国际能源署（IEA）将其视为全球可持续能源系统的第一燃料

2023-08-08

介绍

能源效率通常用能源强度来表示，国际能源署（IEA）将其视为全球可持续能源系统的第一燃料。 据工信部公布的数据，我国工业部门能源消耗占全社会能源消耗的65%。 两个五年规划期间，全国规模以上工业企业单位增加值能耗分别下降28%和16%。 ，“十四五”开局进一步下降5.6%。 提高工业能源效率将对减少化石能源使用、减少二氧化碳排放发挥重要作用。

工业园区是工业能源效率提升的重要载体。 建立工业园区是全球工业发展的重要举措之一。 促进工业企业向园区集中，可以显着提高生产效率和能源效率。 根据《中国开发区评审公告目录》（2018年版），列入名单的国家级和省级园区共有2543个。 据测算，这些园区的工业产值占全国工业总产值的50%以上。 园区对推动我国实体经济和城镇化发展发挥了关键作用，是支撑制造强国战略的主战场。 园区具有企业集聚和规模优势等综合优势，产业链、供应链协同创新条件良好，产业共生潜力巨大，基础设施集中普及率高，管理体系高效。 但同时，工业园区也是资源能源集中消耗的主要来源。 研究表明，公园温室气体排放量约占全国总量的31%（Guo et al., 2021）。 因此，加强企业和园区能效提升，提高用能质量和可靠性，降低用能成本，推动单一设备、企业能效提升向系统化、平台化的综合能效提升转变和服务，将推动园区能源产出率和碳生产率倍增，实现绿色低碳高质量发展，支撑工业领域节能减碳将发挥关键作用。 《2030年碳达峰行动计划》《“十四五”节能减排综合工作方案》《工业能效提升行动计划》等文件明确提出了节能减排的任务要求园区减碳。 通过对工业园区能源消耗现状和节能工作分析，找出园区综合能源效率提升的主要挑战，并进一步提出园区节能减碳的工程建议。

1、工业园区能源消费与节能现状

（一）工业园区能耗特征

工业园区能源利用呈现五大特点： 1、园区以工业负荷为主，终端能源消耗形式主要为电、热、气、冷等，生产端涉及加工、转换煤炭、天然气、生物质等多种能源供应，能源系统复杂； 2、园区发展阶段和产业结构不同，呈现流程型、离散型、新兴研发型等不同能源消耗特征，负荷需求在时间和空间上呈现多样化和异质性； 3、冷、热、电等能源类型以及燃气、水等载能公共产品，需求量大、集中，对供应可靠性和质量要求高； 4个园区能源负荷特征复杂，对能源供应可靠性、稳定性要求严格、输配电系统运行调度复杂，对清洁、高效、可靠、经济的综合能源供应服务需求强烈； 5 大多数园区都拥有热电联产、热电厂和发电厂等能源基础设施。

（二）工业园区碳排放现状

作者团队建立了1600多个国家级和省级园区能源基础设施的数据库。 以2014年为基准年，研究发现园区能源基础设施装机容量达到515吉瓦，占当年全国发电总装机容量的10%。 38%，这些设施的温室气体排放量占全国的21%，SO2排放量占全国的12%，NOx排放量占15%，淡水消耗量占全国工业淡水消耗量的5%（郭等., 2021)。 园区能源基础设施具有三大特点：1、煤电装机容量占比高达87%； 2、小机组特别是50MW以下机组数量占比62%，小机组普遍能效较低； 3 能源基础设施产生的温室气体排放量平均占园区排放量的 75%（Guo 等，2018a）。 基础设施的特点之一是其使用时间较长。 一旦投入运行，其排放量基本被锁定。 它既是园区的基础排放，也是园区节能减碳的关键节点。

以我国最重要的两个国家园区为例，涵盖国家高新技术产业开发区和国家经济技术开发区，能源消耗具有代表性和典型性。 全国有169个高新区，2019年高新区GDP占全国12.3%。2015年至2020年，国家高新区能源消耗强度持续下降，平均产值由0.584吨标准煤/万元工业增加值下降到2020年0.451吨标准煤/万元工业增加值（周力，2021）。 2020年，国家高新区能源消费占当年全国终端能源消费总量的5%左右。 《国家高新区绿色发展专项行动实施方案》（国科发火[2021]28号）提出，2025年，国家高新区工业增加值能耗强度目标0.4吨标准煤每万元，其中50%的高新技术区力争降低到0.3吨标准煤/万元以下。

2021年，217个国家级经济技术开发区贡献全国GDP的11%。 郭、杨等对210多个国家级经开区能源类型进行分析（郭等，2018b），国家级经开区煤炭消费总量占园区能源消费总量的74% 2015年，煤炭消费占工业部门的比重为56%，表明煤炭在国家级经开区一次能源结构中的比重较高。 近年来，国家级经开区能源结构多元化进展迅速。 在利用余热的同时，以生物质、生活垃圾、工业固废为原料的能源基础设施等非常规能源在东部地区发展尤为迅速。 同时，园区太阳能光伏屋顶也成为一大亮点。

再以浙江省为例，全省120个省级工业园区规模以上工业增加值占全省的64%。 效果越来越多。 统计显示，全省120个工业园区能源消耗总量约占全省46%，基础设施中以煤炭为原料的设施规模达到71%。 能源结构仍以石油、煤炭为主，低碳转型任务艰巨。

（三）工业园区节能增效实践与创新

我国各级工业园区节能工作卓有成效，不断推动绿色低碳发展，主要体现在五个方面。

一是聚焦重点领域，针对园区能源系统、产业结构、工艺流程、基础设施、交通物流、公共建筑等重点领域，系统推进全流程节能工作，加大节能力度。节能技术和产品的开发、应用和推广。

二是升级集中能源基础设施，建设能源绿色岛屿，推广热电联冷，开展化石能源清洁高效利用和超低排放改造，实施煤炭减量与天然气超低排放相结合热电联产，多元化发展 余热余压利用，能源多层次利用。

三是积极利用可再生能源，促进能源结构转型升级。 “一园一策”开发利用光伏、地源/空气源热泵、沼气、生物质等，提高可再生能源比重； 灵活应用用户侧高低压并网技术、电网高低压开关、输变电技术等，实现可再生能源发电就地消纳，同时积极推进大用户直供电。

四是积极开展智慧能源探索，建设数字化、智能化能源环境综合管理平台、精细化电能管理平台，利用物联网、大数据、人工智能等技术对能源环境进行实时检测。能源生产、输配电、储能和使用，通过系统优化和数字化智能效率提升，实现能源全过程的精细化管理。

五是建立健全能源管理制度，落实能源管理、节能目标责任、节能奖惩等； 完善能源消费统计制度和重点企业能源利用状况报告制度； 审核、节能评估、能源管理体系认证等，推动高耗能行业重点领域节能减碳转型升级； 节能减碳。

2、提升工业园区综合能源效率的五大挑战

面对双碳战略目标和污染减排协同增效的总体要求，全面深化能源效率提升，工业园区仍面临多项重要挑战。

（一）园区综合能效提升分类指导亟待加强

公园分布广泛，资源禀赋差异较大，但具有共同特点。 园区间能源消耗总量和强度、碳排放总量和强度差异较大。 按照能源消费总量和强度双控转向碳排放总量和强度双控的要求，不同地区、不同园区之间存在较大差异。 对于哪些碳控制可以优先控制以及如何控制，缺乏分类指导。 迫切需要加强提高园区综合能源效率的分类指导，促进绿色低碳发展。

（2）园区能源基础设施规模效率的结构锁定

园区广泛推进基础设施共享，以火电为特征的集中式热电联产能源基础设施得到普及和推广，但同时呈现“规模-效率”结构锁定，以化石能源为主的传统能源和新能源能源供给结构失衡导致温室气体排放结构性锁定。 目前大部分基础设施的使用寿命不足设计寿命的一半，园区内基础设施的节能减碳改造需要平衡成本效益、能源加工转换效率系统优化亟待完善(Guo et al., 2021)。

（三）码头电气化面临规模、数量、成本综合约束

终端电气化是园区深化节能减碳的关键举措。 目前，园区大部分企业的设备电气化面临规模小、数量大的问题，在节能增效技术创新和设备推广方面存在投资成本高等缺点。 课题组对某典型精细化工园区进行专题研究（田等，2012），分析其库存电机设备8类5000台，总容量100MW，单台平均容量设备功率在10kW左右，其中单机容量大于15kW的电机设备数量仅占设备总数的35%，容量占81%。 小型电机能效提升面临巨大挑战，需要电机技术的整体提升。

(4) 需要平衡能效的局部有效性和系统的整体有效性

“十一五”以来，在节能减排约束性指标不断推进的推动下，重点耗能行业节能潜力挖掘难度加大。 链条、全系统优化及节能改造。 以炼油行业为例，2020年，全国约25%的炼油企业能源效率水平高于基准水平，20%的产能能源效率低于基准水平。 我国火力发电、钢铁、化工和垃圾焚烧热电联产等能源效率较高，但与周边城市和社区在余热利用方面进一步合作仍有很大潜力。 研究表明，中国北方工业余热供热潜力约为地区热需求的1.4倍（Zheng等，2020）。

（五）园区物质流、能量流精细化管理存在明显短板

《国务院关于印发2030年碳达峰行动方案的通知》（国发[2021]23号）要求“加强园区物资流管理”，其中物资流是一个广义的概念其中包括原材料和能源。 对园区物质流、能量流的管理是全过程节能减排最直接、最有效、最经济的措施，是推动园区能源效率综合提升的重要抓手。 但在实践中，作为物质流和能量流管理最基础工作的三级计量体系建设，尤其是中小企业，还存在明显的短板和薄弱环节。

三、推进工业园区节能减碳重点项目

从系统工程和全局角度，推动园区经济-能源-环境（“3E”）系统整体优化，实施园区节能减碳增效工程。 鼓励优先使用可再生能源，实行能水协调，加强节约、提效、开源，产业和能源结构双优化、双清洁，资源要素优化配置； 聚焦园区基础设施，促进能源和环境基础设施系统优化和循环共生； 建设智慧管理平台，促进能源管理、园区安全、环保、物流等一体化、智能化。为此，建议优先发展以下园区节能减碳重点项目。

（一）园区节能减碳分类指导能力建设项目

“一园一策”，研究制定园区分类管理办法。 从绿色发展水平、经济规模、产业特征、能源结构、能源效率、碳排放等维度对园区进行分类； 从产业结构优化、生态产业链网络、能源系统优化、基础设施升级等方面，明确各类园区能源效率提升重点。

总体来看，园区作为实体经济的主战场，未来随着经济的持续增长，能源消耗总量和碳排放量将持续增长。 针对园区能源消耗和碳排放特点，课题组提出了“以地定产量、以产量见能源（碳）、以能源优化生产（碳）”的碳达峰策略（陈履军） ，2021；吕等，2022），以园区综合能源效率提升为重点，系统有序推进产业结构优化、能源效率提升、能源结构转型、碳捕集四大举措全面深化工业园区节能减碳。

研究表明，通过上述四类减排措施的有序实施，2015-2035年和2035-2050年全生命周期碳排放量可分别减少28%和51%（Guo等，2021） 。 现阶段园区应优先实施产业结构调整和能效提升碳减排项目，最大限度挖掘减排潜力； 二是提高园区非化石能源比重，加大CCUS应用。 从时间维度分析，通过产业结构优化、能源效率提升、能源结构转型的减排潜力将在2035-2050年间基本释放。 进一步深入减排需要依靠工业生产的系统优化、产业空间布局的优化以及必要的CCUS。

推动园区能源结构优化，可以生活垃圾、生物质、污泥等能源转化为主，过程中余热高效回收为辅，“一园一策”发展风能等能源、光和氢。 现有研究表明（郭阳等，2021），2035年后，氢能、风电和光伏有望对园区碳减排做出较大贡献，其潜在减排贡献率约为73%~到2050年将达到81%，其中氢能预计2015-2035年期间减碳36%~37%，2035-2050年预计将达到46%~50%，这将对全球碳减排起到积极作用。园区深度减碳。

（二）园区基础设施共生节能减排减碳增效项目

针对工业园区能源基础设施的三大特点，研究团队建立了年存量减碳模型，研究了五项主要技术措施的减碳潜力和成本效益（郭等，2016，2018b） ，2021），主要包括：以天然气替代燃煤热电联产、以垃圾焚烧热电联产替代煤炭、凝汽/纯凝汽轮机升级为背压式汽轮机、以大容量机组替代小容量燃煤机组、发展天然燃气联合循环机组 替代燃煤小型机组。 研究发现，通过五项措施的综合应用，温室气体排放量可减少8%至16%，SO2排放量可减少24%至31%，NOx排放量可减少10%至14%，氮氧化物排放量可减少34%。可以节省39%。 水势。 五项措施联合作用情景下，可获得效益519元/吨CO2当量（按2015年可比价格计算）。

园区能源基础设施和环境基础设施之间建立基于余热利用、污水深度处理、污泥能量转换等的能水耦合共生系统，可同时实现节能、节水、减少污染。 课题组研究显示，全国8​​0%的国家级和省级工业园区拥有集中式能源和环境基础设施，72%的工业园区拥有集中式污水处理厂。 园区水环境基础设施与能源基础设施之间建立能水耦合。 共生关系是减少污染和碳的重要措施（Hu et al., 2019）。 对国家级经开区的研究表明，210多个产业园区可建立518种共生关系，其中以能源交换为基础的共生关系239种，以水资源交换为基础的共生关系279种； 通过共生，能源和水资源的节约潜力分别为7%和73%。 %，可利用节水潜力、节能潜力、碳减排潜力分别为每年12.8亿立方米、每年90.9万吨标准煤、每年二氧化碳当量572万吨（胡等，2020） ）。

（三）园区数字智能链数字化电气化项目

加快数字化要素和智能制造向园区发展，推动企业层面和园区层面数字化、智能化、绿色化融合发展，强化用电管理智能化，提高产业链协同支撑能力，供应链、创新链、完善产业链。 韧性，增强产业链安全，推动“工业化+数字化+智能制造”新商业模式； 加强园区企业的生产计划、工艺技术、物料配送、设备监控与维护、质量控制以及能流、物流的智能跟踪管理。

建设数据驱动的园区节能减碳决策支撑平台，设计开发园区基础数据库，并定期动态更新。 专业机构和科研单位共同运营维护，开展数据挖掘研究，支持管理决策。

加强园区电气化建设。 针对园区大量低压小容量电力用户，开发终端智能控制设备和资源群控平台，建立碎片资源唤醒聚合新模式，用“小设备”全面感知、灵活调整、本地控制多种类型的用户设备。 “大平台”聚合可调资源，智能辅助决策，分级分层响应；“强服务”聚焦用户无感体验，拓展节能降费增值服务，实现共赢政府、用户和电网的情况。

加强园区电力资源优化配置。 通过能源系统综合规划、多用户交互、电网协调控制和智能化改造，实现冷、热、电协调，源、网、荷、储集群联合控制； 通过优化负载和储能电力电子设备的有功功率控制和无功功率调节，对冲有功功率和无功功率影响，提高园区的电能质量； 通过智慧用电服务，基于设备级能耗数据，开展精细化综合能源服务。

（4）园区综合能效提升系统工程

立足园区产业结构和能源利用特点，加强工业园区能源系统建设，突出系统优化和全生命周期思维，重点推进三个转型：一是横向多能互补、从单一能源到综合能源； 二是纵向建立“源、网、荷、储”协调，形成多元化能源供给、需求和储能调节的动态平衡； 三是集中式与分布式的协调。

以化工园区为例，首先针对园区内能源生产-能源供应-化工生产等多个系统，综合运用绿色生产工艺、电网系统优化、电机设备升级、余热回收、等推动园区系统性节能增效。 其次，加强生产过程—产业环节—基础设施—安全环境管理的协调，把握绿色化学与绿色化工技术融合的关键，加强短流程原子经济合成技术的开发，实现源头污染减排和可持续发展。源头节能、过程共生耦合，实现园区整体能源效率的提升和污染减碳。

（5）园区三级计量及精细化物流能流管理提升工程

完善企业三级计量，是“加强园区物资流管理”的重要支撑。 推动园区精细化数字计量项目深入发展，配备能源、水、物资三级计量监控设施，实现数据驱动、精准管理； 全面实施计量工作数字化、智能化，建立实时数据驱动的智能物流管理系统。

在园区和企业设立专职节能岗位，推动能源、水消耗大户企业配备三级计量设备，适当提前配备数字化、智能化仪表，逐步实现全员节能。覆盖园区工业园区能耗管理系统方案，实时采集能流、物流信息并接入园区智能管理平台，以多源时序数据驱动，建立园区智能分析和精细化管理决策，对能源、物流进行管理做好园区的平衡，并在此基础上建立数字化碳管理系统。

通过完善园区企业用户侧分时三级计量表的建设和改造，针对园区多产品、多元素、多层次的物质、能量代谢结构、路径和特点，自下而上明确流程，定量揭示整个生命周期的环境。 为提高影响，我们提出有针对性的污染减排和减碳控制措施，推动企业内部、企业之间、行业之间的物资闭路循环，不断迭代优化循环。

被誉为“新世界七大奇迹”之首的北京大兴国际机场于9月25日正式投入运营。这不仅是民航史上值得永远铭记的一天，也是一个重要时刻在综合能源服务领域。

大兴国际机场是一座总投资800亿元人民币的大型机场，未来年旅客吞吐量1亿人次，飞机起降量80万架次。 仅用四年半时间就建成了世界最大机场，创造了令人惊叹的“中国速度”和“中国奇迹”。 通车后将超越迪拜世界中心和土耳其伊斯坦布尔第三国际机场，成为全球单体最大航站楼和全球最大机场。

其背后的综合能源服务系统与机场同时投入运营。

根据欧盟资助的一项新研究，民用机场消耗的能源相当于一个小城市的能源消耗量，其中多达五分之一的能源可能被浪费。

据测算，北京大兴国际机场航站楼能耗比同规模机场航站楼低20%，每年可减少二氧化碳排放2.2万吨，相当于种植119万棵树，节约标准煤8850吨。 这是我国首个3A级节能建筑项目，具有重要的标杆意义。

可再生能源总量占大兴机场年综合能源消耗总量的12%，是目前全国可再生能源占比最高的机场。 其中，以中央空调等国产设备为代表的地源热泵贡献了10%，另外2%主要利用风能和太阳能照明。

大兴国际机场可再生能源主要应用在停车楼屋顶、货运区屋顶、商务机库、能源中心，完成太阳能光伏发电设施建设； 在蓄滞洪区、公务机楼和飞行区服务设施周围建设浅层地热利用设施； 在污水处理厂内配置污水源热泵等区域。

专家预测，2020年至2025年，我国综合能源服务业将进入快速增长期，市场潜力将从0.5至0.6万亿元增至0.8至1.2万亿元； 2035年进入成熟期，市场潜力1.3至1.8万亿元。 万亿元。

大兴国际机场也是我国未来万亿级综合能源服务领域的样本之一。 实现了多能源互补，将环保节能的社会效益与降低能源成本的经济效益有效地统一起来。

光伏发电占机场总能源1%

机场货运区、东跑道、公务机区三个区域建设分布式光伏发电系统，建设规模5.61MW，年均发电量610万千瓦时，占比约1%机场能源消耗总量。

据了解，飞区北跑道铺设的光伏系统是全球距离跑道最近的光伏系统，也是国内首个紧邻飞区跑道铺设的光伏系统。

地源热泵满足总能源需求的8%

大兴国际机场建设了国内最大的多能互补地源热泵项目。 地源热泵系统每年可提取 563,600 吉焦 (GJ) 的浅层地热能。 根据北京气候及项目能耗特点，冬季供暖期123天，夏季制冷期120天，每日使用时间24小时，可满足257万人的冬季供暖和夏季制冷每平方米建筑可节约天然气1735.89立方米，折合标准煤21078吨机场工业能耗管理系统，可减少碳排放18000多吨。

大兴国际机场地源热泵项目位于永定河蓄滞洪区。 它结合冰蓄冷和电制冷技术，辅以区域燃气锅炉调峰，有效解决了机场257万平方米配套建筑的供暖和制冷问题。