国外高校校园碳中和路线调研与探究

陆晴 贾佳

(上海科技大学 上海 201210)

1 研究背景和框架

1.1 研究背景

气候变化和全球变暖是全球面临的重大挑战，近年来，世界各国积极采取措施增强气候变化的应对能力。《巴黎协定》的目标是将把全球平均气温较工业化前水平升高控制在2 ℃之内，努力将温度上升幅度控制在1.5 ℃以内[1]。在第七十五届联合国大会一般性辩论上，国家主席习近平提出“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”（以下简称“22碳”目标）。“双碳”目标是党中央、国务院审时度势，从国情出发做出的重大战略决策。

在“22碳”目标背景下，高校作为学术和科研的高地，负有不可推卸的社会责任。如何在保证正常教学科研活动的前提下，降低校园运营对环境的影响，是制订高校校园碳中和路线的重点。国内外学者对高校的已有碳中和路线进行了积极调研，包括围绕典型高校的碳中和路线和举措的案例分析[2]，以及高校对低碳电力供给源[3]、零碳建筑的设计[4]、可持续交通[5]的方案设计。上述研究或从宏观角度梳理高校的碳中和路线，或聚焦实现碳中和的某个关键技术点进行梳理，覆盖内容较为单一。在了解国内外现有研究的基础上，文章按照校园碳中和路线的3个重要方面的13个维度梳理调研框架，对高校的实施路径开展系统性调研和结构化梳理，分析典型案例和共性规律，以期能为我国高校设计碳中和路线提供参考。

1.2 研究框架

为了支撑我国高校确定校园碳中和目标及其实施路径，文章对国际一流高校提出的校园碳中和战略进行调研，对英国的剑桥大学、谢菲尔德大学，以及美国的哈佛大学、康奈尔大学、普林斯顿大学、加州大学伯克利分校的校园碳中和战略进行重点调研。这些高校在校园碳中和目标下制定了较为完整的正式文件，在提高能源效率、开发新的可再生能源上有多种解决方案，并在推进气候教育、师生行为改变上有明确的行动。在部分碳中和实施路径方面，文章也调研了其他欧美高校的典型案例作为补充。

文章从高校碳排放范围和碳排放来源的界定入手，介绍主流的碳核算方法，梳理各高校的碳中和目标和时间线，并从可再生能源利用、建筑节能、交通节能、生态补偿等维度归纳国外高校的碳减排路径，以及师生多种方式的参与。调研框架和分析维度如图1所示。

图1 高校校园碳中和战略调研分析框架

2 碳中和目标

2.1 碳排放范围

国际标准化组织对组织实体的碳排放分为3个范围[6]。范围一：直接排放，是实体控制范围之内，直接控制或拥有的排放源所产生的碳排放。范围二：间接排放，为购买的电力（由碳基燃料产生），以及蒸汽、加热、冷气等产生的碳排放。范围三：其他排放，为组织实体活动引起的所有其他间接排放，但来自非组织实体拥有或控制的来源。

根据上述定义，高校碳排放在3 个范围内的主要来源如下。范围一：包括热电联产天然气、购买的天然气、应急发电机、校园车队、制冷剂排放等。范围二：包括外购电力（由碳基燃料产出）所产生的间接排放，也包括蒸汽、加热、冷气等。范围三：包括建筑材料、公务旅行与通勤、固体废物与水消耗、高校投资的资产等。

2.2 碳核算

高校在建立碳减排目标之前，需要掌握校园碳排放源的数据，分析各类碳排放所占的比重。这是有效确立碳中和目标，确定碳减排策略，最终实现校园碳中和的基础所在。

剑桥大学使用英国DECC 转换系数[7]，计算3 个范围下的各类排放源的二氧化碳当量（CO2e）。表1为剑桥大学2015—2020年的数据。在范围一和范围二中，剑桥大学最大的碳排放源是电网电力，在2015年后有明显的下降趋势；第二大排放源是天然气，近年来仍处于上升趋势。在范围三中，公务旅行和通勤是排名第一和第二的排放源，在2015—2018 年间有上升的趋势，而在2019 年和2020 年因为疫情的原因有大幅度缩减。

表1 剑桥大学2015—2020年的3个范围下的各类排放源的二氧化碳当量 （单位：t）

2.3 目标和时间线

高校碳中和目标是在支持大学教学研究等活动的同时，设定减少各种来源碳排放的目标时间线。剑桥大学、哈佛大学、普林斯顿大学等6所高校的碳中和目标时间线如表2所示[8-13]。

表2 剑桥大学等6所高校的碳中和目标和时间线

3 实施路径

3.1 零碳低碳能源

各高校在开发和使用零碳或低碳能源方面的举措主要包括：（1）太阳能发电；（2）智能微电网；（3）地热能利用；（4）购买经认证的绿色电力。

现场太阳能发电主要利用建筑物、停车场、空地等空间安装光伏装置收集利用太阳能。加州大学伯克利的现场太阳能发电量已达1 MW，包括主校区在教学楼、宿舍楼、体育馆等处的5个太阳能光伏装置。该校还要安装4个新的太阳能发电站点，将使发电量增加3倍以上，其中3 个站点还将包括支持电动汽车充电的配套管道。剑桥大学2018 年初宣布在校外的新剑桥西北开发项目上完成了一个大型太阳能电池板阵列装置，每年将减少298 MW时的能源使用，显著减少碳足迹和能源账单。

开发微电网和储能系统让大学将微电网与能量储存结合，使大学能够展示可变可再生能源的实用性，并提高整体可靠性和稳定性。加州大学伯克利分校的2个太阳能站点同时具有电池存储系统和微电网能力的系统。该校正计划通过智能微电网将太阳能用于建筑的电力供应。

地热交换系统使用热泵来储存和回收来自地球的热量，适用于具有长期或全年的冷却要求和热负荷的校园。普林斯顿大学进行地热交换技术的投资，正逐步淘汰用于取暖的蒸汽发电，转而实施一种新的低温热水能源系统，由电热泵、蓄热和地热交换驱动。该校是美国首批在全校范围内将这些技术结合起来的大学之一，建设的地热交换项目足够为学校的建筑供暖。

国外高校也在探索购买可再生来源的电力的选择。2019年，剑桥大学与19所英国大学共同签订了购电协议，将在10年内直接从英国风电场获取20%的电力，并计划在未来签订更多的绿色购电协议。2018年，加州大学伯克利分校参与了加州的清洁能源供电计划，签订协议每年采购6 000 MW 的绿色电力，每年可减少1 200 t 碳排放。通过购电协议，清洁能源供货商也承担了该校的现场太阳能电池装置的安装、操作和维护系统的费用。

3.2 能源管理

国外高校采用的能源管理措施主要包括确立能源政策、建设能源仪表盘平台、设置能源办公室等。能源政策为学校如何管理运营提供了指导，以便以最可持续的方式使用能源资源，建立校园在能源和气候管理方面的领导地位。加州大学伯克利分校的能源政策确立于2014年，修订于2020年底，为现有的建筑的运营、新建筑建设、清洁能源供给、供应链的管理和电脑设备、实验室等方面的能效管理提供了框架和指南。该政策还确定了2020—2025年的能源绩效目标，即每年至少以2%的幅度降低能源使用强度，并且给出了教学和行政、住宿、实验室空间的年度供电、供热、最大电功率、冷冻水、用热功率方面的指标。

有效的能源管理离不开对校园内能源使用的精确计量和监测。建筑水平的计量表是在单个建筑层面安装分表测量各类能源消耗。在此基础上，各类能源消耗需要单独的仪表，包括电力、天然气、燃料油、蒸汽、冷冻水、热水、生物质能等。康奈尔大学对各类能源用量分别安装了仪表，并建设了能源数据可视化平台[14]。能源数据平台以透明的方式提供情境化的各类实时能源数据，并且可以根据建筑的名称查询和访问单个建筑的数据。

大学设置能源办公室跟踪、监测和管理整个校园的能源使用情况，以降低能源成本。加州伯克利分校的能源办公室提供现有建筑能源使用基线，审查新建和翻修项目的合规性，其审查过程鼓励校园项目的设计提高能效。康奈尔大学的能源办公室牵头节能项目，改进建筑物的设计、性能和操作，为各种能效项目提供投入，通过暖通空调、照明系统、实验室和IT设备的更新等项目使校园尽可能节能，达到或超过每年既定目标。

3.3 建筑节能

高校的建筑通常是校园里的最大能源消耗者，相应的温室气体排放也是最大的。建筑的能耗主要源于建筑供热、空调制冷、建筑照明、实验室仪器用电等。

在照明节能方面，很多大学在执行校园碳减排计划时，都将LED 灯替换项目作为重点。剑桥大学将许多地点的低效照明，取代为新的更高效的LED灯，并配备智能控制装置作为光线和运动传感器。该校医学院用LED灯取代了大部分灯，降低了医学院71%的照明用电。康奈尔大学对现有建筑进行照明改造，安装占用传感器和可编程自动楼宇控制，以提高能效。哈佛大学将自动定时器与楼宇管理系统集成，从而控制建筑中的照明和空调系统。

中央冷却设备是很多大学建筑空调系统的枢纽，利用空气滴水过程生产冷冻水，通过闭环循环系统输送到各空调设备，从而减少空调所需的电量。哥伦比亚大学对其原有的中央冷却厂进行扩建，安装了两台新的超节能制冷机以降低夏季电网的压力。新的制冷机提供了额外的5 600 t 制冷量，约占校区高峰制冷需求的一半，并将冷冻水生产效率提高了25%～30%。此外，该校将分散的老式制冷机集成到发电厂房内，减少能源消耗和碳排放。

在实验室高能耗设备方面，加州大学伯克利分校对实验室装置进行全面评估，并在可行的情况下建议对装置进行改装或更换，该校要求所有新的超低温冷冻柜（ULT）均应通过节能认证。剑桥大学在全校范围内启动设备更换计划，由学校的碳减排计划基金提供65万英镑的资助，收到了来自校内超过25个不同的部门的申请，设备的替换每年可以减少400 t二氧化碳的排放。

3.4 交通减排

根据碳排放量类别，交通是高校在范围三中最重要的排放源。国外高校的主要举措包括鼓励骑自行车和步行、减少使用汽车、公共交通出行、减少飞行出差。

谢菲尔德大学在校园内修建了大量自行车道，并将把校园自行车路线与市中心连接起来。该校参与英国“国家骑车上班计划”，帮助员工支付购买自行车的费用。剑桥大学与当地交通供应商和地方政府合作改善公共交通。加州大学伯克利分校提供多种交通选择和财政激励措施，以支持低碳通勤。

剑桥大学致力于到2030年实现大学车队的100%电气化，从2021年起实现公交服务的电气化。哥伦比亚大学从2018年起引入6辆纯电动巴士取代校园柴油班车，每年将温室气体排放量减少270 多t；大学车队40%的车辆是混动或纯电动车；与汽车服务商合作向校内人员提供租车服务。康奈尔大学引入更多清洁燃料车辆，扩大校园内的电动汽车充电站，以支持清洁燃料车队。

谢菲尔德大学建议在英国境内原则上不乘坐飞行。该校也在与地理系的专家学者合作，研究如何协助员工以地面旅行的方式到达欧洲各地。很多大学也提供视频和网络会议设备和空间供师生选择以减少乘坐飞机。

3.5 生态补偿

谢菲尔德大学执行树木替换政策，承诺用至少两棵新树替换必须移除的树，并且种植半成熟标本而非树苗，以产生更直接的影响。该校提供了约10 500 棵树木，每年可吸收约100 t的二氧化碳。诺丁汉大学种植寄居无脊椎动物和昆虫的植物、能源作物、耐旱物种以减少灌溉需求。

安装绿色屋顶可以减少建筑冷却和加热能源消耗，并减少雨水废物流。谢菲尔德大学在2005年之后建造的建筑设置了绿色屋顶，并在具有合适结构的旧有建筑物安装绿色屋顶，该校正在研究3 种不同类型的可持续屋顶。（1）绿色屋顶：完全种植的屋顶。（2）棕色屋顶：建立在现有的生态系统上，屋顶表面铺有堆肥和底座。（3）蓝色屋顶：雨水保留设施，将反馈到建筑物和周围景观中使用。

4 师生参与

4.1 校内外组织支撑

高校碳中和路线的制定和执行离不开校内组织机制的支撑。所调研的高校有不同形式的组织，包括以大学教职工为主导的组织，和以学生为主导的组织。

普林斯顿大学设置了二氧化碳行动组，由校长组建，成员包括相关领域的教员与行政人员。行动组的目标是加强普林斯顿在气候问题中的示范作用，制定大学的温室气体减排决策标准，增强社区的可持续发展精神。

康奈尔大学通过大学参与计划，让康奈尔大学社区的学生代表、教员和员工成为合作者，共同创建一个可持续的校园。参与的校内组织包括学生生态代表、教师和员工绿色大使、绿色办公室认证、绿色实验室认证和校园建筑仪表板。

4.2 校园研究项目

利用大学校园作为一个实验室，开展碳中和行动和可持续发展的研究，有助于推进学校自身的碳中和校园目标，同时有助于解决全球可持续发展挑战。

剑桥大学设立能源与碳减排项目（ECRP），由环境可持续发展战略委员会管理，年度预算为200万英镑。ECRP资助项目包括工程系能源屋顶建模、图书馆楼宇自动管理系统优化、临床医学院冷冻机集成等。此外，ECRP 还资助了标准措施、可行性研究和其他项目工作，支持实现大学的碳减排目标。

普林斯顿大学设立Campus as Lab Research 计划，典型案例包括建筑系学生设计的建筑优化系统、计算机科学系本科生的智能宿舍用灯分析、机械与航天工程系校友设计的电动船用电动机等。

4.3 师生行为改变

大学的教职工和学生在实验室、办公室、宿舍等环境的日常工作、学习和生活中，遵守低碳和可持续性的原则，有助于降低校园能耗，实现高校校园碳中和使命。

加州伯克利编写了实验室、办公室、宿舍省电提示手册，让师生了解如何在冷藏、通风柜、照明、采购中节约能源，建议购买节能电器、利用备用电源、考虑热舒适性、改变照明和使用电脑的习惯，提供了有关购买选择、电力使用和洗衣等可持续实践的提示。

普林斯顿大学采取的措施包括建议教职工回收打印墨盒、举办网上远程会议、采购可再生办公用品、改进通勤方式、减少日常垃圾、举办可持续的活动等，同时建议学生合理回收、减少日常垃圾、用电和用水，做出可持续的选择，减少碳足迹。

4.4 气候素养教育

为确保大学的成员对气候变化有基本的了解，并能提出新的解决方案，很多大学设置气候素养扫盲教育，以及可持续发展相关的本科、研究生课程。

剑桥大学碳中和协会提供一系列课程和模块，以提高学位中环境可持续性的成分。剑桥大学建筑系、工程系、地理系、土地经济系和生态系开设与环境可持续性相关的本科课程，人文、社会和政治科学也开设相关课程。部分院系还开设了气候与环境相关的全职和兼职研究生项目，包括自然领导学硕士、环境政策硕士、可持续发展工程硕士、可持续商业研究生证书等。

康奈尔大学基于气候行动计划加速工作组的提案，将每年投资10 万美元，并增加一名工作人员来管理各种气候课程和扫盲计划。资金还将用于小额赠款和软件/编程，以扩大将气候学习目标纳入学生和校园体验的范围。

5 国外高校零碳战略的归纳与启示

文章提出了高校碳中和路径的主要框架，对剑桥大学、普林斯顿大学、加州大学伯克利分校、谢菲尔德大学、康奈尔大学、哈佛大学的校园碳中和战略进行重点调研。总结发现，多所高校积极设计多维组合的措施，将对外措施（如采购绿色能源）和对内措施（如建筑降耗）结合起来，采取新技术开发与应用、改造降低日常运行能耗、实现能耗精确计量和监测等措施，形成多元相辅相成的态势。

调研发现以下具体措施值得我国高校参考借鉴。在零碳低碳能源的开发利用方面，可安装大规模现场太阳能发电装置，并配合微电网和储能，增设地热供暖，探索购买更多可再生能源的选择。在能源管理方面，设立能源办公室，确立能源政策框架支持能源绩效目标，通过透明化的监测和管理减少校园的能耗和碳足迹。在建筑节能方面，从照明、空调系统以及实验室用电等方面来减少建筑能耗。交通减排方面包括鼓励减少耗能旅行、改善校内交通基础设施、提倡汽车电气化等。

此外，高校应充分利用智力聚集的特点，设置碳中和校园专项基金[14]，支持学校师生利用学科优势，将大学作为一个实验室，不仅达到校园减排目标，还可作为可推广技术、方法或政策的中试环境，加强对低碳技术的开发应用[15]。高校还应重视校园内部的气候素养教育和宣传，鼓励师生在日常工作和学习中遵守低碳和可持续的原则。