高校能源利用現狀及碳排放基線研究

孫海莉 臧思情 黃剛 孫勇凱 張晗

0 引言

在低碳減排的國際背景下，我國順應時代潮流，提出了2030 年“碳達峰”、2060 年“碳中和”的長遠目標。對應國內一系列最新政策的出臺，各個行業積極響應，紛紛就本行業“碳達峰”“碳中和”的目標開展探索和實踐。

我國高等學校作為社會的重要組成單元，具有人數多、規模大的特點，據統計，一所中等體量的高校每日用電量平均為60 000kW·h，按照普通家庭一年用電量1 000 kW·h 計算，可供普通家庭使用60 年。根據住房與城鄉建設部 2005 年對 45所高校能耗和水耗消費數據統計，高校人均用水量是全國人均用電量的1.95 倍，人均年能耗是全國的4.32 倍。高校用能居高不下必然導致高校碳排放量持續走高。

高校校園是城市中的重要組成部分，其節能減排對于城市有著重要意義。當前我國正逐步向環境友好型和資源節約型社會轉型，建設綠色低碳校園是其中的重要環節。實現高校校園節能減排，不僅能有效降低校園和城市的碳排放量，還能作為優秀示范案例，為城市推行低碳節能相關行動和政策提供指導，給城市節能減排帶來積極作用。而對于高校校園碳排放的準確評估和動態感知是控制和降低校園碳排放的技術前提。

1 高校碳排放計算邊界條件

1.1 計算邊界

組織邊界是指從組織結構的角度確定核算范圍，即確定哪些設施或運營產生的排放屬于研究核算范圍，且每個設施或運營操作排放量的百分之多少屬于清單范圍。運營邊界是在組織邊界的基礎上，對報告實體核算范圍內的全部排放活動進行統一分類，以便有效管理。

設定本文研究對象的組織邊界為高校或高校某一校區空間范圍內，與學校運行相關的所有建筑和設施，包括教學、實驗、辦公、后勤、圖書館等全部建筑，后勤部門食堂、爐灶、設備用房和校園內通行所有機動車輛產生的CO排放。

1.2 計算區間選取

碳排放計算分為全生命周期的計算及部分階段碳排放的計算。本研究報告中將學校系統作為一個整體，學校的全生命周期包括建設期、運營期及運營后期。運營期所占碳排放比例最大，一般約占83%，而運營期也是在校人員主要活動的階段。針對校園運營時期的碳排放計算可對校園某一時期內的碳排放量化并提出相應的措施。所以將目標高校碳排放計算研究計算限定為2017～2019 年處于運營期間的學校。

2 高校碳排放計算方法

髙校的碳排放結構相對于其他的社會環境有其自身的特點，但是從整體方面而言還是相同的：一方面是碳的排放，另一方面為碳的吸收。在校園碳排放過程中主要有碳排和碳匯兩方面，計算公式如下：

目前碳排放計算中，對直接排放和間接排放的計算相對容易，而對于其他間接排放計算相對困難，沒有較為統一的計算方法，相關數據較少。選擇碳排放因子計算方法，即碳排放為能源消耗量與該能源所對應的碳排放因子的乘積；或者選用折合標準煤計算方法，即將能源的使用量統一折合成標準煤，根據所在地區實際情況折算成對應熱值的碳含量。上述兩種方法有各自的側重點，可以看出折合標準煤計算方法是碳排放因子計算方法的前一步。在實際運用中若針對區域內CO排放的計算，使用碳排放因子計算更加方便；若地方能源使用相對固定，針對相關能源的碳氧化率的研究或有研究地區當地的能源氧化率方面的資料，則選用折合標準煤計算得出的結構更加準確。

本報告研究主體為校園環境，屬于區域內的CO計算，選擇碳排放因子計算方法更為方便準確。

3 目標學校遴選及數據分析

3.1 目標學校篩選

3.1.1 編號說明

為了便于比較不同氣候區和不同類型學校的碳排放量，用字母A～E 分別代表位于嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區、溫和地區的學校，角標“理科”“文科”“綜合”分別代表理科類院校、文體類院校、綜合類院校。

3.1.2 遴選說明

本研究選取的15 所學校分別來自包括黑龍江省、吉林省、內蒙古自治區、北京市、浙江省、陜西省、四川省、重慶市、河南省、云南省、廣西壯族自治區等省市，包括理工學校、師范學校、體育學校、財經學校、多學科綜合學校等類型學校。覆蓋范圍較廣，氣候分區比較典型，使得學校能耗數據較為有代表性，更利于后續學校碳排放的計算和分析對比。

3.1.3 數據說明

對目標學校的基本信息進行統計，包括在校師生人數、占地面積、建筑面積等信息。根據統計信息可知，學校在校師生人數總體呈現緩慢上升趨勢，見圖1。目標學校占地面積在三年統計期內均無變化，建筑面積基本無明顯變化，即除學校師生人數少量增加外，無學校擴建改建等嚴重影響學校碳排放核算的因素。

圖1 學校三年師生人數變化圖

3.2 目標學校不同功能區面積占比

將目標學校分為教學區、宿舍區、食堂區、文化活動區四大功能區，分析不同功能區域內各類能源資源消耗的構成和特點。四大功能區詳細劃分如下：

（1）教學區：包括學校的各類教學樓，以及土木樓、經管樓等各專業的專業樓。

（2）宿舍區：為學校男女宿舍樓區域。

（3）食堂區：學校的食堂中心，包括綜合食堂、清真食堂、教職工食堂等。

（4）文化活動區：主要指圖書館建筑。

經過數據分析，高校中宿舍區的面積占比最高，最高將近60%，平均占比為48.1%；教學區面積占比次之，最高占比超過30%，平均占比為22.9%；文化活動區面積占比最高接近10%，平均占比為7.7%；食堂區面積占比最低，平均占比為3.5%。

3.3 能源消耗種類分析

經過對15 所不同地區不同類型高校能源系統調查顯示，高校主要能源消耗種類集中在四種能源：電力、天然氣、熱力、油（汽油、柴油）。

3.3.1 能源種類及占比分析

統計目標學校能源消耗，計算各學校在不同氣候區下三年平均能耗。觀察目標學校能耗占比統計表可知（見圖2），除B和D兩所學校使用天然氣占比最多之外，其他13 所目標學校能源消耗種類占比最高的均為電力，最高達到96.19%，最低達到59.57%。由此可知，電力能源依然是學校能源消耗的主力。

圖2 15 所目標學校2017～2019 年能源消耗統計表

由于中國南方地區冬季不供暖，學校能源消耗幾乎全部來自電力消耗，因此學校對電力供應的依賴程度較高。北方地區供暖形式主要分為兩種，一種為市政供熱，一種為學校自供熱。通過B和D兩所學校能源消耗構成可知，自供熱的學校主要采用天然氣供熱，這與我國逐步減少煤炭依賴、大力推廣清潔能源政策相適應。

3.3.2 不同功能區能耗占比

計算各高校在不同功能分區下電力、熱力和燃氣的能耗。為了方便對比，將三種能耗數據統一換算成標準煤。

經過計算可知，教學區域能耗占比最高，最高可達60%。教學區域建筑包括教學樓和各專業用的實驗教室、模擬教室等。占比第二高的為宿舍和食堂區，宿舍區能耗全部為電力消耗，食堂區能耗主要由電力和燃氣能耗組成。占比最低的為文化活動區，主要包括圖書館等建筑，能耗占比不到10%。

4 高校碳排放基線

經過對15 所不同氣候區不同類型高校進行碳排放計算，分別得到15 所目標學校的總碳排放量。對這些數據進行分類匯總分析，制定國內不同類型高校碳排放基線和不同氣候區高校碳排放基線，從單位建筑面積碳排放和人均碳排放兩個指標出發，在兩個方向維度上對兩個基線進行討論。

4.1 人均碳排放基線

定義目標學校碳排放總量與學校在校用能人數的比值為該高校人均碳排放量，因為高校每年用能人數與碳排放量均是動態變化的，取2017～2019 年的平均值計算年人均碳排放量，分為不含碳匯值和含碳匯值。

（1）同一氣候區下高校年人均碳排放基線，如表1 所示。

由表1 可知不同氣候區下高校年人均碳排放基準線（不含碳匯）：嚴寒地區和寒冷地區高校，年人均碳排放均超過1tco/人·年，嚴寒地區更是將近3 tco/人·年，其他氣候區的高校年人均碳排放量都在1tco/人·年以下，且相差不明顯；不同氣候區下高校年人均碳排放基準線（含碳匯）：年人均碳排放在1～2tco/人·年，而位于其他氣候區的高校人均碳排放量都在0.5tco/人·年以下。通俗意義上可以說，北方地區學校人均碳排放是南方地區學校的2～4 倍。

表1 不同氣候區學校碳排放匯總表

（2）同一類型高校年人均碳排放基線，如表2 所示。

表2 不同類型高校碳排放匯總表

由表2 可知同一類型高校年人均碳排放基準線（不含碳匯）：不同類型高校年人均碳排放量均超過1 tco/人·年，綜合類高校年人均碳排放量最高為1.342tco/人·年；同一類型高校年人均碳排放基準線（含碳匯）：理科類高校與綜合類高校人均碳排放量均在0.9tco/人·年以上，且兩種類型高校相差不多，綜合類高校略高于理科類高校，但均1.2 倍高于文科類高校。

4.2 功能區碳排放統計

分析目標學校不同功能分區碳排放，在以市政熱力為采暖方式的學校中，宿舍區碳排放占比最高，將近60%。其他目標高校中，以教學區碳排放比例最高，占比也將近60%。由此說明，宿舍區和教學區域是學校建筑碳排放主要來源。

5 結論

通過以上對碳排放理論的研究及對目標學校能源消耗和碳排放的計算研究，得到國內高校年人均碳排放基線（不含碳匯）：理科類學校為1.245 tco/人/年，文科類學校為1.110tco/人/年，綜合類學校為1.342tco/人/年；國內高校年人均碳排放基線（含碳匯）：理科類學校為0.943 tco/人/年，文科類學校為0.786tco/人/年，綜合類學校為0.951tco/人/年。

目標學校中，宿舍區和教學區域是高校建筑碳排放主要來源，高校在進行節能降碳時，應重點考慮這兩個區域的節能改進。