在國家“雙碳”戰(zhàn)略目標下，作為城市基礎設施中的“能耗大戶”，水務行業(yè)面臨著緊迫的減排任務與轉型挑戰(zhàn)。在2025（第十屆）供水高峰論壇上，哈爾濱工業(yè)大學水資源國家工程研究中心有限公司副總經(jīng)理鄭成志以“碳中和自來水廠實施路徑設計與實踐”為例，系統(tǒng)性地闡述了自來水廠的碳中和實施路徑與創(chuàng)新實踐，他指出當前自來水廠碳中和推進過程中存在的“設計基準偏高、內(nèi)潛挖掘不足”等痛點，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水廠設計原則，構建“減碳、換碳、抵碳”三步走的實施路徑。 

哈爾濱工業(yè)大學水資源國家工程研究中心有限公司副總經(jīng)理

鄭成志

01. 碳中和自來水廠概念

中國科學院大氣物理研究所將碳中和定義為：國家、企業(yè)、產(chǎn)品、活動或個人在一定時間內(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、植樹造林等形式抵消，實現(xiàn)正負抵消，達到相對“零排放”。根據(jù)碳中和的定義，自來水廠碳中和概念定義為：自來水廠碳中和判斷標準為碳抵消比例≥100%，實現(xiàn)相對的零排放，可以認定為水廠實現(xiàn)碳中和，為便于量化評估，“一定時間內(nèi)”明確限定為水廠的運營期。

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)生于生物處理過程，這個過程產(chǎn)生的全球變暖潛能值（GWP）高，是污水廠碳排放的主要類型；間接排放包括電耗、藥耗及其他部分。而自來水廠的直接碳排放很少，幾乎可以忽略不計，間接排放比例高達99%以上，核心來源為電耗與藥耗。

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

污水廠碳中和措施

結合自來水廠碳排放特點，自來水廠碳中和措施可以歸為四類：一是節(jié)能降耗；二是過程減排與碳匯建設；三是綠色能源開發(fā)；四是碳抵消與技術創(chuàng)新。

自來水廠碳中和措施

相較于污水廠，自來水廠因自身工藝特點與資源條件限制，在碳中和過程中能源回收措施受限，同時，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，進一步增加了碳中和的難度與成本。

總體來說，自來水廠碳中和進程中存在碳排放強度設計偏高、內(nèi)潛挖掘不足、系統(tǒng)性欠缺與效益失衡四大核心問題，嚴重制約了自來水廠碳中和的推進效率與可持續(xù)性：

1.碳排放強度設計偏高。特別是針對自來水廠，碳基準高造成碳抵消任務較重，很難實現(xiàn)；

2.依賴廠外措施。沒有充分地挖掘供水系統(tǒng)內(nèi)部潛能，依賴如購買碳指標、植樹造林等外部措施；

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)濟效益失衡。部分措施為了實現(xiàn)碳中和投資過高或經(jīng)濟效益低，企業(yè)推廣存在一定障礙。

03. 碳中和自來水廠實施路徑設計

基于上述自來水廠碳中和難點，為解決當前自來水廠碳中和主要問題，鄭成志提出“低碳為先、廠內(nèi)中和、系統(tǒng)籌劃、兼顧效益”四大核心設計原則，共同構成碳中和自來水廠設計指導框架。

低碳為先：在水廠的規(guī)劃設計階段，充分考慮水廠是低碳運行，強調(diào)從規(guī)劃設計源頭控制碳排放。如將輸水系統(tǒng)、配置系統(tǒng)設計為重力流，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，以及實現(xiàn)制水工藝的綠色工藝，實現(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，強調(diào)充分挖掘供水系統(tǒng)內(nèi)部潛力，減少對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)”設計思維，把原水、自來水廠、配水管網(wǎng)設為一個整體，實現(xiàn)供水系統(tǒng)整體碳中和目標。

兼顧效益：強調(diào)實現(xiàn)環(huán)境效益與經(jīng)濟效益雙贏，解決經(jīng)濟效益失衡。

基于四大設計原則，構建“減碳、換碳、抵碳”三步走的實施路徑，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，目標是降低碳排放強度。

"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)低的措施進行替代，達到清潔電置換外購電。

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

04. 碳中和水廠案例實踐

粵海水務大羅水廠位于廣東省梅州市豐順縣，原水水質(zhì)達到Ⅰ類，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)運行，一期供水規(guī)模為5萬m3/d，是按照“減碳、換碳、抵碳”路徑設計的碳中和水廠。

低碳設計。在設計方面以“低碳為先”為核心，通過優(yōu)化水廠選址，原水與自來水均采用重力流輸配模式，在實現(xiàn)輸水配水均為重力流輸送的同時，實現(xiàn)富余水頭開發(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。在實現(xiàn)重力流輸配基礎上，提高原水管末端水壓，利用原水45m的富余水頭，設計功率250kW的水力發(fā)電機組，所發(fā)電量優(yōu)先供給廠區(qū)生產(chǎn)使用，為廠區(qū)電力供應提供清潔補充，有效替代了外購電，抵消了間接碳排放。

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

智慧管控。研發(fā)應用智能加藥系統(tǒng)，實現(xiàn)藥劑配制、輸送和投加全流程的減排降碳；對供水管網(wǎng)進行壓力分區(qū)管理、重力流配水壓力動態(tài)調(diào)控，減少管網(wǎng)漏損；采用遠程數(shù)智化運維，實現(xiàn)少人值守，多維度提升運營效能。

通過對大羅水廠完整運營年度的實際運行數(shù)據(jù)進行核算，其碳抵消比例可達211%，遠超過100%的碳中和標準，且碳排放強度僅為0.00959kgCO2/t，充分實現(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。針對光伏的推廣，目前粵海水務已在55個廠站建成光伏發(fā)電，總裝機容量為45兆瓦，年發(fā)清潔電4400萬度；針對水力發(fā)電，5個具備條件的項目正在實施。

05. 結語

粵海水務以“低碳為先、廠內(nèi)中和、系統(tǒng)籌劃、兼顧效益”設計原則與“減碳、換碳、抵碳”實施路徑，建設碳中和自來水廠，大羅水廠案例實際運行數(shù)據(jù)測算碳抵消比例為211%，碳排放強度僅為0.00959kgCO2/t，實現(xiàn)低碳運行，具備較好的經(jīng)濟效益。

為進一步提升自來水廠碳中和水平，粵海水務未來將從以下四個方向發(fā)力：深化能源回收利用技術、革新高效低耗處理工藝、強化智慧化與精準控制賦能、促進可再生能源的深度耦合與自給自足，全面推動自來水廠向“全能源回收、超低碳工藝、智慧化運行、能源自給自足”的高階邁進，構建更高效、可持續(xù)的碳中和體系。

編輯：趙凡