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北極星售電網訊:總書記提出「努力爭取2060年前實現碳中和」目標以來，碳中和的概念在能源行業引起了廣泛討論，包括發展可再生能源、碳市場機制、發展氫能等多個方面，但是「能效是第一能源」的理念需要得到更多重視。能效是最為經濟、對環境破壞最少、最為清潔的能源。能效與節能相關技術與服務通過「少用」來發揮效力，通過消耗更少的能源，產生更多的產出，與新時代高質量發展的理念高度契合。
（來源：微信公眾號「奇點能源」來源：解力也 王康）
01碳中和背景下的節能重任
國際能源署（IEA）分析表明，對比既有政策情景和可持續發展情境（2℃溫控目標），能效與節能措施對2030年預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、燃料轉換、核能利用、碳捕集與封存(CCUS）等途徑的貢獻。能效提升對於我國30、60目標的實現同樣至關重要。
圖1 既有政策情景與可持續發展情境的碳排放對比
來源：IEA (2019b), World Energy Outlook.
正如我們在《節能服務生死局——能源變革中的新視界》分析的，經過多年的努力，我國節能減排工作取得了巨大成效。近期也有研究成果表明，分行業看我國能效水平已處於國際較好水平（高於加拿大、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，一是產業結構不合理，第二產業佔GDP的比例高達40.5%，其中高耗能產業佔比又相對較高；二是在能效管理等方面，離德、日等國家確實有一定差距。
為助力實現碳中和目標，我國節能服務產業仍有較大發展空間，本文將著重分析日本的節能政策與節能技術，以期為國內節能產業進一步發展提供新思路。
02日本的節能減排目標與政策
（一）節能成效與目標
1973年世界石油危機以來，日本加大節能投入和政策引導，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開始呈現下降趨勢。
圖2 日本各部門能耗發展圖
來源：日本經濟產業省
為應對氣候變化，2014年左右，日本提出了兩階段節能減排目標：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濟體「碳中和」承諾影響，日本近期也表示2050年左右實現碳中和。
為實現第一步目標，2030年需要實現徹底節能5030萬kL原油，其中各部門應實現的節能量為：工業部門節約1042萬kL，商業部門節約1226萬kL，運輸部門節約1607萬kL，居民節約1160萬kL。
圖3 各部門2013年能耗量與2030年節約目標
來源：日本經濟產業省
從上圖可以看出，雖然工業佔總能耗比重最大，但工業部門節能潛力反而是四個領域中最低的，可見日本的工業節能已經較為成熟，2014年起節能的主要增長點在建築和交通，當前我國節能服務市場的發展也符合該趨勢。
（二）節能政策
日本高度重視通過法案等手段推動全社會節能，在1979年正式制定了節能法，此後進行了十幾次修訂，始終保證節能法基本適應國家經濟發展的實際情況。主要制度亮點如下：
1. 將標杆制度從工業部門拓展到商業部門自2009年起，對工業企業中的重點部門，如水泥、鋼鐵、電力等6大行業10個領域執行標杆制度，標杆指標設定為各行業名列前茅的1-2成企業達到的能耗水平，並隨著整體水平的改善修訂標杆指標。標杆制度在工業領域的實施非常有效，從2016年開始拓展至商業領域，目前已經在大學、國家公務機構、彈子房（即日本的街邊遊戲廳）引入標杆制度，並將繼續推行到覆蓋全產業的70%。由於商業領域不同業務形態與能耗量的關係比較複雜，因此對不同的領域採用不同的標杆設定方法：對於基本相似的便民店，採用單位GDP能耗法；對於差距較大的酒店和百貨店，以能耗量實際值與考慮到規模、營業額等因素的能耗預測值之比取標杆；對於受租戶影響較大的寫字樓，通過用軟體估算的節能率作為標杆指標。
2.對企業定期進行分級評價與督導對於工業企業，年能耗在1500kL以上企業要定期報告全年節能工作，並由國家相關機構對工作狀況進行評估，主要評價標準是單位產值能耗年均削減1%以上。對於定期提交報告的工業企業和商業企業進行分級評價，對達到努力目標或者特定行業標杆目標的企業，評為節能優良企業（S級），可以得到補貼加分、減輕節能促進稅等獎勵。對於節能停滯不前的企業（B級）實施重點檢查，其中表現尤其不佳的企業（C級）按照節能法相關條款進行處理。而對於S級和B級之間的一般企業（A級）進行發文督促。從實行效果來看，有超過一半比例的企業達到S級，A級和B級佔比約30%、15%，沒有企業被評為C級，說明分級評價制度起到了很好的激勵和督促作用。
3.實施建築物節能法並提倡零能耗建築除了普適性的節能法之外，日本自2017年4月開始實施建築物節能法，對於建築物的開發商，根據不同的建築面積需上報能耗性能計劃或者達到相應性能標準。此外，日本還在大力推廣零能耗建築（net zero energy building, ZEB）和零能耗住宅（net zero energy house, ZEH），並利用財政補助、稅金減免等手段激勵其發展。零能耗住宅主要利用建築外保溫設計、高效用能設備、可再生能源發電、電力市場需求側響應、家庭能源管理系統等技術手段的組合來實現。建築部門的目標是在2030年前新建建築物平均實現ZEB，新建住宅平均實現ZEH。
4.對汽車和家電等能耗設備實行領跑者制度設定汽車及家電產品等32個品類的能耗目標並促使其達成目標，這32個品類包括乘用汽車、空調、電視機、電冰箱等多種用電設備，覆蓋家庭能源消耗約70%的比例。領跑者標準在設定時考慮能耗排名前1-2成產品的技術進步預期，目標是在設定標準3-10年後各企業出貨產品能耗的加權平均值超過領跑者標準。從實行效果來看，領跑者制度改善了汽車油耗，在2012年就達標了相當於2020年的油耗標準，而空調耗電量在近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：日本經濟產業省
對比來看，我國在1997年也頒布了《節約能源法》，此後分別於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濟社會發展綜合評價體系，自2016年開始實行能源消費總量與能源消費強度「雙控」行動。
借鑑日本經驗，我國能效「領跑者」制度於2014年底出臺，包括終端用能產品、高耗能行業和公共機構三類。用能產品方面，2016年對冰箱、空調和電視三類產品組織了評選，2018年將洗衣機也納入了評選範圍；高耗能行業方面，2016年發布了5個行業、2018年發布了9個行業的領跑者企業名單；2018年5月發布了2017-2018公共機構能效領跑者名單。但整體來看，我國能效領跑者制度目前仍處於初級推進階段，存在激勵政策未得到落實、終端產品實施範圍小、未能廣泛調動節能積極性等問題。
03節能理念與技術
（一）對節能工程進行全生命周期、全成本要素的評估
日本的節能工作普遍貫徹P-D-C-A工作法，「Plan」包括掌握能源的使用狀況、選擇可節能的項目、討論設備投資和運行改善等方法、選定節能措施、擬定節能實施計劃等步驟；「Do」包括建立實施體制、節能措施進度管理、實施準備和正式實施等；「Check」主要是實施後的效果檢測，包括測量能耗量、分析與目標的距離；「Action」是修訂節能實施計劃，包括對開展的節能工作重新評估、研究和修訂管理方法。一個節能項目的PDCA流程一般需要1-2年的時間才能完成。
節能工作一般可以分為「改善運行」和「設備投資」兩類。改善運行即對設備運行進行優化、討論更合理的工藝、對廢熱進行回收利用等，設備投資則指的是更換更高效的設備、改造生產線等。對節能項目進行討論的目標是使採取的措施實現用能單位能耗降低10%以上，同時保證節能措施回收周期在5年以內，但回收期在10年左右的節能措施都應該進行討論。
當涉及長期使用設備的節能時，需要對「長期使用」與「更換設備」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，還可能會發生無法預測的故障。更新設備後由於效率提高，能耗費和維保費都會明顯下降，也不容易發生故障，但是更新設備會產生一筆大的費用，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備投資成本，而是「更換設備」的總成本到哪一年會小於「長期使用」的總成本，如果小於3年則建議更新，3-5年內也可考慮更新，超過5年如果能獲得補貼也可建議實施，體現了一種全生命周期、全要素的評估方式。
圖5 設備更新思路
來源：日本節能中心
（二）以熱泵為主要方式的電能替代
熱泵在日本節能領域得到了大規模的推廣利用，除了應用於供熱領域，還推廣用於烘乾、濃縮、提純、清洗、殺菌、蒸餾等工業工藝，將原先依靠化石燃料燃燒制熱轉變為使用電力驅動熱泵，可實現大幅度的節能和減少CO2排放。
根據統計，在工業領域的總能耗中，工廠空調（佔比17%）、100℃以下的烘乾（佔比14%），熱水（佔比13%）、100℃以上的烘乾、殺菌、加熱（佔比10%），都可以用熱泵進行替代。為了應對需求較多的60-90℃的工作溫度，最理想的是使用熱泵熱風機。產生100℃以上的蒸汽熱泵屬於第二類熱泵，能將78℃的水升溫到110℃以上，COP在0.5左右，應用在需要蒸汽的場合中。
除推廣各類型熱泵外，採用電力驅動壓縮機替換蒸汽驅動的電機，能實現節能75%；大力推廣低能耗變壓器、對壓縮空氣管道進行洩漏管理等，也是日本產業部門在普遍推廣的節能技術。
（三）統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，也是化工產業的主要原料。化工產品是支撐眾多工業和人們生活的重要產品，在將來仍會被大量使用。隨著節能減排的進展，未來化工行業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，預計2030年石油化學產業將增長3.2萬桶/天，達到總增長的1/3。因此，日本的化工行業提出從能源和碳源兩方面開展減輕環境負荷的工作。
為減緩全球變暖，日本化工行業提出了化學產業的解決方案，一是確立碳循環途徑，實現原料的多樣化，如利用生物質、天然氣甲烷水合物、廢棄物等，二是致力於用工藝創新提高能源效率，如用膜分離法代替蒸餾，進行原料管理等；三是致力於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階段的局部優化更重要，因此要為構建全球價值鏈的產品研發和提案貢獻力量，目前已經產生較大影響的提案包括使用RO膜法的海水淡化設備、碳纖維複合材料等技術，新技術的大規模推廣預計在日本可以減少1.7億噸碳排放，在全球可以減少3.88億噸碳排放 。
04對我國節能的啟發
1. 節能工作的長遠進展需要使命意識和高瞻遠矚的規劃。日本通過滾動更新節能法 律、政策，制定嚴格的節能措施和計劃，通過切實可行的路線圖實現碳中和目標，對我國具有較高的借鑑價值。
2. 節能是一門統計和優化的科學。日本在行業節能統計、標杆指標下達、節能投入產出評估方面，大量使用數據分析方法，通過量化分析促進節能與經濟優化、流程優化、設備優化等工作相結合，實現節能減排與社會經濟發展的平衡協調，嚴謹的量化分析思維值得我們學習借鑑。
3.從全周期、多要素的角度全面審視節能成效。節能改造帶來的效果除節能本身外，更有維保費、修理費的降低，也有能源供應可靠性的提高，這些效益應該在節能工程中充分體現，同時應將全生命周期的效益總量作為評估的依據。而在中國，採用合同能源管理的節能工程，全周期、全效益的節能效果評估方法難以被用能單位認可，制約了節能資金的投入和節能工作的深化，建議政府、行業、企業聯動，以政策引導、標準指導等形式進行普及。
4.建立能源跨界融合的觀點。日本專家將原料的碳、氫循環，產品輕量化、材料節約等工作作為節能的組成要素，能源和物質、能源與資產、能源和金融相互依存、促進，共同促進更高質量發展。
5.市場空間轉向建築、交通電氣化。電能深度替代將引起終端能源結構最顯著的變化，也是節能服務最重要的增長點。特別在建築、交通領域趨勢更加明顯，電熱泵普遍應用、電動汽車等進一步普及，隨之而來的用戶電氣基礎設施建設、改造、維護，以及必將到來的建築、交通智能化將成為節能服務的主戰場。
原標題:碳中和下節能服務的多維解構——日本經驗與啟示
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