全康環(huán)保:2021年可謂中國“碳中和”元年。為緩解全球變暖趨勢，控制CO2等溫室氣體排放已成為國際組織、各國政府、乃至全社會(huì )的共識。與此同時(shí)，中國已經(jīng)下定決心并正邁著(zhù)堅定步伐奔向2030年“碳達峰”、2060年“碳中和”之偉大目標。污水處理雖然是國民經(jīng)濟中規模較小的行業(yè)，但卻屬于能源密集型高能耗行業(yè)，其碳排放量約占全社會(huì )總排放量的1~3%?！栋屠鑵f(xié)定》正式生效后，污水處理廠(chǎng)碳減排亦受到相當重視，“碳中和”也將成為污水處理廠(chǎng)運行所追求的終極目標。因此，碳減排將是污水處理行業(yè)未來(lái)發(fā)展的“必由之路”，污水處理行業(yè)今后無(wú)疑也應該納入碳交易市場(chǎng)。

1 碳交易機制

《京都議定書(shū)》規定需要控制6種溫室氣體排放：二氧化碳(CO?)、甲烷(CH?)、氧化亞氮(N?O)、氫氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)以及六氟化硫(SF6)。受這一規定的約束，一種通過(guò)市場(chǎng)調控溫室氣體減排的政策手段――碳排放權交易出現，即，碳排放權，它就如同“商品”一樣可以進(jìn)行交易。

自全球首個(gè)碳排放交易體系――歐盟碳排放交易體系(European Emission Trading Scheme, EUETS)建立以來(lái)，到目前為止已存在遍布四大洲的31個(gè)碳交易系統(表1)。隨著(zhù)越來(lái)越多國家考慮采納碳交易機制作為碳減排的政策工具，碳交易機制已逐漸成為應對全球氣候變化的重要政策手段。

通常，排放單位實(shí)際碳排放量往往會(huì )超過(guò)其碳配額，而超出的碳排放可通過(guò)從碳交易市場(chǎng)購買(mǎi)，亦可通過(guò)開(kāi)展碳減排技術(shù)改造，實(shí)現排放單位碳排放量減少而獲得核證減排量(Certified Emission Reductions, CERs; 國內為Chinese Certified Emission Reductions, CCERs)，以此抵消部分超額碳排放(圖2)。

碳排放單位可通過(guò)技術(shù)改造提高其能源利用效率、或使用非化石清潔能源調整其能源結構來(lái)實(shí)現碳減排，由此而產(chǎn)生富余碳配額。排放單位因此可向政府申請核證減排量(CERs)，每單位CERs 相當于1 tCO2-eq (以下符號CO2均表示為碳當量)；CERs可用于抵消碳配額超出碳排放部分，多出的CERs亦可用來(lái)在碳交易市場(chǎng)進(jìn)行交易，從而為排放單位帶來(lái)經(jīng)濟收益。

2 余溫熱能應納入碳交易機制

污水處理領(lǐng)域存在較多碳減排機會(huì )，如，運行優(yōu)化產(chǎn)生的節能降耗可間接減少溫室氣體排放，污泥厭氧消化產(chǎn)生的甲烷(CH4)發(fā)電可間接減少廠(chǎng)外發(fā)電導致的間接溫室氣體排放，污水余溫熱能利用亦可減少化石燃料加溫需要。傳統上，國內外與污水處理相關(guān)碳減排努力均聚焦于通過(guò)污泥厭氧消化對污水有機能(CH4)回收。實(shí)際上，污水余溫熱能回收具有更大碳減排潛力。

污水余溫約占城市總廢熱排放量的40%，且污水熱能占污水可利用總能量的90%。因此，污水余溫熱能利用應該被列入碳交易機制下的碳減排清單。

3 余溫熱能潛在CERs計算

余溫熱能用于供熱時(shí)，水源熱泵提取的熱量與化石燃料燃燒產(chǎn)生熱量可視為等同；供熱時(shí)，取代燃煤鍋爐消耗化石燃料產(chǎn)生碳減排量；制冷時(shí)，水源熱泵比空氣源熱泵節省電能，產(chǎn)生碳減排量。

水源熱泵理論碳減排量(碳額)可根據等量燃煤鍋爐以及空調消耗的化石能源碳排量計算，分別為23 408 與13 837 kJ/m3，折算供熱/制冷碳額分別為1.91與0.33 kg CO2/m3。

案例分析

污水余溫熱能碳額與水量以及是否能多次提取有關(guān)。以日處理水量為100萬(wàn) m3/d市政污水處理廠(chǎng)為案例進(jìn)行計算：

提取溫差為4 ℃時(shí)，水源熱泵提取一次，供熱/制冷碳額分別為1 910 t與330 tCO2/d，相當于1 910與330個(gè)核證減排量(CERs)。按照9個(gè)月供熱、3個(gè)月制冷計算，全年實(shí)際碳額為54.5萬(wàn)tCO2/a。若全年供熱時(shí)，碳額可高達69.7萬(wàn)tCO2/a。

不同地區試點(diǎn)碳交易價(jià)格不盡相同，北京等大城市碳價(jià)最高，北京目前為80~100 元/tCO2。以北京為例，污水處理廠(chǎng)出水余溫熱能一次提取最大可獲得碳額(供熱工況)市場(chǎng)價(jià)值高達≥6 000萬(wàn)元/a。

北京夏季出水溫度22~25 ℃，冬季10~16 ℃。水源熱泵提取溫差為4 ℃時(shí)，出水余溫熱能在夏季可提取2次，而冬季則可提取2~3次；熱泵機組COP發(fā)生變化，約降2~3%；每年可獲得195萬(wàn)個(gè)(5 340 tCO2/d×365 d)核證減排量(CERs)，可帶來(lái)高達1.56~1.95億元/a碳交易市場(chǎng)價(jià)值。

4 余溫熱能碳交易市場(chǎng)潛力

在碳交易市場(chǎng)機制之下，污水余溫熱能利用完全可借助以下模式實(shí)施：污水處理行業(yè)納入碳交易體系或是通過(guò)開(kāi)發(fā)相關(guān)碳減排項目獲得相應CERs；同時(shí)，需要政府部門(mén)通過(guò)相關(guān)政策、法規完善碳交易機制，助力污水余溫熱能在碳市場(chǎng)推動(dòng)下開(kāi)發(fā)利用，實(shí)現經(jīng)濟、環(huán)境雙重效益。

《歐洲綠色新政》碳中和目標貫穿歐盟所有政策領(lǐng)域。歐洲國家須提高碳減排力度，擴大減排范圍、加快減排進(jìn)程，這就給歐洲地區碳交易市場(chǎng)交易體量、規模、碳定價(jià)等方面帶來(lái)了新的發(fā)展契機。我國以發(fā)電行業(yè)為突破口率先啟動(dòng)全國碳排放交易體系，分階段逐步擴大碳交易市場(chǎng)覆蓋范圍。生態(tài)環(huán)境部完善《碳排放權交易管理暫行條例》，將充分利用市場(chǎng)機制控制溫室氣體排放，以推動(dòng)全國碳市場(chǎng)的建設和發(fā)展。

碳交易市場(chǎng)涵蓋的碳排放量與日俱增，碳市場(chǎng)體量及價(jià)值穩定上升，尤其是在中國碳交易市場(chǎng)建立之后(圖4)。污水處理行業(yè)今后應該也會(huì )納入碳交易市場(chǎng)。雖然污水處理廠(chǎng)自身存在諸多節能降耗實(shí)現碳減排的方法，但通過(guò)回收利用污水余溫熱能則可實(shí)現更多碳減排量，可“事半功倍”地使污水處理廠(chǎng)運行實(shí)現碳中和并實(shí)現碳交易獲利。

中國預計碳價(jià)在2025年為75元/tCO2，2030年將升至116元/tCO2，最終在2050年達到186元/tCO2。污水余溫熱能利用碳交易市場(chǎng)價(jià)值將會(huì )翻倍增加；到2050年，案例水廠(chǎng)(Q=100萬(wàn)m3/d)碳額市場(chǎng)理論價(jià)值將超過(guò)3.5 億元/a (圖5)。

5 碳交易機制下余溫熱能利用

污水余溫熱能集中利用，可避免水源熱泵換熱器結垢、堵塞、腐蝕等問(wèn)題，亦可解決冬季線(xiàn)上大規模利用導致對集中式污水生物處理不利現象。集中利用出水熱能可形成規模，便于市政供熱統一規劃利用；原位分散式熱交換系統投資多、占地多、影響后續集中生物處理。污泥分散式干化、集中式焚燒（用于發(fā)電），可實(shí)現低品位熱能向高品位熱能的“華麗轉變”。

6 結論

● 污水中熱能含量巨大，有效利用不僅可使污水處理運行實(shí)現“碳中和”目標，而且可獲得較多潛在碳交易額；

● 一旦污水余溫熱能被列入“核證減排量(CERs)”清單，碳交易獲利空間很大；

● 碳交易價(jià)格定會(huì )不斷攀升，這會(huì )促進(jìn)污水處理余溫熱能利用。