崔萍，張來(lái)偉，李驥，謝曉娜

(1.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101； 2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100101)

0 引言

隨著國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的提出，節(jié)能減排已成為當(dāng)今社會(huì)能源領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。 作為聚集著大量用能個(gè)體的工業(yè)園區(qū)，消耗著大量的能源，所需要的能源種類也多種多樣[1]。 傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)內(nèi)，能源利用效率低、溫室氣體排放量高，普遍存在資源浪費(fèi)、電能緊缺、環(huán)境污染等問(wèn)題。 對(duì)于工業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)以及碳排放核算方法的研究有助于園區(qū)識(shí)別節(jié)能減排潛力，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)園區(qū)低碳發(fā)展。

園區(qū)綜合能源系統(tǒng)(Park Integrated Energy System， PIES)是電、氣、冷、熱等多個(gè)能源系統(tǒng)的耦合，具有負(fù)荷利用率高、能源協(xié)調(diào)互補(bǔ)、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，是適應(yīng)分布式發(fā)展、滿足工業(yè)園區(qū)多元用能需求的新型能源系統(tǒng)[2]。 碳排放核算是識(shí)別園區(qū)主要碳排放源、評(píng)估碳排放水平的核心手段[3]。 PIES評(píng)價(jià)以及碳排放核算方法的研究有利于指導(dǎo)工業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃改造，優(yōu)化園區(qū)能源結(jié)構(gòu)，深入把握工業(yè)園區(qū)碳排放的特點(diǎn)，評(píng)估園區(qū)碳排放水平，促進(jìn)園區(qū)低碳可持續(xù)發(fā)展。

1 園區(qū)綜合能源系統(tǒng)概述

20 世紀(jì)70 年代，隨著能源問(wèn)題日益突出，美國(guó)在一項(xiàng)法案中明確要求推廣天然氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)，開(kāi)始朝著綜合能源系統(tǒng)的方向發(fā)展[4]。 1998年，歐盟制定了科技框架計(jì)劃，在第五框架部分提出多種能源形式協(xié)同優(yōu)化[5]。 雖然這一階段綜合能源系統(tǒng)的概念并沒(méi)有形成統(tǒng)一，但歐洲各國(guó)相繼促進(jìn)了多個(gè)綜合能源系統(tǒng)項(xiàng)目落地，綜合能源系統(tǒng)得到快速發(fā)展。 2001 年，美國(guó)在其綜合能源系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃中提出增加清潔能源(冷熱電聯(lián)產(chǎn)， Combined Cooling Heating and Power， CCHP)供應(yīng)與利用比例的目標(biāo)[4]。 21 世紀(jì)初，日本政府大力推進(jìn)電力、燃?xì)?、供?供冷等多種能源系統(tǒng)一體化集成發(fā)展[6]。2004 年，我國(guó)在《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于分布式能源系統(tǒng)有關(guān)問(wèn)題的報(bào)告》中提出，支持天熱氣冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和其他能源等在內(nèi)的小型分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展[7]。

PIES 主要是由能源輸配系統(tǒng)、能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、能源存儲(chǔ)系統(tǒng)和能源消費(fèi)系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)組成[8]。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示[9]。

圖1 園區(qū)綜合能源系統(tǒng)構(gòu)架圖

燃?xì)狻⒉裼?、電力、熱力以及可再生能源通過(guò)輸配系統(tǒng)傳遞到能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，具有不同功能的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備將這些能源轉(zhuǎn)換為電、熱、冷等不同的能量存在形式，滿足能源消費(fèi)系統(tǒng)不同的用能需求。PIES 具備多種能源協(xié)同互補(bǔ)、能量－信息流互聯(lián)互通、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化的特征，將電、氣、冷、熱多種能源系統(tǒng)靈活集成， 統(tǒng)籌兼顧多能流之間的耦合、互補(bǔ)特性，減弱風(fēng)能發(fā)電、水力發(fā)電、光伏發(fā)電在時(shí)間上不穩(wěn)定的影響[10]，并運(yùn)用儲(chǔ)能設(shè)備大幅提高系統(tǒng)能源供應(yīng)的可靠性，同時(shí)將能量流與信息流有機(jī)融合，在信息共享的基礎(chǔ)上形成信息物理融合系統(tǒng)(Cyber Physical System，CPS)[11]。 PIES 中的能源生產(chǎn)與能源消費(fèi)邊界不再清晰，對(duì)應(yīng)的功能角色進(jìn)行了互相融合與替換[10]。 各種能源參與主體對(duì)能源供應(yīng)、能量消費(fèi)與能量?jī)?chǔ)備的決策擁有極大的自主權(quán)，并向綜合能源系統(tǒng)協(xié)同互動(dòng)與源網(wǎng)荷儲(chǔ)縱向一體化發(fā)展。

2 PIES 評(píng)價(jià)方法研究

2.1 國(guó)外PIES 評(píng)價(jià)方法

由于綜合能源系統(tǒng)首先是從熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，因此國(guó)外學(xué)者對(duì)于PIES 評(píng)價(jià)的研究也是以熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為起點(diǎn)。 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)屬于綜合能源系統(tǒng)中的能源轉(zhuǎn)換部分，是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換、能源高效利用的重要環(huán)節(jié)。

2.1.1 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

以熱電聯(lián)產(chǎn)(Combined Heat and Power， CHP)為基礎(chǔ)的PIES 發(fā)展比較迅速。 CHP 作為綜合能源系統(tǒng)中核心的能源供應(yīng)主體，可同時(shí)產(chǎn)生電能及熱能，實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用[12]。 Havelsky[13]通過(guò)數(shù)值模擬設(shè)計(jì)各種熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，提出了熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能量效率方程，將一次能源率和相對(duì)一次節(jié)能與設(shè)計(jì)系統(tǒng)的能量參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，比較了熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與現(xiàn)代傳統(tǒng)的冷熱分產(chǎn)系統(tǒng)的能量效率，評(píng)估了熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能潛力。 Rosen 等[14]在以熱電聯(lián)產(chǎn)為基礎(chǔ)的區(qū)域能源系統(tǒng)的能效評(píng)估中引入了效率指標(biāo)，該指標(biāo)能更有效地分析出整個(gè)系統(tǒng)及其單獨(dú)組件的性能和效率，并且能準(zhǔn)確地指出效率低下的位置和原因。 由于電、熱和冷3 種能量形式具有不同的性質(zhì)，很難評(píng)估和比較基于熱電聯(lián)產(chǎn)的區(qū)域能源系統(tǒng)，而效率指標(biāo)的引入很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。 Fumo 等[15]提出了一種基于一次能源節(jié)約管理策略評(píng)估熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的方法，并引入建筑一次能源比(Building Primary Energy Ratio， BPER)指標(biāo)評(píng)價(jià)冷熱電綜合能源系統(tǒng)的能效。 Xu 等[16]從熱電聯(lián)產(chǎn)中電力、燃?xì)?、熱力系統(tǒng)相互作用和協(xié)調(diào)的特性出發(fā)，建立了考慮多能源系統(tǒng)協(xié)調(diào)的負(fù)荷削減模型，并基于蒙特卡洛模擬提出了可靠性評(píng)估方法，進(jìn)而提出了一種可靠性最優(yōu)的能源樞紐規(guī)劃方法，以適應(yīng)可再生能源的更高普及率。

國(guó)外的學(xué)者們更多的是通過(guò)設(shè)置指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能和效率，并沒(méi)有運(yùn)用評(píng)價(jià)方法對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1.2 綜合能源系統(tǒng)

在多能源發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)輸電基礎(chǔ)設(shè)施的影響方面，F(xiàn)avre-Perrod 等[17]提出了一種可用于考慮多個(gè)能源載體的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲(chǔ)的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法，并基于平均方差投資組合理論評(píng)估了不同的多能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的成本和風(fēng)險(xiǎn)性。 由于綜合能源系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)存在隨機(jī)風(fēng)電波動(dòng)、能源負(fù)荷變化、天然氣供應(yīng)不足以及電網(wǎng)吸收剩余電力能力有限的負(fù)面影響，F(xiàn)u 等[18]為了確保燃?xì)夤?yīng)和剩余電力吸收的可靠性，提出了基于一階可靠性方法估計(jì)綜合能源系統(tǒng)的失效概率，并使用拉丁超立方抽樣理論驗(yàn)證了結(jié)果。 考慮到綜合能源系統(tǒng)對(duì)公共電網(wǎng)的潛在負(fù)面影響，Wang 等[19]提出了一種基于超平面決策分析策略，解決了綜合能源系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)算問(wèn)題，降低了公共電網(wǎng)的功率損耗和電壓幅度偏差。 Tang 等[20]研究了分布式能源系統(tǒng)的共同特點(diǎn)，基于熵權(quán)分布的線性加權(quán)綜合法建立了綜合能源系統(tǒng)能效綜合評(píng)價(jià)體系和方法，包括經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、能效技術(shù)指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)，并對(duì)傳統(tǒng)指標(biāo)進(jìn)行了篩選，通過(guò)實(shí)例比較了傳統(tǒng)系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)和燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)在不同評(píng)價(jià)下的評(píng)價(jià)結(jié)果。

總體而言，國(guó)外對(duì)于綜合能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的研究中，在綜合能源系統(tǒng)的性能效率、系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本、能源供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性以及可再生能源的消納水平等方面均有所涉及，但對(duì)于覆蓋面全的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法的研究仍有不足之處。

2.2 國(guó)內(nèi)PIES 評(píng)價(jià)方法

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

在綜合能源系統(tǒng)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的研究中，對(duì)電、氣、冷、熱4 個(gè)子系統(tǒng)的指標(biāo)評(píng)價(jià)都有涉及。

對(duì)于電網(wǎng)的評(píng)價(jià)，吳強(qiáng)等[21]設(shè)置了“分布式電源發(fā)電量占比”和“分布式電源發(fā)容量占比”兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)分布式電源在系統(tǒng)中的作用。 姜江楓等[22]應(yīng)用“系統(tǒng)電量不足期望值”和“用戶平均停電持續(xù)時(shí)間”指標(biāo)評(píng)估配電系統(tǒng)的可靠性；陳柏森等[23]設(shè)置了“配電網(wǎng)負(fù)載率水平”和“系統(tǒng)平均故障停電時(shí)間”指標(biāo)評(píng)估配電系統(tǒng)的運(yùn)行情況；楊永標(biāo)等[24]采用“電壓合格率”和“電能占終端能源占比”指標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全可靠性和低碳環(huán)保水平。

對(duì)于綜合能源系統(tǒng)中天然氣的指標(biāo)評(píng)價(jià)，利用“天然氣系統(tǒng)消納率”指標(biāo)評(píng)價(jià)天然氣系統(tǒng)消納風(fēng)電的水平[25]，而用“能源轉(zhuǎn)換效率系數(shù)”指標(biāo)反映天然氣的利用效率[23]。 “能源轉(zhuǎn)換效率系數(shù)”是指全年耗熱/冷量、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的輸出電量與耗能情況的比值，該值越大，園區(qū)綜合能源系統(tǒng)能耗越低，間接反映了綜合能源的利用效率。

對(duì)于綜合能源系統(tǒng)中冷、熱指標(biāo)的評(píng)價(jià)，利用“循環(huán)水泵能效指標(biāo)”和“輸冷(熱)管道能效指標(biāo)”評(píng)估冷熱水輸配系統(tǒng)的能效水平[26]，以“供熱系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性”和“空調(diào)系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性”來(lái)反映集中供熱供冷系統(tǒng)的運(yùn)行情況[27]；用“能質(zhì)系數(shù)”反映能源品位的高低[23]，采用“管網(wǎng)水力平衡度”“系統(tǒng)補(bǔ)水率”“管網(wǎng)熱損失率”“系統(tǒng)耗電輸熱比”指標(biāo)評(píng)價(jià)熱力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況[21]。

關(guān)于整個(gè)園區(qū)的綜合能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究往往是與評(píng)價(jià)方法一起出現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)綜合能源系統(tǒng)建立比較完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)而運(yùn)用相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重的分析計(jì)算，評(píng)價(jià)系統(tǒng)的優(yōu)劣。

2.2.2 評(píng)價(jià)方法

針對(duì)綜合能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的研究中，層次分析法(Analytic Hierarchy Process， AHP)是目前評(píng)價(jià)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)最常用的方法之一，其本質(zhì)是一種分解復(fù)雜問(wèn)題的過(guò)程，結(jié)合了決策時(shí)的基本步驟，即分解、判斷、綜合。 AHP 將決策分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層3 個(gè)層次，在一定程度上減少了決策者的主觀性，已廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)能源系統(tǒng)領(lǐng)域。 蔣菱等[28]基于AHP 構(gòu)建了能源互聯(lián)網(wǎng)綜合評(píng)估方法，以天津某智能電網(wǎng)創(chuàng)新示范區(qū)為例，驗(yàn)證了該評(píng)估方法的有效性。 楊蘋(píng)等[26]先后在供應(yīng)側(cè)、傳輸網(wǎng)、用戶側(cè)和儲(chǔ)能系統(tǒng)上構(gòu)建了園區(qū)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)能效評(píng)估指標(biāo)體系，并采用AHP 對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)加權(quán)排序，形成了園區(qū)內(nèi)能源互聯(lián)網(wǎng)的整體能效評(píng)估框架。

但是AHP 也具有一定的局限性，當(dāng)所確定的指標(biāo)過(guò)多時(shí)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量大，就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算權(quán)重值的問(wèn)題，因此常常采用組合評(píng)價(jià)方法對(duì)綜合能源系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。 運(yùn)用組合評(píng)價(jià)方法在進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重計(jì)算時(shí)具有計(jì)算量小、使用方便、適用性廣、結(jié)果合理可靠等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確地評(píng)估綜合能源系統(tǒng)發(fā)展水平。 幾種組合評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 不同組合評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)

董福貴等[29]綜合考慮分布式能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、能耗、環(huán)境因素，基于層次分析法構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并引入熵值變量修正層次分析法賦權(quán)確定的權(quán)重值，主客觀結(jié)合得出了科學(xué)的指標(biāo)權(quán)重。 張世翔等[30]基于AHP 和改進(jìn)熵權(quán)法建立了面向園區(qū)微電網(wǎng)的綜合能源系統(tǒng)的VIKOR 多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)體系，以某園區(qū)綜合能源系統(tǒng)為例分析了指標(biāo)權(quán)重；陳柏森等[23]從多能源系統(tǒng)耦合的角度出發(fā)，建立了區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的綜合評(píng)估指標(biāo)體系，并采用網(wǎng)絡(luò)分析法－反熵權(quán)法確定了各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值；嚴(yán)嘉倫等[31]從能耗、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等方面研究樓宇式綜合能源系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題，采用絕對(duì)層次分析法分析了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)變異系數(shù)法進(jìn)行了優(yōu)化驗(yàn)證；周歡等[32]為了解決現(xiàn)行評(píng)價(jià)方法在推動(dòng)多能耦合、可再生能源利用等方面存在的不足，提出了一種基于綠色經(jīng)濟(jì)的綜合能源系統(tǒng)價(jià)值評(píng)價(jià)方法，應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)理論和層次分析法，定量分析了企業(yè)在系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)轉(zhuǎn)效率和低碳特性3 個(gè)方面對(duì)能源的綜合利用情況。

在評(píng)價(jià)不同能源系統(tǒng)方案的優(yōu)劣性方面，張濤等[33]利用非線性整數(shù)規(guī)劃方法建立了分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化模型，所建立的指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣體系考慮了經(jīng)濟(jì)、能耗、環(huán)境等方面的影響因素，基于熵權(quán)法原理給出各個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重，并利用專家評(píng)價(jià)法主客觀結(jié)合評(píng)價(jià)系統(tǒng)方案優(yōu)劣；白牧可等[34]通過(guò)分析綜合能源系統(tǒng)整體性能，從能效、成本、品質(zhì)、環(huán)保4 個(gè)方面提出了面向用戶側(cè)綜合能源系統(tǒng)評(píng)估方法，并基于時(shí)序模擬和序貫蒙特卡洛模擬的方法求解出各指標(biāo)值，最后以某城市商住混合區(qū)綜合能源系統(tǒng)為算例評(píng)估了幾種方案的優(yōu)劣性。

從能源供需的角度，田立亭等[35]采用加權(quán)有向圖建立了綜合能源系統(tǒng)能效評(píng)估方法，經(jīng)過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性。 針對(duì)不同能源品位之間的差異性，劉洪等[36]提出了基于分析的能質(zhì)系數(shù)法，評(píng)價(jià)了不同能源消耗對(duì)園區(qū)的貢獻(xiàn)，通過(guò)某工業(yè)園區(qū)驗(yàn)證了該評(píng)估方法的可行性。 關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)下能量流與信息流深度融合的方面，董文杰等[37]分析了能源流動(dòng)的特點(diǎn)，基于博弈與證據(jù)理論建立了綜合能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，將其運(yùn)用到實(shí)例中并給出了可靠的評(píng)估結(jié)果。 基于電能替代設(shè)備對(duì)綜合能源系統(tǒng)建設(shè)效果的積極影響，趙璞等[38]在對(duì)園區(qū)“源－網(wǎng)－荷－儲(chǔ)”一體化特性的研究中，提出了采用組合賦權(quán)法優(yōu)化物元可拓模型的綜合評(píng)價(jià)方法，該評(píng)估方法適用于多層次、多指標(biāo)的綜合能源系統(tǒng)。

綜上所述，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于綜合能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的研究更多地體現(xiàn)在如何構(gòu)建涉及面廣的綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，以及運(yùn)用相關(guān)的指標(biāo)評(píng)價(jià)理論建立不同的綜合能源系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法，由此來(lái)對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃改造、系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度、能源供給方式、運(yùn)行維護(hù)方式等方案進(jìn)行選優(yōu)。

3 工業(yè)園區(qū)碳排放核算方法研究

3.1 工業(yè)園區(qū)碳排放的特點(diǎn)

工業(yè)園區(qū)聚集著大量的能源消費(fèi)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)過(guò)程，與省級(jí)、城市層面相比，其碳排放具有不同的特點(diǎn)。 為了制定科學(xué)有效的工業(yè)園區(qū)碳排放核算方法，把握工業(yè)園區(qū)碳排放的特點(diǎn)是首要前提。 國(guó)家試點(diǎn)低碳工業(yè)園區(qū)的碳排放具有以下特點(diǎn)[39－40]:

(1) 碳排放核算邊界較為明確。 工業(yè)園區(qū)一般是我國(guó)的行政區(qū)劃，具有明確的地理邊界。 一般而言，碳排放主要來(lái)自于工業(yè)生產(chǎn)，隨著產(chǎn)城融合的不斷發(fā)展，排放范圍擴(kuò)展至居民生活和服務(wù)業(yè)，但考慮到其排放水平較低，園區(qū)碳排放仍然以工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)為主。

(2) 碳排放以能源消耗為主，電力消耗比重增大。 工業(yè)園區(qū)碳排放源主要包括能源活動(dòng)排放(電力、熱力凈輸入的間接排放以及工業(yè)、建筑、交通運(yùn)輸?shù)然剂先紵尫诺闹苯优欧?、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程排放和廢棄物處理排放。 其中，能源消耗是最主要的碳排放來(lái)源，而且隨著我國(guó)的工業(yè)電氣化水平逐步提高，電力消耗比重也逐漸增大。 2015—2019 年中國(guó)工業(yè)能源消費(fèi)總量與電力消費(fèi)總量如圖2 所示(數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站)。 與2015年相比，2019 年工業(yè)能源消費(fèi)總量增加了8.97%，工業(yè)電力消費(fèi)總量增加了22.01%，電力消費(fèi)導(dǎo)致的間接碳排放占比逐漸增加。

圖2 2015—2019 年中國(guó)工業(yè)能源與工業(yè)電力消費(fèi)總量

(3) 碳排放核算以二氧化碳為主。 溫室氣體主要包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氫氟烴(HFCS)、全氟碳(PFCS)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、五氟化硫(SF5)、三氟化碳(CF3)、鹵化醚[3]。 由于不同工業(yè)園區(qū)內(nèi)具有不同的企業(yè)生產(chǎn)類型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，可能包含以上幾種或所有的溫室氣體排放種類，但從其排放總量來(lái)看，CO2排放量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 因此，現(xiàn)階段工業(yè)園區(qū)碳排放核算以CO2為主。

3.2 工業(yè)園區(qū)碳排放核算方法研究現(xiàn)狀

3.2.1 碳排放核算對(duì)象

確定碳排放核算對(duì)象的途徑一般有兩種:(1)選取國(guó)際協(xié)定或者國(guó)家地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)給出的溫室氣體種類；(2) 根據(jù)不同工業(yè)園區(qū)內(nèi)實(shí)際的碳排放種類來(lái)確定。 對(duì)于核算范圍，世界資源研究所和世界可持續(xù)發(fā)展工商理事會(huì)于2011 年底發(fā)布的《企業(yè)價(jià)值鏈標(biāo)準(zhǔn)》提供了測(cè)量企業(yè)價(jià)值鏈和產(chǎn)品溫室氣體排放的核算范圍[3]，在工業(yè)園區(qū)層面具體分為3 個(gè)范圍:范圍1，園區(qū)行政區(qū)域內(nèi)所有的直接碳排放；范圍2，園區(qū)外購(gòu)的電力、蒸汽、供暖或制冷等產(chǎn)生的間接碳排放；范圍3，園區(qū)內(nèi)除范圍2 之外產(chǎn)生的一切間接排放[41]。 對(duì)于工業(yè)園區(qū)碳排放的來(lái)源，可分為排放部門(mén)(原料開(kāi)采、產(chǎn)品生產(chǎn)、建筑建造、能源供應(yīng)、交通運(yùn)輸、廢棄物處置等)和排放過(guò)程(化石能源燃燒過(guò)程、二次能源使用過(guò)程、焚燒處理過(guò)程、污水凈化過(guò)程等)。

在確定工業(yè)園區(qū)碳排放核算對(duì)象時(shí)，張雁飛等[42]將園區(qū)行政邊界作為核算邊界，選取能源直接燃燒、外部輸入的電力和熱力、固體廢棄物處理處置、重點(diǎn)行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程作為工業(yè)園區(qū)核算碳排放來(lái)源，主要對(duì)CO2、CH4和N2O 這3 種溫室氣體進(jìn)行碳核算。 熊鵬等[43]將江西贛州工業(yè)園中所消耗的原煤、發(fā)電、汽油、煤油、柴油等產(chǎn)生的CO2作為碳排放核算對(duì)象；劉麗榮等[44]將工業(yè)園區(qū)用地分為工業(yè)用地、居住與公共設(shè)施用地、道路廣場(chǎng)用地、綠地等五大類，分別核算CO2排放和吸收；靳婧等[40]以寧夏某工業(yè)園區(qū)為例，僅從能源消費(fèi)領(lǐng)域?qū)O2進(jìn)行了碳排放核算。

3.2.2 碳排放核算方法

目前所研究和實(shí)際應(yīng)用的方法主要有排放清單法、投入產(chǎn)出法、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法以及生命周期評(píng)價(jià)。 排放清單法是根據(jù)碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算方法，選取合適的排放因子，收集園區(qū)內(nèi)相關(guān)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行碳排放清單的編制，完成碳排放量的核算。排放清單法是分析溫室氣體排放及其減排潛力、實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)低碳發(fā)展的基本要求。 Wang 等[45]根據(jù)排放清單法，利用世界資源研究所開(kāi)發(fā)的方法計(jì)算了蘇州工業(yè)園區(qū)范圍1 和范圍2 的碳排放量，并在計(jì)算總碳排放量時(shí)排除了熱力和電力生產(chǎn)的排放，將熱量和電力消耗產(chǎn)生的排放納入了工業(yè)園區(qū)的其他部門(mén)。 Liu 等[46]建立了包括能源消耗、工業(yè)過(guò)程和產(chǎn)品使用以及廢物處置在內(nèi)的工業(yè)園區(qū)綜合溫室氣體排放清單，以中國(guó)典型的國(guó)家級(jí)生態(tài)工業(yè)園區(qū)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)為案例進(jìn)行了研究，并分析了工業(yè)發(fā)展過(guò)程中生態(tài)工業(yè)園的動(dòng)態(tài)溫室氣體排放和強(qiáng)度。 Bi 等[47]基于溫室氣體排放清單法，從工業(yè)能源消耗、交通運(yùn)輸、工業(yè)過(guò)程和廢物處理等方面分析了碳排放的特點(diǎn)。 齊靜等[48]基于清單分析法對(duì)北京某工業(yè)園區(qū)建立了溫室氣體排放核算方法，核算了園區(qū)內(nèi)由一次能源消耗、二次能源消耗、工業(yè)生產(chǎn)、物質(zhì)材料與設(shè)備投入產(chǎn)生的排放。 魏康霞等[49]參照《IPCC 國(guó)家溫室氣體清單指南》和《省級(jí)溫室氣體清單編制指南(試行)》中的核算方法，核算了南昌某工業(yè)園區(qū)溫室氣體排放。 呂斌等[39]基于溫室氣體核算方法遵循的原則，核算了直接排放以及凈調(diào)入電力、熱力間接排放的CO2。

投入產(chǎn)出法是以整個(gè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)為邊界，通過(guò)編制的投入與產(chǎn)出報(bào)表來(lái)反映各個(gè)部門(mén)及產(chǎn)業(yè)間關(guān)系的經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)核算方法，可用來(lái)追溯由上游生產(chǎn)活動(dòng)引起的隱含碳排放，一般結(jié)合碳排放矩陣和生命周期評(píng)價(jià)方法計(jì)算碳排放[42]。 Dong 等[50]運(yùn)用分層混合生命周期評(píng)價(jià)和投入產(chǎn)出法相結(jié)合的核算方法，從直接能源消耗碳足跡、工業(yè)過(guò)程碳足跡、購(gòu)電和供熱碳足跡、材料碳足跡、折舊碳足跡和廢物處理碳足跡6 個(gè)部分對(duì)沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)進(jìn)行生命周期碳足跡分析，但這種分層混合生命周期評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用需要大量的時(shí)間和人力投入。 Matthews 等[51]基于經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出－生命周期評(píng)估方法核算了美國(guó)某工業(yè)部門(mén)的碳排放，不僅考慮了直接排放量和外購(gòu)能源的排放量，還跟蹤了整個(gè)供應(yīng)鏈的總排放量，結(jié)果表明供應(yīng)鏈間接排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的直接排放。鞠麗萍等[52]基于全生命周期評(píng)價(jià)和投入產(chǎn)出模型，核算了重慶市各產(chǎn)業(yè)部門(mén)的能源消費(fèi)、外購(gòu)電力以及全生命周期3 個(gè)層次的CO2排放，剖析了重點(diǎn)行業(yè)的碳排放特點(diǎn)。 代旭虹[53]針對(duì)工業(yè)園區(qū)原料消耗的碳排放，運(yùn)用投入產(chǎn)出評(píng)價(jià)法分析了原料的上游碳足跡。

生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析法(Ecological Network Analysis，ENA)是一種基于新陳代謝的通用分析方法，用于研究系統(tǒng)連通性，并量化和鑒定系統(tǒng)中的直接和間接生態(tài)流。 一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的行為、結(jié)構(gòu)和功能是ENA 的關(guān)鍵因素。 生態(tài)工業(yè)園可以被看作一個(gè)共生網(wǎng)絡(luò)，其中許多物質(zhì)流和能量流將不同的部門(mén)連接起來(lái)，以確保工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和系統(tǒng)功能的平穩(wěn)運(yùn)行。 因此，可以在生態(tài)工業(yè)園碳排放核算研究中引入ENA，但是關(guān)于應(yīng)用ENA 對(duì)工業(yè)園區(qū)進(jìn)行碳排放核算的研究少。 Lu 等[54]為了揭示低碳高科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)的碳代謝過(guò)程，以北京開(kāi)發(fā)區(qū)國(guó)際商務(wù)園作為案例，基于ENA 方法建立了一個(gè)低碳代謝網(wǎng)絡(luò)，基于碳代謝并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)效用分析(Network Utility Analysis， NUA)、網(wǎng)絡(luò)控制分析(Network Control Analysis， NCA)和全系統(tǒng)指標(biāo)，分析了各個(gè)部分碳代謝對(duì)生態(tài)工業(yè)園的影響程度，研究發(fā)現(xiàn)建筑和廢物管理是對(duì)碳代謝貢獻(xiàn)最大的兩個(gè)部分。

生命周期評(píng)價(jià)(Life Cycle Assessment，LCA)是一種全面的系統(tǒng)分析工具，目前已成為環(huán)境管理工具的一個(gè)組成部分[55]。 LCA 被定義為產(chǎn)品系統(tǒng)在其整個(gè)生命周期內(nèi)的輸入、輸出和潛在環(huán)境影響的匯編和評(píng)估[55]。 一些學(xué)者運(yùn)用LCA 追溯工業(yè)園區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈上下游環(huán)節(jié)的溫室氣體排放。 Diaz 等[56]基于LCA 分析了西班牙西北部的煤炭開(kāi)采活動(dòng)產(chǎn)生的直接和間接排放，表明通風(fēng)空氣中的CH4是溫室氣體排放總量的關(guān)鍵部分(60%～70%)。 劉韻等[57]采用自下而上的全生命周期評(píng)估法，評(píng)估山西省呂梁市某燃煤電廠的碳足跡，發(fā)現(xiàn)鍋爐燃煤和煤炭開(kāi)采是碳排放的主要來(lái)源。

總的來(lái)說(shuō)，在不同的范圍內(nèi)每一種核算方法都具有各自的合理性，但也有不足之處。 4 種碳排放核算方法的原理及優(yōu)劣性對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2，各方法都是從不同的角度來(lái)衡量范圍1 ～3 的碳排放[3]，但是在具體應(yīng)用中，清單分析法難以核算范圍3。 在編制投入產(chǎn)出表時(shí)，由于數(shù)據(jù)的不連續(xù)性以及統(tǒng)計(jì)的不準(zhǔn)確性，對(duì)投入產(chǎn)出法的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不利影響。而ENA 也要基于清單分析法和投入產(chǎn)出法的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)建[3]，依然會(huì)受到兩種方法的局限性的影響。 生命周期評(píng)價(jià)最關(guān)鍵的是對(duì)數(shù)據(jù)的清單分析，依托基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)環(huán)境影響，對(duì)能源消耗領(lǐng)域的溫室氣體排放比較適用。

表2 主要碳排放核算方法對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)與展望

準(zhǔn)確客觀地評(píng)價(jià)是衡量園區(qū)綜合能源系統(tǒng)合理性的重要依據(jù)，多能耦合、協(xié)同互補(bǔ)是園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，但是多能流的輸入也使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜多樣，在對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)所考慮到的影響因素也多種多樣。 針對(duì)工業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的評(píng)價(jià)提出以下研究方向:

(1) 目前對(duì)于綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的研究更多的是從能源供應(yīng)的角度出發(fā)，較少?gòu)男枨髠?cè)多元用能需求的角度考慮。 如當(dāng)發(fā)生冷/熱量供應(yīng)缺乏或過(guò)量時(shí)，由于能量傳遞的滯后性，用戶側(cè)不能及時(shí)察覺(jué)，造成經(jīng)濟(jì)損失或能源浪費(fèi)等負(fù)面影響，因此要提高園區(qū)綜合能源系統(tǒng)對(duì)需求側(cè)的敏感性以及建立快速反應(yīng)機(jī)制。

(2) 由于園區(qū)綜合能源系統(tǒng)多能互補(bǔ)的特性，在構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)不能將各個(gè)能源子系統(tǒng)單獨(dú)評(píng)價(jià)，建立更綜合更全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系仍是以后的研究方向。

(3) 隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，園區(qū)綜合能源系統(tǒng)將更加智能化，如何評(píng)價(jià)系統(tǒng)的通信能力、感知能力、分布式協(xié)同控制能力也成為亟需解決的問(wèn)題。

(4) 對(duì)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行管理到廢棄處置的全生命周期過(guò)程多角度綜合評(píng)價(jià)仍是該領(lǐng)域待進(jìn)一步研究的重要課題之一。

工業(yè)園區(qū)種類較多、特點(diǎn)不一，無(wú)法保證數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性且數(shù)據(jù)尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因而導(dǎo)致工業(yè)園區(qū)的碳排放核算方法各種各樣。 在當(dāng)前國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)下，運(yùn)用生命周期評(píng)價(jià)思想核算園區(qū)溫室氣體，針對(duì)不同類型的園區(qū)制定不同的低碳發(fā)展戰(zhàn)略，更具有實(shí)際意義。 針對(duì)工業(yè)園區(qū)碳排放核算方法的進(jìn)一步研究可從以下方面開(kāi)展:

(1) 在國(guó)家層面下推動(dòng)工業(yè)園區(qū)碳排放核算形成統(tǒng)一的框架，結(jié)合其他幾種溫室氣體核算方法，運(yùn)用全生命周期的思想制定混合式溫室氣體核算方法，解決核算體系現(xiàn)有的難題。

(2) 開(kāi)展低碳試點(diǎn)工業(yè)園區(qū)建設(shè)，規(guī)劃園區(qū)低碳發(fā)展路徑，推廣全生命周期溫室氣體核算方法，結(jié)合綜合能源系統(tǒng)建設(shè)，提高高效背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的比例，增加光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等清潔能源的投入，構(gòu)建碳排放評(píng)估體系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)園區(qū)碳減排的有效控制。

(3) 數(shù)據(jù)獲取的難易和數(shù)據(jù)質(zhì)量的高低是決定工業(yè)園區(qū)溫室氣體核算結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。 因此，需要建立園區(qū)能源數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)和碳排放管控在線平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)的管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控。