碳中和下節(jié)能服務(wù)的多維解構(gòu)——日本經(jīng)驗與啟示

　　總書記提出“努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”目標以來，碳中和的概念在能源行業(yè)引起了廣泛討論，包括發(fā)展可再生能源、碳市場機制、發(fā)展氫能等多個方面，但是“能效是第一能源”的理念需要得到更多重視。能效是最為經(jīng)濟、對環(huán)境破壞最少、最為清潔的能源。能效與節(jié)能相關(guān)技術(shù)與服務(wù)通過“少用”來發(fā)揮效力，通過消耗更少的能源，產(chǎn)生更多的產(chǎn)出，與新時代高質(zhì)量發(fā)展的理念高度契合。

01碳中和背景下的節(jié)能重任

國際能源署（IEA）分析表明，對比既有政策情景和可持續(xù)發(fā)展情境（2℃溫控目標），能效與節(jié)能措施對2030年預(yù)期碳排放減少的貢獻達到一半，對2050年碳排放減少的貢獻達到37%，是最有效的減排途徑。其次則分別是可再生能源利用、燃料轉(zhuǎn)換、核能利用、碳捕集與封存(CCUS）等途徑的貢獻。能效提升對于我國30、60目標的實現(xiàn)同樣至關(guān)重要。

　　

　　圖1 既有政策情景與可持續(xù)發(fā)展情境的碳排放對比

來源：IEA (2019b), World Energy Outlook.

正如我們在《節(jié)能服務(wù)生死局——能源變革中的新視界》分析的，經(jīng)過多年的努力，我國節(jié)能減排工作取得了巨大成效。近期也有研究成果表明，分行業(yè)看我國能效水平已處于國際較好水平（高于加拿大、美國等國家），但不容忽視，我國單位GDP能耗仍較高，是世界平均水平的1.5倍，是美國的2.2倍，日本的2.7倍，德國的3倍。我國單位GDP能耗高的主要原因，一是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比例高達40.5%，其中高耗能產(chǎn)業(yè)占比又相對較高；二是在能效管理等方面，離德、日等國家確實有一定差距。

為助力實現(xiàn)碳中和目標，我國節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)仍有較大發(fā)展空間，本文將著重分析日本的節(jié)能政策與節(jié)能技術(shù)，以期為國內(nèi)節(jié)能產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展提供新思路。

02日本的節(jié)能減排目標與政策

（一）節(jié)能成效與目標

1973年世界石油危機以來，日本加大節(jié)能投入和政策引導(dǎo)，截至2016年實際GDP增長2.6倍，而最終能源消耗只增長了1.2倍，單位GDP能耗平均下降53.8%，約從2000年開始日本社會能耗總量已經(jīng)開始呈現(xiàn)下降趨勢。

　　

　　圖2 日本各部門能耗發(fā)展圖

來源：日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省

為應(yīng)對氣候變化，2014年左右，日本提出了兩階段節(jié)能減排目標：第一步，至2030年，整體減排與2013年相比降低26%，單位GDP能耗比2013年降低35%以上，每年能效提升約1.9%，能耗總量從2013年的3.6億kL原油（每L原油約38.28MJ）降低至3.3億kL。第二步，至2050年，整體減排與2013年相比降低80%，但受當前國際上主要經(jīng)濟體“碳中和”承諾影響，日本近期也表示2050年左右實現(xiàn)碳中和。

為實現(xiàn)第一步目標，2030年需要實現(xiàn)徹底節(jié)能5030萬kL原油，其中各部門應(yīng)實現(xiàn)的節(jié)能量為：工業(yè)部門節(jié)約1042萬kL，商業(yè)部門節(jié)約1226萬kL，運輸部門節(jié)約1607萬kL，居民節(jié)約1160萬kL。

　　

　　圖3 各部門2013年能耗量與2030年節(jié)約目標

來源：日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省

從上圖可以看出，雖然工業(yè)占總能耗比重最大，但工業(yè)部門節(jié)能潛力反而是四個領(lǐng)域中最低的，可見日本的工業(yè)節(jié)能已經(jīng)較為成熟，2014年起節(jié)能的主要增長點在建筑和交通，當前我國節(jié)能服務(wù)市場的發(fā)展也符合該趨勢。

（二）節(jié)能政策

日本高度重視通過法案等手段推動全社會節(jié)能，在1979年正式制定了節(jié)能法，此后進行了十幾次修訂，始終保證節(jié)能法基本適應(yīng)國家經(jīng)濟發(fā)展的實際情況。主要制度亮點如下：

1. 將標桿制度從工業(yè)部門拓展到商業(yè)部門自2009年起，對工業(yè)企業(yè)中的重點部門，如水泥、鋼鐵、電力等6大行業(yè)10個領(lǐng)域執(zhí)行標桿制度，標桿指標設(shè)定為各行業(yè)名列前茅的1-2成企業(yè)達到的能耗水平，并隨著整體水平的改善修訂標桿指標。標桿制度在工業(yè)領(lǐng)域的實施非常有效，從2016年開始拓展至商業(yè)領(lǐng)域，目前已經(jīng)在大學(xué)、國家公務(wù)機構(gòu)、彈子房（即日本的街邊游戲廳）引入標桿制度，并將繼續(xù)推行到覆蓋全產(chǎn)業(yè)的70%。由于商業(yè)領(lǐng)域不同業(yè)務(wù)形態(tài)與能耗量的關(guān)系比較復(fù)雜，因此對不同的領(lǐng)域采用不同的標桿設(shè)定方法：對于基本相似的便民店，采用單位GDP能耗法；對于差距較大的酒店和百貨店，以能耗量實際值與考慮到規(guī)模、營業(yè)額等因素的能耗預(yù)測值之比取標桿；對于受租戶影響較大的寫字樓，通過用軟件估算的節(jié)能率作為標桿指標。

2.對企業(yè)定期進行分級評價與督導(dǎo)對于工業(yè)企業(yè)，年能耗在1500kL以上企業(yè)要定期報告全年節(jié)能工作，并由國家相關(guān)機構(gòu)對工作狀況進行評估，主要評價標準是單位產(chǎn)值能耗年均削減1%以上。對于定期提交報告的工業(yè)企業(yè)和商業(yè)企業(yè)進行分級評價，對達到努力目標或者特定行業(yè)標桿目標的企業(yè)，評為節(jié)能優(yōu)良企業(yè)（S級），可以得到補貼加分、減輕節(jié)能促進稅等獎勵。對于節(jié)能停滯不前的企業(yè)（B級）實施重點檢查，其中表現(xiàn)尤其不佳的企業(yè)（C級）按照節(jié)能法相關(guān)條款進行處理。而對于S級和B級之間的一般企業(yè)（A級）進行發(fā)文督促。從實行效果來看，有超過一半比例的企業(yè)達到S級，A級和B級占比約30%、15%，沒有企業(yè)被評為C級，說明分級評價制度起到了很好的激勵和督促作用。

3.實施建筑物節(jié)能法并提倡零能耗建筑除了普適性的節(jié)能法之外，日本自2017年4月開始實施建筑物節(jié)能法，對于建筑物的開發(fā)商，根據(jù)不同的建筑面積需上報能耗性能計劃或者達到相應(yīng)性能標準。此外，日本還在大力推廣零能耗建筑（net zero energy building, ZEB）和零能耗住宅（net zero energy house, ZEH），并利用財政補助、稅金減免等手段激勵其發(fā)展。零能耗住宅主要利用建筑外保溫設(shè)計、高效用能設(shè)備、可再生能源發(fā)電、電力市場需求側(cè)響應(yīng)、家庭能源管理系統(tǒng)等技術(shù)手段的組合來實現(xiàn)。建筑部門的目標是在2030年前新建建筑物平均實現(xiàn)ZEB，新建住宅平均實現(xiàn)ZEH。

4.對汽車和家電等能耗設(shè)備實行領(lǐng)跑者制度設(shè)定汽車及家電產(chǎn)品等32個品類的能耗目標并促使其達成目標，這32個品類包括乘用汽車、空調(diào)、電視機、電冰箱等多種用電設(shè)備，覆蓋家庭能源消耗約70%的比例。領(lǐng)跑者標準在設(shè)定時考慮能耗排名前1-2成產(chǎn)品的技術(shù)進步預(yù)期，目標是在設(shè)定標準3-10年后各企業(yè)出貨產(chǎn)品能耗的加權(quán)平均值超過領(lǐng)跑者標準。從實行效果來看，領(lǐng)跑者制度改善了汽車油耗，在2012年就達標了相當于2020年的油耗標準，而空調(diào)耗電量在近20年間下降了約31%，實施效果顯著。

　　

　　圖4 日本汽車油耗變化

來源：日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省

對比來看，我國在1997年也頒布了《節(jié)約能源法》，此后分別于2007年和2016年進行了修訂。2007年將單位GDP能耗降低納入各地經(jīng)濟社會發(fā)展綜合評價體系，自2016年開始實行能源消費總量與能源消費強度“雙控”行動。

借鑒日本經(jīng)驗，我國能效“領(lǐng)跑者”制度于2014年底出臺，包括終端用能產(chǎn)品、高耗能行業(yè)和公共機構(gòu)三類。用能產(chǎn)品方面，2016年對冰箱、空調(diào)和電視三類產(chǎn)品組織了評選，2018年將洗衣機也納入了評選范圍；高耗能行業(yè)方面，2016年發(fā)布了5個行業(yè)、2018年發(fā)布了9個行業(yè)的領(lǐng)跑者企業(yè)名單；2018年5月發(fā)布了2017-2018公共機構(gòu)能效領(lǐng)跑者名單。但整體來看，我國能效領(lǐng)跑者制度目前仍處于初級推進階段，存在激勵政策未得到落實、終端產(chǎn)品實施范圍小、未能廣泛調(diào)動節(jié)能積極性等問題。

03節(jié)能理念與技術(shù)

（一）對節(jié)能工程進行全生命周期、全成本要素的評估

日本的節(jié)能工作普遍貫徹P-D-C-A工作法，“Plan”包括掌握能源的使用狀況、選擇可節(jié)能的項目、討論設(shè)備投資和運行改善等方法、選定節(jié)能措施、擬定節(jié)能實施計劃等步驟；“Do”包括建立實施體制、節(jié)能措施進度管理、實施準備和正式實施等；“Check”主要是實施后的效果檢測，包括測量能耗量、分析與目標的距離；“Action”是修訂節(jié)能實施計劃，包括對開展的節(jié)能工作重新評估、研究和修訂管理方法。一個節(jié)能項目的PDCA流程一般需要1-2年的時間才能完成。

節(jié)能工作一般可以分為“改善運行”和“設(shè)備投資”兩類。改善運行即對設(shè)備運行進行優(yōu)化、討論更合理的工藝、對廢熱進行回收利用等，設(shè)備投資則指的是更換更高效的設(shè)備、改造生產(chǎn)線等。對節(jié)能項目進行討論的目標是使采取的措施實現(xiàn)用能單位能耗降低10%以上，同時保證節(jié)能措施回收周期在5年以內(nèi)，但回收期在10年左右的節(jié)能措施都應(yīng)該進行討論。

當涉及長期使用設(shè)備的節(jié)能時，需要對“長期使用”與“更換設(shè)備”兩個選項進行全面的對比衡量。一般來說，如果維持長期使用，能耗費和維保費都會呈上升趨勢，還可能會發(fā)生無法預(yù)測的故障。更新設(shè)備后由于效率提高，能耗費和維保費都會明顯下降，也不容易發(fā)生故障，但是更新設(shè)備會產(chǎn)生一筆大的費用，因此需要對比兩種方式在同一時間點的累積費用，對投資回收期的判斷不是簡單的收回設(shè)備投資成本，而是“更換設(shè)備”的總成本到哪一年會小于“長期使用”的總成本，如果小于3年則建議更新，3-5年內(nèi)也可考慮更新，超過5年如果能獲得補貼也可建議實施，體現(xiàn)了一種全生命周期、全要素的評估方式。

　　

　　

　　圖5 設(shè)備更新思路

來源：日本節(jié)能中心

（二）以熱泵為主要方式的電能替代

熱泵在日本節(jié)能領(lǐng)域得到了大規(guī)模的推廣利用，除了應(yīng)用于供熱領(lǐng)域，還推廣用于烘干、濃縮、提純、清洗、殺菌、蒸餾等工業(yè)工藝，將原先依靠化石燃料燃燒制熱轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂秒娏︱?qū)動熱泵，可實現(xiàn)大幅度的節(jié)能和減少CO2排放。

根據(jù)統(tǒng)計，在工業(yè)領(lǐng)域的總能耗中，工廠空調(diào)（占比17%）、100℃以下的烘干（占比14%），熱水（占比13%）、100℃以上的烘干、殺菌、加熱（占比10%），都可以用熱泵進行替代。為了應(yīng)對需求較多的60-90℃的工作溫度，最理想的是使用熱泵熱風(fēng)機。產(chǎn)生100℃以上的蒸汽熱泵屬于第二類熱泵，能將78℃的水升溫到110℃以上，COP在0.5左右，應(yīng)用在需要蒸汽的場合中。

除推廣各類型熱泵外，采用電力驅(qū)動壓縮機替換蒸汽驅(qū)動的電機，能實現(xiàn)節(jié)能75%；大力推廣低能耗變壓器、對壓縮空氣管道進行泄漏管理等，也是日本產(chǎn)業(yè)部門在普遍推廣的節(jié)能技術(shù)。

（三）統(tǒng)籌考慮化石燃料的原料化利用與能源化利用

化石燃料不但具有能源屬性，也是化工產(chǎn)業(yè)的主要原料?；ぎa(chǎn)品是支撐眾多工業(yè)和人們生活的重要產(chǎn)品，在將來仍會被大量使用。隨著節(jié)能減排的進展，未來化工行業(yè)對石油的需求將超過公路客運所需石油，成為石油消費量的最大牽引者，預(yù)計2030年石油化學(xué)產(chǎn)業(yè)將增長3.2萬桶/天，達到總增長的1/3。因此，日本的化工行業(yè)提出從能源和碳源兩方面開展減輕環(huán)境負荷的工作。

為減緩全球變暖，日本化工行業(yè)提出了化學(xué)產(chǎn)業(yè)的解決方案，一是確立碳循環(huán)途徑，實現(xiàn)原料的多樣化，如利用生物質(zhì)、天然氣甲烷水合物、廢棄物等，二是致力于用工藝創(chuàng)新提高能源效率，如用膜分離法代替蒸餾，進行原料管理等；三是致力于削減整個生命周期的溫室氣體排放，全生命周期管理比生產(chǎn)階段的局部優(yōu)化更重要，因此要為構(gòu)建全球價值鏈的產(chǎn)品研發(fā)和提案貢獻力量，目前已經(jīng)產(chǎn)生較大影響的提案包括使用RO膜法的海水淡化設(shè)備、碳纖維復(fù)合材料等技術(shù)，新技術(shù)的大規(guī)模推廣預(yù)計在日本可以減少1.7億噸碳排放，在全球可以減少3.88億噸碳排放 。

04對我國節(jié)能的啟發(fā)

1. 節(jié)能工作的長遠進展需要使命意識和高瞻遠矚的規(guī)劃。日本通過滾動更新節(jié)能法 律、政策，制定嚴格的節(jié)能措施和計劃，通過切實可行的路線圖實現(xiàn)碳中和目標，對我國具有較高的借鑒價值。

2. 節(jié)能是一門統(tǒng)計和優(yōu)化的科學(xué)。日本在行業(yè)節(jié)能統(tǒng)計、標桿指標下達、節(jié)能投入產(chǎn)出評估方面，大量使用數(shù)據(jù)分析方法，通過量化分析促進節(jié)能與經(jīng)濟優(yōu)化、流程優(yōu)化、設(shè)備優(yōu)化等工作相結(jié)合，實現(xiàn)節(jié)能減排與社會經(jīng)濟發(fā)展的平衡協(xié)調(diào)，嚴謹?shù)牧炕治鏊季S值得我們學(xué)習(xí)借鑒。

3.從全周期、多要素的角度全面審視節(jié)能成效。節(jié)能改造帶來的效果除節(jié)能本身外，更有維保費、修理費的降低，也有能源供應(yīng)可靠性的提高，這些效益應(yīng)該在節(jié)能工程中充分體現(xiàn)，同時應(yīng)將全生命周期的效益總量作為評估的依據(jù)。而在中國，采用合同能源管理的節(jié)能工程，全周期、全效益的節(jié)能效果評估方法難以被用能單位認可，制約了節(jié)能資金的投入和節(jié)能工作的深化，建議政府、行業(yè)、企業(yè)聯(lián)動，以政策引導(dǎo)、標準指導(dǎo)等形式進行普及。

4.建立能源跨界融合的觀點。日本專家將原料的碳、氫循環(huán)，產(chǎn)品輕量化、材料節(jié)約等工作作為節(jié)能的組成要素，能源和物質(zhì)、能源與資產(chǎn)、能源和金融相互依存、促進，共同促進更高質(zhì)量發(fā)展。

5.市場空間轉(zhuǎn)向建筑、交通電氣化。電能深度替代將引起終端能源結(jié)構(gòu)最顯著的變化，也是節(jié)能服務(wù)最重要的增長點。特別在建筑、交通領(lǐng)域趨勢更加明顯，電熱泵普遍應(yīng)用、電動汽車等進一步普及，隨之而來的用戶電氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、改造、維護，以及必將到來的建筑、交通智能化將成為節(jié)能服務(wù)的主戰(zhàn)場。

原標題:碳中和下節(jié)能服務(wù)的多維解構(gòu)——日本經(jīng)驗與啟示