陸晴 賈佳

(上?？萍即髮W 上海 201210)

1 研究背景和框架

1.1 研究背景

氣候變化和全球變暖是全球面臨的重大挑戰(zhàn)，近年來，世界各國積極采取措施增強氣候變化的應(yīng)對能力?！栋屠鑵f(xié)定》的目標是將把全球平均氣溫較工業(yè)化前水平升高控制在2 ℃之內(nèi)，努力將溫度上升幅度控制在1.5 ℃以內(nèi)[1]。在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，國家主席習近平提出“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”（以下簡稱“22碳”目標）?！半p碳”目標是黨中央、國務(wù)院審時度勢，從國情出發(fā)做出的重大戰(zhàn)略決策。

在“22碳”目標背景下，高校作為學術(shù)和科研的高地，負有不可推卸的社會責任。如何在保證正常教學科研活動的前提下，降低校園運營對環(huán)境的影響，是制訂高校校園碳中和路線的重點。國內(nèi)外學者對高校的已有碳中和路線進行了積極調(diào)研，包括圍繞典型高校的碳中和路線和舉措的案例分析[2]，以及高校對低碳電力供給源[3]、零碳建筑的設(shè)計[4]、可持續(xù)交通[5]的方案設(shè)計。上述研究或從宏觀角度梳理高校的碳中和路線，或聚焦實現(xiàn)碳中和的某個關(guān)鍵技術(shù)點進行梳理，覆蓋內(nèi)容較為單一。在了解國內(nèi)外現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，文章按照校園碳中和路線的3個重要方面的13個維度梳理調(diào)研框架，對高校的實施路徑開展系統(tǒng)性調(diào)研和結(jié)構(gòu)化梳理，分析典型案例和共性規(guī)律，以期能為我國高校設(shè)計碳中和路線提供參考。

1.2 研究框架

為了支撐我國高校確定校園碳中和目標及其實施路徑，文章對國際一流高校提出的校園碳中和戰(zhàn)略進行調(diào)研，對英國的劍橋大學、謝菲爾德大學，以及美國的哈佛大學、康奈爾大學、普林斯頓大學、加州大學伯克利分校的校園碳中和戰(zhàn)略進行重點調(diào)研。這些高校在校園碳中和目標下制定了較為完整的正式文件，在提高能源效率、開發(fā)新的可再生能源上有多種解決方案，并在推進氣候教育、師生行為改變上有明確的行動。在部分碳中和實施路徑方面，文章也調(diào)研了其他歐美高校的典型案例作為補充。

文章從高校碳排放范圍和碳排放來源的界定入手，介紹主流的碳核算方法，梳理各高校的碳中和目標和時間線，并從可再生能源利用、建筑節(jié)能、交通節(jié)能、生態(tài)補償?shù)染S度歸納國外高校的碳減排路徑，以及師生多種方式的參與。調(diào)研框架和分析維度如圖1所示。

圖1 高校校園碳中和戰(zhàn)略調(diào)研分析框架

2 碳中和目標

2.1 碳排放范圍

國際標準化組織對組織實體的碳排放分為3個范圍[6]。范圍一：直接排放，是實體控制范圍之內(nèi)，直接控制或擁有的排放源所產(chǎn)生的碳排放。范圍二：間接排放，為購買的電力（由碳基燃料產(chǎn)生），以及蒸汽、加熱、冷氣等產(chǎn)生的碳排放。范圍三：其他排放，為組織實體活動引起的所有其他間接排放，但來自非組織實體擁有或控制的來源。

根據(jù)上述定義，高校碳排放在3 個范圍內(nèi)的主要來源如下。范圍一：包括熱電聯(lián)產(chǎn)天然氣、購買的天然氣、應(yīng)急發(fā)電機、校園車隊、制冷劑排放等。范圍二：包括外購電力（由碳基燃料產(chǎn)出）所產(chǎn)生的間接排放，也包括蒸汽、加熱、冷氣等。范圍三：包括建筑材料、公務(wù)旅行與通勤、固體廢物與水消耗、高校投資的資產(chǎn)等。

2.2 碳核算

高校在建立碳減排目標之前，需要掌握校園碳排放源的數(shù)據(jù)，分析各類碳排放所占的比重。這是有效確立碳中和目標，確定碳減排策略，最終實現(xiàn)校園碳中和的基礎(chǔ)所在。

劍橋大學使用英國DECC 轉(zhuǎn)換系數(shù)[7]，計算3 個范圍下的各類排放源的二氧化碳當量（CO2e）。表1為劍橋大學2015—2020年的數(shù)據(jù)。在范圍一和范圍二中，劍橋大學最大的碳排放源是電網(wǎng)電力，在2015年后有明顯的下降趨勢；第二大排放源是天然氣，近年來仍處于上升趨勢。在范圍三中，公務(wù)旅行和通勤是排名第一和第二的排放源，在2015—2018 年間有上升的趨勢，而在2019 年和2020 年因為疫情的原因有大幅度縮減。

表1 劍橋大學2015—2020年的3個范圍下的各類排放源的二氧化碳當量 （單位：t）

2.3 目標和時間線

高校碳中和目標是在支持大學教學研究等活動的同時，設(shè)定減少各種來源碳排放的目標時間線。劍橋大學、哈佛大學、普林斯頓大學等6所高校的碳中和目標時間線如表2所示[8-13]。

表2 劍橋大學等6所高校的碳中和目標和時間線

3 實施路徑

3.1 零碳低碳能源

各高校在開發(fā)和使用零碳或低碳能源方面的舉措主要包括：（1）太陽能發(fā)電；（2）智能微電網(wǎng)；（3）地熱能利用；（4）購買經(jīng)認證的綠色電力。

現(xiàn)場太陽能發(fā)電主要利用建筑物、停車場、空地等空間安裝光伏裝置收集利用太陽能。加州大學伯克利的現(xiàn)場太陽能發(fā)電量已達1 MW，包括主校區(qū)在教學樓、宿舍樓、體育館等處的5個太陽能光伏裝置。該校還要安裝4個新的太陽能發(fā)電站點，將使發(fā)電量增加3倍以上，其中3 個站點還將包括支持電動汽車充電的配套管道。劍橋大學2018 年初宣布在校外的新劍橋西北開發(fā)項目上完成了一個大型太陽能電池板陣列裝置，每年將減少298 MW時的能源使用，顯著減少碳足跡和能源賬單。

開發(fā)微電網(wǎng)和儲能系統(tǒng)讓大學將微電網(wǎng)與能量儲存結(jié)合，使大學能夠展示可變可再生能源的實用性，并提高整體可靠性和穩(wěn)定性。加州大學伯克利分校的2個太陽能站點同時具有電池存儲系統(tǒng)和微電網(wǎng)能力的系統(tǒng)。該校正計劃通過智能微電網(wǎng)將太陽能用于建筑的電力供應(yīng)。

地熱交換系統(tǒng)使用熱泵來儲存和回收來自地球的熱量，適用于具有長期或全年的冷卻要求和熱負荷的校園。普林斯頓大學進行地熱交換技術(shù)的投資，正逐步淘汰用于取暖的蒸汽發(fā)電，轉(zhuǎn)而實施一種新的低溫熱水能源系統(tǒng)，由電熱泵、蓄熱和地熱交換驅(qū)動。該校是美國首批在全校范圍內(nèi)將這些技術(shù)結(jié)合起來的大學之一，建設(shè)的地熱交換項目足夠為學校的建筑供暖。

國外高校也在探索購買可再生來源的電力的選擇。2019年，劍橋大學與19所英國大學共同簽訂了購電協(xié)議，將在10年內(nèi)直接從英國風電場獲取20%的電力，并計劃在未來簽訂更多的綠色購電協(xié)議。2018年，加州大學伯克利分校參與了加州的清潔能源供電計劃，簽訂協(xié)議每年采購6 000 MW 的綠色電力，每年可減少1 200 t 碳排放。通過購電協(xié)議，清潔能源供貨商也承擔了該校的現(xiàn)場太陽能電池裝置的安裝、操作和維護系統(tǒng)的費用。

3.2 能源管理

國外高校采用的能源管理措施主要包括確立能源政策、建設(shè)能源儀表盤平臺、設(shè)置能源辦公室等。能源政策為學校如何管理運營提供了指導(dǎo)，以便以最可持續(xù)的方式使用能源資源，建立校園在能源和氣候管理方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。加州大學伯克利分校的能源政策確立于2014年，修訂于2020年底，為現(xiàn)有的建筑的運營、新建筑建設(shè)、清潔能源供給、供應(yīng)鏈的管理和電腦設(shè)備、實驗室等方面的能效管理提供了框架和指南。該政策還確定了2020—2025年的能源績效目標，即每年至少以2%的幅度降低能源使用強度，并且給出了教學和行政、住宿、實驗室空間的年度供電、供熱、最大電功率、冷凍水、用熱功率方面的指標。

有效的能源管理離不開對校園內(nèi)能源使用的精確計量和監(jiān)測。建筑水平的計量表是在單個建筑層面安裝分表測量各類能源消耗。在此基礎(chǔ)上，各類能源消耗需要單獨的儀表，包括電力、天然氣、燃料油、蒸汽、冷凍水、熱水、生物質(zhì)能等?？的螤柎髮W對各類能源用量分別安裝了儀表，并建設(shè)了能源數(shù)據(jù)可視化平臺[14]。能源數(shù)據(jù)平臺以透明的方式提供情境化的各類實時能源數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)建筑的名稱查詢和訪問單個建筑的數(shù)據(jù)。

大學設(shè)置能源辦公室跟蹤、監(jiān)測和管理整個校園的能源使用情況，以降低能源成本。加州伯克利分校的能源辦公室提供現(xiàn)有建筑能源使用基線，審查新建和翻修項目的合規(guī)性，其審查過程鼓勵校園項目的設(shè)計提高能效?？的螤柎髮W的能源辦公室牽頭節(jié)能項目，改進建筑物的設(shè)計、性能和操作，為各種能效項目提供投入，通過暖通空調(diào)、照明系統(tǒng)、實驗室和IT設(shè)備的更新等項目使校園盡可能節(jié)能，達到或超過每年既定目標。

3.3 建筑節(jié)能

高校的建筑通常是校園里的最大能源消耗者，相應(yīng)的溫室氣體排放也是最大的。建筑的能耗主要源于建筑供熱、空調(diào)制冷、建筑照明、實驗室儀器用電等。

在照明節(jié)能方面，很多大學在執(zhí)行校園碳減排計劃時，都將LED 燈替換項目作為重點。劍橋大學將許多地點的低效照明，取代為新的更高效的LED燈，并配備智能控制裝置作為光線和運動傳感器。該校醫(yī)學院用LED燈取代了大部分燈，降低了醫(yī)學院71%的照明用電?？的螤柎髮W對現(xiàn)有建筑進行照明改造，安裝占用傳感器和可編程自動樓宇控制，以提高能效。哈佛大學將自動定時器與樓宇管理系統(tǒng)集成，從而控制建筑中的照明和空調(diào)系統(tǒng)。

中央冷卻設(shè)備是很多大學建筑空調(diào)系統(tǒng)的樞紐，利用空氣滴水過程生產(chǎn)冷凍水，通過閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)輸送到各空調(diào)設(shè)備，從而減少空調(diào)所需的電量。哥倫比亞大學對其原有的中央冷卻廠進行擴建，安裝了兩臺新的超節(jié)能制冷機以降低夏季電網(wǎng)的壓力。新的制冷機提供了額外的5 600 t 制冷量，約占校區(qū)高峰制冷需求的一半，并將冷凍水生產(chǎn)效率提高了25%～30%。此外，該校將分散的老式制冷機集成到發(fā)電廠房內(nèi)，減少能源消耗和碳排放。

在實驗室高能耗設(shè)備方面，加州大學伯克利分校對實驗室裝置進行全面評估，并在可行的情況下建議對裝置進行改裝或更換，該校要求所有新的超低溫冷凍柜（ULT）均應(yīng)通過節(jié)能認證。劍橋大學在全校范圍內(nèi)啟動設(shè)備更換計劃，由學校的碳減排計劃基金提供65萬英鎊的資助，收到了來自校內(nèi)超過25個不同的部門的申請，設(shè)備的替換每年可以減少400 t二氧化碳的排放。

3.4 交通減排

根據(jù)碳排放量類別，交通是高校在范圍三中最重要的排放源。國外高校的主要舉措包括鼓勵騎自行車和步行、減少使用汽車、公共交通出行、減少飛行出差。

謝菲爾德大學在校園內(nèi)修建了大量自行車道，并將把校園自行車路線與市中心連接起來。該校參與英國“國家騎車上班計劃”，幫助員工支付購買自行車的費用。劍橋大學與當?shù)亟煌ü?yīng)商和地方政府合作改善公共交通。加州大學伯克利分校提供多種交通選擇和財政激勵措施，以支持低碳通勤。

劍橋大學致力于到2030年實現(xiàn)大學車隊的100%電氣化，從2021年起實現(xiàn)公交服務(wù)的電氣化。哥倫比亞大學從2018年起引入6輛純電動巴士取代校園柴油班車，每年將溫室氣體排放量減少270 多t；大學車隊40%的車輛是混動或純電動車；與汽車服務(wù)商合作向校內(nèi)人員提供租車服務(wù)。康奈爾大學引入更多清潔燃料車輛，擴大校園內(nèi)的電動汽車充電站，以支持清潔燃料車隊。

謝菲爾德大學建議在英國境內(nèi)原則上不乘坐飛行。該校也在與地理系的專家學者合作，研究如何協(xié)助員工以地面旅行的方式到達歐洲各地。很多大學也提供視頻和網(wǎng)絡(luò)會議設(shè)備和空間供師生選擇以減少乘坐飛機。

3.5 生態(tài)補償

謝菲爾德大學執(zhí)行樹木替換政策，承諾用至少兩棵新樹替換必須移除的樹，并且種植半成熟標本而非樹苗，以產(chǎn)生更直接的影響。該校提供了約10 500 棵樹木，每年可吸收約100 t的二氧化碳。諾丁漢大學種植寄居無脊椎動物和昆蟲的植物、能源作物、耐旱物種以減少灌溉需求。

安裝綠色屋頂可以減少建筑冷卻和加熱能源消耗，并減少雨水廢物流。謝菲爾德大學在2005年之后建造的建筑設(shè)置了綠色屋頂，并在具有合適結(jié)構(gòu)的舊有建筑物安裝綠色屋頂，該校正在研究3 種不同類型的可持續(xù)屋頂。（1）綠色屋頂：完全種植的屋頂。（2）棕色屋頂：建立在現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)上，屋頂表面鋪有堆肥和底座。（3）藍色屋頂：雨水保留設(shè)施，將反饋到建筑物和周圍景觀中使用。

4 師生參與

4.1 校內(nèi)外組織支撐

高校碳中和路線的制定和執(zhí)行離不開校內(nèi)組織機制的支撐。所調(diào)研的高校有不同形式的組織，包括以大學教職工為主導(dǎo)的組織，和以學生為主導(dǎo)的組織。

普林斯頓大學設(shè)置了二氧化碳行動組，由校長組建，成員包括相關(guān)領(lǐng)域的教員與行政人員。行動組的目標是加強普林斯頓在氣候問題中的示范作用，制定大學的溫室氣體減排決策標準，增強社區(qū)的可持續(xù)發(fā)展精神。

康奈爾大學通過大學參與計劃，讓康奈爾大學社區(qū)的學生代表、教員和員工成為合作者，共同創(chuàng)建一個可持續(xù)的校園。參與的校內(nèi)組織包括學生生態(tài)代表、教師和員工綠色大使、綠色辦公室認證、綠色實驗室認證和校園建筑儀表板。

4.2 校園研究項目

利用大學校園作為一個實驗室，開展碳中和行動和可持續(xù)發(fā)展的研究，有助于推進學校自身的碳中和校園目標，同時有助于解決全球可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)。

劍橋大學設(shè)立能源與碳減排項目（ECRP），由環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略委員會管理，年度預(yù)算為200萬英鎊。ECRP資助項目包括工程系能源屋頂建模、圖書館樓宇自動管理系統(tǒng)優(yōu)化、臨床醫(yī)學院冷凍機集成等。此外，ECRP 還資助了標準措施、可行性研究和其他項目工作，支持實現(xiàn)大學的碳減排目標。

普林斯頓大學設(shè)立Campus as Lab Research 計劃，典型案例包括建筑系學生設(shè)計的建筑優(yōu)化系統(tǒng)、計算機科學系本科生的智能宿舍用燈分析、機械與航天工程系校友設(shè)計的電動船用電動機等。

4.3 師生行為改變

大學的教職工和學生在實驗室、辦公室、宿舍等環(huán)境的日常工作、學習和生活中，遵守低碳和可持續(xù)性的原則，有助于降低校園能耗，實現(xiàn)高校校園碳中和使命。

加州伯克利編寫了實驗室、辦公室、宿舍省電提示手冊，讓師生了解如何在冷藏、通風柜、照明、采購中節(jié)約能源，建議購買節(jié)能電器、利用備用電源、考慮熱舒適性、改變照明和使用電腦的習慣，提供了有關(guān)購買選擇、電力使用和洗衣等可持續(xù)實踐的提示。

普林斯頓大學采取的措施包括建議教職工回收打印墨盒、舉辦網(wǎng)上遠程會議、采購可再生辦公用品、改進通勤方式、減少日常垃圾、舉辦可持續(xù)的活動等，同時建議學生合理回收、減少日常垃圾、用電和用水，做出可持續(xù)的選擇，減少碳足跡。

4.4 氣候素養(yǎng)教育

為確保大學的成員對氣候變化有基本的了解，并能提出新的解決方案，很多大學設(shè)置氣候素養(yǎng)掃盲教育，以及可持續(xù)發(fā)展相關(guān)的本科、研究生課程。

劍橋大學碳中和協(xié)會提供一系列課程和模塊，以提高學位中環(huán)境可持續(xù)性的成分。劍橋大學建筑系、工程系、地理系、土地經(jīng)濟系和生態(tài)系開設(shè)與環(huán)境可持續(xù)性相關(guān)的本科課程，人文、社會和政治科學也開設(shè)相關(guān)課程。部分院系還開設(shè)了氣候與環(huán)境相關(guān)的全職和兼職研究生項目，包括自然領(lǐng)導(dǎo)學碩士、環(huán)境政策碩士、可持續(xù)發(fā)展工程碩士、可持續(xù)商業(yè)研究生證書等。

康奈爾大學基于氣候行動計劃加速工作組的提案，將每年投資10 萬美元，并增加一名工作人員來管理各種氣候課程和掃盲計劃。資金還將用于小額贈款和軟件/編程，以擴大將氣候?qū)W習目標納入學生和校園體驗的范圍。

5 國外高校零碳戰(zhàn)略的歸納與啟示

文章提出了高校碳中和路徑的主要框架，對劍橋大學、普林斯頓大學、加州大學伯克利分校、謝菲爾德大學、康奈爾大學、哈佛大學的校園碳中和戰(zhàn)略進行重點調(diào)研。總結(jié)發(fā)現(xiàn)，多所高校積極設(shè)計多維組合的措施，將對外措施（如采購綠色能源）和對內(nèi)措施（如建筑降耗）結(jié)合起來，采取新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用、改造降低日常運行能耗、實現(xiàn)能耗精確計量和監(jiān)測等措施，形成多元相輔相成的態(tài)勢。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)以下具體措施值得我國高校參考借鑒。在零碳低碳能源的開發(fā)利用方面，可安裝大規(guī)模現(xiàn)場太陽能發(fā)電裝置，并配合微電網(wǎng)和儲能，增設(shè)地熱供暖，探索購買更多可再生能源的選擇。在能源管理方面，設(shè)立能源辦公室，確立能源政策框架支持能源績效目標，通過透明化的監(jiān)測和管理減少校園的能耗和碳足跡。在建筑節(jié)能方面，從照明、空調(diào)系統(tǒng)以及實驗室用電等方面來減少建筑能耗。交通減排方面包括鼓勵減少耗能旅行、改善校內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施、提倡汽車電氣化等。

此外，高校應(yīng)充分利用智力聚集的特點，設(shè)置碳中和校園專項基金[14]，支持學校師生利用學科優(yōu)勢，將大學作為一個實驗室，不僅達到校園減排目標，還可作為可推廣技術(shù)、方法或政策的中試環(huán)境，加強對低碳技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用[15]。高校還應(yīng)重視校園內(nèi)部的氣候素養(yǎng)教育和宣傳，鼓勵師生在日常工作和學習中遵守低碳和可持續(xù)的原則。