开启污水处理新纪元：污水处理中的能源效率和减排

开启污水处理新纪元：污水处理中的能源效率和减排
Xylem公司
总结报告
2015年6月
鸣谢


本报告得以发行，离不开Xylem公司Glen Trickle、 Albert Cho、 Randolf Webb、 Alan Merry、Aleksandra Lazic、Alexis de Kerchove和Lars Larsson等人员的付出及所贡献的专业知识。

本报告作者非常感谢《生动经济学》（Vivid Economics）在分析和建模（报告研究成果之根基）方面所提供的帮助及三位独立评审员对本报告初稿所提出的意见和建议。

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Xylem公司总裁兼CEO致读者的一封信

随着人口的增长，世界正日益面临气候变化、资源匮乏以及经济发展所带来的挑战，因而急需新的解决方案来满足当前的迫切需求，同时利用这些解决方案构筑一个可持续的未来。这是我们每一个人——不论是独立的个体，还是私营企业、非政府组织、学术界和政府机构——义不容辞的责任。我们需要各方携手合作，面对并战胜挑战。

本报告是Xylem公司经过讨论得出的初始结论。Xylem公司是全球领先的水技术供应商，每天都在处理与水、气候和可持续发展有关的问题。气候变化会加重水供应的不稳定性，导致干旱、洪灾等极端恶劣天气的频繁爆发。现今，有几十亿人急需水处理和卫生的拓展服务。向他们提供这类服务，并对发达国家的服务系统进行维护，需要高额投入和持续进行。此外，各国政府竭尽全力大幅度减少温室气体排放。为此，他们需要在几乎所有行业内推动能源效率的可持续发展。水基础设施是完成所有这些事项的核心，同时也为推动全球缓解和适应计划的产生带来了绝佳机遇。

提升水处理行业的能源效率，是关键起点。本报告旨在利用现有且经过验证的技术方法，对污水处理行业能源效率所带来的减排潜力进行评估。报告结论：在不增加成本或降低成本的情况下可减少一半电力相关排放。这说明，在不增加成本或降低成本的情况下，全球每年将减排4,400万公吨二氧化碳当量。本质上讲，这些研究结果具有全球性，也就是说，它不仅可用于美国、欧洲现有基础设施改造，而且可用于于中国等工业快速发展国家开发新的基础设施。

本研究证明，现有解决方案可大幅度降低那些效率较低的污水厂的有害物排放。重要的是，这种减排的实现可同时降低总运营成本。目前缺少的是一个有效的体系，来刺激投资，并推动这些先进、可持续性解决方案的广泛应用。

此外，本报告认为，目前正是采取行动的最佳时机。因为今天所采取的基础设施决策会影响到未来几十年。政策制定者在设定明确减排目标方面起基础性作用，而本报告能够为污水处理行业提供事实、有效的基础。但是，政策和规定只是挑战的一部分。金融服务公司和污水技术供应商等私营部门的参与，在充分开发低碳投资和创新的潜力方面起决定性作用。

Xylem公司期望与水处理行业以及其他各行业同仁、学术界、创新者、非政府机构以及金融界同心协力，开发新思路，建立创新型合作关系，推动上述解决方案和其他可持续性解决方案的应用。我们热切期盼您的加入。

潘德克（Patrick K. Decker）
Xylem 公司总裁兼CEO

概要
全球污水处理行业通过对现有技术进行投资，在降低成本的情况下，可实现近50%的电减排。
本报告对污水处理行业利用能源效率降低温室气体排放的情况进行了调查。调查分析结果极为震撼：

–受调查的美国、欧洲和中国三大地区污水处理行业仅利用现有污水处理技术，就可实现约50%的电力相关减排。其中，近95%可在不增加成本或降低成本的情况下实现，而能源效率所产生的成本节约将超过在减排措施上的投入。
–从投资回报和减排方面来看，中国取得的成就最大。经证实，几乎100%的减排都是在不增加成本或降低成本的情况下实现的，而且二氧化碳当量年减排量有望达1300万公吨。
–基于三大核心区域的减排量，估算出全球污水处理用电减排量。在降低成本的情况下，全球二氧化碳当量年减排量将达4400万公吨。
–上述成本和减排结果，并不能反映出未来碳价格变动情况和投资折现率。这说明污水处理行业实现大幅度减排，并非取决于技术发展，而是对现有高效技术应用的程度。

本项研究对三大核心区域内18项电减排措施进行了评估。这三大核心区分别是美国、欧洲和中国。有关各区域研究结果概述，请见表1。就每一项减排措施而言，边际减排成本曲线（marginal abatement cost curve，简称MACC）和内部收益率（internal rate of return，简称IRR）深刻揭示了其融资吸引力、总减排潜力以及这些投资对碳定价和投资者折现率等关键杠杆的敏感度。该方法确定了减少温室气体排放的低成本方法，同时承认减排技术应用存在政治和财务障碍。我们认为，该研究方向已引起污水处理行业和参与气候变化辩论的非政府机构、金融机构、学术界和政策制定者等所有利益相关方的高度关注。


表 1.当前可实现高于50%的污水电力减排，减排总量将达4400万公吨CO2e，其中95%可在不增加成本或降低成本的情况下实现。
变量 2015 年污水电力排放
（CO2e，Million Mt） 模型减排
（CO2e， Million Mt） 占2015年排放量比重 （%） 降低成本的情况的减排量
（CO2e，Million Mt） 降低成本的减排比重 （%）
美国 15.5 6.0 38% 5.1 86%
欧洲 8.5 2.8 33% 2.6 94%
中国 21.8 12.9 59% 12.9 100%
三大区域（组合） 45.9 21.7 47% 20.6 95%
其他地区 40.5 24.5 60% 23.3 95%
合计（全球） 86.3 46.1 53% 43.9 95%

小注： 采用5.5%的真实折现率估算减排成本。按照全球减排估算值对世界其他地区减排进行估算。相关概述，请见附件。

三大核心地区综合边际减排成本曲线表明，成本最高和最低的减排方案均是关于污水输送和二级处理。从地域上来看，中国的减排量最高。这说明中国污水处理能力较强，污水处理量也在不断上升，且其电力供应属于排放密集型行业。这三大地区均实现了降低成本的减排，但是欧洲和中国减排成本要低于美国。这是因为美国电价相对较低，减少了因降低用电量所产生的财务效益。

图表 1.在不增加成本或降低成本的情况下，这三大区域有望减排二氧化碳当量2000多万公吨。其中，中国减排占多数。


小注： 减排成本范围为200美元/每吨 CO2e ~-200美元/每吨 CO2e，以确保上述图表的真实性。依据上述比例，三级处理减排量太小，不易察觉，故删除不做说明。上述表格所表示的碳价格，取假设值中间值，每吨CO2e 30美元。数量以折现率假设值中间值5.5%为基础进行计算。

此外，对每项减排措施的内部回报率的分析结果，表明三大地区能量效率投资存在高回报率。其中，经证实污水输送和二级处理改造措施最具投资吸引力。假设折现率为15%，碳价格为每吨CO2e30美元，仅依靠盈利性投资就可减少1900万公吨CO2e的排放。
图表 2.中国投资回报率最高。假设三大地区实际最低投资回报率为15%，则可减排1900万公吨CO2e。


小注： 假设投资回报率范围低于100%，以确保图表所显示内容的真实性。红色水平线表示MACC敏感度分析所采用的假设折现率，分别是3.5%、5.5%和15%。所显示的数量基于碳价格假设范围中间值，30美元/ 每吨CO2e。图表所示数量以假设折现率中间值5.5%为基础。上述表格所表示的碳价格，取假设值中间值，每吨CO2e 30美元。

污水处理行业实现大量减排不需要新技术或积极的碳定价政策，只需要扩大现有高效技术的应用以及对其进行再投资，这是本研究报告的重要研究成果。报告中，对敏感度进行了细致分析。分析结果显示，大部分可实现减排不取决于有关碳成本强加给供电的政策制定，而且不受所选定的折现率的影响。因此，对采用初期投入成本较高而后期维护成本较低的现有解决方案认识以及采用意愿，才是高效技术采用的重要障碍。

两大政策和财政杠杆，即融资和新能源效率标准，可促进高效污水处理技术的应用。首先，考虑到能源效率解决方案前期投入成本一般都较高。因此，利用公共或私营组织进行创新性融资，可作为促进技术应用的所需工具。其次，按照法规要求，增加污水处理设备能源高效标准，以保证在更广范围上实现技术应用。欧洲和美国已开始落实规定采用高效率泵送设备的标准。类似规定有可能会扩展至相关设备以及其他地区。

从全球来看，减排潜力巨大。美国和欧洲通过融资，落实上述技术，提升能源效率，降低运营成本，甚至开发出新资本来源，进而为污水基础设施改造提供必要支持。中国以及其他在未来几年需要建造大量污水处理厂和工业化进程较快的国家采用高效技术。这表明，单从经济角度来考虑，建设耗资巨大的污水处理基础设施具有很大吸引力。这一研究成果甚至更适用于提升拟建基础设施项目的设计效率。

从本研究所调查的多项投资来看，中国产生经济正收益的投资现值累计超过250亿美元。加上欧洲和美国，该数值总计为400亿美元。请注意，该投资回报是投资所产生的正收益，高于所发生的任何成本。对污水处理行业和与气候变化事宜有关的所有利益相关者而言，他们携手合作克服高效污水处理技术应用障碍的时机到来了，这不仅会提升污水处理工厂的生产率，也是为应对气候变化向前迈出的重要一步。