邱德杰 善能生態(tài)集團有限公司

截至2022 年6 月，我國共有173 個國家級高新區(qū)、230 個國家級經濟技術開發(fā)區(qū)、2107 個省級經濟技術開區(qū)，660 家國家級產業(yè)園區(qū)，15000 多家各類產業(yè)園區(qū)。從能耗情況來看，我國產業(yè)園區(qū)能耗約占全國全社會能耗的69%，碳排放約占全國全社會碳排放的31%。

為解決經濟發(fā)展與環(huán)境污染兩大矛盾體，零碳產業(yè)園區(qū)應運而生。

1 零碳產業(yè)園區(qū)介紹

1.1 定義

零碳產業(yè)園區(qū)是指通過集成優(yōu)化不同種類的“低碳”“零碳”“負碳”屬性的清潔能源應用技術，運營服務商為產業(yè)園區(qū)企業(yè)提供冷、熱、電、氣、氫等綜合能源與服務，從而使產業(yè)園區(qū)企業(yè)運營過程中的碳排放量與清潔能源供能系統(tǒng)碳減排量全部中和，實現凈零排放。

零碳產業(yè)園區(qū)不是減生產力，也不是不排放，而是要走生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的發(fā)展道路，在經濟發(fā)展中促進綠色轉型、在綠色轉型中實現更大發(fā)展。

1.2 發(fā)展前景

我國要實現“30·60 雙碳目標”,任務非常艱巨。國務院于2021 年10 月印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》，設立了“選擇100 個具有典型代表性的城市和園區(qū)開展碳達峰試點建設”的目標。

為支持零碳產業(yè)園區(qū)的快速落地與推廣，多個省市搶灘布局、加快建設各類零碳產業(yè)園區(qū)，包含對現有工業(yè)園區(qū)改造和新建零碳產業(yè)園區(qū)。其中，內蒙古自治區(qū)、安徽省、福建省、廣東省率先出臺政策，鼓勵開展零碳工業(yè)園示范項目，北京市、江蘇省、重慶市、上海市、浙江省、青海省等已建成或正在建設零碳產業(yè)園區(qū)。

據初步估算，零碳產業(yè)園區(qū)將為國家碳中和目標貢獻至少28%的減排量，并帶來約30 萬億的投資需求。

2 主要清潔能源介紹

2.1 分類

2.1.1 按照碳屬性分類

零碳清潔能源：生物質能。

負碳清潔能源：風能、太陽能、水能、氫能、地熱能等。

低碳清潔能源：天然氣。

2.1.2 按照循環(huán)利用分類

可再生能源：生物質能、風能、太陽能、水能、氫能、地熱能等。

非可再生能源： 天然氣。

2.2 發(fā)展現狀

2.2.1 生物質能

生物質能是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。在光合作用過程中，生物質需要吸收大氣中的二氧化碳，從而起到固碳作用；同時，在燃燒或分解過程中，生物質將向大氣釋放二氧化碳。從全壽命周期來看，生物質向大氣中吸收和釋放的二氧化碳含量相同，因此生物質是唯一一種可再生的零碳能源。

生物質資源豐富，被稱為第四大能源，主要分布在山東、安徽、河北、江蘇、湖北、浙江等經濟發(fā)達地區(qū)。生物質能應用廣泛，但生物質發(fā)電技術是目前生物質能應用方式中最普遍、最有效的方法之一。截止2022年年底，生物質發(fā)電累計并網裝機容量達到4132 萬kW，全年發(fā)電量達1824 億kWh，全國生物質發(fā)電年平均利用小時數約4414h。

2.2.2 風能

截止2022 年年底，風電累計并網裝機容量達到36544 萬kW，全年發(fā)電量達7626.7 億kWh，全國風電年平均利用小時數約2087h。

2.2.3 太陽能

截止2022 年年底，太陽能發(fā)電累計并網裝機容量達到39261 萬kW，全年發(fā)電量達4272.7 億kWh，全國太陽能發(fā)電年平均利用小時數約1088h。

2.2.4 水能

截止2022 年年底，水電累計并網裝機容量達到41350 萬kW，全年發(fā)電量達13522 億kWh，全國水電年平均利用小時數約3270h。

2.2.5 天然氣

截止2022 年年底，天然氣發(fā)電累計并網裝機容量達到11355 萬kW，全年發(fā)電量達2848 億kWh，全國天然氣發(fā)電年平均利用小時數約2508h。

2.2.6 氫能

綠氫作為最理想能源，是未來氫能發(fā)展的主要方向。綠氫目前面臨三大難題：儲運、安全、生產成本（40 元/kg）。綠氫產業(yè)發(fā)展目前尚處于起步階段。

2.2.7 地熱能

我國主要以中低溫地熱資源為主。故我國地熱能適合發(fā)展的主要方向是供暖和供熱。

3 生物質能將成為零碳供能系統(tǒng)主要組成部分

3.1 主要清潔能源綜合對比

本文對生物質能、風能、太陽能、水能、天然氣等主要清潔能源應用于發(fā)電行業(yè)的綜合對比，暫不考慮作為二次能源的氫能和以供暖為主的地熱能，詳見表1。

表1 主要清潔能源綜合對比

通過表1 主要清潔能源綜合對比可以發(fā)現：主要清潔能源綜合得分由高到低分別是生物質發(fā)電、水電、天然氣發(fā)電、風電、太陽能發(fā)電；生物質發(fā)電具有年平均利用小時數最高、電能穩(wěn)定性較高、資源豐富區(qū)主要分布在經濟發(fā)達地區(qū)等優(yōu)勢，雖然純發(fā)電成本高于風電和太陽能發(fā)電，但生物質可采用熱電聯產技術提高項目經濟性。水電發(fā)電成本最低并且年利用小時數較高，但因存在枯水期導致發(fā)電周期性波動，資源豐富區(qū)也主要分布在西部和中部經濟欠發(fā)達地區(qū)。天然氣發(fā)電雖然電能穩(wěn)定性最高，但發(fā)電成本也最高，年平均利用小時數低。天然氣發(fā)電主要分布式在沿海地區(qū)。風能資源分布廣，發(fā)電成本較低，但電能穩(wěn)定性最低，年平均利用小時數較低。太陽能資源分布廣，發(fā)電成本低，但因晝夜交替、天氣多變等原因而導致電能穩(wěn)定性較低，年平均利用小時數最低。

3.2 生物質能與儲能系統(tǒng)綜合對比

3.2.1 儲能系統(tǒng)簡介

電能儲存可以轉換為化學能、勢能、動能、電磁能等形態(tài)，按照其具體方式主要可分為機械儲能、電磁儲能、化學儲能三大類型。

在零碳供能系統(tǒng)中，儲能以電化學儲能為主，主要有穩(wěn)壓穩(wěn)頻、調峰削峰、能量平衡、應急備用等功能。

3.2.2 生物質能與儲能系統(tǒng)綜合對比

作為同樣具有穩(wěn)壓、調峰作用的生物質能，與儲能系統(tǒng)綜合對比如表2。

表2 生物質能與儲能綜合對比

通過表2 生物質能與儲能綜合對比可以發(fā)現：作為零碳供能系統(tǒng)基準源，生物質能綜合優(yōu)勢更加明顯。因此零碳供能系統(tǒng)基準源應按照以生物質能為主的設計原則。

3.3 生物質能是零碳供能系統(tǒng)主要組成部分

零碳供能系統(tǒng)屬于智能微電網范疇，其系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性尤為重要。通過本文綜合對比可以看出，在清潔能源中，生物質能不但可以作為零碳供能系統(tǒng)的基準源，同時也是零碳供能系統(tǒng)的定海神針，可為產業(yè)園區(qū)同時提供冷、熱、電、氣等形式的能源，承擔供能系統(tǒng)基礎保障的重擔。

4 生物質能在零碳產業(yè)園區(qū)的綜合應用

4.1 生物質能綜合應用

生物質能主要由農林生物質、生活垃圾、餐廚垃圾等三大類組成。生物質能原料來自零碳產業(yè)園區(qū)自身及周邊。農林生物質利用固化技術、化學轉化技術、直接燃燒技術可向零碳產業(yè)園區(qū)提供生物質顆粒、氣化氣、生物質炭、冷、暖、汽、電等產品與服務；生活垃圾可通過直接燃燒技術向零碳產業(yè)園區(qū)提供冷、暖、汽、電等產品與服務；餐廚垃圾可通過生化轉化技術向零碳產業(yè)園區(qū)提供沼氣（生物質天然氣）、冷、暖、汽、電等產品與服務。詳見圖1。

圖1 生物質能在零碳產業(yè)園區(qū)的綜合應用

生物質能在零碳產業(yè)園區(qū)的綜合應用具有以下優(yōu)勢：通過生物質能的綜合應用，可基本滿足零碳產業(yè)園區(qū)企業(yè)對不同品類能源的需求；遵循能源梯級利用原則，可實現供能系統(tǒng)能量的統(tǒng)籌利用，把能量吃干榨盡，提高能源利用效率；通過對零碳產業(yè)園區(qū)垃圾的再循環(huán)和資源化利用，可大力推進產業(yè)園區(qū)垃圾的減量化、資源化、無害化，發(fā)揮減污降碳協(xié)同效應，推動實現碳中和。

4.2 生物質能創(chuàng)新應用

4.2.1 “生生耦合”技術

生物質氣化工藝與生物質熱電廠開展深度耦合，將生物質熱解為富含H2、CO 等還原性氣體的可燃氣體，將該可燃氣體保持在350℃以上引入到電廠鍋爐。

優(yōu)勢：與純氣化發(fā)電相比，提高了綜合利用效率；與純氣化發(fā)電相比，解決了焦油處理難題；與純氣化發(fā)電相比，減少了投資運營成本；還原性氣體對耦合鍋爐脫硫脫硝具有輔助作用。

4.2.2 “生廢耦合”技術

零碳產業(yè)園區(qū)產生的污泥等固廢通過與農林生物質摻配混燒，實現固廢垃圾就近處理。通過“生廢耦合”技術，可減少供能系統(tǒng)對農林生物質的供應需求，同時降低了零碳產業(yè)園區(qū)企業(yè)的固廢處理成本，實現多贏局面。

4.2.3 “多生一體化”技術

關于農林生物質、生活垃圾、餐廚垃圾等生物質能，目前在市場上基本都是單獨應用方式（除光大已實現的農林生物質和生活垃圾發(fā)電一體化）。在零碳產業(yè)園區(qū)，為了實現零碳排放，建議運營服務商建設三種生物質能應用一體化，便于統(tǒng)一協(xié)同管理，進一步降低項目單位千瓦建設成本和經營度電成本。

5 零碳產業(yè)園區(qū)布局建議

5.1 優(yōu)先考慮建設在生物質資源豐富區(qū)

作為零碳供能系統(tǒng)主要組成部分，零碳產業(yè)園區(qū)應優(yōu)先考慮建設在河北、河南、山東、江蘇、安徽等生物質資源豐富地區(qū)。這些地區(qū)同時也是產業(yè)密集的經濟發(fā)達地區(qū)，完全符合零碳產業(yè)園區(qū)的建設需求。

如無法利舊生物質能項目，在規(guī)劃新生物質能項目時，要合理規(guī)劃生物質資源收儲運體系，保障燃料源頭供應，避免與周邊生物質項目發(fā)生原料沖突。

5.2 設計以多能互補為基本原則

首先，作為零碳供能系統(tǒng)基準源，應按照以生物質能為主、儲能為輔、市電為備用的設計原則，確保產業(yè)園區(qū)企業(yè)用能的穩(wěn)定可靠。

其次，結合當地資源稟賦，因采取“宜風則風，宜光則光、宜氣則氣”多能互補的設計基本原則，盡力做到零碳供能系統(tǒng)碳減排量與產業(yè)園區(qū)運營過程中碳排放量相等，從而實現凈零排放。詳見圖2。

圖2 零碳供能系統(tǒng)圖

5.3 建設產業(yè)循環(huán)集群

以“橫向耦合，縱向延伸”為原則，引入產業(yè)鏈上下游的企業(yè)和服務，形成企業(yè)首尾相連，互為供需、互聯互通的產業(yè)鏈，從而產業(yè)園區(qū)由產業(yè)集聚向產業(yè)集群轉型。

5.4 打造數字化綜合智慧能源平臺

綜合智慧能源服務平臺采用數字化能耗、碳足跡等新一代信息技術應用，打通園區(qū)內供能、生產、交通等各場景的碳管理，全面追蹤能耗與碳排放，實現產業(yè)園區(qū)零碳排的完美閉環(huán)，以數字化、智能化賦能綠色化 。

5.5 開發(fā)CCER 市場

生態(tài)環(huán)境部對外宣傳2023 年年內重啟CCER 市場。零碳產業(yè)園區(qū)每年可減少大量的二氧化碳排放。服務商應重視開發(fā)CCER市場，每年可獲得可觀的額外收入。

6 結語

作為一種可再生、性價比高的零碳能源，生物質能不但可以為產業(yè)園區(qū)提供電能，同時可利用氣炭熱電聯產等新應用技術為產業(yè)園區(qū)提供熱能、冷能、生物質天然氣、生物質炭等多種形式的能源產品。故生物質能必將成為零碳產業(yè)園區(qū)零碳供能系統(tǒng)主要組成部分。生物質能在零碳產業(yè)園區(qū)中的應用前景和發(fā)展空間非常廣闊，應推進相關政策和技術創(chuàng)新，促進生物質能在零碳產業(yè)園區(qū)中的應用和發(fā)展，為實現可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保目標提供支持。