江苏省公共机构碳达峰问题探析

当前，距离“双碳”目标提出已经过去了3年时间，离实现碳达峰目标还剩7年时间，各地各级“双碳”主管部门及广大群众关注的首要问题是，本地区或者本系统碳排放的峰值是多少，什么时候能够达峰？下面，以2021年度江苏省公共机构能耗统计数据为基础，主要探讨江苏省公共机构碳达峰相关问题。

一、建立全省公共机构碳排放数学模型

江苏共有28000余家公共机构，受政府机构改革、人口政策调整、经济社会发展、能源结构变化、疫情防控等多重因素影响，公共机构数量、建筑面积、用能人数、能耗总量等均会发生变化，最终导致碳排放总量发生变化。2015-2021年江苏省公共机构数量、用能人数及碳排情况分别如图1-3所示。

图1 江苏省历年公共机构数量

图2 江苏省历年公共机构用能人数

图3 江苏省历年公共机构碳排放总量

2021年，江苏省公共机构碳排放总量约为958万吨CO₂e。2015-2019年，江苏省公共机构碳排放总量整体呈现比较平稳的趋势，历年相差不大，2019年碳排放总量最高，约达到986万吨。2020年受疫情影响发生较大下滑，随着疫情好转，2021年碳排放量有所提升。

全省公共机构用能主要集中在电力、天然气、汽柴油、热力、煤炭等，电力消费对应的碳排放量超过碳排放总量的85%（见图4）。电力所对应的碳排放量呈现逐年上升趋势，表明全省公共机构以电力为主的能源消费结构愈发凸显，电力领域是全省公共机构实现“双碳”目标的最重要切入口。

图4  2021年江苏省公共机构各类能源碳排放量占比

根据国管局印发的《公共机构能源资源消费统计调查制度》和《公共机构碳排放核算指南（暂行）》的相关内容可知：

江苏省某个公共机构的碳排放量=0.683×电消费量+1.792×煤炭消费量+2.162×10^(-3)×天然气消费量+2.221×10^(-3)×汽油消费量+2.703×10^(-3)×柴油消费量+2.923×液化石油气消费量+0.189×热力消费量+5.56×其他能源消费量。即碳排放量与上述8类能源的消费量有关，所以预测未来几年甚至几十年内碳排放量，就是预测上述8个消费量的值。

为准确预测全省公共机构碳排放峰值，我们委托江苏现代低碳研究院建立了数学模型。该模型是基于时间序列数据相关的长短期记忆模型LSTM（Long Short Term Memory），主要原理如图5。

图5  LSTM模型原理图

根据该模型原理图可知，假设我们要预测t+1年的碳排放量，除了和该公共机构t年的上述8个消费量有关，还应考虑该公共机构的建筑面积、用能人数、汽油车数量、柴油车数量、新能源汽车数量、充电桩数量、太阳能集热器面积等。利用该模型输入2015年以来全省公共机构能耗统计中涉及的15个数据，反复进行训练培育，即可根据已知的t年数据，通过LSTM模型获取t+1年相关参数，可以预测未来几年甚至几十年碳排放情况。利用上述方法，绘制2040年之前全省公共机构碳排放趋势如图6。

图6  LSTM模型预测江苏省公共机构碳排放趋势图

从图6可以看出，受新冠疫情等多种因素影响，江苏省公共机构过去几年碳排放量出现了一定波动。此后，如果保持现有工作状态，预计江苏省公共机构将在2031年左右实现碳排放达峰，峰值约为1005万吨CO₂e。

根据LSTM模型预测，江苏省公共机构将于2031年实现碳达峰，与2030年前达峰的要求不符。因此必须强力干预，主要途径有两条：一是采取模型预测之外的技术手段推进节能降耗；二是充分利用可再生能源，大量建设光伏发电项目。为此，必须研究清楚全省公共机构运用模型预测之外的技术手段进行节能降耗的空间还有多少，可再生能源利用的空间有多大，以及采取什么举措、需要多长时间可以节降或者利用到位。

二、全省公共机构节能空间分析

公共机构作为重要的能源用户端，其能源消费主要体现在以下方面。

电力消费。全省公共机构占比为72.73%。公共机构电力消费主要集中在灯光照明、空调取暖制冷、动力设备运行、办公用具、通讯传媒等。

天然气消费。全省公共机构占比为14.03%。天然气主要用于政府机关、学校、医院、职工食堂等场所的燃气灶具、热水器、燃气锅炉采暖制冷等用途。

汽柴油消费。全省公共机构占比为6.38%。汽柴油消费主要用于全省公共机构公务车辆运行。

煤炭消费。全省公共机构占比为0.78%。煤炭消费主要集中在少数地区公共机构的锅炉燃烧取暖。

热力消费。全省公共机构占比为5.47%。热力消费主要用于特定场所（医院、苏北部分地区等）取暖。

结合以上分析，以及全省各类能源消费数据来源，全省公共机构的节能空间主要集中于以下方面。

（一）电机设备节能。以空调为例，功率以P（匹）为单位，1匹约等于735w。1匹空调压缩机制冷量一般为2200－2800w，制热量比制冷量多10-15%。功率与面积的换算关系是每㎡对应的制冷量为180w，输出功率约为53w；制热量则为220w，输入功率约为65w。

全省公共机构建筑面积为27512万㎡，照明覆盖面积与建筑面积的常规换算系数是1.3，办公使用面积通常占照明覆盖面积的60%以内。因此，全省公共机构照明覆盖面积=27512÷1.3≈21163万㎡，办公使用面积=21163×60%≈12697万㎡。

依据《中央行政单位通用办公设备家具配置标准》（财资〔2016〕27号）及相关配置标准，1匹空调约对应10-15㎡的办公使用面积。江苏省公共空调夏季制冷72天左右，平均运行时间6h/d；冬季制热60天左右，平均运行时间8h/d。

根据上述数据估算全省公共机构空调总用电量=12697万㎡×（72d×6h/d×53w+60d×8h/d×65w）/㎡=686900万kwh。2021年全省公共机构用电总量为1194805万kwh，空调用电约占总用电量的57.5%。

空调节能方法，可采用冷热回风改造、制冷工质（填充物）升级，以及调控管理等方法。例如，采用新型生态冷媒系列产品R290+替换传统氟利昂制冷剂，既有空调节电率可达10%-30%。使用生态冷媒对某品牌1匹空调氟利昂进行替换式节能改造，与改造前相比，制冷及制热能效比提高约15%，改造前年度用电量670kwh，改造后年度用电量581kwh，节电约13.3%。以2021年全省公共机构空调用电数据为基础，进行制冷媒介升级改造，假设五年内改造率达到20%，节电量=68.69亿kwh×13.3%×20%≈1.83亿kwh。

据了解，目前江苏省公共机构几乎没有采用制冷工质升级的方式对现有空调进行节能改造，因此1.83亿kwh节电量是采用完全异于以前的方式进行的节能改造，属于LSTM模型预测之外的新型干预产生的节能。

（二）照明系统优化。依据《建筑照明设计标准》（GB 50034-2004）估算，全省公共机构照明覆盖面积约为21163万㎡，照明用电量约为465586万kwh，占年度总用电量的38.96%。

目前，江苏省公共机构已基本普及LED节能灯具，因此宜采取系统管理的方式，对其进行整体能量空间优化。比如，开发照明优化管理平台，从时间及空间角度进行照明行为节能。时间节能：采用微波感知等数字化方式进行智能感应及开关，节省照明时间；空间节能：优化工作区域，集中照明空间，在停车场、会场等场景采取自动组网亮灯、“去开关化”AI智能控制。通过技术改造，利用各类照明节能等能量管理优化手段，参照《能量系统优化导则》（GB/T 35071-2018）及其他相关标准测算，综合节电率可达到5%以上。假设五年内改造完毕，节电量=46.5586亿kwh×5%≈2.32亿kwh。

综合上述分析，以5年时间作为节能降耗强干预手段的实施期限，通过对20%的空调设备进行制冷剂更换，对照明设备进行系统优化，节电量情况统计如表1。

表1  江苏省公共机构节能空间分析表

三、分析全省公共机构可再生能源利用规模

可再生能源主要包括太阳能、风能、水能、生物质能等，公共机构可以广泛利用的主要是太阳能。根据国家发展改革委印发的《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》，江苏省属于III类资源区，太阳能年等效利用小时数在1200-1400小时之间。而按照行业经验保守估计，1兆瓦光伏每年可发电100万千瓦时。

根据2022年10月对盐城市射阳县盘湾镇公共机构屋顶光伏建设的调研，盘湾镇作为市县确定的整镇屋顶分布式光伏推进试点镇，在包括镇政府、盘湾镇实验幼儿园、盘湾小学、盘湾中学、盘湾广播电视站、盘湾中心卫生院、盘湾水利站及13个村（居）委会的统计中，楼层高度平均为3层。整体上看，省、市级公共机构主体建筑楼层高度多数为7层以上，县以下公共机构建筑楼层高度多数为6层以下，因此全省公共机构楼层平均高度为5层左右。

太阳能光伏发电装置一般铺设在建筑屋顶、停车棚及空闲地块等处，综合考虑各方面因素，江苏省公共机构屋顶面积与建筑面积的比例以1：5估算为宜，因此理论上有5502.4万㎡屋顶等资源可建设太阳能光伏项目。按照5年时间对其中的30%即1650.72万㎡最终实现铺设，根据行业经验每1万㎡面积可铺设1兆瓦太阳能光伏发电装置，全省公共机构保守估计最终可形成1650.72兆瓦的太阳能光电装机容量，对应的年发电量为165072万kwh，相当于2021年全省公共机构用电总量的13.8%。

2021年全省公共机构太阳能光电装机容量为55.6兆瓦，发电量约占年度用电总量的0.5%。根据上述数据，可以制订江苏省公共机构光伏推广计划如表2。

 表2  江苏省公共机构光伏推广计划表

四、分析预测全省公共机构碳达峰时间及峰值

探讨全省公共机构碳达峰时间和峰值，可以设置包括2022年在内的未来某一年作为碳排放峰值的参考年。根据前文全省结论，由太阳能光伏发电解决用电增量问题；根据全省公共机构节能空间测算分析，通过对20%的空调设备进行制冷剂更换，对照明设备进行系统优化管理，解决用电存量问题，两方面同时发力可产生20余亿度电的碳减排空间，超过江苏省公共机构历年能源消费增长数量。以LSTM模型预测江苏省公共机构碳排放趋势图（图5）为基础，经科学加权汇总，得出该年全省公共机构能源消费总量为229.39万吨标煤，未超过2019年234.09万吨标煤这个高点，而碳排放总量为994.28万吨，也未超过2019年的995.58万吨，逐年预测情况如图7所示。

图7  江苏省公共机构碳排放预测趋势汇总图

当然，技术节能还可应用于电梯智能联动及能量回馈、机房恒温智能控制、厨房（锅炉）节气改造等诸多环节，可再生能源利用也还包括空气（地）源热泵、风能、太阳能光热系统建设等方面。此外，管理节能方面通过全面加强能耗定额管理、建立预算管理制度、推广使用新能源汽车等，可以大幅降低能源消耗；行为节能方面通过有效的宣传引导，树立大家的节能意识，也可以减少能源消耗。这些方面同时发力，产生的节能量和可再生能源量将远大于本文第二、三部分计算出来的数据。因此，江苏省公共机构只要全面采取可再生能源利用和节能降耗等干预手段，2030年之前碳排放峰值将肯定低于1000万吨，之后尽管仍有小幅波动，但其峰值应该不会超过这一数据。

（文/江苏省机关事务管理局公共结构节能管理处）

（如需转载，请注明出处为“全国机关事务管理研究会网站”。）