在國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)下，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施中的“能耗大戶”，水務(wù)行業(yè)面臨著緊迫的減排任務(wù)與轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)。在2025（第十屆）供水高峰論壇上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)水資源國(guó)家工程研究中心有限公司副總經(jīng)理鄭成志以“碳中和自來(lái)水廠實(shí)施路徑設(shè)計(jì)與實(shí)踐”為例，系統(tǒng)性地闡述了自來(lái)水廠的碳中和實(shí)施路徑與創(chuàng)新實(shí)踐，他指出當(dāng)前自來(lái)水廠碳中和推進(jìn)過(guò)程中存在的“設(shè)計(jì)基準(zhǔn)偏高、內(nèi)潛挖掘不足”等痛點(diǎn)，并創(chuàng)新性地提出了以“低碳為先、廠內(nèi)中和、系統(tǒng)籌劃、兼顧效益”為核心的碳中和自來(lái)水廠設(shè)計(jì)原則，構(gòu)建“減碳、換碳、抵碳”三步走的實(shí)施路徑。 

哈爾濱工業(yè)大學(xué)水資源國(guó)家工程研究中心有限公司副總經(jīng)理

鄭成志

01. 碳中和自來(lái)水廠概念

中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所將碳中和定義為：國(guó)家、企業(yè)、產(chǎn)品、活動(dòng)或個(gè)人在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的CO2或溫室氣體排放總量，經(jīng)節(jié)能減排、植樹(shù)造林等形式抵消，實(shí)現(xiàn)正負(fù)抵消，達(dá)到相對(duì)“零排放”。根據(jù)碳中和的定義，自來(lái)水廠碳中和概念定義為：自來(lái)水廠碳中和判斷標(biāo)準(zhǔn)為碳抵消比例≥100%，實(shí)現(xiàn)相對(duì)的零排放，可以認(rèn)定為水廠實(shí)現(xiàn)碳中和，為便于量化評(píng)估，“一定時(shí)間內(nèi)”明確限定為水廠的運(yùn)營(yíng)期。

02. 水廠碳中和措施分析

污水處理廠碳排放包括直接排放和間接排放，直接排放主要產(chǎn)生于生物處理過(guò)程，這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的全球變暖潛能值（GWP）高，是污水廠碳排放的主要類(lèi)型；間接排放包括電耗、藥耗及其他部分。而自來(lái)水廠的直接碳排放很少，幾乎可以忽略不計(jì)，間接排放比例高達(dá)99%以上，核心來(lái)源為電耗與藥耗。

基于自來(lái)水廠和污水廠碳排放類(lèi)型存在顯著差異，二者在碳減排方向也不同。針對(duì)污水廠碳排放特點(diǎn)，污水廠的碳中和措施可以歸為三類(lèi)：一是通過(guò)節(jié)能降耗實(shí)現(xiàn)源頭減排；二是實(shí)現(xiàn)能源的回收，綠色能源替代補(bǔ)充；三是通過(guò)生態(tài)固碳進(jìn)行碳排放的抵消。

污水廠碳中和措施

結(jié)合自來(lái)水廠碳排放特點(diǎn)，自來(lái)水廠碳中和措施可以歸為四類(lèi)：一是節(jié)能降耗；二是過(guò)程減排與碳匯建設(shè)；三是綠色能源開(kāi)發(fā)；四是碳抵消與技術(shù)創(chuàng)新。

自來(lái)水廠碳中和措施

相較于污水廠，自來(lái)水廠因自身工藝特點(diǎn)與資源條件限制，在碳中和過(guò)程中能源回收措施受限，同時(shí)，區(qū)域電力碳排放系數(shù)直接影響清潔能源發(fā)電的碳抵消效果，如南方電力碳排放系數(shù)低（廣東0.445kgCO2/kWh），清潔能源可抵消的碳排放量少，進(jìn)一步增加了碳中和的難度與成本。

總體來(lái)說(shuō)，自來(lái)水廠碳中和進(jìn)程中存在碳排放強(qiáng)度設(shè)計(jì)偏高、內(nèi)潛挖掘不足、系統(tǒng)性欠缺與效益失衡四大核心問(wèn)題，嚴(yán)重制約了自來(lái)水廠碳中和的推進(jìn)效率與可持續(xù)性：

1.碳排放強(qiáng)度設(shè)計(jì)偏高。特別是針對(duì)自來(lái)水廠，碳基準(zhǔn)高造成碳抵消任務(wù)較重，很難實(shí)現(xiàn)；

2.依賴廠外措施。沒(méi)有充分地挖掘供水系統(tǒng)內(nèi)部潛能，依賴如購(gòu)買(mǎi)碳指標(biāo)、植樹(shù)造林等外部措施；

3.系統(tǒng)性欠缺。忽略原水系統(tǒng)、配水管網(wǎng)整體考量，未形成系統(tǒng)性方案；

4.經(jīng)濟(jì)效益失衡。部分措施為了實(shí)現(xiàn)碳中和投資過(guò)高或經(jīng)濟(jì)效益低，企業(yè)推廣存在一定障礙。

03. 碳中和自來(lái)水廠實(shí)施路徑設(shè)計(jì)

基于上述自來(lái)水廠碳中和難點(diǎn)，為解決當(dāng)前自來(lái)水廠碳中和主要問(wèn)題，鄭成志提出“低碳為先、廠內(nèi)中和、系統(tǒng)籌劃、兼顧效益”四大核心設(shè)計(jì)原則，共同構(gòu)成碳中和自來(lái)水廠設(shè)計(jì)指導(dǎo)框架。

低碳為先：在水廠的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，充分考慮水廠是低碳運(yùn)行，強(qiáng)調(diào)從規(guī)劃設(shè)計(jì)源頭控制碳排放。如將輸水系統(tǒng)、配置系統(tǒng)設(shè)計(jì)為重力流，極大的節(jié)約電耗；在泵送流系統(tǒng)，優(yōu)化調(diào)度、泵組效率提升，以及實(shí)現(xiàn)制水工藝的綠色工藝，實(shí)現(xiàn)電耗節(jié)約。

廠內(nèi)中和：在供水系統(tǒng)內(nèi)部物理邊界上去挖掘措施，強(qiáng)調(diào)充分挖掘供水系統(tǒng)內(nèi)部潛力，減少對(duì)外界碳抵消措施的依賴。

系統(tǒng)籌劃：打破傳統(tǒng)“重廠區(qū)、輕系統(tǒng)”設(shè)計(jì)思維，把原水、自來(lái)水廠、配水管網(wǎng)設(shè)為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)整體碳中和目標(biāo)。

兼顧效益：強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益雙贏，解決經(jīng)濟(jì)效益失衡。

基于四大設(shè)計(jì)原則，構(gòu)建“減碳、換碳、抵碳”三步走的實(shí)施路徑，從“削減排放”到“替代排放”再到“抵消排放”，形成完整的碳中和路徑。

"減碳"核心措施是重力流輸配+優(yōu)質(zhì)原水+低藥耗工藝，目標(biāo)是降低碳排放強(qiáng)度。

"換碳"核心措施是富余水頭發(fā)電+廠區(qū)分布式光伏，用碳排放系數(shù)低的措施進(jìn)行替代，達(dá)到清潔電置換外購(gòu)電。

"抵碳"核心措施是自發(fā)清潔電+余電上網(wǎng)銷(xiāo)售，目標(biāo)是抵消不可避免的碳排放。

04. 碳中和水廠案例實(shí)踐

粵海水務(wù)大羅水廠位于廣東省梅州市豐順縣，原水水質(zhì)達(dá)到Ⅰ類(lèi)，采用網(wǎng)格絮凝+平流沉淀+V型濾池水處理工藝。水廠在2023年正式投產(chǎn)運(yùn)行，一期供水規(guī)模為5萬(wàn)m3/d，是按照“減碳、換碳、抵碳”路徑設(shè)計(jì)的碳中和水廠。

低碳設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)方面以“低碳為先”為核心，通過(guò)優(yōu)化水廠選址，原水與自來(lái)水均采用重力流輸配模式，在實(shí)現(xiàn)輸水配水均為重力流輸送的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)富余水頭開(kāi)發(fā)利用。供水系統(tǒng)電耗低至16.57kWh?kt-1，僅為行業(yè)平均水平（243.17kWh?kt-1）的6.81%；同時(shí)依托優(yōu)質(zhì)原水，大幅降低制水藥耗，PAC用量平均1.11kg?kt-1，NaClO用量平均1.64kg?kt-1。

水力發(fā)電。在實(shí)現(xiàn)重力流輸配基礎(chǔ)上，提高原水管末端水壓，利用原水45m的富余水頭，設(shè)計(jì)功率250kW的水力發(fā)電機(jī)組，所發(fā)電量?jī)?yōu)先供給廠區(qū)生產(chǎn)使用，為廠區(qū)電力供應(yīng)提供清潔補(bǔ)充，有效替代了外購(gòu)電，抵消了間接碳排放。

光伏發(fā)電。水廠充分利用廠區(qū)空間資源布設(shè)分布式光伏，總面積達(dá)4844.5m2，總裝機(jī)容量587.19kWp，采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”模式，年均發(fā)電量可達(dá)64.8萬(wàn)kWh，有效補(bǔ)充清潔電力。

智慧管控。研發(fā)應(yīng)用智能加藥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)藥劑配制、輸送和投加全流程的減排降碳；對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行壓力分區(qū)管理、重力流配水壓力動(dòng)態(tài)調(diào)控，減少管網(wǎng)漏損；采用遠(yuǎn)程數(shù)智化運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)少人值守，多維度提升運(yùn)營(yíng)效能。

通過(guò)對(duì)大羅水廠完整運(yùn)營(yíng)年度的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，其碳抵消比例可達(dá)211%，遠(yuǎn)超過(guò)100%的碳中和標(biāo)準(zhǔn)，且碳排放強(qiáng)度僅為0.00959kgCO2/t，充分實(shí)現(xiàn)低碳。

基于水力發(fā)電和光伏發(fā)電良好的投資效益，在具備地形條件、光照資源豐富地區(qū)具備較好的推廣性。針對(duì)光伏的推廣，目前粵海水務(wù)已在55個(gè)廠站建成光伏發(fā)電，總裝機(jī)容量為45兆瓦，年發(fā)清潔電4400萬(wàn)度；針對(duì)水力發(fā)電，5個(gè)具備條件的項(xiàng)目正在實(shí)施。

05. 結(jié)語(yǔ)

粵海水務(wù)以“低碳為先、廠內(nèi)中和、系統(tǒng)籌劃、兼顧效益”設(shè)計(jì)原則與“減碳、換碳、抵碳”實(shí)施路徑，建設(shè)碳中和自來(lái)水廠，大羅水廠案例實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)測(cè)算碳抵消比例為211%，碳排放強(qiáng)度僅為0.00959kgCO2/t，實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行，具備較好的經(jīng)濟(jì)效益。

為進(jìn)一步提升自來(lái)水廠碳中和水平，粵海水務(wù)未來(lái)將從以下四個(gè)方向發(fā)力：深化能源回收利用技術(shù)、革新高效低耗處理工藝、強(qiáng)化智慧化與精準(zhǔn)控制賦能、促進(jìn)可再生能源的深度耦合與自給自足，全面推動(dòng)自來(lái)水廠向“全能源回收、超低碳工藝、智慧化運(yùn)行、能源自給自足”的高階邁進(jìn)，構(gòu)建更高效、可持續(xù)的碳中和體系。

編輯：趙凡