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水务行业碳中和挑战巨大 智慧水务实现低碳的发展趋势

2020年9月,中国国家领导人习近平主席在第七十五届联合国大会上宣布,我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。此后,欧盟、日本、韩国、加拿大等国家相继公布碳中和目标实现时间表,美国也提出重回《巴黎协定》。

 

目前,全球重要经济体,占全球GDP75%、占全球碳排放量65%的国家开始碳中和。一场波澜壮阔的全球绿色低碳转型大潮正在形成。作为经济发展与民生保障的最基础产业,水务行业碳减排发展形势迫在眉睫,在“碳中和”席卷之下,水务行业要如何实现绿色低碳?智慧水务如何为碳中和的实现助力?

 

1、什么是“碳中和”?

 

所谓碳中和(Carbon neutrality)是指实现二氧化碳净零排放,即通过植树造林、节能减排等形式将人类活动产生的二氧化碳全部抵销,实现“零排放”。

 

2、全球及我国水资源状况

 

(1)全球水资源状况

 

全球水资源总量约为13.86亿立方千米,其中咸水占比为97.47%,淡水占比为2.53%。在当前的技术条件下,地下水资源及咸水还不能大规模开发利用,容易利用的淡水仅占淡水总量的1%左右,约占全球水资源总量的0.026%左右。

 

在全球人口增长和经济发展的背景下,自然水资源的需求日益增加。自然水资源的供应则由于污染、地下水的下沉以及气候变化等因素使人类可利用的自然水资源量正在萎缩。尽管全球海水资源极其丰富,但目前海水淡化成本较高且技术也不够成熟,尚未形成规模化生产,若能充分利用海水资源将有效缓解日益萎缩的水资源状况。

 

尽管水资源是可再生资源,但受世界人口增长、人类对自然资源的过度开发、基础设施建设投入不足等因素影响,水资源供应可能会成为制约经济和社会发展的重要因素。

 

(2)我国水资源状况

 

我国的淡水资源总量为2.8万亿立方米,其中地表水2.7万亿立方米,地下水0.83万亿立方米,水资源总量占全球的6%,居世界第六位。但我国水资源的人均占有量较低,仅为2,240立方米,约为世界人均的1/4,在世界银行连续统计的153个国家中居第88位。再加上水资源地区分布和年内年际分配的不均衡,我国的水资源缺乏情况较为普遍。

 

与此相反,中国是世界上用水量最多的国家,用水量的不断增长导致供求危机,日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能,也进一步加剧了水资源短缺的矛盾,形成了很多水质性缺水城市。

 

我国水务行业特征:

 

1) 区域经营垄断性强

 

2) 地域局限性

 

3) 长期发展相对稳定

 

4) 市场化水平低、行业盈利低微

 

5) 国内水务企业技术水平差距不大,但与国际水平相比仍有差距

 

污水处理作为水务行业的重要一环。水务行业其完整的产业链条包括水源、供水、节水、排水、污水处理及其回收利用。

 

3、我国水务走碳中和发展之路的挑战

 

尽管水务行业的温室气体排放量有限,但大部分属于非二氧化碳温室气体的甲烷和氧化亚氮,污水处理行业也被列为甲烷的第六大排放源和氧化亚氮的第三大排放源,并且甲烷和氧化亚氮的增温效应分别是二氧化碳的21倍和298倍。

 

水务行业如何规划实现碳中和目标,是一项非常紧迫和充满挑战的任务。

 

一是从业人员对水务行业实现碳中和的认识不足。传统污水处理关注废物处理,其本质是以能耗换水质。未来污水处理则是将能源与资源回收视为实现水务部门碳中和的重要手段,不仅是实现污水处理厂的能量平衡或能量自给,还要统筹考虑材料设备加工、污水处理能耗与物耗、污泥处理的运输与利用等全生命周期的排放。

 

二是水务行业实现碳中和的技术储备有待完善。我国污水处理与发达国家存在较大差距,尤其是农村污水处理仍存在诸多制约因素。如农村污水具有水量水质变化大、缺乏专业运营人员、单位能耗较高等特点,处理技术较为低端、粗放,且农村实际情况与发达国家迥异,无法移植发达国家已有技术。

 

三是污水处理行业面临污水处理级别和碳排放控制的矛盾。同等条件下,污水处理级别越高,能耗就越高,相应的温室气体排放就越高。随着未来污水处理标准的逐渐提升,水务行业将面临更大的节能降碳压力。

 

四是水务行业的公益属性,导致企业盈利有一定的天花板,难以覆盖资金投入。近年来,随着污染防治攻坚战的开展,水务设施的投资力度加大,水务行业需要投入的资金量也在加大。然而,水务行业属于公益属性的民生行业,资金投入能力有限,其较高的运营和管理成本,本身也会推涨资金成本。

 

4、智慧水务践行低碳创新发展之路

 

水务行业当前一项迫切的任务是追赶数字水务、智慧水务、工业4.0等重大的技术进步,许多企业也在这些方面下足了功夫,在装备、工艺、设施等方面不断的进行优化。当新一代信息技术在水务行业落地实践,与碳达峰、碳中和的历史进程同步,有大量的耦合内容,二者将产生巨大的互相提升作用。

 

北京排水集团:率先发布减碳方案 智慧运营降碳

 

2021年6月24日,北京排水集团在全国污水处理行业首家发布了《北京排水集团碳中和规划》(2021年-2050年)和《北京排水集团碳中和实施方案》,制定北京排水集团碳中和时间表和路线图。北京排水集团做好低碳运营的“减法”和开发利用再生能源的“加法”,采取三个创新十大措施,促进企业实现碳中和。其中一条就是利用智慧运营管理创新降碳。通过实施优化“厂网一体化”运营调度、精细化运营管理、设备效能提升、智慧化管理模式,提升管理水平和效能,减少碳排放。

 

北控水务:践行低碳处理模式 智慧低碳运行水厂

 

北控水务以低碳处理模式践行碳中和。譬如,北控水务洛阳市瀍东污水处理厂成功入选2021首批城镇污水处理低碳运行案例。通过工艺优化、节能技改、光伏利用、精益管理、智慧运行,实现污水厂的低碳运行;通过水、肥资源的持续输出,实现资源循环利用,成为内外兼修的“低碳标杆水厂”。

 

深圳水务集团:智慧管控一体化平台陆续上线运行

 

深圳水务集团光明水厂通过智慧化手段代替人工运行,提高了生产效率,通过集中少人值守,运营人员减少超过50%以上,通过智能加药,智能配泵、优化排泥等工艺智能算法控制,化学药剂和能源消耗分别下降超过15%和10%,减少超过30%的废水排放,从而实现碳减排。

 

深圳水务集团洪湖水质净化厂通过智慧平台实现精准曝气、最优投药、实时达标排放、降低运行成本,出厂水100%稳定达标,能耗降低10%以上,减少碳排放。

 

随着物联网、人工智能、云计算和大数据等新科技技术的发展,并在全球范围内席卷不断冲击着水务行业的现有格局,也一举打破了许多技术壁垒。目前,中国大力支持新基础设施建设,推进节能减排项目,推进数字化转型,“十四五”期间是智慧水务发展的关键阶段,也是发展的大好时机。无论是提出新基础设施的概念,还是明确“碳达峰”、“碳中和”的目标,都表明中国加大对数字经济和人工智能的积极投入,更加促进智慧水务的发展,推动我国水务行业实现碳中和。

 

文章来源:中国环境报、智慧水务研究院、央视频、中国水星网整理

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