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生物質能有望成為碳中和利器

中國能源報發(fā)布時間:2021-07-09 15:02:16

碳中和既是我國應對氣候變化行動的莊嚴承諾,也是實現我國經濟社會環(huán)境根本性變革的重要國策,更是我國探索人類新文明之路、實現和平發(fā)展的一大創(chuàng)舉。

制造業(yè)大發(fā)展推升碳排放

能源活動是碳排放主要來源之一,發(fā)達國家90%以上的碳排放和75%的溫室氣體排放來源于能源生產和消費活動。

改革開放后,我國在西方訂立的規(guī)則下發(fā)展了30年,成為工業(yè)門類最齊全的制造業(yè)第一大國和世界第二大經濟體。數據顯示,2013-2018年,我國制造業(yè)能耗占總能耗的比重為68.4%-65.95%,制造業(yè)能耗總量從2013年的約20億噸標煤增加到約30億噸標煤。

也就是說,隨著我國制造業(yè)不斷走強,能耗也在持續(xù)增加。發(fā)達國家通過調整產業(yè)結構、輸出高能耗制造業(yè)來接近碳中和,而我國無法復制這樣的道路。預計我國制造業(yè)將繼續(xù)走強,在全球占比會繼續(xù)提升,如果能源結構不變,意味著碳排放增加將成必然。

低碳能源需滿足制造業(yè)發(fā)展需求

既要滿足我國制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的能源需求又要控制碳排放,是我國實現碳中和的主要矛盾。

我國制造業(yè)的能源需求結構,即電熱比約由2013年的3:7變?yōu)?018年4:6,電力占比上升明顯,但并未改變用熱大于用電的基本事實。也就是說,制造業(yè)六成多的能源需求是熱力。熱電聯(lián)產燃料主要是煤炭,其價格相對便宜,能夠實現低成本供熱。因此,選用何種可再生能源取代燃煤,滿足制造業(yè)的熱力需求是解決矛盾的關鍵。

目前,常規(guī)能源中有天然氣、光熱、氫能、核能可以作為備選。其中,天然氣響應快、能量密度大,但有三大劣勢:總量不足,全球天然氣每年貿易總量12000億立方米,我國2019年表觀天然氣消費量3064億立方米,占能耗總量的8.1%,理論推算全球天然氣即使全部給我國,也只能解決能耗總量的32%;成本過高,天然氣價格各地雖不同,但總體上是燃煤的2-3倍,如果全部采用天然氣,制造業(yè)成本瞬間上升,為降碳而增加必要成本可以理解,但增加幅度過大必然導致制造業(yè)競爭力下降或外移;三是天然氣本身是高碳化石能源,雖然碳排放強度低于燃煤,但碳排放問題只是緩解但并未解決。因此,天然氣難以成為主要替代選項。

相比之下,光熱的能量密度無法滿足大量蒸汽等高能量密度用戶需求,也無法保障制造業(yè)用熱連續(xù)穩(wěn)定,從技術角度不能勝任。核能用于連續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電較有優(yōu)勢,對于北方供暖需求也可作為備選,但對于多樣化、多元化的制造業(yè)供熱需求,其技術性和經濟性都難以匹配。氫能在交通領域的優(yōu)勢正在顯現,對于特殊供熱需求如煉鋼代煤雖有成功案例,但對于廣泛的制造業(yè)供熱需求的經濟性還需時間驗證。此外,以上能源種類即使實現經濟性,仍有一個共同短板——現有的燃煤能源基礎設施面臨廢棄。

歐盟思路:重用生物質能

歐盟是全球最早致力于低碳發(fā)展的地區(qū),已完成碳達峰,正邁向碳中和,其經驗值得學習和借鑒。

歐盟GDP占全球的比重為 22.54%,同期能耗占比為8%,碳排放占比為8.79 %,實現能源系統(tǒng)碳中和采用的是以生物質能為主的可再生能源替代化石能源。從歐盟27國的能源總體結構來看,生物質能占可再生能源的比重高達65%;從碳減排的貢獻來看,生物質能占比達43%,位居第一。

究其原因:生物質能是化學能,也是唯一的可再生燃料,可儲存、運輸,面對多樣化、多時段的供熱需求,生物質燃料均可靈活滿足,且生物質資源多、分布廣,經濟性強,用于供熱競爭力強于化石能源,如北歐的丹麥、瑞典、芬蘭基于廣泛的農林廢棄物構建了具有競爭力的生物質能產業(yè)鏈,并成為能源市場中占比第一的能源品種;生物質能與現有的化石能源基礎設施相容,如英國最大的燃煤電廠Drax 6臺660MW燃煤機組全部改燃生物質,實現零碳排放,并獲得巨大的碳減排收益;生物質能是唯一可以全面取代化石能源的可再生能源品種,不僅可以滿足能源三大終端動力、電力、熱力的需求,還可以生產生物基材料,取代石油基材料,這是其他可再生能源無法實現的。目前,基于生物質資源的生物煉制(Biorefinery)在歐盟正成為取代石油煉制的新行業(yè)。

多維度助力碳中和

總體來說,我國碳中和的三條路徑——電力碳中和、熱力碳中和、動力碳中和,生物質能均可以發(fā)揮重要作用。

其中,在電力碳中和方面,未來電力系統(tǒng)將以可再生能源為主,目前風能、光伏具有競爭優(yōu)勢,但發(fā)電小時數低(每年約2000小時)、不穩(wěn)定,主要的解決方案為興建儲能電站,為風光場站調峰。但需要注意的是,我國有大量燃煤發(fā)電機組,如果將燃煤改為燃生物質,為風光發(fā)電調峰,既節(jié)省了新建儲能電站投資,也有利于燃煤機組在減碳的前提下實現最大限度利用,減少原有能源系統(tǒng)直接淘汰而造成的巨大社會財富浪費。

在熱力碳中和方面,我國制造業(yè)的供熱需求完全可以采用生物質能來滿足,分布式供熱需求可以通過成型燃料配套專業(yè)生物質熱能裝備實現。當然,以我國能源消耗的體量,僅靠自身資源難以滿足需求。因此,可以建立以生物質可再生燃料為核心、“一帶一路”可再生能源合作為目標的架構。對我國而言,大量進口可再生燃料取代化石燃料,既可維持制造業(yè)競爭力,又能解決碳排放的約束難題,并有利于推動能源裝備與服務出口。同時,幫助“一帶一路”國家和地區(qū)建立綠色能源基礎設施,實現互利共贏,構建綠色發(fā)展的命運共同體。

在動力碳中和方面,目前交通動力的解決方案有電動、氫能、生物質燃料三大類,建議由市場選擇而非過多的行政干預。行政資源應更多投入市場保障體系建設,如碳市場建設和運行,屆時,會有適應國情的碳中和動力方案脫穎而出。


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