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400-115-2002
建筑陶瓷行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,是改善民生,滿足人民日益增長的美好生活需要不可或缺的基礎(chǔ)制品業(yè)。
經(jīng)過近四十年的高速發(fā)展,中國成為世界上最大的建筑陶瓷生產(chǎn)國和消費(fèi)國,建筑陶瓷的產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60%以上,產(chǎn)量、消費(fèi)量多年穩(wěn)居世界第一。
高速發(fā)展的同時,建筑陶瓷行業(yè)消耗了大量的資源和能源,產(chǎn)生了大量的溫室氣體。據(jù)行業(yè)測算,建筑陶瓷行業(yè)每年消耗原料1.5~2億噸,消耗能源4000~6000萬噸標(biāo)煤,二氧化碳直接排放量0.9~1.4億噸,間接排放量約0.4億噸。
“雙碳”戰(zhàn)略的實施,對建筑陶瓷行業(yè)產(chǎn)生了巨大的沖擊。從能耗“雙控”、煤炭壓減、環(huán)境保護(hù)“雙碳”目標(biāo)實現(xiàn)等綜合角度考慮,須優(yōu)化用能結(jié)構(gòu),支持和鼓勵行業(yè)企業(yè)實現(xiàn)能源使用轉(zhuǎn)型升級。
建筑陶瓷行業(yè)使用的燃料經(jīng)歷了煤(碳)、油、煤(制氣)、天然氣(液化石油氣)的用能過程。
我國陶瓷燒成傳統(tǒng)上使用的燃料是木柴和煤炭。從20世紀(jì)50年代初開始,在沈陽、唐山等地開始使用發(fā)生爐煤氣燒成建筑衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品。20世紀(jì)50年代,我國從蘇聯(lián)引進(jìn)常壓固定床煤氣發(fā)生爐。50年代到80年代初,我國煤氣發(fā)生爐主要是國產(chǎn)的常壓固定床煤氣發(fā)生爐[1]。
隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展,從1971年開始,重油逐漸代替發(fā)生爐煤氣。到80年代初,隨著油燒隔焰輥道窯的普遍應(yīng)用,重油成為建筑陶瓷的主要燃料。到90年代,由于對環(huán)境保護(hù)的要求提高,燒重油的企業(yè)后來改為燒輕柴油。
20世紀(jì)80年代,我國先后從意大利、美國、法國、英國等國家引進(jìn)兩段式煤氣發(fā)生爐。隨著使用量的增加,煤氣化技術(shù)日趨成熟,明焰輥道窯逐漸代替隔焰輥道窯,并且具有高效、安全、節(jié)能等特點(diǎn)。進(jìn)入90年代,其成本僅為燃油成本的1/3-2/3,經(jīng)濟(jì)效益明顯,煤氣化技術(shù)在陶瓷行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
進(jìn)入21世紀(jì),國家對環(huán)境保護(hù)的力度加大。由于在煤制氣過程中產(chǎn)生硫化氫、焦油、酚水等污染物,如果處理不好,會嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐目諝夂退馁|(zhì)量,很多地方政府從環(huán)境和飲用水安全考慮,要求將煤制氣改為清潔的天然氣。但由于天然氣的供應(yīng)量有限,到2015年底,我國建筑陶瓷行業(yè)的燃料還是以煤制氣為主。
據(jù)建筑陶瓷產(chǎn)能調(diào)查,截止到2017年,建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)窯爐用燃料中天然氣占比已達(dá)到34%,2020年達(dá)到50%。
根據(jù)國家有關(guān)部門發(fā)布的數(shù)據(jù),2020年我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)繼續(xù)優(yōu)化,消費(fèi)總量49.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,煤炭消費(fèi)比重進(jìn)一步降至58%以內(nèi),天然氣占比提高至8.5%,水核風(fēng)光電等清潔能源的消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的比重已接近16%。
《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略》(2016—2030)提出,2021—2030 年,可再生能源、天然氣和核能利用持續(xù)增長,高碳化石能源利用大幅減少。能源消費(fèi)總量控制在60億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi),非化石能源占能源消費(fèi)總量比重達(dá)到20%左右,天然氣占比達(dá)到15%左右,新增能源需求主要依靠清潔能源滿足。展望2050年,能源消費(fèi)總量基本穩(wěn)定,非化石能源占比超過一半。
為實現(xiàn)2030碳達(dá)峰、2060碳中和目標(biāo),建筑陶瓷行業(yè)用能需向低碳、零碳能源轉(zhuǎn)型升級。
1. 2030年前,天然氣將成為行業(yè)使用的主要能源,但其價格和供應(yīng)量等因素制約了天然氣在行業(yè)的應(yīng)用
天然氣是清潔低碳的化石能源,將在全球能源綠色低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。當(dāng)前及未來較長時期,我國能源發(fā)展進(jìn)入增量替代和存量替代并存的發(fā)展階段,推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型,有序擴(kuò)大天然氣利用規(guī)模,是助力能源碳達(dá)峰,構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的重要實現(xiàn)途徑之一[2]。
未來15年,天然氣供應(yīng)量和消費(fèi)量將呈上升趨勢
2020年,中國天然氣產(chǎn)量1925億立方米,同比增長9.8%。天然氣產(chǎn)量增速連續(xù)兩年快于消費(fèi)增速,供應(yīng)安全保障能力持續(xù)提升。天然氣進(jìn)口量1404億立方米,同比增加3.6%。中國天然氣消費(fèi)量3280億立方米,增量約220億立方米,同比增長6.9%,占一次能源消費(fèi)總量的8.4%。
通過合理引導(dǎo)和市場建設(shè),預(yù)計2025年天然氣消費(fèi)規(guī)模達(dá)到4300億~4500億立方米,2030年達(dá)到5500億~6000億立方米,其后天然氣消費(fèi)穩(wěn)步可持續(xù)增長,2040年前后進(jìn)入發(fā)展平臺期。此后,隨著電能、氫能替代加速,終端天然氣消費(fèi)量穩(wěn)步下降,2060年降至500~1600億立方米[3]。
在發(fā)熱量相同的情況下,天然氣的碳排放量比標(biāo)準(zhǔn)煤低近40%
國家發(fā)改委《節(jié)能低碳技術(shù)推廣管理暫行辦法》推薦的排放因子,煤炭取2.64 tCO2/tce,天然氣取1.63 tCO2 / tce。采用天然氣代替煤炭,可減排二氧化碳接近40%。
建筑陶瓷輥道窯采用天然氣代替煤制氣,具有節(jié)能效果[4]
窯爐使用煤制氣時,由于煤制氣的熱值較低,為獲得同樣的窯內(nèi)溫度和保證窯內(nèi)橫向溫差一致,所使用的窯爐煤制氣燒嘴所配置風(fēng)燃比較大,導(dǎo)致窯爐排煙量增加而增加了熱量損失,因而煤制氣的燃燒效率比使用天然氣的燃燒效率低。窯爐從原來使用煤制氣改為使用天然氣之后,由于降低窯爐燃燒過程空氣系數(shù),減少了入窯的助燃風(fēng)量和減少了出窯的排煙量,可以減少排煙熱量損失,具有節(jié)能效果。
天然氣占比提升空間較大
2020年,建筑陶瓷產(chǎn)量85.69億平方米,消耗能源4700萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。經(jīng)測算,其中天然氣約100億立方米。天然氣消費(fèi)量占全國消費(fèi)量的3%,占工業(yè)用天然氣消費(fèi)量的8.1%。隨著“煤改氣”政策的深入推進(jìn)、“雙碳”戰(zhàn)略的實施,以及天然氣“節(jié)能降碳”的優(yōu)勢,建筑陶瓷行業(yè)用能結(jié)構(gòu)中天然氣占比將進(jìn)一步提升,成為行業(yè)主要的能源。
2030年,按天然氣在建筑陶瓷生產(chǎn)綜合能耗中的占比達(dá)到60%計算,天然氣需求量約為300億立方米,約占全國需求量的5%。
天然氣價格和供應(yīng)量等因素限制了其在建筑陶瓷行業(yè)的應(yīng)用
天然氣價格波動很大,特別是到了冬季供暖季,價格成倍上漲。
燃料成本占陶瓷磚生產(chǎn)成本的30%以上,普通陶瓷磚對天然氣價格波動非常敏感,微薄的利潤很容易被上漲的氣價抵消。天然氣供應(yīng)量不能保證,斷供現(xiàn)象頻發(fā),陶瓷企業(yè)損失慘重。以上因素導(dǎo)致陶瓷企業(yè)應(yīng)用天然氣的意愿降低。雖然“煤改氣”政策深入推進(jìn),層層加碼,甚至“一刀切”,但天然氣替代煤制氣進(jìn)展依然緩慢。充足的供應(yīng)量,穩(wěn)定的價格,成為陶瓷企業(yè)共同的心聲。據(jù)報道,液化天然氣期貨于2021年底正式獲得證監(jiān)會立項批復(fù),正在加快推進(jìn)上市工作。天然氣期貨上市以后,有助于形成我國天然氣基準(zhǔn)價格,減少天然氣價格波動。
2. 2030年前,可用氫能不能滿足行業(yè)大范圍應(yīng)用,局部有條件的地區(qū)可使用
氫能有“灰氫”、“藍(lán)氫”、“綠氫”之分。目前國際上主要使用天然氣制氫,我國則以煤制氫為主。全球制氫技術(shù)的主流選擇是化石能源制氫,主要是由于化石能源制氫的成本較低,其中天然氣制氫由于清潔性好、效率高、成本相對較低,占到全球48%。我國能源結(jié)構(gòu)為“富煤少氣”,煤制氫成本要低于天然氣制氫,因而國內(nèi)煤制氫占比最大(64%),其次為工業(yè)副產(chǎn)(21%)[5]。
2020年我國氫氣產(chǎn)量約3342萬噸,占世界氫氣產(chǎn)量的近三分之一,是世界第一產(chǎn)氫大國,來源主要是化石能源制氫,電解水制氫不足1%。在終端消費(fèi)領(lǐng)域,氫作為工業(yè)原料利用占比99%以上,氫作為能源利用占比不足0.1%,主要以氫燃料電池汽車的形式在交通部門利用[6]。
預(yù)計到2030年,我國氫氣年產(chǎn)量將達(dá)到3700萬噸,電解水制氫占比達(dá)到15%左右。大部分氫氣用于工業(yè)原料,作為能源利用的消費(fèi)量為320萬噸,折合標(biāo)煤1300萬噸,其中有1000萬噸標(biāo)煤左右用于氫燃料電池汽車。
2030年前,可作為能源用于建筑陶瓷行業(yè)的的氫能遠(yuǎn)低于行業(yè)用能年消耗量,無法在行業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用,且不考慮運(yùn)輸、儲存以及成本問題。
但是某些靠近氫資源豐富(如工業(yè)副產(chǎn)氫)的產(chǎn)區(qū)或企業(yè),可考慮采用氫能作為主要能源,并加大氫能在建筑陶瓷產(chǎn)品方面的研發(fā)應(yīng)用力度。
3. 綠色電力及窯爐電氣化是行業(yè)實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵
天然氣雖然“節(jié)能降碳”,但還屬于化石能源,仍有碳排放。2030年之后,行業(yè)能源結(jié)構(gòu)將逐步向零碳能源轉(zhuǎn)變。摻氫天然氣或是一個過渡,氫能、生物質(zhì)能等可作為補(bǔ)充。隨著工業(yè)部門電氣化水平的提升,建筑陶瓷行業(yè)用能將最終選用綠色電力。
根據(jù)溫室氣體排放報告補(bǔ)充數(shù)據(jù)表,2015年全國電網(wǎng)平均排放因子為 0.6101 tCO2/MWh,這一數(shù)據(jù)在此后的幾年中一直被采用。2021年12月,在生態(tài)環(huán)境部辦公廳最新發(fā)布的關(guān)于公開征求《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南 發(fā)電設(shè)施(2021年修訂版)》 (征求意見稿)中,全國電網(wǎng)平均排放因子調(diào)整為最新的0.5839tCO2/MWh,下降約4.3%。這一數(shù)字的下降體現(xiàn)出近年我國風(fēng)電、光伏等清潔能源的飛速發(fā)展和火電廠平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的不斷降低。
按0.5839tCO2/MWh進(jìn)行折算,當(dāng)前電力的二氧化碳排放因子為4.75kgCO2/kgce,其排放量是煤炭的約1.8倍,天然氣的約2.8倍。因此當(dāng)前階段,行業(yè)電氣化程度越高,對應(yīng)的間接二氧化碳排放量也越高。當(dāng)綠色電力占比提高到一定程度,全國電網(wǎng)平均排放因子下降到0.2tCO2/MWh以下時,采用電力的排放量才與等熱值的天然氣相當(dāng)。
(1)綠色電力在電力中的占比將大幅度提高
2020年,全國全口徑發(fā)電量為76264億千瓦時,比上年增長4.1%,其中,水電13553億千瓦時,比上年增長4.1 %;火電51770億千瓦時,比上年增長2.6%;核電3662億千瓦時,比上年增長5.0%;并網(wǎng)風(fēng)電4665億千瓦時,比上年增長15.1%;并網(wǎng)太陽能發(fā)電2611億千瓦時,比上年增長16.6%[7]。
圖2 2020年全國全口徑發(fā)電量結(jié)構(gòu)
在“雙碳”目標(biāo)下,能源電力低碳化發(fā)展要求日益凸顯,非化石能源發(fā)電裝機(jī)容量將持續(xù)增長,電源結(jié)構(gòu)朝著更加清潔低碳的方向發(fā)展。從發(fā)電量角度,非化石能源發(fā)電量占比由2020年的約30%逐步提升至2030年的50%,2060年80%-90%[8]。
水電仍是可再生能源發(fā)電的主力軍
水力發(fā)電是再生能源發(fā)電的“領(lǐng)頭羊”,遠(yuǎn)比風(fēng)力和太陽能的發(fā)電量多。水力發(fā)電在中國的地位大大提升,目前在中國發(fā)電份額中燃煤發(fā)電居首,水力發(fā)電居第二位。截至2020年底,中國水電裝機(jī)約為3.7億千瓦,約占全國發(fā)電總裝機(jī)容量的19%;發(fā)電量約為13553億千瓦時,占全部可再生能源發(fā)電量的60%以上。2020年,全國全口徑發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)220058萬千瓦,全國全口徑水電裝機(jī)容量達(dá)37016萬千瓦,占全部裝機(jī)容量的16.82%。
根據(jù)中國水電發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃,到2030年水電裝機(jī)容量約為5.2億千瓦,水電開發(fā)程度約60%。到2060年,水電裝機(jī)約為7.0億千瓦,水電開發(fā)程度為73%。
風(fēng)電是第三大常規(guī)電源
風(fēng)力發(fā)電是一種清潔無污染、可永續(xù)利用的能源利用形式。經(jīng)過40年的發(fā)展,風(fēng)電已經(jīng)發(fā)展成為中國繼火電、水電之后的第三大常規(guī)電源,且在各類電源之中已具備一定的成本優(yōu)勢。目前,全國風(fēng)電累計并網(wǎng)規(guī)模達(dá)到2.82億千瓦,年發(fā)電量約為0.5萬億千瓦時。陸上風(fēng)電的發(fā)電成本已降至與燃煤發(fā)電成本相當(dāng)?shù)乃剑行┑貐^(qū)每千瓦時電甚至比煤電還低0.1元,海上風(fēng)電有望在2025年前后實現(xiàn)平價上網(wǎng)[9]。
截至2020年底,全國風(fēng)電累計裝機(jī)容量為28153萬千瓦[10],是2005年的225倍,占我國全部發(fā)電裝機(jī)容量的12.8%。然而,風(fēng)電在我國電力結(jié)構(gòu)的比重仍然很低。2020年,全國風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到4665億千瓦時,占全國總發(fā)電量的6.1%。
根據(jù)預(yù)測,2030年中國風(fēng)電累計裝機(jī)容量為4.45億千瓦,2050年為12.54億千瓦(大約是2020年實際風(fēng)電累計裝機(jī)容量的4.5倍);2030年風(fēng)電發(fā)電量為0.84萬億千瓦時,2050年為2.45萬億千瓦時(大約是2020年的5倍)。2050年中國電力消費(fèi)預(yù)計達(dá)到8萬億千瓦時[11](2020年全社會用電量7.51萬億千瓦時),這意味著屆時風(fēng)電在電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中的占比將達(dá)到30.6%。
光伏發(fā)電是增長最快的電源類型
近年來我國光伏發(fā)電保持快速增長,2020年裝機(jī)容量已達(dá)2.5億千瓦。在“整縣光伏開發(fā)”等相關(guān)政策激勵下,光伏發(fā)電發(fā)展將進(jìn)一步提速。未來光伏發(fā)電將長期作為“雙碳”目標(biāo)下非化石能源發(fā)展的領(lǐng)跑者,在當(dāng)前至2060年將保持強(qiáng)勁的增長勢頭,成為增長幅度最大的電源。預(yù)計2025年和2030年裝機(jī)容量將分別達(dá)到約5.5億千瓦和8.0億~8.3億千瓦,2060年增長至20億千瓦左右。光伏發(fā)電裝機(jī)容量當(dāng)前低于煤電、水電、風(fēng)電,預(yù)計將于2030-2035年期間成為容量最大的電源。
核電容量將穩(wěn)步增長
核電是清潔、可靠的電源,且其利用小時數(shù)較高,在風(fēng)電、光伏發(fā)電大規(guī)模發(fā)展的情況下能夠?qū)ο到y(tǒng)電力電量平衡作出較大貢獻(xiàn),是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要力量,應(yīng)當(dāng)在確保安全的基礎(chǔ)上高效發(fā)展核電。2020年我國核電裝機(jī)容量約為5000萬千瓦。我國核電發(fā)展受到電站選址空間及規(guī)劃建設(shè)周期等因素影響,在不發(fā)展內(nèi)陸核電的情況下,預(yù)計2025年、2030年、2050年裝機(jī)容量將分別達(dá)到約0.8億、1.2億、2.3億千瓦,2050年后裝機(jī)容量保持穩(wěn)定。
(2)行業(yè)用能設(shè)備電氣化發(fā)展成為必然趨勢
據(jù)《中國能源電力發(fā)展展望》(2021),電能將逐步占據(jù)終端用能的核心地位,電氣化率不斷提升,2025年約為30%,2050年超過50%,2060年有望達(dá)到70%。
建筑陶瓷行業(yè),2020年電能在綜合能耗中的占比為10%-15%,提升空間很大。建筑陶瓷行業(yè)電氣化率提升的關(guān)鍵在于窯爐設(shè)備的電氣化。窯爐用能占比約60%,目前主要能源是煤制氣和天然氣。將氣燒輥道窯改成電燒輥道窯成為提高行業(yè)電氣化率的重要途徑。
(3)電燒輥道窯比氣燒更節(jié)能降碳
建筑陶瓷行業(yè)傳統(tǒng)的燒成窯爐主要采用氣燒輥道窯。電加熱輥道窯是目前正在研發(fā)的新型窯爐,通過采用電燒輥道窯技術(shù),無需助燃空氣,煙氣量下降80%以上,理論上燒成能耗降低50%左右??紤]氣燒輥道窯余熱利用,電燒輥道窯綜合節(jié)能可達(dá)到20%以上。
氣燒輥道窯改為電燒,按電力中綠色電力占比80%計,碳排放量降低約85%,減排效果十分顯著。
(4)未來電價將更具有競爭力
行業(yè)最關(guān)心的問題是能源的供應(yīng)量及價格的問題。能源的供應(yīng)量由國家統(tǒng)一規(guī)劃。而能源價格方面,由于化石能源的不可再生性,預(yù)計一次能源價格將繼續(xù)保持上升態(tài)勢;隨著綠色電力技術(shù)的進(jìn)步以及其占比的逐漸增大,電力價格將將呈現(xiàn)降低趨勢,至少保持穩(wěn)定,因此相比較于化石能源而言,電力價格將更加具有競爭力。這為行業(yè)電氣化率的提升降低了阻礙。
建筑陶瓷行業(yè)使用的燃料經(jīng)歷了煤(碳)、油、煤(制氣)、天然氣(液化石油氣)的過程。2030年之前天然氣將成為行業(yè)發(fā)展的主要能源,在有條件的地區(qū),氫能也可作為一個替代補(bǔ)充。2030年之后,電氣混燒可能會是一個過渡。隨著電力結(jié)構(gòu)綠色化程度提高,建筑陶瓷窯爐電氣化成為行業(yè)碳中和的關(guān)鍵。陶瓷窯爐裝備企業(yè)需提前布局,加大電燒輥道窯的研發(fā)力度,為行業(yè)實現(xiàn)2060年碳中和做出貢獻(xiàn)。
[1] 丁衛(wèi)東,中國建筑衛(wèi)生陶瓷史.
[2] 中國天然氣發(fā)展報告. 2021.
[3] 中國能源電力發(fā)展展望. 2021.
[4] 伍志良.陶瓷企業(yè)燃料“煤改氣”技術(shù)措施及節(jié)能環(huán)保效益. 陶瓷. 2019.7
[5] 2021氫能行業(yè)分析報告.
[6] 中國能源電力發(fā)展展望 2021.
[7] 中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2021.
[8] 中國能源電力發(fā)展展望.2021.
[9] 秦海巖.《地方政府接力,助推海上風(fēng)電2025年平價發(fā)展》.中國風(fēng)力發(fā)電網(wǎng).
[10] 《國家能源局發(fā)布2020年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)》,國家能源局網(wǎng)站.
[11] 李平. 劉強(qiáng)、王恰等. 《中國能源前景2018-2050》.
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