中國(guó)工業(yè)園區(qū)低碳發(fā)展路徑研究

郭揚(yáng)，呂一錚，嚴(yán)坤，田金平,2,3，陳呂軍,2,3＊

［1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084；2.清華大學(xué)生態(tài)文明研究中心，北京 100084；3.國(guó)家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（清華大學(xué)），北京100084］

引言

《巴黎協(xié)定》確立的2℃溫控目標(biāo)為全球經(jīng)濟(jì)體的低碳發(fā)展提出了迫切要求，全球氣候變化已成為威脅人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)之一，新冠疫情的沖擊更強(qiáng)調(diào)了重新思考人類(lèi)發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)和諧共處的必要性。自19 世紀(jì)末工業(yè)化進(jìn)程飛速推進(jìn)至今，工業(yè)系統(tǒng)始終是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要支柱。中國(guó)作為全球最大的碳排放國(guó)，在應(yīng)對(duì)氣候變化中責(zé)任重大。2020 年9 月，中國(guó)政府承諾將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的中長(zhǎng)期氣候目標(biāo)已成為中國(guó)重大戰(zhàn)略[2]。

2017 年，中國(guó)工業(yè)增加值占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的34%，工業(yè)能源消費(fèi)占全國(guó)能源消費(fèi)總量的66%[3]，可見(jiàn)工業(yè)是落實(shí)溫室氣體減排的重點(diǎn)領(lǐng)域，工業(yè)節(jié)能減碳對(duì)于緩解氣候變化具有重要作用。工業(yè)園區(qū)是中國(guó)建設(shè)綠色制造體系、實(shí)施制造業(yè)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略最重要、最廣泛的載體，承擔(dān)了密集的工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，是中國(guó)雙循環(huán)發(fā)展的重要源動(dòng)力，也將成為落實(shí)中國(guó)自主貢獻(xiàn)目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)減排的關(guān)鍵落腳點(diǎn)。尤其在當(dāng)前至2035 年大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的大戰(zhàn)略下，工業(yè)園區(qū)低碳發(fā)展也是實(shí)現(xiàn)國(guó)家“生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn)，美麗中國(guó)目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)”宏偉目標(biāo)的內(nèi)在要求和重要途徑。

建設(shè)工業(yè)園區(qū)是全球工業(yè)發(fā)展的普遍現(xiàn)象，工業(yè)園區(qū)以企業(yè)集聚和基礎(chǔ)設(shè)施共享為重要共性特征[4]。中國(guó)工業(yè)園區(qū)建設(shè)始于1979 年，是改革開(kāi)放的一項(xiàng)重大創(chuàng)舉，經(jīng)過(guò)40 多年由點(diǎn)到面、由沿海向內(nèi)地的推進(jìn)式發(fā)展，工業(yè)園區(qū)已遍布全國(guó)各地，成為重要的工業(yè)生產(chǎn)空間和布局方式，也是工業(yè)化和城市化發(fā)展的重要載體[5]。根據(jù)工業(yè)園區(qū)所屬級(jí)別不同，可分為國(guó)家級(jí)工業(yè)園區(qū)、省級(jí)工業(yè)園區(qū)和其他工業(yè)園區(qū)。目前，我國(guó)共有國(guó)家級(jí)和省級(jí)工業(yè)園區(qū)2543 家[6]，多數(shù)位于環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角一帶，貢獻(xiàn)了全國(guó)工業(yè)產(chǎn)值的50%以上[7]。工業(yè)園區(qū)通過(guò)低碳轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，既是園區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，又將在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)對(duì)全球氣候變化、落實(shí)全球溫升控制目標(biāo)中發(fā)揮關(guān)鍵效能。因而，在工業(yè)園區(qū)發(fā)展邁入“不惑之年”的當(dāng)下，低碳轉(zhuǎn)型有望破局“中年危機(jī)”。

中國(guó)工業(yè)園區(qū)的低碳發(fā)展始于“十一五”時(shí)期，自2006 年以來(lái)，中國(guó)陸續(xù)出臺(tái)并實(shí)施了一系列工業(yè)園區(qū)低碳政策。2009 年原環(huán)境保護(hù)部下發(fā)《關(guān)于在國(guó)家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)中加強(qiáng)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的通知》，決定自2010 年起將發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)作為重點(diǎn)納入生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)建設(shè)內(nèi)容[8]。2011 年起，中國(guó)政府開(kāi)始著重關(guān)注工業(yè)園區(qū)的低碳發(fā)展[9]，在“十二五”規(guī)劃等綱領(lǐng)性政策推動(dòng)下，采取了若干重大舉措落實(shí)碳政策和能源政策。2013 年，工信部和發(fā)展改革委聯(lián)合推進(jìn)低碳工業(yè)園區(qū)試點(diǎn)建設(shè)[10]；2014 年，《國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃（2014—2020 年）》提出到2020 年建成150 家左右低碳示范園區(qū)[2]；2016 年，工信部發(fā)布《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃（2016—2020 年）》，再次強(qiáng)調(diào)了工業(yè)園區(qū)低碳化轉(zhuǎn)型，并要求部分園區(qū)率先達(dá)到碳排放峰值[11]。

中國(guó)工業(yè)園區(qū)數(shù)量多、種類(lèi)廣、發(fā)展階段各異，工業(yè)園區(qū)低碳發(fā)展對(duì)于緩解全球氣候變化具有重要作用。然而，目前絕大多數(shù)工業(yè)園區(qū)碳排放底數(shù)不清，減排路徑不明。由于中國(guó)工業(yè)園區(qū)在國(guó)家統(tǒng)計(jì)體系中不是獨(dú)立的統(tǒng)計(jì)單元，缺乏邊界清晰、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、準(zhǔn)備可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，導(dǎo)致工業(yè)園區(qū)溫室氣體排放核算方法不統(tǒng)一，排放現(xiàn)狀與特征尚不清晰。碳排放底數(shù)不清進(jìn)而導(dǎo)致工業(yè)園區(qū)共性和針對(duì)性的溫室氣體減排路徑、減排潛力、成本效益以及在應(yīng)對(duì)全球氣候變化中的預(yù)期貢獻(xiàn)尚不明確。本研究旨在定量揭示中國(guó)工業(yè)園區(qū)碳減排路徑，為實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)和中國(guó)工業(yè)綠色發(fā)展提供決策支撐。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 基于生命周期視角的園區(qū)溫室氣體核算方法

溫室氣體排放核算在國(guó)家層面[12,13]、區(qū)域?qū)用鎇14,15]和城市層面[16-18]已十分廣泛。然而在園區(qū)層面，僅有為數(shù)不多的工業(yè)園區(qū)溫室氣體排放與減排案例研究，如蘇州工業(yè)園區(qū)[19,20]、北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)[21]、沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)[22]。目前，園區(qū)相關(guān)研究所采用的溫室氣體核算方法主要從消費(fèi)端視角出發(fā)[23]，大多遵循世界資源研究所發(fā)布的核算導(dǎo)則，該導(dǎo)則按照溫室氣體排放來(lái)源的不同，將排放劃分為范圍1～3[24]。對(duì)于工業(yè)園區(qū)而言，范圍1 排放指園區(qū)邊界內(nèi)的溫室氣體排放，如燃料燃燒和工業(yè)過(guò)程的排放，是園區(qū)的直接排放；范圍2 排放指外購(gòu)電力和熱力等二次能源的加工轉(zhuǎn)換過(guò)程排放，是園區(qū)的間接排放；范圍3 排放指除范圍1 和范圍2 的所有間接排放，包括價(jià)值鏈上游和下游的排放，如外購(gòu)原材料的生產(chǎn)過(guò)程排放，熱力、電力生產(chǎn)上游的煤炭開(kāi)采運(yùn)輸過(guò)程排放、廢棄物園區(qū)外處理處置排放。

為分析大樣本工業(yè)園區(qū)的溫室氣體排放特征，劃定統(tǒng)一的核算對(duì)象和范圍是開(kāi)展研究的重要基礎(chǔ)。能源消費(fèi)導(dǎo)致的溫室氣體排放約占全球總排放的60%[25]，相關(guān)研究顯示能源利用是工業(yè)園區(qū)碳排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[26,27]。能源相關(guān)溫室氣體排放包括燃料燃燒產(chǎn)生的直接排放，以及燃料生產(chǎn)運(yùn)輸，外購(gòu)電力、熱力的生產(chǎn)和傳輸?shù)壬嫌芜^(guò)程產(chǎn)生的間接排放。上述蘇州工業(yè)園區(qū)、北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)和沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的能源相關(guān)溫室氣體排放分別占總排放的94%、97%和62%[20-22]。此外，其他研究也顯示能源相關(guān)溫室氣體排放在工業(yè)園區(qū)總排放中占主導(dǎo)地位[28]。上述結(jié)論均表明能源相關(guān)溫室氣體排放是工業(yè)園區(qū)排放的最主要組成部分。工業(yè)園區(qū)其他排放，特別是工業(yè)過(guò)程的直接排放和外購(gòu)原材料的間接排放，由于不同工業(yè)園區(qū)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的差異性，使得開(kāi)展生命周期溫室氣體排放核算所必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)搜集存在復(fù)雜度高、耗時(shí)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)不可獲得等實(shí)際困難。因此，在核算大樣本工業(yè)園區(qū)的溫室氣體排放時(shí)，為保證核算范圍的一致性和排放量的可比性，能源相關(guān)溫室氣體排放宜作為主要考察對(duì)象。

近年來(lái)，從生命周期視角追溯產(chǎn)業(yè)鏈的上下游環(huán)節(jié)，識(shí)別間接溫室氣體排放已成為研究熱點(diǎn)，例如能源生產(chǎn)、材料制造、區(qū)域貿(mào)易的隱含溫室氣體排放受到越來(lái)越多的關(guān)注[29-31]。同時(shí)將直接和間接排放納入溫室氣體核算范圍，有利于客觀(guān)地厘清園區(qū)的排放責(zé)任和未來(lái)削減空間。本研究基于生命周期視角核算工業(yè)園區(qū)能源相關(guān)溫室氣體排放，將調(diào)研所得的工業(yè)園區(qū)實(shí)景能耗數(shù)據(jù)與生命周期評(píng)價(jià)背景數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，核算方法細(xì)節(jié)可參見(jiàn)本研究團(tuán)隊(duì)的前期工作[32]。背景數(shù)據(jù)取自中國(guó)生命周期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)（Chinese Life Cycle Database），該數(shù)據(jù)庫(kù)是面向中國(guó)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的本土化數(shù)據(jù)庫(kù)，已廣泛應(yīng)用于中國(guó)環(huán)境問(wèn)題的相關(guān)研究[33,34]。工業(yè)園區(qū)直接排放為地理邊界內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的排放，對(duì)應(yīng)世界資源研究所核算導(dǎo)則中范圍1排放的主要部分；間接排放為工業(yè)園區(qū)能源消費(fèi)相關(guān)的燃料生產(chǎn)和運(yùn)輸、外購(gòu)二次能源生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的溫室氣體排放，涵蓋范圍2 和部分范圍3 排放[35]。工業(yè)園區(qū)加工轉(zhuǎn)換產(chǎn)出的二次能源相關(guān)排放將從園區(qū)排放中扣除，即核算范圍是工業(yè)園區(qū)負(fù)有實(shí)際責(zé)任的凈排放[32]。溫室氣體考慮CO2、CH4和N2O 共3 種主要溫室氣體，按各自的100 年全球變暖潛勢(shì)（1，28，265）折算為CO2當(dāng)量[36]。溫室氣體核算中，CO2排放包括礦物源排放和生物源排放，前者是將脫離全球碳循環(huán)且儲(chǔ)存在礦物能源中的CO2釋放到大氣中，而后者本身是碳循環(huán)的一部分，對(duì)大氣的影響是中和的[35]。與大多數(shù)核算工作一致，本研究只將礦物源CO2排放納入核算范圍。

1.2 基于指數(shù)分解的園區(qū)碳減排潛力評(píng)價(jià)方法

在實(shí)現(xiàn)2℃全球溫控目標(biāo)和中國(guó)自主貢獻(xiàn)目標(biāo)的雙重壓力下，極為有限的碳預(yù)算給中國(guó)工業(yè)園區(qū)高質(zhì)量發(fā)展提出了更嚴(yán)格的要求，探究中國(guó)工業(yè)園區(qū)中長(zhǎng)期低碳發(fā)展路徑尤為關(guān)鍵。根據(jù)能源基金會(huì)近期發(fā)布的《中國(guó)碳中和綜合報(bào)告2020》[37]，在2℃溫控目標(biāo)下中國(guó)工業(yè)部門(mén)2035 年和2050 年CO2排放總量相比2015 年需分別下降20%～35%和50%～80%。

以2015 年中國(guó)工業(yè)園區(qū)CO2排放量為基準(zhǔn)，工業(yè)園區(qū)2015—2035 年和2015—2050 年CO2排放量削減幅度參考《中國(guó)碳中和綜合報(bào)告2020》工業(yè)部門(mén)降幅區(qū)間的中位數(shù)28%和65%作為工業(yè)園區(qū)低碳發(fā)展的基本目標(biāo)，進(jìn)而研究工業(yè)園區(qū)未來(lái)減排路徑。從工業(yè)系統(tǒng)和能源系統(tǒng)角度出發(fā)，結(jié)合供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)進(jìn)行分析，工業(yè)園區(qū)碳減排路徑主要涵蓋以下方面：①產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低高耗能行業(yè)比例；②能效提升，涉及技術(shù)節(jié)能和能源產(chǎn)出率提升；③能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，增加風(fēng)能、光能、氫能、生物質(zhì)能、工業(yè)余熱、生活垃圾與污泥在能源消費(fèi)中的比例；④碳捕集、利用與封存（Carbon Capture,Utilization,and Storage，CCUS）?；谏鲜鎏紲p排路徑，需在2035 年和2050 年將全國(guó)工業(yè)園區(qū)CO2排放量分別控制在20.3億噸和9.9億噸以?xún)?nèi)。換言之，全國(guó)工業(yè)園區(qū)在2015—2035 年和2035—2050年預(yù)期將至少減排CO27.9 億噸和10.4 億噸。

基于上述四種碳減排路徑，并充分考慮不同工業(yè)增速下的園區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景，研究采用指數(shù)分解法進(jìn)一步量化識(shí)別各路徑的減排效果。指數(shù)分解分析和結(jié)構(gòu)分解分析是目前廣泛應(yīng)用的兩種分解分析法，在識(shí)別多種社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力環(huán)境響應(yīng)的相關(guān)研究中具有良好效果[38]。指數(shù)分解法與結(jié)構(gòu)分解法相比，前者不依賴(lài)投入產(chǎn)出表，更適用于量化分析園區(qū)層面的時(shí)間序列數(shù)據(jù)[13,39]。具體地，本研究選用對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI），其具有路徑獨(dú)立、加總一致等優(yōu)點(diǎn)[40]，在碳排放驅(qū)動(dòng)力分析等政策研究中被廣泛采用[41,42]。本研究將2015—2050年的時(shí)間跨度劃分為：第一階段以2015 年為基準(zhǔn)年，2035 年作為目標(biāo)年；第二階段以2035 年為基準(zhǔn)年，2050 年作為目標(biāo)年。進(jìn)而，分別運(yùn)用LMDI 分解法定量識(shí)別經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)的碳增量以及四種減排路徑（產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與能效提升、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、CCUS、區(qū)域電網(wǎng)混合電力碳強(qiáng)度下降）的碳減排潛力。

中國(guó)工業(yè)園區(qū)CO2排放量驅(qū)動(dòng)因子分解參考Kaya 公式，可分解為經(jīng)濟(jì)總量、能耗強(qiáng)度、能源結(jié)構(gòu)、能源碳強(qiáng)度等因子相乘的形式[41]，見(jiàn)式（1）。其中，C表示CO2排放量（萬(wàn)噸），Ci表示第i種能源的排放量；IAV 為工業(yè)增加值（億元）；EI 為能源強(qiáng)度（噸標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)元）；ESi表示能源結(jié)構(gòu)，即第i種能源所占份額；EFi表示第i種能源的生命周期碳排放因子（噸/噸標(biāo)準(zhǔn)煤）；i=1…6，依次表示煤、石油、天然氣、電力、熱力、非化石能源（垃圾、生物質(zhì)和污泥、余熱、風(fēng)、光、氫等），具體如表2 所示。

采用LMDI 分解法，將基準(zhǔn)年T0到目標(biāo)年T期間的CO2排放量變化分解為上述各因子引起的變化量之和，見(jiàn)式（2）。其中，ΔCIAV、ΔCEI、ΔCES、ΔCEF分別代表工業(yè)增加值增長(zhǎng)、能源強(qiáng)度下降、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和碳排放因子改變導(dǎo)致的CO2排放量變化，ΔCEF可進(jìn)一步分解為CCUS 覆蓋率增加和電網(wǎng)碳強(qiáng)度下降帶來(lái)的碳排放變化量，即ΔCCCUS和ΔCGrid。

根據(jù)中國(guó)工業(yè)增加值歷史數(shù)據(jù)[3]，2019 年全國(guó)工業(yè)增加值同比增長(zhǎng)5.3%，2014—2019 年工業(yè)增加值年均增長(zhǎng)率為6.3%，工業(yè)增加值增速在未來(lái)一段時(shí)期將逐步放緩進(jìn)而保持相對(duì)穩(wěn)定。本研究設(shè)置低、高增速兩種情景：低增速情景下，2015—2035 年全國(guó)工業(yè)園區(qū)的工業(yè)增加值年均增長(zhǎng)3%，2035—2050 年均增長(zhǎng)1.5%；高增速情景下，2015—2035 年全國(guó)工業(yè)園區(qū)的工業(yè)增加值年均增長(zhǎng)5%，2035—2050 年均增長(zhǎng)3%。

四種碳減排路徑的相關(guān)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。首先，能耗強(qiáng)度是單位工業(yè)增加值的綜合能耗，反映了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和能效提升的雙重作用，參考值采用《國(guó)家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（HJ 274—2015）》，即低增速情景下2035 年全國(guó)工業(yè)園區(qū)平均能耗強(qiáng)度達(dá)到生態(tài)工業(yè)園區(qū)水平，2050 年在2035 年基礎(chǔ)上降低10%；高增速情景能耗強(qiáng)度水準(zhǔn)略高于低增速情景。

在能源結(jié)構(gòu)方面，生活垃圾、生物質(zhì)和污泥、余熱、風(fēng)、光、氫等非化石能源占比預(yù)期將顯著提升。具體地，根據(jù)《生物質(zhì)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》[43]，生活垃圾焚燒和生物質(zhì)的發(fā)電裝機(jī)容量在2015—2020年將分別增長(zhǎng)60%和32%，同時(shí)考慮到工業(yè)園區(qū)將污水處理廠(chǎng)污泥進(jìn)行摻燒的工程應(yīng)用不斷增加（如蘇州工業(yè)園區(qū)[44]、上虞經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)[45]等），因此本研究設(shè)定兩種情景下2035 年的生活垃圾、生物質(zhì)（含污泥）的比例將分別提升至1%和1.5%，至2050 年保持不變。相似地，《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》[46]和工業(yè)園區(qū)實(shí)踐案例均明確了工業(yè)余熱的回收利用率將在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)顯著提升，因此設(shè)定余熱在兩種情景下2015—2035 年從0.7%的占比均提升至2%。根據(jù)《國(guó)家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)（HJ 274—2015）》，可再生能源使用比例至少達(dá)到9%，本研究取最低值，即高增速情景下到2035 年全國(guó)工業(yè)園區(qū)風(fēng)電、光電平均各占比4.5%，低增速情景下風(fēng)電、光電各占比3%，至2050 年保持不變。參考《中國(guó)碳中和綜合報(bào)告2020》[37]，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程將更多使用零碳?xì)淠茏鳛樘娲茉?，其占比?050 年將提升至3%～18%。本研究參考此取值范圍以及工業(yè)園區(qū)減排總量限值，以1%作為步長(zhǎng)，分別試算得出了實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)下2035 年和2050 年園區(qū)氫能的最低占比，并假設(shè)零碳?xì)淠艿纳芷谔寂欧乓蜃訛榱?。上述非化石燃料占比提升將直接削減園區(qū)能源結(jié)構(gòu)中的能源所占份額。

《中國(guó)電力行業(yè)2019 年度發(fā)展報(bào)告》顯示，2018年燃煤發(fā)電占全國(guó)發(fā)電量的64%，結(jié)合《中國(guó)碳中和綜合報(bào)告2020》中CCUS 至2035 年和2050 年分別覆蓋化石燃料設(shè)施的30%～65%和70%～85%的情景設(shè)置，據(jù)此設(shè)定高、低增速情景下工業(yè)園區(qū)CCUS覆蓋率（表1），其中2035 年CCUS 僅作用于燃煤設(shè)施，2050 年擴(kuò)展至燃?xì)?、燃油等設(shè)施；相應(yīng)地，結(jié)合全國(guó)CCUS 覆蓋率和煤電占比，可推算出電網(wǎng)混合電力碳強(qiáng)度降幅，如表1 所示。各年份能源結(jié)構(gòu)和分品種能源的直接、間接CO2排放因子在表2 中列出。其中，直接排放因子參考世界資源研究所發(fā)布的《GHG Protocol Tool for Energy Consumption in China（V2.1）》[35]；間接排放因子涵蓋能源開(kāi)采、生產(chǎn)、運(yùn)輸（傳輸）等上游環(huán)節(jié)的碳排放，取值參考中國(guó)生命周期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)[33]。

表1 2015—2050年中國(guó)工業(yè)園區(qū)碳減排路徑參數(shù)設(shè)置

表2 所列的煤及其制品、石油及其制品為能源大類(lèi)，其對(duì)應(yīng)的總體碳排放因子與各細(xì)分品種的排放因子和消費(fèi)結(jié)構(gòu)均相關(guān)，例如負(fù)的間接排放因子源于此類(lèi)能源加工轉(zhuǎn)換產(chǎn)出的二次能源品種大量?jī)糨敵觥８骷?xì)分品種的碳排放因子可參考上述數(shù)據(jù)源。

2 結(jié)果與討論

2.1 中國(guó)工業(yè)園區(qū)碳排放總量

2543 家園區(qū)中，國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)家經(jīng)開(kāi)區(qū)）共218 家，是中國(guó)工業(yè)園區(qū)中發(fā)展相對(duì)成熟和領(lǐng)先的一批，具有較好的經(jīng)濟(jì)績(jī)效，數(shù)據(jù)可得性和可靠性也較高。本團(tuán)隊(duì)前期研究中[32]，采集了213 家國(guó)家經(jīng)開(kāi)區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，此213 家園區(qū)在2015年GDP 總計(jì)達(dá)到7.6 萬(wàn)億元，占同年全國(guó)GDP 的11%[3]。前期研究基于園區(qū)分品種能耗數(shù)據(jù)清單，核算得出213 家國(guó)家經(jīng)開(kāi)區(qū)在2015 年能源消費(fèi)總計(jì)3.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占同年全國(guó)能源消費(fèi)總量的10%[3,32]。其中，燃煤消耗占能源總消費(fèi)量的74%，明顯超過(guò)同年中國(guó)工業(yè)部門(mén)的燃煤消費(fèi)份額（56%）[32,47]；原油和天然氣的份額分別為36%和8%，排名第二、三位[32]。213 家園區(qū)能源消費(fèi)品種的多樣化特征明顯，非常規(guī)能源如余熱、生物質(zhì)、生活垃圾、煤矸石、工業(yè)固廢已實(shí)現(xiàn)一定程度利用，然而其總份額僅為2%，表明園區(qū)的低碳能源發(fā)展還有很大提升空間[32]。2015 年，213 家國(guó)家經(jīng)開(kāi)區(qū)的溫室氣體直接排放（園區(qū)邊界內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的排放）和間接排放（園區(qū)所用燃料的上游生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程排放和外購(gòu)二次能源的生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程排放）分別為10.4 億噸和1.8 億噸CO2當(dāng)量，各占總排放的85%和15%[32]。間接排放占比不可忽略，園區(qū)低碳化發(fā)展中對(duì)間接排放的責(zé)任和減排義務(wù)同樣需要加以關(guān)注。

進(jìn)一步分析來(lái)看，213 家國(guó)家級(jí)經(jīng)開(kāi)區(qū)2015 年工業(yè)增加值為4.7 萬(wàn)億元，CO2總排放量為11.3 億噸，其單位工業(yè)增加值CO2排放平均為2.4 噸/萬(wàn)元。按照工信部《工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)規(guī)劃（2011—2015 年）》發(fā)布的數(shù)據(jù)，“十一五”期間中國(guó)工業(yè)園區(qū)貢獻(xiàn)了全國(guó)工業(yè)產(chǎn)出的50%以上[7]。按50%估計(jì)，2015 年全國(guó)工業(yè)園區(qū)的工業(yè)增加值約達(dá)11.7 萬(wàn)億元[3]，進(jìn)一步按上述2.4 噸/萬(wàn)元排放強(qiáng)度估算，全國(guó)工業(yè)園區(qū)的CO2排放量約為28.2 億噸。根據(jù)國(guó)際能源署數(shù)據(jù)[48]，中國(guó)2015 年能源相關(guān)CO2排放量為91.4 億噸，由此初步判斷工業(yè)園區(qū)貢獻(xiàn)了全國(guó)CO2排放的31%，占比相當(dāng)顯著。隨著近年來(lái)工業(yè)企業(yè)入園率逐步提升，例如至2020 年許多地區(qū)的化工企業(yè)入園率已達(dá)到80%，工業(yè)園區(qū)碳排放在全國(guó)的貢獻(xiàn)率未來(lái)將持續(xù)攀升，明確工業(yè)園區(qū)碳減排路徑并推廣行之有效的碳減排措施已刻不容緩。

表2 不同情景下能源結(jié)構(gòu)與分品種能源生命周期碳排放因子

2.2 中國(guó)工業(yè)園區(qū)碳減排潛力

兩種經(jīng)濟(jì)增速情景下，中國(guó)工業(yè)園區(qū)面向2035年和2050 年的排放量和四種碳減排途徑各自的減排潛力分別見(jiàn)圖1 和圖2。總體來(lái)看，未來(lái)園區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)的碳排放新增量仍將十分顯著，但通過(guò)四種減排途徑有望將其抵消并實(shí)現(xiàn)凈減排，即實(shí)現(xiàn)2015—2035 年和2035—2050 年分別減排28%和51%的目標(biāo)。

具體而言，2015—2035 年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與能效提升（即單位工業(yè)增加值產(chǎn)出的能耗下降）的碳減排潛力最為顯著，提高非化石能源占比和增加CCUS 應(yīng)用也可帶來(lái)可觀(guān)的碳減排潛力。電網(wǎng)碳強(qiáng)度下降的減排效果并不明顯，這是由于園區(qū)從電網(wǎng)凈輸入電力在園區(qū)總體能源消費(fèi)中占比有限，僅不足3%[32]，即園區(qū)物理邊界內(nèi)自備的能源基礎(chǔ)設(shè)施在2015 年已基本能實(shí)現(xiàn)電力的自給自足。此外，從生命周期碳排放因子來(lái)看，由于電力的生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、傳輸過(guò)程中的損耗較大，對(duì)于園區(qū)這一直接耗電量較大的經(jīng)濟(jì)體而言，由本地生產(chǎn)電力并實(shí)施大用戶(hù)直供實(shí)現(xiàn)就地消納，將具有更好的低碳績(jī)效。從時(shí)間跨度來(lái)看，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能效提升、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化在2035—2050 年的減排潛力將明顯減小，表明至2035 年此三方面的碳減排潛力基本能充分釋放，遠(yuǎn)期的深度減排需主要依靠持續(xù)推進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的系統(tǒng)優(yōu)化、區(qū)域?qū)用娴漠a(chǎn)業(yè)布局優(yōu)化和末端針對(duì)性的CCUS 來(lái)進(jìn)一步完成總體碳減排目標(biāo)。

進(jìn)一步，將能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的碳減排潛力分解為生活垃圾、生物質(zhì)和污泥、余熱、風(fēng)、光、氫等六種能源，研究各自的減排貢獻(xiàn)。針對(duì)特定基準(zhǔn)年和目標(biāo)年，本研究采用下述取值作為每種能源在能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化碳減排總量中的貢獻(xiàn)權(quán)重：某種能源的增長(zhǎng)份額÷非化石能源總增長(zhǎng)份額×（1-某種能源的碳排放因子÷煤的碳排放因子），進(jìn)一步得到表3 所示的六種非化石能源占比提升相應(yīng)的碳減排貢獻(xiàn)。

結(jié)果顯示，預(yù)期碳減排貢獻(xiàn)最顯著的依次為氫能、風(fēng)電、光伏，此三者在2015—2035 年的減排貢獻(xiàn)率總計(jì)可達(dá)79%～84%，尤其氫能在2035—2050年可貢獻(xiàn)100%的減排潛力，是通過(guò)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)深度減排最有潛力的措施。垃圾、生物質(zhì)和污泥、余熱三類(lèi)非常規(guī)能源由于在能源結(jié)構(gòu)中占比較小，貢獻(xiàn)并不顯著?？紤]到本研究采用較保守的參數(shù)取值，此三類(lèi)能源在2035—2050 年所占份額并未有進(jìn)一步增長(zhǎng)，若未來(lái)大力提升此三類(lèi)能源的回收利用率，并改進(jìn)焚燒爐技術(shù)以降低煤摻燒比，其帶來(lái)的碳減排貢獻(xiàn)將有望進(jìn)一步增加。因此，現(xiàn)階段應(yīng)充分利用園區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚優(yōu)勢(shì)，挖掘園區(qū)內(nèi)部和園區(qū)間的產(chǎn)業(yè)共生潛力，加大生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)品及廢物等的回收利用，從源頭削減資源消耗和碳排放，例如城市生活垃圾、污水廠(chǎng)剩余污泥的焚燒產(chǎn)能，以及化學(xué)反應(yīng)余熱的再利用等。

3 結(jié)論與展望

3.1 主要結(jié)論

基于園區(qū)碳排放現(xiàn)狀與碳減排路徑分析結(jié)果，研究主要結(jié)論如下：

（1）中國(guó)工業(yè)園區(qū)溫室氣體減排的挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。中國(guó)省級(jí)及以上工業(yè)園區(qū)有2500 余家，其他各級(jí)園區(qū)更多達(dá)上萬(wàn)家。為落實(shí)國(guó)家自主貢獻(xiàn)和全球溫升控制的雙重目標(biāo)，一方面，園區(qū)面臨著迅速推進(jìn)能源低碳化轉(zhuǎn)型和工業(yè)綠色發(fā)展的雙重壓力，短期內(nèi)需轉(zhuǎn)變工業(yè)部門(mén)和能源基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)化石燃料高度依賴(lài)的狀況，而當(dāng)前園區(qū)的溫室氣體排放特征和針對(duì)性減排策略均不明確，園區(qū)低碳研究和政策實(shí)踐尚處于初期階段，亟須開(kāi)展廣泛、全面、深入的普查與核算以“摸清家底”，為后續(xù)減排策略制定奠定基礎(chǔ)；另一方面，園區(qū)具有企業(yè)集聚性、規(guī)模性?xún)?yōu)勢(shì)和創(chuàng)新轉(zhuǎn)型動(dòng)力，產(chǎn)業(yè)共生效益的潛力顯著，基礎(chǔ)設(shè)施集約化程度高，行政管理體系相對(duì)獨(dú)立高效，低碳經(jīng)濟(jì)勢(shì)必為園區(qū)高質(zhì)量發(fā)展注入新的活力，成為全國(guó)乃至全球工業(yè)部門(mén)低碳發(fā)展的領(lǐng)頭羊和示范區(qū)。

表3 六種非化石能源占比提升的碳減排貢獻(xiàn)

圖1 低增速情景下中國(guó)工業(yè)園區(qū)面向2035年和2050年的碳減排路徑

圖2 高增速情景下中國(guó)工業(yè)園區(qū)面向2035年和2050年的碳減排路徑

（2）中國(guó)工業(yè)園區(qū)溫室氣體減排對(duì)2℃溫控目標(biāo)貢獻(xiàn)可期。工業(yè)園區(qū)約貢獻(xiàn)了全國(guó)CO2排放的31%，園區(qū)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能水平、碳捕集等方面仍有巨大減排潛力。園區(qū)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰乃至碳中和，將為中國(guó)自主貢獻(xiàn)總體目標(biāo)和2℃全球溫控目標(biāo)發(fā)揮至關(guān)重要的作用。本研究發(fā)現(xiàn)，園區(qū)在2015—2050年有望實(shí)現(xiàn)超過(guò)60%的減排幅度。目前工業(yè)園區(qū)普遍存在低效的生產(chǎn)設(shè)施和高煤炭依賴(lài)度，例如從園區(qū)能源基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)看，大規(guī)模推廣垃圾焚燒產(chǎn)能、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)升級(jí)將具有顯著的減排潛力和環(huán)境、經(jīng)濟(jì)協(xié)同效益[49]。因此，通過(guò)淘汰或替換落后產(chǎn)能、提高能效、廢物廢熱回收利用等途徑，可基本實(shí)現(xiàn)近期階段（2015—2035 年）的減排任務(wù)。隨著CCUS 對(duì)化石燃料設(shè)施的逐步覆蓋，以及工業(yè)過(guò)程中零碳?xì)淠艿膹V泛利用，中國(guó)工業(yè)園區(qū)面向2050 年或2060 年的深度減排任務(wù)也將有望達(dá)成。

3.2 政策建議

為進(jìn)一步推動(dòng)中國(guó)工業(yè)園區(qū)低碳發(fā)展，為國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)發(fā)揮關(guān)鍵支撐作用，基于上述研究，提出工業(yè)園區(qū)深化低碳發(fā)展政策建議如下：

（1）開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)園區(qū)溫室氣體排放核算方法與工具包。建議基于生命周期方法開(kāi)發(fā)并編制工業(yè)園區(qū)溫室氣體核算框架與實(shí)施細(xì)則，開(kāi)發(fā)在線(xiàn)核算工具包。推動(dòng)工業(yè)園區(qū)碳達(dá)峰，首先需要解決核算方法的可行性、核算范圍的一致性、核算結(jié)果的可比性，為此可將能源相關(guān)溫室氣體排放作為首要核算對(duì)象，形成直接排放和間接排放核算的標(biāo)準(zhǔn)性工具方法；進(jìn)而在全國(guó)范圍內(nèi)選擇一批工業(yè)園區(qū)開(kāi)展溫室氣體核算試點(diǎn)，為后續(xù)全面深化工業(yè)園區(qū)溫室氣體減排工作提供基礎(chǔ)。

（2）制定工業(yè)園區(qū)低碳發(fā)展分類(lèi)指導(dǎo)路線(xiàn)圖。研究制定“中國(guó)工業(yè)園區(qū)溫室氣體及多污染物協(xié)同控制行動(dòng)路線(xiàn)圖”，支撐園區(qū)深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)和綠色低碳轉(zhuǎn)型攻堅(jiān)戰(zhàn)?；诒狙芯刻岢龅乃姆N碳減排路徑分類(lèi)構(gòu)建政策、技術(shù)層面的碳減排工具包。進(jìn)而，將園區(qū)按照綠色發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)狀況等屬性進(jìn)行分類(lèi)分級(jí)，明確各類(lèi)各級(jí)工業(yè)園區(qū)低碳化轉(zhuǎn)型的行動(dòng)重點(diǎn)。模擬中國(guó)工業(yè)園區(qū)未來(lái)碳排放演化路徑，結(jié)合國(guó)家自主貢獻(xiàn)和2℃/1.5℃全球溫控目標(biāo)，識(shí)別工業(yè)園區(qū)碳達(dá)峰關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，建立深度減排動(dòng)態(tài)優(yōu)化方案。

（3）開(kāi)展碳達(dá)峰示范試點(diǎn)園區(qū)建設(shè)。結(jié)合當(dāng)前正在開(kāi)展的國(guó)家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)、綠色園區(qū)、循環(huán)化改造試點(diǎn)園區(qū)等項(xiàng)目，建議主管部門(mén)間深化協(xié)作，選擇一批綠色發(fā)展基礎(chǔ)好、產(chǎn)業(yè)體系優(yōu)勢(shì)足、低碳達(dá)峰意愿強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)實(shí)力有保障的工業(yè)園區(qū)，從全生命周期溫室氣體核算、定制化碳達(dá)峰路徑規(guī)劃等方面開(kāi)展示范試點(diǎn)，并爭(zhēng)取給予專(zhuān)項(xiàng)資金支持，在“十四五”期間形成一批碳達(dá)峰示范試點(diǎn)園區(qū)。

3.3 進(jìn)一步研究展望

面向中國(guó)2060 碳中和愿景，后續(xù)研究可考慮基于工業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)空間布局，進(jìn)一步擴(kuò)大園區(qū)焚燒周邊地區(qū)生活垃圾進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的比例，推廣分布式光伏和風(fēng)電的園區(qū)部署方案，如廠(chǎng)房屋頂太陽(yáng)能和廠(chǎng)區(qū)小型風(fēng)電機(jī)，進(jìn)而構(gòu)建園區(qū)“垃圾—風(fēng)—光”低碳電力組成的智能化微電網(wǎng)，促進(jìn)可再生能源的就地消納，實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)深度低碳化。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，量化分析低碳和可再生能源設(shè)施嵌入園區(qū)的溫室氣體減排潛力、空氣質(zhì)量和健康的協(xié)同效益，以期為全球溫控目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和中國(guó)工業(yè)園區(qū)綠色發(fā)展提供強(qiáng)大助力。