高校能源利用現(xiàn)狀及碳排放基線研究

孫海莉 臧思情 黃剛 孫勇凱 張晗

0 引言

在低碳減排的國際背景下，我國順應(yīng)時代潮流，提出了2030 年“碳達(dá)峰”、2060 年“碳中和”的長遠(yuǎn)目標(biāo)。對應(yīng)國內(nèi)一系列最新政策的出臺，各個行業(yè)積極響應(yīng)，紛紛就本行業(yè)“碳達(dá)峰”“碳中和”的目標(biāo)開展探索和實踐。

我國高等學(xué)校作為社會的重要組成單元，具有人數(shù)多、規(guī)模大的特點，據(jù)統(tǒng)計，一所中等體量的高校每日用電量平均為60 000kW·h，按照普通家庭一年用電量1 000 kW·h 計算，可供普通家庭使用60 年。根據(jù)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部 2005 年對 45所高校能耗和水耗消費數(shù)據(jù)統(tǒng)計，高校人均用水量是全國人均用電量的1.95 倍，人均年能耗是全國的4.32 倍。高校用能居高不下必然導(dǎo)致高校碳排放量持續(xù)走高。

高校校園是城市中的重要組成部分，其節(jié)能減排對于城市有著重要意義。當(dāng)前我國正逐步向環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會轉(zhuǎn)型，建設(shè)綠色低碳校園是其中的重要環(huán)節(jié)。實現(xiàn)高校校園節(jié)能減排，不僅能有效降低校園和城市的碳排放量，還能作為優(yōu)秀示范案例，為城市推行低碳節(jié)能相關(guān)行動和政策提供指導(dǎo)，給城市節(jié)能減排帶來積極作用。而對于高校校園碳排放的準(zhǔn)確評估和動態(tài)感知是控制和降低校園碳排放的技術(shù)前提。

1 高校碳排放計算邊界條件

1.1 計算邊界

組織邊界是指從組織結(jié)構(gòu)的角度確定核算范圍，即確定哪些設(shè)施或運營產(chǎn)生的排放屬于研究核算范圍，且每個設(shè)施或運營操作排放量的百分之多少屬于清單范圍。運營邊界是在組織邊界的基礎(chǔ)上，對報告實體核算范圍內(nèi)的全部排放活動進(jìn)行統(tǒng)一分類，以便有效管理。

設(shè)定本文研究對象的組織邊界為高?；蚋咝Ｄ骋恍^(qū)空間范圍內(nèi)，與學(xué)校運行相關(guān)的所有建筑和設(shè)施，包括教學(xué)、實驗、辦公、后勤、圖書館等全部建筑，后勤部門食堂、爐灶、設(shè)備用房和校園內(nèi)通行所有機動車輛產(chǎn)生的CO排放。

1.2 計算區(qū)間選取

碳排放計算分為全生命周期的計算及部分階段碳排放的計算。本研究報告中將學(xué)校系統(tǒng)作為一個整體，學(xué)校的全生命周期包括建設(shè)期、運營期及運營后期。運營期所占碳排放比例最大，一般約占83%，而運營期也是在校人員主要活動的階段。針對校園運營時期的碳排放計算可對校園某一時期內(nèi)的碳排放量化并提出相應(yīng)的措施。所以將目標(biāo)高校碳排放計算研究計算限定為2017～2019 年處于運營期間的學(xué)校。

2 高校碳排放計算方法

髙校的碳排放結(jié)構(gòu)相對于其他的社會環(huán)境有其自身的特點，但是從整體方面而言還是相同的：一方面是碳的排放，另一方面為碳的吸收。在校園碳排放過程中主要有碳排和碳匯兩方面，計算公式如下：

目前碳排放計算中，對直接排放和間接排放的計算相對容易，而對于其他間接排放計算相對困難，沒有較為統(tǒng)一的計算方法，相關(guān)數(shù)據(jù)較少。選擇碳排放因子計算方法，即碳排放為能源消耗量與該能源所對應(yīng)的碳排放因子的乘積；或者選用折合標(biāo)準(zhǔn)煤計算方法，即將能源的使用量統(tǒng)一折合成標(biāo)準(zhǔn)煤，根據(jù)所在地區(qū)實際情況折算成對應(yīng)熱值的碳含量。上述兩種方法有各自的側(cè)重點，可以看出折合標(biāo)準(zhǔn)煤計算方法是碳排放因子計算方法的前一步。在實際運用中若針對區(qū)域內(nèi)CO排放的計算，使用碳排放因子計算更加方便；若地方能源使用相對固定，針對相關(guān)能源的碳氧化率的研究或有研究地區(qū)當(dāng)?shù)氐哪茉囱趸史矫娴馁Y料，則選用折合標(biāo)準(zhǔn)煤計算得出的結(jié)構(gòu)更加準(zhǔn)確。

本報告研究主體為校園環(huán)境，屬于區(qū)域內(nèi)的CO計算，選擇碳排放因子計算方法更為方便準(zhǔn)確。

3 目標(biāo)學(xué)校遴選及數(shù)據(jù)分析

3.1 目標(biāo)學(xué)校篩選

3.1.1 編號說明

為了便于比較不同氣候區(qū)和不同類型學(xué)校的碳排放量，用字母A～E 分別代表位于嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)、溫和地區(qū)的學(xué)校，角標(biāo)“理科”“文科”“綜合”分別代表理科類院校、文體類院校、綜合類院校。

3.1.2 遴選說明

本研究選取的15 所學(xué)校分別來自包括黑龍江省、吉林省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、北京市、浙江省、陜西省、四川省、重慶市、河南省、云南省、廣西壯族自治區(qū)等省市，包括理工學(xué)校、師范學(xué)校、體育學(xué)校、財經(jīng)學(xué)校、多學(xué)科綜合學(xué)校等類型學(xué)校。覆蓋范圍較廣，氣候分區(qū)比較典型，使得學(xué)校能耗數(shù)據(jù)較為有代表性，更利于后續(xù)學(xué)校碳排放的計算和分析對比。

3.1.3 數(shù)據(jù)說明

對目標(biāo)學(xué)校的基本信息進(jìn)行統(tǒng)計，包括在校師生人數(shù)、占地面積、建筑面積等信息。根據(jù)統(tǒng)計信息可知，學(xué)校在校師生人數(shù)總體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，見圖1。目標(biāo)學(xué)校占地面積在三年統(tǒng)計期內(nèi)均無變化，建筑面積基本無明顯變化，即除學(xué)校師生人數(shù)少量增加外，無學(xué)校擴建改建等嚴(yán)重影響學(xué)校碳排放核算的因素。

圖1 學(xué)校三年師生人數(shù)變化圖

3.2 目標(biāo)學(xué)校不同功能區(qū)面積占比

將目標(biāo)學(xué)校分為教學(xué)區(qū)、宿舍區(qū)、食堂區(qū)、文化活動區(qū)四大功能區(qū)，分析不同功能區(qū)域內(nèi)各類能源資源消耗的構(gòu)成和特點。四大功能區(qū)詳細(xì)劃分如下：

（1）教學(xué)區(qū)：包括學(xué)校的各類教學(xué)樓，以及土木樓、經(jīng)管樓等各專業(yè)的專業(yè)樓。

（2）宿舍區(qū)：為學(xué)校男女宿舍樓區(qū)域。

（3）食堂區(qū)：學(xué)校的食堂中心，包括綜合食堂、清真食堂、教職工食堂等。

（4）文化活動區(qū)：主要指圖書館建筑。

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，高校中宿舍區(qū)的面積占比最高，最高將近60%，平均占比為48.1%；教學(xué)區(qū)面積占比次之，最高占比超過30%，平均占比為22.9%；文化活動區(qū)面積占比最高接近10%，平均占比為7.7%；食堂區(qū)面積占比最低，平均占比為3.5%。

3.3 能源消耗種類分析

經(jīng)過對15 所不同地區(qū)不同類型高校能源系統(tǒng)調(diào)查顯示，高校主要能源消耗種類集中在四種能源：電力、天然氣、熱力、油（汽油、柴油）。

3.3.1 能源種類及占比分析

統(tǒng)計目標(biāo)學(xué)校能源消耗，計算各學(xué)校在不同氣候區(qū)下三年平均能耗。觀察目標(biāo)學(xué)校能耗占比統(tǒng)計表可知（見圖2），除B和D兩所學(xué)校使用天然氣占比最多之外，其他13 所目標(biāo)學(xué)校能源消耗種類占比最高的均為電力，最高達(dá)到96.19%，最低達(dá)到59.57%。由此可知，電力能源依然是學(xué)校能源消耗的主力。

圖2 15 所目標(biāo)學(xué)校2017～2019 年能源消耗統(tǒng)計表

由于中國南方地區(qū)冬季不供暖，學(xué)校能源消耗幾乎全部來自電力消耗，因此學(xué)校對電力供應(yīng)的依賴程度較高。北方地區(qū)供暖形式主要分為兩種，一種為市政供熱，一種為學(xué)校自供熱。通過B和D兩所學(xué)校能源消耗構(gòu)成可知，自供熱的學(xué)校主要采用天然氣供熱，這與我國逐步減少煤炭依賴、大力推廣清潔能源政策相適應(yīng)。

3.3.2 不同功能區(qū)能耗占比

計算各高校在不同功能分區(qū)下電力、熱力和燃?xì)獾哪芎?。為了方便對比，將三種能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)一換算成標(biāo)準(zhǔn)煤。

經(jīng)過計算可知，教學(xué)區(qū)域能耗占比最高，最高可達(dá)60%。教學(xué)區(qū)域建筑包括教學(xué)樓和各專業(yè)用的實驗教室、模擬教室等。占比第二高的為宿舍和食堂區(qū)，宿舍區(qū)能耗全部為電力消耗，食堂區(qū)能耗主要由電力和燃?xì)饽芎慕M成。占比最低的為文化活動區(qū)，主要包括圖書館等建筑，能耗占比不到10%。

4 高校碳排放基線

經(jīng)過對15 所不同氣候區(qū)不同類型高校進(jìn)行碳排放計算，分別得到15 所目標(biāo)學(xué)校的總碳排放量。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總分析，制定國內(nèi)不同類型高校碳排放基線和不同氣候區(qū)高校碳排放基線，從單位建筑面積碳排放和人均碳排放兩個指標(biāo)出發(fā)，在兩個方向維度上對兩個基線進(jìn)行討論。

4.1 人均碳排放基線

定義目標(biāo)學(xué)校碳排放總量與學(xué)校在校用能人數(shù)的比值為該高校人均碳排放量，因為高校每年用能人數(shù)與碳排放量均是動態(tài)變化的，取2017～2019 年的平均值計算年人均碳排放量，分為不含碳匯值和含碳匯值。

（1）同一氣候區(qū)下高校年人均碳排放基線，如表1 所示。

由表1 可知不同氣候區(qū)下高校年人均碳排放基準(zhǔn)線（不含碳匯）：嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)高校，年人均碳排放均超過1tco/人·年，嚴(yán)寒地區(qū)更是將近3 tco/人·年，其他氣候區(qū)的高校年人均碳排放量都在1tco/人·年以下，且相差不明顯；不同氣候區(qū)下高校年人均碳排放基準(zhǔn)線（含碳匯）：年人均碳排放在1～2tco/人·年，而位于其他氣候區(qū)的高校人均碳排放量都在0.5tco/人·年以下。通俗意義上可以說，北方地區(qū)學(xué)校人均碳排放是南方地區(qū)學(xué)校的2～4 倍。

表1 不同氣候區(qū)學(xué)校碳排放匯總表

（2）同一類型高校年人均碳排放基線，如表2 所示。

表2 不同類型高校碳排放匯總表

由表2 可知同一類型高校年人均碳排放基準(zhǔn)線（不含碳匯）：不同類型高校年人均碳排放量均超過1 tco/人·年，綜合類高校年人均碳排放量最高為1.342tco/人·年；同一類型高校年人均碳排放基準(zhǔn)線（含碳匯）：理科類高校與綜合類高校人均碳排放量均在0.9tco/人·年以上，且兩種類型高校相差不多，綜合類高校略高于理科類高校，但均1.2 倍高于文科類高校。

4.2 功能區(qū)碳排放統(tǒng)計

分析目標(biāo)學(xué)校不同功能分區(qū)碳排放，在以市政熱力為采暖方式的學(xué)校中，宿舍區(qū)碳排放占比最高，將近60%。其他目標(biāo)高校中，以教學(xué)區(qū)碳排放比例最高，占比也將近60%。由此說明，宿舍區(qū)和教學(xué)區(qū)域是學(xué)校建筑碳排放主要來源。

5 結(jié)論

通過以上對碳排放理論的研究及對目標(biāo)學(xué)校能源消耗和碳排放的計算研究，得到國內(nèi)高校年人均碳排放基線（不含碳匯）：理科類學(xué)校為1.245 tco/人/年，文科類學(xué)校為1.110tco/人/年，綜合類學(xué)校為1.342tco/人/年；國內(nèi)高校年人均碳排放基線（含碳匯）：理科類學(xué)校為0.943 tco/人/年，文科類學(xué)校為0.786tco/人/年，綜合類學(xué)校為0.951tco/人/年。

目標(biāo)學(xué)校中，宿舍區(qū)和教學(xué)區(qū)域是高校建筑碳排放主要來源，高校在進(jìn)行節(jié)能降碳時，應(yīng)重點考慮這兩個區(qū)域的節(jié)能改進(jìn)。