰峰值降低、加速下降实现中和”特征。2020-2030 年碳排放总量快速增长达峰值，2030 年碳排放峰值约 6.87 万 t。2030-2040 年碳排放总量较快速下降，2040 年碳排放总量为峰值 28% 左右；2040-2060 年深度碳减排，2060年碳排放总量约 0.7 万 t，配合园区生态碳汇，以及通过碳交易方式，南一片区能按时完成碳中和目标。

3.3 深度低碳情景

深度低碳情景下，通过引进更加先进的节能技术和产品，加强对建筑、交通等的深度节能改造，实现对能源需求的进一步降低。深度低碳情景下，体现为“碳达峰峰值进一步降低、快速下降实现中和”特征。2030 年园区碳排放峰值约 6.45 万 t；2030-2040 年碳排放总量快速下降，2040 年碳排放总量为峰值 21% 左右；2040-2060 年深度碳减排，2060 年碳排放总量约 0.45 万 t，配合园区生态碳汇，以及通过碳交易方式，南一片区也能按时完成碳中和目标。