開啟污水處理新紀元：污水處理中的能源效率和減排
Xylem公司
總結報告
2015年6月
鳴謝


本報告得以發行，離不開Xylem公司Glen Trickle、 Albert Cho、 Randolf Webb、 Alan Merry、Aleksandra Lazic、Alexis de Kerchove和Lars Larsson等人員的付出及所貢獻的專業知識。

本報告作者非常感謝《生動經濟學》（Vivid Economics）在分析和建模（報告研究成果之根基）方面所提供的幫助及三位獨立評審員對本報告初稿所提出的意見和建議。

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Xylem公司總裁兼CEO致讀者的一封信

隨著人口的增長，世界正日益面臨氣候變化、資源匱乏以及經濟發展所帶來的挑戰，因而急需新的解決方案來滿足當前的迫切需求，同時利用這些解決方案構筑一個可持續的未來。這是我們每一個人——不論是獨立的個體，還是私營企業、非政府組織、學術界和政府機構——義不容辭的責任。我們需要各方攜手合作，面對并戰勝挑戰。

本報告是Xylem公司經過討論得出的初始結論。Xylem公司是全球領先的水技術供應商，每天都在處理與水、氣候和可持續發展有關的問題。氣候變化會加重水供應的不穩定性，導致干旱、洪災等極端惡劣天氣的頻繁爆發。現今，有幾十億人急需水處理和衛生的拓展服務。向他們提供這類服務，并對發達國家的服務系統進行維護，需要高額投入和持續進行。此外，各國政府竭盡全力大幅度減少溫室氣體排放。為此，他們需要在幾乎所有行業內推動能源效率的可持續發展。水基礎設施是完成所有這些事項的核心，同時也為推動全球緩解和適應計劃的產生帶來了絕佳機遇。

提升水處理行業的能源效率，是關鍵起點。本報告旨在利用現有且經過驗證的技術方法，對污水處理行業能源效率所帶來的減排潛力進行評估。報告結論：在不增加成本或降低成本的情況下可減少一半電力相關排放。這說明，在不增加成本或降低成本的情況下，全球每年將減排4,400萬公噸二氧化碳當量。本質上講，這些研究結果具有全球性，也就是說，它不僅可用于美國、歐洲現有基礎設施改造，而且可用于于中國等工業快速發展國家開發新的基礎設施。

本研究證明，現有解決方案可大幅度降低那些效率較低的污水廠的有害物排放。重要的是，這種減排的實現可同時降低總運營成本。目前缺少的是一個有效的體系，來刺激投資，并推動這些先進、可持續性解決方案的廣泛應用。

此外，本報告認為，目前正是采取行動的最佳時機。因為今天所采取的基礎設施決策會影響到未來幾十年。政策制定者在設定明確減排目標方面起基礎性作用，而本報告能夠為污水處理行業提供事實、有效的基礎。但是，政策和規定只是挑戰的一部分。金融服務公司和污水技術供應商等私營部門的參與，在充分開發低碳投資和創新的潛力方面起決定性作用。

Xylem公司期望與水處理行業以及其他各行業同仁、學術界、創新者、非政府機構以及金融界同心協力，開發新思路，建立創新型合作關系，推動上述解決方案和其他可持續性解決方案的應用。我們熱切期盼您的加入。

潘德克（Patrick K. Decker）
Xylem 公司總裁兼CEO

概要
全球污水處理行業通過對現有技術進行投資，在降低成本的情況下，可實現近50%的電減排。
本報告對污水處理行業利用能源效率降低溫室氣體排放的情況進行了調查。調查分析結果極為震撼：

–受調查的美國、歐洲和中國三大地區污水處理行業僅利用現有污水處理技術，就可實現約50%的電力相關減排。其中，近95%可在不增加成本或降低成本的情況下實現，而能源效率所產生的成本節約將超過在減排措施上的投入。
–從投資回報和減排方面來看，中國取得的成就最大。經證實，幾乎100%的減排都是在不增加成本或降低成本的情況下實現的，而且二氧化碳當量年減排量有望達1300萬公噸。
–基于三大核心區域的減排量，估算出全球污水處理用電減排量。在降低成本的情況下，全球二氧化碳當量年減排量將達4400萬公噸。
–上述成本和減排結果，并不能反映出未來碳價格變動情況和投資折現率。這說明污水處理行業實現大幅度減排，并非取決于技術發展，而是對現有高效技術應用的程度。

本項研究對三大核心區域內18項電減排措施進行了評估。這三大核心區分別是美國、歐洲和中國。有關各區域研究結果概述，請見表1。就每一項減排措施而言，邊際減排成本曲線（marginal abatement cost curve，簡稱MACC）和內部收益率（internal rate of return，簡稱IRR）深刻揭示了其融資吸引力、總減排潛力以及這些投資對碳定價和投資者折現率等關鍵杠桿的敏感度。該方法確定了減少溫室氣體排放的低成本方法，同時承認減排技術應用存在政治和財務障礙。我們認為，該研究方向已引起污水處理行業和參與氣候變化辯論的非政府機構、金融機構、學術界和政策制定者等所有利益相關方的高度關注。


表 1.當前可實現高于50%的污水電力減排，減排總量將達4400萬公噸CO2e，其中95%可在不增加成本或降低成本的情況下實現。
變量 2015 年污水電力排放
（CO2e，Million Mt） 模型減排
（CO2e， Million Mt） 占2015年排放量比重 （%） 降低成本的情況的減排量
（CO2e，Million Mt） 降低成本的減排比重 （%）
美國 15.5 6.0 38% 5.1 86%
歐洲 8.5 2.8 33% 2.6 94%
中國 21.8 12.9 59% 12.9 100%
三大區域（組合） 45.9 21.7 47% 20.6 95%
其他地區 40.5 24.5 60% 23.3 95%
合計（全球） 86.3 46.1 53% 43.9 95%

小注： 采用5.5%的真實折現率估算減排成本。按照全球減排估算值對世界其他地區減排進行估算。相關概述，請見附件。

三大核心地區綜合邊際減排成本曲線表明，成本最高和最低的減排方案均是關于污水輸送和二級處理。從地域上來看，中國的減排量最高。這說明中國污水處理能力較強，污水處理量也在不斷上升，且其電力供應屬于排放密集型行業。這三大地區均實現了降低成本的減排，但是歐洲和中國減排成本要低于美國。這是因為美國電價相對較低，減少了因降低用電量所產生的財務效益。

圖表 1.在不增加成本或降低成本的情況下，這三大區域有望減排二氧化碳當量2000多萬公噸。其中，中國減排占多數。


小注： 減排成本范圍為200美元/每噸 CO2e ~-200美元/每噸 CO2e，以確保上述圖表的真實性。依據上述比例，三級處理減排量太小，不易察覺，故刪除不做說明。上述表格所表示的碳價格，取假設值中間值，每噸CO2e 30美元。數量以折現率假設值中間值5.5%為基礎進行計算。

此外，對每項減排措施的內部回報率的分析結果，表明三大地區能量效率投資存在高回報率。其中，經證實污水輸送和二級處理改造措施最具投資吸引力。假設折現率為15%，碳價格為每噸CO2e30美元，僅依靠盈利性投資就可減少1900萬公噸CO2e的排放。
圖表 2.中國投資回報率最高。假設三大地區實際最低投資回報率為15%，則可減排1900萬公噸CO2e。


小注： 假設投資回報率范圍低于100%，以確保圖表所顯示內容的真實性。紅色水平線表示MACC敏感度分析所采用的假設折現率，分別是3.5%、5.5%和15%。所顯示的數量基于碳價格假設范圍中間值，30美元/ 每噸CO2e。圖表所示數量以假設折現率中間值5.5%為基礎。上述表格所表示的碳價格，取假設值中間值，每噸CO2e 30美元。

污水處理行業實現大量減排不需要新技術或積極的碳定價政策，只需要擴大現有高效技術的應用以及對其進行再投資，這是本研究報告的重要研究成果。報告中，對敏感度進行了細致分析。分析結果顯示，大部分可實現減排不取決于有關碳成本強加給供電的政策制定，而且不受所選定的折現率的影響。因此，對采用初期投入成本較高而后期維護成本較低的現有解決方案認識以及采用意愿，才是高效技術采用的重要障礙。

兩大政策和財政杠桿，即融資和新能源效率標準，可促進高效污水處理技術的應用。首先，考慮到能源效率解決方案前期投入成本一般都較高。因此，利用公共或私營組織進行創新性融資，可作為促進技術應用的所需工具。其次，按照法規要求，增加污水處理設備能源高效標準，以保證在更廣范圍上實現技術應用。歐洲和美國已開始落實規定采用高效率泵送設備的標準。類似規定有可能會擴展至相關設備以及其他地區。

從全球來看，減排潛力巨大。美國和歐洲通過融資，落實上述技術，提升能源效率，降低運營成本，甚至開發出新資本來源，進而為污水基礎設施改造提供必要支持。中國以及其他在未來幾年需要建造大量污水處理廠和工業化進程較快的國家采用高效技術。這表明，單從經濟角度來考慮，建設耗資巨大的污水處理基礎設施具有很大吸引力。這一研究成果甚至更適用于提升擬建基礎設施項目的設計效率。

從本研究所調查的多項投資來看，中國產生經濟正收益的投資現值累計超過250億美元。加上歐洲和美國，該數值總計為400億美元。請注意，該投資回報是投資所產生的正收益，高于所發生的任何成本。對污水處理行業和與氣候變化事宜有關的所有利益相關者而言，他們攜手合作克服高效污水處理技術應用障礙的時機到來了，這不僅會提升污水處理工廠的生產率，也是為應對氣候變化向前邁出的重要一步。