新能源園區(qū)零碳評價(jià)指標(biāo)體系研究

潘雨情，祁 兵，李 彬

（華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，北京 102206）

0 引言

在國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中明確指出，要加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、推動低碳甚至零碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展、提高能源體系清潔化水平，推進(jìn)減碳戰(zhàn)略落地及“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。作為生產(chǎn)生活主要載體的園區(qū)，高度聚集先進(jìn)要素，擁有蓬勃的創(chuàng)新活動，已成為“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)踐的重要平臺，是碳中和的先鋒和主力軍。2021年9月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)碳達(dá)峰碳中和相關(guān)工作的通知》，明確提出在推進(jìn)工業(yè)示范園區(qū)中，要注重加強(qiáng)對園區(qū)減碳的建設(shè)。國內(nèi)已有對零碳園區(qū)建設(shè)的初步探索[1-2]，金風(fēng)科技根據(jù)不同行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)，在亦莊構(gòu)建了智慧園區(qū)，并實(shí)現(xiàn)了園區(qū)的碳中和，是中國第一個可再生能源“碳中和”智慧園區(qū)。同年12月安徽省首個“零碳鄉(xiāng)村”示范點(diǎn)“圓夢大灣”電力驛站在金寨大灣揭牌[3]，河北雄安新區(qū)也計(jì)劃在2050 年建成零碳城市[4-6]。國外同樣開展了零碳園區(qū)建設(shè)的試點(diǎn)工作，例如丹麥森納堡市、德國柏林的EUREF Campus 零碳園區(qū)、瑞典沃爾沃的比利時(shí)根特工廠、日本北九州生態(tài)工業(yè)園等。

目前中國在零碳方面的研究還處于起步階段，王軍鋒等[7]對城市群建設(shè)進(jìn)行研究，指出城市群高質(zhì)量發(fā)展要重點(diǎn)解決零碳、低碳能源供應(yīng)難題，用以支撐城市群制造業(yè)發(fā)展，建設(shè)好零碳化新型能源系統(tǒng)；劉萍等[8]分析了零碳能源供給及負(fù)碳排技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的可行性；雷小苗等[9]針對鄉(xiāng)村零碳建設(shè)問題進(jìn)行了可行性及環(huán)保性分析，并通過“碳源-碳匯”的平衡，構(gòu)建了對農(nóng)村能源系統(tǒng)碳排水平進(jìn)行評價(jià)的碳中和評價(jià)框架；周錦明[10]提出了熱氣電并舉、多能互補(bǔ)構(gòu)建零碳雄安的構(gòu)想；文獻(xiàn)[11]從概念上區(qū)分低碳、近零碳及零碳排放，指出五種典型近零碳示范區(qū)類型，提出構(gòu)建零碳排放示范區(qū)評價(jià)體系的六大原則。從現(xiàn)有文獻(xiàn)分析可以看到，中國對零碳的研究仍較少，且大部分體現(xiàn)在概念的區(qū)分[12-16]、發(fā)展可行性分析[17-20]及評價(jià)原則[21]等方面，在零碳園區(qū)建設(shè)實(shí)踐的指導(dǎo)層面，缺乏針對零碳園區(qū)建設(shè)水平進(jìn)行評估的評價(jià)指標(biāo)體系。構(gòu)建完善的評價(jià)體系有助于系統(tǒng)地、科學(xué)地衡量園區(qū)零碳發(fā)展是否充分合理，能夠切實(shí)推動今后零碳園區(qū)的建設(shè)。

零碳園區(qū)的評價(jià)指標(biāo)體系涉及多層次、多指標(biāo)的綜合評價(jià)。雖然已有部分的指標(biāo)實(shí)現(xiàn)量化，但仍存在部分較為復(fù)雜的指標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)量化。這類難以量化的指標(biāo)可通過綜合各專家的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和知識，對其對于上層實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的重要性順序進(jìn)行相關(guān)判斷[22-24]。此外考慮到零碳園區(qū)評價(jià)體系內(nèi)的指標(biāo)相對集中，一般情況下，群體專家對這些指標(biāo)有較為充分的了解，無需采用如模糊分析法等較為復(fù)雜的方式。因此本文提出采用定性和定量相結(jié)合的層次分析法來分配園區(qū)零碳評價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重。

1 新能源園區(qū)零碳評價(jià)指標(biāo)分析

構(gòu)建零碳園區(qū)評價(jià)指標(biāo)體系，既是對園區(qū)零碳排放水平的現(xiàn)狀評估，也可為零碳園區(qū)未來的建設(shè)重點(diǎn)和發(fā)展方向提供指引。從現(xiàn)有碳中和產(chǎn)業(yè)園區(qū)建設(shè)的實(shí)踐來看，實(shí)現(xiàn)園區(qū)零碳主要圍繞以下方面：一是電力生產(chǎn)清潔化，穩(wěn)步調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，二是提高生產(chǎn)生活各環(huán)節(jié)用能效率以及終端用能設(shè)備的電氣化程度，另外管理數(shù)字化建設(shè)和園區(qū)綠化也在一定程度上反映了園區(qū)零碳水平。

依據(jù)以上減碳手段，基于指標(biāo)構(gòu)建科學(xué)性等原則，從實(shí)現(xiàn)零碳園區(qū)的能源供應(yīng)清潔化、終端用能電氣化、系統(tǒng)用能高效化、管理數(shù)字化、生態(tài)建設(shè)綠色化等維度形成園區(qū)零碳評價(jià)指標(biāo)體系。

1.1 能源供應(yīng)清潔化

能源供應(yīng)清潔化是指在園區(qū)內(nèi)的能源供應(yīng)的清潔化、多元化及低碳化水平，可通過光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、氫能等在園區(qū)能源供應(yīng)中的比例進(jìn)行表征，能源供應(yīng)的清潔化水平可在一定程度上反映園區(qū)零碳建設(shè)水平[25]。園區(qū)中的能源供應(yīng)趨向于多元化，園區(qū)現(xiàn)有的主要能源消耗包括風(fēng)光發(fā)電等可再生能源及煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源，園區(qū)綜合能源消耗中清潔能源占比越高，越有利于碳排放減少及園區(qū)零碳排放的實(shí)現(xiàn)。

（1）光伏發(fā)電占比：評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)自建光伏發(fā)電量與園區(qū)能源綜合消耗的比值。

（2）風(fēng)力發(fā)電占比：評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)風(fēng)力發(fā)電量與園區(qū)能源綜合消耗的比值。

（3）氫能占比：評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)產(chǎn)氫量與園區(qū)能源綜合消耗的比值。

（4）天然氣供應(yīng)比例：評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)天然氣供應(yīng)量與園區(qū)能源綜合消耗的比值。

（5）地源熱泵供能占比：評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)中地源熱泵所產(chǎn)生能量與園區(qū)能源綜合消耗的比值。

（6）綠色外調(diào)電力比例：評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)從外部購入的綠色電量與園區(qū)能源綜合消耗的比值。

（7）儲能占比：評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)儲能供電量和儲能損耗差值與周期內(nèi)園區(qū)能源綜合消耗的比值。

1.2 終端用能電氣化

終端用能電氣化的本質(zhì)是消納可再生能源制取的電力，降低其他能源消耗，減少碳排放。終端用能的電氣化主要包括工業(yè)生產(chǎn)、交通及建筑等方面的電氣化?；趫@區(qū)現(xiàn)有終端用能電氣化程度提出以下評價(jià)指標(biāo)[26]。

（1）電動公交車占比：園區(qū)中電動公交車數(shù)量與公交車總量的比值。

（2）新能源汽車占比：園區(qū)內(nèi)新能源汽車與汽車總量的比值。

（3）住宅用能電氣化率：園區(qū)內(nèi)生活住宅的總用電量與所有生活能耗的比值。居民住宅生活能耗主要包含電力、天然氣、煤炭和煤氣等。

（4）公共建筑用能電氣化率：園區(qū)內(nèi)公共建筑中電能消耗量與總能源消耗的比值。公共建筑包括學(xué)校、醫(yī)院、辦公樓宇及商場等建筑。

（5）園區(qū)企業(yè)設(shè)備電氣化率：園區(qū)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)過程中的用電量與企業(yè)總能耗的比值[27]。

1.3 系統(tǒng)用能高效化

深化電力減排和能源的高效利用是未來實(shí)現(xiàn)低碳甚至零碳發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容，在提高園區(qū)對可再生能源消納能力的基礎(chǔ)上，需加強(qiáng)節(jié)能降耗，通過優(yōu)化配置及循環(huán)利用等技術(shù)改進(jìn)提高園區(qū)各環(huán)節(jié)能源的利用效率。系統(tǒng)用能的高效化指標(biāo)是最直接客觀反映園區(qū)零碳發(fā)展水平的指標(biāo)，也體現(xiàn)了本地分布式能源的消納水平?？紤]能源利用率、工業(yè)能耗及生活垃圾回收利用等因素，將系統(tǒng)用能高效化指標(biāo)細(xì)分為以下指標(biāo)。

（1）園區(qū)單位GDP能耗：以同期此區(qū)域所有同類別園區(qū)的單位GDP能耗平均值為基準(zhǔn)值，該指標(biāo)定義為在評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)單位GDP 能耗與該基準(zhǔn)值的比值，可反映能源消費(fèi)水平和節(jié)能降耗狀況、能源利用效率的變化。

（2）能源清潔率：終端消耗的能源總量中清潔能源占比。

（3）單位產(chǎn)值碳減排率：以萬元工業(yè)產(chǎn)值為單位，定義為評價(jià)周期內(nèi)園區(qū)工業(yè)增加單位產(chǎn)值時(shí)二氧化碳的建設(shè)周期年平均減排率。

（4）廢棄物重復(fù)利用率：園區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的固體廢物重復(fù)利用量占總固體廢物產(chǎn)生量的比例。

（5）工業(yè)用水綜合利用率：工業(yè)重復(fù)用水量占園區(qū)工業(yè)用水總量的比例。

（6）余熱循環(huán)率：回收利用的余熱資源占園區(qū)余熱資源的比重。

（7）廢氣循環(huán)率：實(shí)際回收利用的廢棄資源占園區(qū)廢氣資源的比例。園區(qū)廢氣資源為可進(jìn)行回收利用的廢氣量。

1.4 管理數(shù)字化

提高園區(qū)量測和監(jiān)管平臺及其體系的建設(shè)水平，通過數(shù)字化系統(tǒng)和智慧化平臺對園區(qū)各環(huán)節(jié)能效進(jìn)行監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)各系統(tǒng)能耗及能效數(shù)據(jù)的可觀、可測、可控及可調(diào)，加快對園區(qū)碳排的核查進(jìn)程。實(shí)現(xiàn)園區(qū)零碳管理數(shù)字化的指標(biāo)具體如下。

（1）碳排放信息平臺建設(shè)。主要考核園區(qū)是否具備以下配置：碳排放數(shù)據(jù)采集平臺、碳排放統(tǒng)計(jì)分析平臺、碳排放查詢功能平臺、碳排放水平評價(jià)識別功能、碳排放預(yù)測與預(yù)警功能、碳排放決策支持和交易管理平臺[28]。

（2）能源管理平臺建設(shè)。主要考核園區(qū)是否具備以下配置：主數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、能源供給管理平臺、用電管理系統(tǒng)、能效審計(jì)管理平臺、智慧能源管理系統(tǒng)、多能協(xié)調(diào)控制平臺、能源運(yùn)維服務(wù)平臺、信息發(fā)布互動平臺。

（3）建筑能耗及碳排放監(jiān)管體系。主要考核園區(qū)是否具備以下配置：建筑用能監(jiān)測系統(tǒng)、碳排放在線監(jiān)管平臺、環(huán)境信息平臺、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，以及園區(qū)建筑減耗減排持續(xù)改進(jìn)方案[29]。

（4）綠色信息發(fā)布平臺建設(shè)。主要考核園區(qū)是否采取以下措施：園區(qū)局域網(wǎng)覆蓋；信息透明化，在園區(qū)相關(guān)官方網(wǎng)站如管理部門網(wǎng)站上公開園區(qū)綠色建造信息；在信息平臺發(fā)布園區(qū)內(nèi)具備碳減排潛力行業(yè)的綠色低碳生產(chǎn)技術(shù)信息，如低碳能源供應(yīng)、綠色原材料選擇及節(jié)能節(jié)水技術(shù)等信息；在相關(guān)網(wǎng)站發(fā)布對廢棄物實(shí)現(xiàn)資源化利用技術(shù)的信息；在園區(qū)信息平臺發(fā)布綠色交通及綠色建筑相關(guān)技術(shù)信息等。

（5）量測終端覆蓋率。指園區(qū)內(nèi)所有用于測量的終端數(shù)量與園區(qū)內(nèi)所有測量分支點(diǎn)數(shù)量的比值。

（6）控制終端覆蓋率。指園區(qū)內(nèi)所有用于控制的終端數(shù)量與園區(qū)內(nèi)所有控制分支點(diǎn)數(shù)量的比值。

以上所述各指標(biāo)內(nèi)容作為考核標(biāo)準(zhǔn)，對各指標(biāo)進(jìn)行得分判斷，可在此內(nèi)容上依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行更改。以5 分為此項(xiàng)指標(biāo)滿分，當(dāng)全項(xiàng)內(nèi)容都具備時(shí)該指標(biāo)可達(dá)到滿分，基于此，每少一項(xiàng)內(nèi)容評分減少1分，以零分為最低分。

1.5 生態(tài)建設(shè)綠色化

將綠色低碳技術(shù)應(yīng)用在建筑領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)綠色建筑設(shè)計(jì)，打造低碳排放建筑，提高綠化覆蓋率，提升園區(qū)碳匯能力，抵消區(qū)域內(nèi)自身所產(chǎn)生的碳排放，同樣為園區(qū)零碳建設(shè)提供助力。實(shí)現(xiàn)園區(qū)生態(tài)建設(shè)綠色化的指標(biāo)如下。

（1）綠色工業(yè)建筑占比：園區(qū)工業(yè)建筑中綠色建筑面積與工業(yè)建筑的總面積比值[30]。

（2）綠色公共建筑占比：園區(qū)公共建筑中綠色建筑面積與公共建筑的總面積比值。

（3）綠色產(chǎn)值占比：園區(qū)內(nèi)綠色產(chǎn)業(yè)的增加值與園區(qū)工業(yè)增加值的比值。

（4）綠化覆蓋率：園區(qū)綠化覆蓋面積與園區(qū)總用地面積的比值[31]。

（5）空氣高質(zhì)量率：空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)占全年天數(shù)的比例。

2 基于層次分析法的園區(qū)零碳評估

評價(jià)園區(qū)的零碳水平，需要先對以上構(gòu)建的園區(qū)零碳評價(jià)體系中各指標(biāo)的重要程度進(jìn)行判斷，即對各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算分析，因評價(jià)指標(biāo)中存在無法用數(shù)據(jù)定量衡量的定性指標(biāo)，本文采用定性指標(biāo)分析與定量指標(biāo)分析相結(jié)合的層次分析法，對所列園區(qū)零碳評價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行分析，給出園區(qū)零碳水平評價(jià)方法。具體分析步驟如下。

2.1 判斷矩陣構(gòu)造

將準(zhǔn)則層中的能源供應(yīng)清潔化等五個指標(biāo)兩兩比較，由行業(yè)專家依據(jù)經(jīng)驗(yàn)對每個指標(biāo)對實(shí)現(xiàn)園區(qū)零碳排放的重要性程度進(jìn)行排序，并根據(jù)重要性程度給出每部分判斷矩陣因子，構(gòu)造出判斷矩陣D，見公式（1），其中相對重要性取值依據(jù)見表1。同理，根據(jù)以上方法對能源供應(yīng)清潔化、終端用能電氣化、用能高效化、管理數(shù)字化、生態(tài)建設(shè)綠色化這五個維度下的各判斷矩陣因子進(jìn)行專家判斷，構(gòu)造每個準(zhǔn)則層下指標(biāo)的判斷矩陣。

表1 判斷矩陣因子及其含義Tab.1 Judgement matrix factor and its meaning

判斷矩陣D滿足約束：dij=1/dji，對?i,j，dij>0；階數(shù)n為每一維度下需兩兩間作比較的指標(biāo)數(shù)量。

2.2 確定權(quán)重系數(shù)

將判斷矩陣D 的每一列進(jìn)行歸一化后，矩陣中每一項(xiàng)因子為μij：

將判斷矩陣進(jìn)一步按每行相加得到一個n×1的列向量，該向量中每一項(xiàng)定義為βi：

將列向量βi歸一化處理，得到一個新的n×1列向量，向量中每一項(xiàng)定義為ωˉi：

2.3 一致性檢驗(yàn)

利用一致性檢驗(yàn)來衡量通過主觀確定的判斷矩陣D的質(zhì)量好壞，判斷權(quán)重系數(shù)的合理性，并引入一致性指標(biāo)對此合理性進(jìn)行判定。首先計(jì)算矩陣的最大特征值λmax，進(jìn)而得到一致性指標(biāo)CI，其中λmax與CI計(jì)算公式如下：

在一致性指標(biāo)基礎(chǔ)上，引入針對多階判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，并定義隨機(jī)一致性比率為CR=CI/RI，對于判斷矩陣階數(shù)不同，相應(yīng)的RI取值如表2所示。當(dāng)CR<0.10時(shí)，則認(rèn)為所確定的判斷矩陣具有滿意一致性，即各指標(biāo)的重要性比較具有合理性；反之則所得判斷矩陣存在指標(biāo)比較不合理問題，需對已得判斷矩陣進(jìn)行相應(yīng)因子調(diào)整，直到達(dá)到滿意一致性。

表2 判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性標(biāo)準(zhǔn)值Tab.2 Average random consistency standard value of judgment matrix

3 算例與分析

針對某園區(qū)進(jìn)行實(shí)例評估，以一年作為評價(jià)周期，采用園區(qū)一年以內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對園區(qū)這一年的零碳水平進(jìn)行評價(jià)?；趯＜业慕?jīng)驗(yàn)進(jìn)行打分得出準(zhǔn)則層判斷矩陣如表3所示。

表3 準(zhǔn)則層判斷矩陣中的各指標(biāo)值Tab.3 Each index value of criterion level judgment matrix

同理可分別得到能源供應(yīng)清潔化、終端用能電氣化、用能高效化、管理數(shù)字化、生態(tài)建設(shè)綠色化幾個維度下指標(biāo)的判斷矩陣為：

通過逐步歸一化計(jì)算得到準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的各評價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，同時(shí)通過對此園區(qū)各指標(biāo)相關(guān)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)得到園區(qū)的各個指標(biāo)的得分情況，如表4所示。其中，園區(qū)零碳評分計(jì)算公式見式（12）：

表4 評價(jià)因素權(quán)重系數(shù)Tab.4 Weight coefficient of evaluation factors

式中：T為園區(qū)零碳評價(jià)分?jǐn)?shù)；Sij為指標(biāo)層各因素得分；ωi為準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各因素權(quán)重。

園區(qū)零碳評分區(qū)間為[0，5]，分值越大，零碳水平越高，基于公式（12）可以計(jì)算得到該園區(qū)最終的評價(jià)分?jǐn)?shù)為3.085，其中準(zhǔn)則層各維度中，能源供應(yīng)清潔化分值最高，為1.425；管理數(shù)字化、生態(tài)建設(shè)綠色化分值最低，分別為0.258、0.127?？梢姡搱@區(qū)的零碳建設(shè)在能源供應(yīng)清潔化方面已具有較高水準(zhǔn)，在數(shù)字化管理和生態(tài)綠色建設(shè)方面還有較大的提升空間。

4 結(jié)語

本文基于層次分析法，從能源供應(yīng)清潔化、終端用電電氣化、用能高效化、管理數(shù)字化、生態(tài)建設(shè)綠色化五個維度建立了較為全面、客觀的園區(qū)零碳水平評價(jià)指標(biāo)體系，研究表明，影響園區(qū)零碳水平的因素較多，利用層次分析法可以對多種指標(biāo)定量分析，解決各層次之間的指標(biāo)分配權(quán)重等問題。所構(gòu)建的體系可為園區(qū)零碳建設(shè)提供參考和指導(dǎo)建議，推進(jìn)以園區(qū)為用能單元雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。由以上分析可以看出，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià)能降低一定的誤差。下一步研究的方向是如何進(jìn)一步精細(xì)化園區(qū)零碳水平評價(jià)工作。