生物质能有望成为碳中和利器（行业前沿）
2021-07-05
碳中和既是我国应对气候变化行动的庄严承诺，也是实现我国经济社会环境根本性变革的重要国策，更是我国探索人类新文明之路、实现和平发展的一大创举。
制造业大发展推升碳排放
能源活动是碳排放主要来源之一，发达国家90%以上的碳排放和75%的温室气体排放来源于能源生产和消费活动。
改革开放后，我国在西方订立的规则下发展了30年，成为工业门类最齐全的制造业第一大国和世界第二大经济体。数据显示，2013-2018年，我国制造业能耗占总能耗的比重为68.4%-65.95%，制造业能耗总量从2013年的约20亿吨标煤增加到约30亿吨标煤。
也就是说，随着我国制造业不断走强，能耗也在持续增加。发达国家通过调整产业结构、输出高能耗制造业来接近碳中和，而我国无法复制这样的道路。预计我国制造业将继续走强，在全球占比会继续提升，如果能源结构不变，意味着碳排放增加将成必然。
低碳能源需满足制造业发展需求
既要满足我国制造业持续发展的能源需求又要控制碳排放，是我国实现碳中和的主要矛盾。
我国制造业的能源需求结构，即电热比约由2013年的3：7变为2018年4:6，电力占比上升明显，但并未改变用热大于用电的基本事实。也就是说，制造业六成多的能源需求是热力。热电联产燃料主要是煤炭，其价格相对便宜，能够实现低成本供热。因此，选用何种可再生能源取代燃煤，满足制造业的热力需求是解决矛盾的关键。
目前，常规能源中有天然气、光热、氢能、核能可以作为备选。其中，天然气响应快、能量密度大，但有三大劣势：总量不足，全球天然气每年贸易总量12000亿立方米，我国2019年表观天然气消费量3064亿立方米，占能耗总量的8.1%，理论推算全球天然气即使全部给我国，也只能解决能耗总量的32%；成本过高，天然气价格各地虽不同，但总体上是燃煤的2-3倍，如果全部采用天然气，制造业成本瞬间上升，为降碳而增加必要成本可以理解，但增加幅度过大必然导致制造业竞争力下降或外移；三是天然气本身是高碳化石能源，虽然碳排放强度低于燃煤，但碳排放问题只是缓解但并未解决。因此，天然气难以成为主要替代选项。
相比之下，光热的能量密度无法满足大量蒸汽等高能量密度用户需求，也无法保障制造业用热连续稳定，从技术角度不能胜任。核能用于连续稳定的发电较有优势，对于北方供暖需求也可作为备选，但对于多样化、多元化的制造业供热需求，其技术性和经济性都难以匹配。氢能在交通领域的优势正在显现，对于特殊供热需求如炼钢代煤虽有成功案例，但对于广泛的制造业供热需求的经济性还需时间验证。此外，以上能源种类即使实现经济性，仍有一个共同短板——现有的燃煤能源基础设施面临废弃。
欧盟思路：重用生物质能
欧盟是全球最早致力于低碳发展的地区，已完成碳达峰，正迈向碳中和，其经验值得学习和借鉴。
欧盟GDP占全球的比重为 22.54%，同期能耗占比为8%，碳排放占比为8.79 %，实现能源系统碳中和采用的是以生物质能为主的可再生能源替代化石能源。从欧盟27国的能源总体结构来看，生物质能占可再生能源的比重高达65%；从碳减排的贡献来看，生物质能占比达43%，位居第一。
究其原因：生物质能是化学能，也是唯一的可再生燃料，可储存、运输，面对多样化、多时段的供热需求，生物质燃料均可灵活满足，且生物质资源多、分布广，经济性强，用于供热竞争力强于化石能源，如北欧的丹麦、瑞典、芬兰基于广泛的农林废弃物构建了具有竞争力的生物质能产业链，并成为能源市场中占比第一的能源品种；生物质能与现有的化石能源基础设施相容，如英国最大的燃煤电厂Drax 6台660MW燃煤机组全部改燃生物质，实现零碳排放，并获得巨大的碳减排收益；生物质能是唯一可以全面取代化石能源的可再生能源品种，不仅可以满足能源三大终端动力、电力、热力的需求，还可以生产生物基材料，取代石油基材料，这是其他可再生能源无法实现的。目前，基于生物质资源的生物炼制（Biorefinery）在欧盟正成为取代石油炼制的新行业。
多维度助力碳中和
总体来说，我国碳中和的三条路径——电力碳中和、热力碳中和、动力碳中和，生物质能均可以发挥重要作用。
其中，在电力碳中和方面，未来电力系统将以可再生能源为主，目前风能、光伏具有竞争优势，但发电小时数低（每年约2000小时）、不稳定，主要的解决方案为兴建储能电站，为风光场站调峰。但需要注意的是，我国有大量燃煤发电机组，如果将燃煤改为燃生物质，为风光发电调峰，既节省了新建储能电站投资，也有利于燃煤机组在减碳的前提下实现最大限度利用，减少原有能源系统直接淘汰而造成的巨大社会财富浪费。
在热力碳中和方面，我国制造业的供热需求完全可以采用生物质能来满足，分布式供热需求可以通过成型燃料配套专业生物质气化炉等热能装备实现。当然，以我国能源消耗的体量，仅靠自身资源难以满足需求。因此，可以建立以生物质可再生燃料为核心、“一带一路”可再生能源合作为目标的架构。对我国而言，大量进口可再生燃料取代化石燃料，既可维持制造业竞争力，又能解决碳排放的约束难题，并有利于推动能源装备与服务出口。同时，帮助“一带一路”国家和地区建立绿色能源基础设施，实现互利共赢，构建绿色发展的命运共同体。
在动力碳中和方面，目前交通动力的解决方案有电动、氢能、生物质燃料三大类，建议由市场选择而非过多的行政干预。行政资源应更多投入市场保障体系建设，如碳市场建设和运行，届时，会有适应国情的碳中和动力方案脱颖而出。
