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湖南省湘水集团有限公司
摘要：基建领域的能耗和碳排放在全球碳排放总量中占比极大，且跨越项目前期、建设实施、运行管理和退役等生命周期的各个阶段，因而基建的节能减排工作极为必要但又复杂。作为基建的重要组成部分，水利水电工程是2030年前“碳达峰十大行动”之一的“能源绿色低碳转型行动”中提倡因地制宜开发的能源工程。开展工程全生命周期低碳减排管理，打造绿色低碳示范工程，是当前全球气候变暖、“双碳”战略大背景下的重要创新举措。本成果创新性地将全生命周期低碳减排理念融入水利水电工程的设计和建造过程中，在项目前期设计阶段系统性地谋划并实施低碳减排管理，并在湖南省犬木塘水库工程全面实践：基于生命周期评价理论，对工程全生命周期碳排放进行定量核算；深入分析工程设计、建设以及运行阶段的碳排放特征，精确预判碳排放规律；在此基础上，研究制定以设计优化、科技创新、施工组织优化、精细化管理为主的六项减碳手段，形成工程全生命周期低碳减排方案并实施，推动工程走绿色低碳之路。本成果为行业绿色低碳转型发展提供了实践探索，相关经验和方法可在行业内推广，进一步助推行业高质量发展。
企业简介：湖南省湘水集团有限公司是经省人民政府批准成立的涉水功能类大型集团，主要承担省政府交办的重大水利、水运、水务项目的投资、设计、建设、运营和管理，负责“一湖四水”和长江相关岸线资源开发、利用和保护。截至2021年底，集团资产总额248亿元，净资产182亿元。承担国务院172项重大水利工程之一的犬木塘水库工程的建设，总投资102.43亿元。管理大中型水库11座，灌溉面积180万亩；建设航电枢纽2座，1000吨级及以上通航船闸6座，高等级航道1022公里；投资运营城陵矶等内河港泊位24个，设计吞吐能力2121万吨；拥有清洁能源装机66万千瓦，年均发电量24亿千瓦时；投资建设水厂11座，日供水35万吨。
一、水利水电工程全生命周期低碳减排目标下的设计管理实施背景
（一）贯彻落实“双碳”战略的必须之选
全球气候变暖是当今人类面临的重大挑战。大量科学研究表明，人类活动导致大气、海洋和陆地变暖已是不争的事实，如果不采取紧急有效措施消除温室气体过量排放而造成的环境问题，地球生态系统和气候系统可能出现不可逆转的灾难性变化。近年来，极端反常天气在全球各地频繁出现：如今年席卷欧洲大陆的极端热浪，让欧洲多国遭遇罕见旱情，莱茵河、泰晤士河水位下降逼近断航；去年7月我国河南省郑州市出现特大暴雨、10个国家级气象观测站日雨量突破有气象记录以来的历史极值。
2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布中国碳达峰、碳中和愿景目标，我国二氧化碳排放量要在2030年前达到峰值，2060年实现碳中和。实现碳达峰、碳中和是完整、准确、全面贯彻新发展理念，实现中华民族永续发展的必然选择，也是我国对构建人类命运共同体做出的庄严承诺。2021年以来，我国陆续印发《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》、《2030年前碳达峰行动方案》等重磅政策文件，细化了碳达峰、碳中和目标指标，提出了能源绿色低碳转型行动和节能降碳增效行动等“碳达峰十大行动”。基建领域的能耗和碳排放在全球总量中占据极大比重，推进水利水电工程等基建项目的低碳减排管理，是贯彻落实“双碳”战略的必须之选。
（二）促进行业绿色发展的必由之路
水利水电工程具有多种功能，发挥着各方面效益。国务院《2030年前碳达峰行动方案》“碳达峰十大行动”中，将其纳入“能源绿色低碳转型行动”中提倡的因地制宜开发的能源类型。2021年12月，中央经济工作会议召开，在世纪疫情冲击和百年变局加速演进的形势下，会议明确提出要积极扩大有效投资，适度超前进行基础设施建设，实施好扩大内需战略，并将水利与新能源等作为新一轮扩大投资的几大重点领域。可以看出，无论从“双碳”战略实施，还是从推动高质量发展来分析，水利水电工程建设投资都将在近期迎来新一轮的增长。
水电虽然是目前广泛认为的清洁能源，但是工程建设过程仍存在较高的碳排，从全生命周期的尺度上对其进行碳排放量评估，其总量仍不能小觑。目前，国内外水利水电方面的专家学者、工程技术人员普遍将关注点集中在工程建设的安全、质量、进度及投资管理，以及运营期的投资回报上，针对水利水电工程全生命周期碳排放的研究还较少，从全生命周期的时间尺度提出水利水电工程节能减排解决方案、实施创新管理更是未见相关研究和实践应用成果。如何推进水利水电工程全生命周期的节能减排，实现行业的绿色低碳发展，是行业必须认真思考的迫切课题。
（三）创建精品示范工程的必要之策
本创新成果选取湖南省犬木塘水库工程为应用场景，该工程是国务院确定“十三五"开工建设的172项重大水利工程之一，也是缓解“衡邵干旱走廊"水资源短缺问题的骨干工程。犬木塘水库工程以灌溉为主，结合城乡供水，兼顾生态、航运、发电等综合效益，主要建设内容包含枢纽工程与灌区工程两部分。其中，枢纽工程主要建筑物包括拦河闸坝、电站厂房、船闸、鱼道等，水库总库容1.4亿m3，电站装机34MW，年发电量1.15亿kWh，静态投资25.65亿元。灌区工程设计灌溉面积113.16万亩，静态投资76.15亿元，能为90万城市人口供水提供保障，并有效解决灌区范围内70.2万人饮水提质增效问题。工程于2020年7月开工，总工期60个月。
作为新中国成立以来湖南省单体投资最大的水利水电工程，开展全生命周期低碳减排管理，将犬木塘水库工程打造成为绿色低碳工程，具有重要的示范意义。而抓住项目前期设计这个“牛鼻子”，系统性地谋划各阶段的减排工作，又是后续实现工程低碳设计、低碳建造、低碳运行管理的关键。
二、水利水电工程全生命周期低碳减排目标下的设计管理主要做法
典型水利水电工程的生命周期包括项目前期、建设实施、运行管理、退役等几个阶段。项目前期设计是建设项目实施的关键环节，对项目整体的质量、进度和成本影响巨大，因此对工程建设及运行阶段低碳减排目标的达成起关键性作用。本成果示范工程——犬木塘水库工程在前期设计阶段谋划低碳减排工作方案时，时间跨度上涵盖了项目前期、建设实施、运行管理等阶段，组织架构上包括了项目法人、设计单位、施工单位、监理单位、运营单位等各参与方。通过系统的规划，形成了全生命周期时间跨度上的绿色管理体系。犬木塘水库工程全生命周期低碳减排目标下的设计管理主要做法包括以下六个方面：
（一）以工程全生命周期低碳减排为目标做好顶层设计
犬木塘水库工程在立项之初，项目法人单位湘水集团下属湖南省水利发展投资有限公司（以下简称“湖南省水利投”）就围绕“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水方针和“山水林田湖草是一个生命共同体”系统思维，提出了打造衡邵干旱走廊乡村振兴关键工程、衡邵干旱走廊城乡发展水资源保障工程、湖南现代化灌区样板工程、湖南“节水优先”示范区（“三工程一示范区”）的建设目标，项目前期设计、建设实施与运行管理筹划等工作均高标准、严要求推进。随着“双碳”战略的提出，湖南省水利投又会同设计单位湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司（以下简称“湖南省水电院”）在上述工作基础上，在前期规划设计中融入全生命周期低碳减排理念，形成了指导工程实施的全生命周期低碳减排整体解决方案，极大地丰富了工程的建设目标。
1、实施目标
通过实施犬木塘水库工程全生命周期低碳减排方案，争取将犬木塘水库枢纽工程单位投资碳排放量（
。注：
是指二氧化碳当量，是度量温室效应的基本单位）和电站碳排放系数（
）两项指标控制在国内同类工程排放水平的先进平均数以下。
将犬木塘水库工程建设成为水利行业低碳示范工程，打造成“三工程一示范区”的目标，形成可推广的体系化低碳减排方案，推动水利水电工程建设和运行管理水平进一步提升。
2、技术路线
通过系统性研究和国内外成果分析，形成技术路线如图1所示。首先利用全生命周期评价理论对工程进行全生命周期的碳排放定量核算和详尽分析，获取工程设计阶段、建设阶段以及运行维护阶段等各阶段的碳排放特征。然后，针对碳排特征和碳排贡献量，在各阶段提出设计优化、科技创新、施工组织优化、精细化管理等减碳措施并推进实施。最后探究各措施的减排效果和特点，形成标准减排实施方案。
图1 工程全生命周期低碳减排方案技术路线
3、技术架构
在设计方案技术架构时，坚持系统思维，将工程建设和运行管理工作与减碳工作有机结合起来，将工程各阶段的减碳措施统筹协调起来，采用清单梳理的方式对工程前期、建设、运行阶段的碳排放项目进行分析，逐项细化减碳措施，形成解决方案技术架构，如图2所示。需要注意的是，由于水库大坝设计使用年限一般较长（50-100年），且目前国内外退役拆除的大坝很少，本解决方案暂未考虑工程退役阶段的碳排放。
图2 工程全生命周期低碳减排方案技术架构
4、犬木塘水库工程碳排放核算与分析
基于生命周期评价理论，综合过程分析法（PA-LCA法）和投入产出分析法（EIO-LCA法）两种常用的碳足迹分析方法，在已有的设计资料和数据资料基础上，对犬木塘水库枢纽工程建设、运行阶段的碳排放开展定量计算和分析，测算得到犬木塘水库枢纽工程全生命周期碳排放量为
。核算方法和思路详见附件1论文《水利水电工程全生命周期碳排放研究——以犬木塘工程为例》。
以单位投资碳排放（
）为评价指标，犬木塘水库枢纽工程全生命周期的单位投资碳排放为1.864
。收集整理其他类似水利水电工程的单位投资碳排放值，如表1所示，可知国内同类项目的单位投资碳排放量为1.009~6.638 tCO2e/万元投资之间，犬木塘工程的单位投资碳排放量为1.864 tCO2e/万元投资，在较低区间范围内。
表1 典型水利水电工程单位投资碳排放统计
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