自来水厂碳中和破局之道：“减、换、抵”三步走

在国家“双碳”战略目标下，作为城市基础设施中的“能耗大户”，水务行业面临着紧迫的减排任务与转型挑战。在2025（第十届）供水高峰论坛上，哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司副总经理郑成志以“碳中和自来水厂实施路径设计与实践”为例，系统性地阐述了自来水厂的碳中和实施路径与创新实践，他指出当前自来水厂碳中和推进过程中存在的“设计基准偏高、内潜挖掘不足”等痛点，并创新性地提出了以“低碳为先、厂内中和、系统筹划、兼顾效益”为核心的碳中和自来水厂设计原则，构建“减碳、换碳、抵碳”三步走的实施路径。 

哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司副总经理

郑成志

01. 碳中和自来水厂概念

中国科学院大气物理研究所将碳中和定义为：国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的CO2或温室气体排放总量，经节能减排、植树造林等形式抵消，实现正负抵消，达到相对“零排放”。根据碳中和的定义，自来水厂碳中和概念定义为：自来水厂碳中和判断标准为碳抵消比例≥100%，实现相对的零排放，可以认定为水厂实现碳中和，为便于量化评估，“一定时间内”明确限定为水厂的运营期。

02. 水厂碳中和措施分析

污水处理厂碳排放包括直接排放和间接排放，直接排放主要产生于生物处理过程，这个过程产生的全球变暖潜能值（GWP）高，是污水厂碳排放的主要类型；间接排放包括电耗、药耗及其他部分。而自来水厂的直接碳排放很少，几乎可以忽略不计，间接排放比例高达99%以上，核心来源为电耗与药耗。

基于自来水厂和污水厂碳排放类型存在显著差异，二者在碳减排方向也不同。针对污水厂碳排放特点，污水厂的碳中和措施可以归为三类：一是通过节能降耗实现源头减排；二是实现能源的回收，绿色能源替代补充；三是通过生态固碳进行碳排放的抵消。

污水厂碳中和措施

结合自来水厂碳排放特点，自来水厂碳中和措施可以归为四类：一是节能降耗；二是过程减排与碳汇建设；三是绿色能源开发；四是碳抵消与技术创新。

自来水厂碳中和措施

相较于污水厂，自来水厂因自身工艺特点与资源条件限制，在碳中和过程中能源回收措施受限，同时，区域电力碳排放系数直接影响清洁能源发电的碳抵消效果，如南方电力碳排放系数低（广东0.445kgCO2/kWh），清洁能源可抵消的碳排放量少，进一步增加了碳中和的难度与成本。

总体来说，自来水厂碳中和进程中存在碳排放强度设计偏高、内潜挖掘不足、系统性欠缺与效益失衡四大核心问题，严重制约了自来水厂碳中和的推进效率与可持续性：

1.碳排放强度设计偏高。特别是针对自来水厂，碳基准高造成碳抵消任务较重，很难实现；

2.依赖厂外措施。没有充分地挖掘供水系统内部潜能，依赖如购买碳指标、植树造林等外部措施；

3.系统性欠缺。忽略原水系统、配水管网整体考量，未形成系统性方案；

4.经济效益失衡。部分措施为了实现碳中和投资过高或经济效益低，企业推广存在一定障碍。

03. 碳中和自来水厂实施路径设计

基于上述自来水厂碳中和难点，为解决当前自来水厂碳中和主要问题，郑成志提出“低碳为先、厂内中和、系统筹划、兼顾效益”四大核心设计原则，共同构成碳中和自来水厂设计指导框架。

低碳为先：在水厂的规划设计阶段，充分考虑水厂是低碳运行，强调从规划设计源头控制碳排放。如将输水系统、配置系统设计为重力流，极大的节约电耗；在泵送流系统，优化调度、泵组效率提升，以及实现制水工艺的绿色工艺，实现电耗节约。

厂内中和：在供水系统内部物理边界上去挖掘措施，强调充分挖掘供水系统内部潜力，减少对外界碳抵消措施的依赖。

系统筹划：打破传统“重厂区、轻系统”设计思维，把原水、自来水厂、配水管网设为一个整体，实现供水系统整体碳中和目标。

兼顾效益：强调实现环境效益与经济效益双赢，解决经济效益失衡。

基于四大设计原则，构建“减碳、换碳、抵碳”三步走的实施路径，从“削减排放”到“替代排放”再到“抵消排放”，形成完整的碳中和路径。

"减碳"核心措施是重力流输配+优质原水+低药耗工艺，目标是降低碳排放强度。

"换碳"核心措施是富余水头发电+厂区分布式光伏，用碳排放系数低的措施进行替代，达到清洁电置换外购电。

"抵碳"核心措施是自发清洁电+余电上网销售，目标是抵消不可避免的碳排放。

04. 碳中和水厂案例实践

粤海水务大罗水厂位于广东省梅州市丰顺县，原水水质达到Ⅰ类，采用网格絮凝+平流沉淀+V型滤池水处理工艺。水厂在2023年正式投产运行，一期供水规模为5万m³/d，是按照“减碳、换碳、抵碳”路径设计的碳中和水厂。

低碳设计。在设计方面以“低碳为先”为核心，通过优化水厂选址，原水与自来水均采用重力流输配模式，在实现输水配水均为重力流输送的同时，实现富余水头开发利用。供水系统电耗低至16.57kWh•kt-1，仅为行业平均水平（243.17kWh•kt-1）的6.81%；同时依托优质原水，大幅降低制水药耗，PAC用量平均1.11kg•kt-1，NaClO用量平均1.64kg•kt-1。

水力发电。在实现重力流输配基础上，提高原水管末端水压，利用原水45m的富余水头，设计功率250kW的水力发电机组，所发电量优先供给厂区生产使用，为厂区电力供应提供清洁补充，有效替代了外购电，抵消了间接碳排放。

光伏发电。水厂充分利用厂区空间资源布设分布式光伏，总面积达4844.5m2，总装机容量587.19kWp，采用“自发自用，余电上网”模式，年均发电量可达64.8万kWh，有效补充清洁电力。

智慧管控。研发应用智能加药系统，实现药剂配制、输送和投加全流程的减排降碳；对供水管网进行压力分区管理、重力流配水压力动态调控，减少管网漏损；采用远程数智化运维，实现少人值守，多维度提升运营效能。

通过对大罗水厂完整运营年度的实际运行数据进行核算，其碳抵消比例可达211%，远超过100%的碳中和标准，且碳排放强度仅为0.00959kgCO2/t，充分实现低碳。

基于水力发电和光伏发电良好的投资效益，在具备地形条件、光照资源丰富地区具备较好的推广性。针对光伏的推广，目前粤海水务已在55个厂站建成光伏发电，总装机容量为45兆瓦，年发清洁电4400万度；针对水力发电，5个具备条件的项目正在实施。

05. 结语

粤海水务以“低碳为先、厂内中和、系统筹划、兼顾效益”设计原则与“减碳、换碳、抵碳”实施路径，建设碳中和自来水厂，大罗水厂案例实际运行数据测算碳抵消比例为211%，碳排放强度仅为0.00959kgCO2/t，实现低碳运行，具备较好的经济效益。

为进一步提升自来水厂碳中和水平，粤海水务未来将从以下四个方向发力：深化能源回收利用技术、革新高效低耗处理工艺、强化智慧化与精准控制赋能、促进可再生能源的深度耦合与自给自足，全面推动自来水厂向“全能源回收、超低碳工艺、智慧化运行、能源自给自足”的高阶迈进，构建更高效、可持续的碳中和体系。

编辑：赵凡