在國家“雙碳”戰略目標下，作為城市基礎設施中的“能耗大戶”，水務行業面臨著緊迫的減排任務與轉型挑戰。在2025（第十屆）供水高峰論壇上，哈爾濱工業大學水資源國家工程研究中心有限公司副總經理鄭成志以“碳中和自來水廠實施路徑設計與實踐”為例，系統性地闡述了自來水廠的碳中和實施路徑與創新實踐，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、內潛挖掘不足”等痛點，并創新性地提出了以“低碳為先、廠內中和、系統籌劃、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。 

哈爾濱工業大學水資源國家工程研究中心有限公司副總經理

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、產品、活動或個人在一定時間內直接或間接產生的CO2或溫室氣體排放總量，經節能減排、植樹造林等形式抵消，實現正負抵消，達到相對“零排放”。根據碳中和的定義，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%，實現相對的零排放，可以認定為水廠實現碳中和，為便于量化評估，“一定時間內”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，直接排放主要產生于生物處理過程，這個過程產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：一是通過節能降耗實現源頭減排；二是實現能源的回收，綠色能源替代補充；三是通過生態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：一是節能降耗；二是過程減排與碳匯建設；三是綠色能源開發；四是碳抵消與技術創新。

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，區域電力碳排放系數直接影響清潔能源發電的碳抵消效果，如南方電力碳排放系數低（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、內潛挖掘不足、系統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；

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

3.系統性欠缺。忽略原水系統、配水管網整體考量，未形成系統性方案；

4.經濟效益失衡。部分措施為了實現碳中和投資過高或經濟效益低，企業推廣存在一定障礙。

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、廠內中和、系統籌劃、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：在水廠的規劃設計階段，充分考慮水廠是低碳運行，強調從規劃設計源頭控制碳排放。如將輸水系統、配置系統設計為重力流，極大的節約電耗；在泵送流系統，優化調度、泵組效率提升，以及實現制水工藝的綠色工藝，實現電耗節約。

廠內中和：在供水系統內部物理邊界上去挖掘措施，強調充分挖掘供水系統內部潛力，減少對外界碳抵消措施的依賴。

系統籌劃：打破傳統“重廠區、輕系統”設計思維，把原水、自來水廠、配水管網設為一個整體，實現供水系統整體碳中和目標。

兼顧效益：強調實現環境效益與經濟效益雙贏，解決經濟效益失衡。

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+優質原水+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電+廠區分布式光伏，用碳排放系數低的措施進行替代，達到清潔電置換外購電。

"抵碳"核心措施是自發清潔電+余電上網銷售，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，原水水質達到Ⅰ類，采用網格絮凝+平流沉淀+V型濾池水處理工藝。水廠在2023年正式投產運行，一期供水規模為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，通過優化水廠選址，原水與自來水均采用重力流輸配模式，在實現輸水配水均為重力流輸送的同時，實現富余水頭開發利用。供水系統電耗低至16.57kWh?kt-1，僅為行業平均水平（243.17kWh?kt-1）的6.81%；同時依托優質原水，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。

水力發電。在實現重力流輸配基礎上，提高原水管末端水壓，利用原水45m的富余水頭，設計功率250kW的水力發電機組，所發電量優先供給廠區生產使用，為廠區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。

光伏發電。水廠充分利用廠區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“自發自用，余電上網”模式，年均發電量可達64.8萬kWh，有效補充清潔電力。

智慧管控。研發應用智能加藥系統，實現藥劑配制、輸送和投加全流程的減排降碳；對供水管網進行壓力分區管理、重力流配水壓力動態調控，減少管網漏損；采用遠程數智化運維，實現少人值守，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據進行核算，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，充分實現低碳。

基于水力發電和光伏發電良好的投資效益，在具備地形條件、光照資源豐富地區具備較好的推廣性。針對光伏的推廣，目前粵海水務已在55個廠站建成光伏發電，總裝機容量為45兆瓦，年發清潔電4400萬度；針對水力發電，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、廠內中和、系統籌劃、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據測算碳抵消比例為211%，碳排放強度僅為0.00959kgCO2/t，實現低碳運行，具備較好的經濟效益。

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、可持續的碳中和體系。

編輯：趙凡