Eduardo De Almeida AFRY Process Industries

鑒于電網(wǎng)電力的二氧化碳排放量在29g/kWh～635g/kWh之間浮動，生活用紙生產(chǎn)商正朝著本地可再生能源發(fā)電方向發(fā)展，本文提出了一個實現(xiàn)工業(yè)脫碳的策略。

能源成本的上升、環(huán)境壓力和法規(guī)加緊推動著工業(yè)企業(yè)走向脫碳。然而，在如何實現(xiàn)脫碳生產(chǎn)方面，有多種可選方案。與許多其他工業(yè)領域的工廠一樣，生活用紙工廠中化石能源的使用是溫室氣體排放的重要因素。生活用紙行業(yè)涵蓋了包括紙機生產(chǎn)操作、干燥過程和運輸在內的各種環(huán)節(jié)，均需要投入大量的能源。不同工廠之間的能源來源（例如化石燃料、可再生能源）和能源利用效率可能存在差異，從而影響碳排放情況。

本文將探討衛(wèi)生紙廠如何實現(xiàn)能源輸入端和來源端的脫碳。一個合理的方案是替換耗氣設備。在能源供應充足的地區(qū)，生活用紙行業(yè)中的燃氣鍋爐正逐漸被生物質鍋爐所取代。此外，市場上出現(xiàn)了第一批電動干燥氣罩。

轉向電動設備似乎是脫碳的一個好方法。但是，生產(chǎn)商仍然會面臨所在國家電網(wǎng)電力的碳濃度影響。例如，在歐洲，二氧化碳排放量范圍可能從挪威的29g/kWh到波蘭的635g/kWh不等。在全球范圍內，政策法規(guī)和消費者均要求低碳產(chǎn)品，這使得位于高碳密集型國家的生產(chǎn)商存在風險，特別是那些將產(chǎn)品出口到低碳密集型國家的生產(chǎn)商。

通常情況下，可以生成綠色電能，盡管價格較常規(guī)市場要高。因此，生活用紙生產(chǎn)企業(yè)正在考慮使用本地可再生能源，以此替代從電網(wǎng)購買電力。

下面以西班牙的能源利用和生活用紙市場數(shù)據(jù)為例，探討如何來確定衛(wèi)生紙廠的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模。

電力平均值計算

許多財務分析都是使用年度平均預測值展開的。考慮到西班牙電力價格每天甚至每小時都會波動，這種方法可能會導致嚴重的誤差。此外，電網(wǎng)能源價格與可再生能源發(fā)電相關，因此任何模擬都應該考慮這一點。圖1顯示了西班牙電力市場及其發(fā)電情況，從中可以看出這一點。

如圖2所示，在白天，來自太陽能的電力發(fā)電量占到西班牙總電產(chǎn)量的40%以上。這致使電力價格在中午時段下降，如圖3所示。

任何考慮安裝太陽能電池板的生產(chǎn)企業(yè)都可能會在電網(wǎng)購電價格非常便宜的時候開始發(fā)電。在這一特定的時間段內，電力價格甚至降至零，這在周末常常發(fā)生。這表明，盈利能力應該按小時為計量單位模擬，而不是按長期平均值。同樣，風力發(fā)電也與電網(wǎng)電力價格相關。

確定能源脫碳項目的規(guī)模

從長遠來看，有更多的生產(chǎn)企業(yè)和終端消費者會轉而使用可再生能源，因此相關性預計會增加。基于這一點，本文將定義確定能源脫碳項目規(guī)模和最佳盈利能力所需的關鍵概念。

為了正確確定能源脫碳項目的規(guī)模，需要以下關鍵信息：

1 ?電力消耗模式。電力使用者可能具有自用電，而不使用電網(wǎng)的電力，以及其他使用情況。這將由當?shù)胤ㄒ?guī)和安裝的技術規(guī)則來確定。

2 ?按小時計算的用電消耗情況。這組數(shù)據(jù)通過歷史數(shù)據(jù)以及考慮到任何重大變化（重大資本支出投資、生產(chǎn)變化等）的預測值來獲取。

3 ?每小時電價預測值。應使用發(fā)電組合、二氧化碳和天然氣價格預測、消費者用電情況、國際電網(wǎng)連接等進行建模，以獲取每小時的電價預測值。這些模型必須以每小時詳細的電力工程氣象模擬為基礎，并考慮先前提到的相關性。應考慮三種預測場景（高、中、低電力價格），如圖4所示。

4 ?與太陽能和風能發(fā)電相關的當?shù)貧v史數(shù)據(jù)，這將與電價預測值相關聯(lián)。

5 ?太陽能和風能裝置的資金支出和運營支出。

6 ?財務假設，如通貨膨脹、加權平均資本成本（WACC）、項目持續(xù)時間、稅收等。

在獲得關鍵信息后，可以開始模擬。模擬將考慮上述條件，并評估不同規(guī)模和組合的太陽能、風能發(fā)電裝置，以及不同規(guī)模的電池儲能系統(tǒng)（BESS），從而反映項目期間（通常為25年預測期）工廠的每小時能量平衡。

本示例評估了平準化度電成本（LCOE），即項目同期內客戶通過平均可再生能源發(fā)電和從電網(wǎng)進口獲得的電力成本和發(fā)電量（以歐元/kWh計）。

從圖5中可以看到，如果企業(yè)不投資太陽能光伏或風能（即可再生能源份額為0％），則在25年內其能源成本為點1。在此示例中，對使用不同規(guī)模太陽能和風能發(fā)電裝置的衛(wèi)生紙廠進行了多次投資曲線模擬。每個黑色點是對為期25年的模擬，同時考慮了規(guī)模組合。藍色曲線顯示了最佳投資曲線組合，即在給定可再生能源份額的情況下最有效的規(guī)模。綠色點（點4）是絕對最優(yōu)解，顯示了實現(xiàn)最低平準化能源成本所需的太陽能和風能的規(guī)模。

在圖中某一點之后，增加公司的可再生能源份額就沒有意義了。這是因為多余的能源會被削減或以低價出售給電網(wǎng)。在以高價將電力銷售給電網(wǎng)的情況下，最佳可再生能源份額可能會更高。

電力成本的影響

此模擬針對不同的電力價格情景進行重復。在電價預測值較高的情況下，最佳規(guī)模將會更高。

如圖6所示，高電力價格情景將使可再生能源的份額提高。這是因為即使一部分能源被削減，由于減少了對電網(wǎng)能源的消耗，節(jié)約能源的增加將彌補這些損失。在考慮所有這些因素的基礎上，可以分析如何使生活用紙生產(chǎn)的脫碳實現(xiàn)戰(zhàn)略最優(yōu)化。

脫碳戰(zhàn)略

一旦通過模擬獲得了可能性和最佳規(guī)模的分布圖，生活用紙生產(chǎn)企業(yè)必須做出一個既有利可圖又能盡量降低風險的選擇。下圖解釋了如何最好地處理這個問題。圖7中定義了以下區(qū)域：

1 無投資LCOE范圍。這是生產(chǎn)企業(yè)在未來25年內可能預測到的電力成本范圍。也就是說，如果一家公司在生產(chǎn)現(xiàn)場沒有可再生能源發(fā)電，則其將完全受到電網(wǎng)電力價格波動的影響。

2 投資決策范圍。這考慮了處于低價和高價電網(wǎng)電力情景之間的可再生能源份額范圍。為了實現(xiàn)最低的平準化度電成本，生產(chǎn)企業(yè)應該在此范圍內確定可再生能源份額。

3 投資費用范圍。這是生產(chǎn)企業(yè)在未來25年內可能預測到的電力價格范圍，考慮到其可再生能源份額介于低價和高價情景之間的最佳值。

4 低風險區(qū)域。這是一個規(guī)模范圍，在此范圍內，生產(chǎn)企業(yè)可以確保平準化度電成本保持在電網(wǎng)價格之下。在生產(chǎn)企業(yè)具有較大可再生能源份額的情況下，如果電網(wǎng)價格下降，則存在平準化度電成本高于電網(wǎng)價格的風險。如果保持在低風險范圍內，這種風險是最小的。

5 ?機會風險?？稍偕茉捶蓊~較低的生產(chǎn)企業(yè)可能會錯過進一步降低生產(chǎn)成本的機會。

本研究側重于確定最低的平準化度電成本對應的生產(chǎn)能源規(guī)模。同樣，該研究也可以用于實現(xiàn)利潤最大化或二氧化碳排放量最小化的測算，但最佳規(guī)模將取決于生活用紙生產(chǎn)企業(yè)的目標。

結論

對于各個生活用紙生產(chǎn)企業(yè)來說，投資自用可再生能源發(fā)電是降低成本和碳足跡的良好機會。然而，投資規(guī)模必須經(jīng)過仔細計算。必須考慮生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)模式、能源市場以及所處的氣候條件，并按小時模擬。

一旦獲得了這些信息，就可以利用這些信息，在了解風險并符合企業(yè)生產(chǎn)戰(zhàn)略的情況下，做出有利可圖的能源使用和生產(chǎn)成本決策。

（本刊編譯自Tissue World/2023年9—10月，王娟終審）