2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上郑重承诺，中国二氧化碳排放量将在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。近年来，中国又在多次国际会议上重申“双碳”目标，表现出坚定不移落实“双碳”目标的态度，各行各业都在探讨如何实现碳中和，作为供水行业绿色低碳转型势在必行。目标有了，那么该如何实现这一转型？在2022（第七届）供水高峰论坛上，珠海水务环境控股集团有限公司副总工程师王杭州分享了珠海水控的思考——“‘双碳’背景下供水企业绿色低碳发展的途径”。
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珠海水控集团副总工程师王杭州
一、供水系统的碳足迹
要想知道如何降碳，首先要知道碳在哪里产生。供水系统可以分为原水系统、净水系统、市政管网输送系统、用户内部配给系统，不同系统碳排放情况不同。
原水系统中，泵房运行需要消耗大量能耗，属于碳排放边界条件里的间接排放，而原水在输送过程中并不会通过生化反应产生直接排放或者产生碳汇。取水(一级)泵站和原水管网规划布局的不合理、管网漏损造成的水耗增加以及水泵运行不合理均会导致输送过程中能耗的增加，同时，日益增长的长距离输水系统也带来了更高的能耗。
净水系统中，无论水厂的规模大小，送水泵房在水厂中的能耗最高，约占84%~88%，其次是过滤约占7%~14%，混凝沉淀约占2%左右，废水处理约占2%左右，因此水厂节能的重点在送水泵房以及滤池单元。
市政管网输送系统的主要能耗来自两部分，一部分来源于输水和配水的管道系统设计不合理及管网漏损，另一部分来源于中途加压泵站设计不合理、泵站日常运行的能耗。
用户内部配给系统包括供水管网、水池（地下或高位）、加压泵房及其他配套设施，在这些组成部分中，加压泵站日常运行的能耗、供水系统设计不合理和管网设施漏损加大导致泵站额外增加的能耗属于碳排放的间接排放，是影响用户内部供水系统碳排放的主要因素。
供水系统流程
供水各阶段的排放路径已经基本明了，如何测算出具体的碳排放量呢？王杭州指出，回到最本质的过程，从能量转化的角度来说，供水就是以能耗换水质、压力和水量。供水企业使用大量电能以去除原水中的杂质和污染物，同时满足用户对水压、水量的要求，间接产生大量二氧化碳排放；其次是水处理需要消耗药剂，间接排放温室气体；此外，工作用车和人员呼吸也会释放二氧化碳。供水主要通过消耗电能进行碳排放，因此可以依据电能消耗初步量化不同阶段的碳排放情况。在此基础上，王杭州分享了对供水系统供给侧和需求侧碳排放情况的测算结果。
供给侧包括原水、净水、市政管网输送系统，每年电耗约为225亿kWh。
需求侧主要是用户内部配给系统。2020年用水人口6.85亿，拥有二次供水设施约21万套，按照每一套设备的装机容量二十千瓦计算，全国装机容量420万kW，按照城镇居民水量50%需要加压、吨水耗电量0.7544kWh/m³计算，全国每一年居民生活用水的二次加压耗电量约在158亿kWh，如果加上其他非居民二次加压的耗电量，估计比出厂前的耗电量还要多。
2022年3月15日，生态环境部发布的《关于做好2022年企业温室气体排放报告管理相关重点工作的通知》，全国电网排放因子为0.581tCO2/MWh，就是581gCO2/度电。计算出全国供水系统间接碳排放量为2225万吨CO2。
对珠海来说，原水环节和水厂环节的能耗占比更高，这是珠海特殊的原水条件造成的。结合其他城市的研究表明，在大多数情况下，二次供水环节的能耗占比相对更加突出。
二、低碳绿色发展途径
根据各环节碳足迹情况可以看出，双碳的重点在泵房，再加上2021年新水价管理办法的出台，明确了二次加压环节的电费等将计入供水成本，说明需要围绕加压泵房开展更多深入的思考。因此，王杭州提出从水泵的能耗公式探索碳减排方法——
C代表能耗，η1·η2·η3代表变频器、电机、水泵的效率，H代表水头。在供水行业，η1·η2·η3综合效率一般为70%，由此可得供水系统千吨米耗电一般为3.89kWh/千m³·m。可以看到，C要减小，H就要减小，η1·η2·η3就要提高，珠海水控基于此提出了低碳绿色发展途径：
1.选择高效机组并高效运行；
2.确定合理的输送距离和管径，降低水泵所需扬程；
3.降低管网漏损，提高管网效率。
不同环节碳减排措施
王杭州建议，要将碳减排路径推广到从源头到龙头的全流程，在供水系统的不同阶段，采取不同的手段。
具体而言，原水系统中，要合理选择水源以及提升原水输送管网效率；净水系统中，进行工艺升级改造、使用高效机组、智慧加药以及合适的工艺，在保证水质的基础上选择低碳工艺；市政管网输送系统中，推动管网升级改造、降低漏损、加压泵站尽量使用叠压；用户内部配给系统中，完成二供系统改造，使用集中加压、建立区域化泵站等手段提高运行效率。与此同时，智慧水务为双碳带来了新的机遇，例如智慧加药、智慧水泵等，有助于实现供水系统高效运行。
王杭州进一步提出针对供水系统的供给侧和需求侧采取不同的碳减排措施。
供给侧要“稳”：从源头到用户红线全链条统筹、持续优化。供水行业已经进行了一系列能耗优化改进工作，成效显著。具体而言，提高水泵和电机运行效率，是设备节能的关键，加强对管网系统需求变化、机泵特性曲线与实际运行情况之间的匹配程度分析，对匹配情况差异性较大的进行重新设计改造，寻求最佳泵组效率组合；统筹考虑水厂和供水水库泵站一体化调度运行模式；在新建、技改等项目中把好设备选型关（H、Q额定值应是运行最长时间值，而不是最大值），优先采用环保型、节能型电气和设备，逐步淘汰高能耗、低能效设备。_ueditor_page_break_tag_
需求侧要“改”：首先是观念要改，二次供水环节从用户承担到供水企业承担，从小规模管理到统筹全局；其次是设施设计运行要符合高效的准则。展开来说，城镇二次供水的加压电费通常通过物业公司向业主收取，二次加压系统存在设计、运行不合理情况，缺少必要的优化改进措施，而且供水企业对此环节的数据获取也不够充分。基于二供相关数据，对二供水的加压方式、运行模式、机组的流量、扬程、运行效率等进行分析，找出符合各地实际的加压方式、机组流量、扬程、运行模式等，有助于提高需求侧运行效率。
另外，清洁能源的自产和使用对碳减排也有重要作用。安装太阳能光伏发电提供一定的能源补给、将车辆改为使用清洁能源、在选择产品和材料时将低碳足迹作为重要标准等。
王杭州分析，要实现供水系统“碳中和”，可通过节能（减排）和使用清洁能源，但克服管网阻力需要消耗能量，水泵、电机的效率也达到瓶颈，固有的能耗依然存在，而自产清洁能源对于大型水厂来说也是杯水车薪，通过我们自身努力无法达到“碳中和”，因此，要全面实现碳中和目标，只能通过市场购买清洁能源。
三、节能潜力和建议
在对未来的展望中，王杭州分享了对供水企业节能潜力的测算结果：
供给侧以江苏苏南为例，按照411kW.h/千m3·MPa（深度处理）的能耗管理水平作为未来节能的潜能目标，江苏节能潜力为10.4%，推算出全国每年节电潜力为23.4亿kWh。
需求侧按照居民二供泵房运行效率在15-30%，效率提高一倍计算，全国每年节电潜力为79亿kWh。如果加上其他加压泵房，节能潜力巨大。因此，加强需求侧管理，是助力供水系统早日完成“双碳”目标的重点。
面对如此巨大的节能潜力，王杭州提出了以下建议——
在供给侧，取水泵站要根据出现频率最大的河水水位、水库水位作为依据确定水泵扬程，而不是根据最高水位；在确定扬程时要考虑初期供水规模，避免水泵流量过大、扬程过高，出现大马拉小车造成电耗过高。
在需求侧，建议各地对二供系统进行研究，找出符合本地实际的设备选型、运行方式。同时强化管理，确保现有设备高效运行；因大泵效率较高，建议在合适地点建设集中加压设施，提高运行效率和减少运行管理人员，节省成本；其实，“工频水泵+屋顶（高位）水池”才是最节能的方式，具有经济、可靠、安全、降漏、平衡管网等特征，有条件的区域可以采用，辅以叠压方式，节能效果可观。
最后，王杭州总结，在转型过程中，要充分保障供水安全，只有平衡好两者之间的关系，才能平稳实现供水企业绿色低碳转型。
