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英国政府近日公布一项计划,将投入超过25亿英镑(合33.1亿美元)用于研究和开发工作,以实现二氧化碳减排目标。投资的目的是帮助英国实现政府设定的减排目标。新计划将资助的行业包括运输、农业、能源和废物管理,都是清洁增长战略涵盖的行业。据路透社报道,这笔资金中约9亿英镑将用于创新,包括2.65亿英镑用于智慧能源,4.6亿英镑用于支持新的核能技术,1.77亿英镑用于开发新技术以进一步降低可再生能源成本,例如风机叶片的创新。此外还将投入高达1亿英镑用于捕集、利用和储存二氧化碳的技术以及旨在降低排放的工业创新。”

一、执行纲要  钢铁行业是英国八个高能耗行业之一,此篇报告旨在评价到2050年行业内低碳化生产的潜在可能性,研究钢铁制造业如何进行去碳化并在保障竞争力的同时提高能源效率。能源密集型产业在消耗大量能源的同时,对经济增长与经济再平衡也作出着巨大贡献。英国政府决心向低碳经济转型,能源密集型行业将扮演重要角色。  线路图项目的目标是:  (1)提高对各工业部门的减排潜能、替代减排措施的相对成本以及有关商业环境(包括投资决策、障碍和竞争力问题)的认知;  (2)建立一个用于报告未来政策以及确定战略结论和减排潜能(2020年至2050年)的共享证据平台。  钢铁行业路线图的发展包括三个主要阶段:  (1)收集有关技术操作、去碳化和能效技术投资动力与阻碍的证据;  (2)发展去碳化“路径”(至2050年),用于研究一系列减排等级的说明性技术组合;  (3)分析与解释技术、社会和商业依据,用于确定后续步骤的潜能以及作出结论。  二、行业调查  钢材制造可通过高炉-氧气转炉和电弧炉两条路线实现。其中,高炉-氧气转炉钢占英国钢材总产量的百分之七十九,剩余的钢材产量为电弧炉钢。2012年,行业内共计生产超过九百万吨不同类型的钢材产品。同时,行业内只用于电力消耗所排放的二氧化碳就接近200万吨。钢铁工业中,二氧化碳的排放分为直接排放与间接排放。直接排放来源于化石燃料的现场燃烧,间接排放来源于生产过程中的电力消耗。2011年行业内二氧化碳总排放量为1660万吨,2012年为1840万吨,到2013年达到了2280万吨。在这三个时间节点,电弧炉生产过程的碳排放量分别占总量的6%、6%和4%。另外,高炉-氧气转炉过程的碳排放量占直接排放量的绝大部分,而电弧炉钢的生产过程主要为间接排放过程。在钢铁生产的各阶段,以2011年高炉-氧气转炉钢的生产为例,炼铁过程中排放的二氧化碳量占直接排放量的绝大部分(生产一吨热轧板卷排放1.1-1.8吨的二氧化碳),接下来是烧结过程、炼钢过程和炼焦过程(生产一吨热轧板卷分别排放0.4-0.7、0.2-0.3、1吨的二氧化碳)。在二氧化碳间接排放量中,热轧过程是主要的排放源(生产一吨热轧板卷排放0.2-0.3吨的二氧化碳)。  英国钢铁工业是一个高度成熟和高度统一化的行业。2013年英国钢铁行业总收入达99亿英镑,其中利润达到6.73亿英镑。同时,钢铁部门的总收入是高度不稳定的,钢铁行业也是高度资本密集型的。行业未来的成功依赖于它能否进入日渐扩张的国际市场,依赖于减排的能力,依赖于核心投入物可靠来源的获取能力以及价格竞争能力。通过一些不同的研究方法,例如文献查阅、采访和专题讨论会,确定了去碳化进程的驱动力与障碍。  钢铁行业去碳化的驱动力有以下几点:发展型市场的进入、政策框架的改善、碳成本、靠近碳捕集与碳存储设施的定位、用于可再生能源材料需求的提高以及在投资项目中环境与安全问题的结合。  去碳化进程的障碍主要包括:低成本产品的全球竞争、股东要求快速的投资回收、资本的可获得性、电力和天然气价格的增加、资金周转率的缓慢、客户对于成本的要求(而不是碳排放)、监管的不确定性以及碳成本的增加和不公平竞争。  三、减排潜力与路径  为了分析钢铁行业去碳化的潜能,我们创立了四条不同的路径:  (1)没有特殊的额外的干预手段加速去碳化进程(称作“一切照常”);  (2)与第一条路径相似,但改善了炉道与炉顶煤气循环的部署,与2010年相比,使二氧化碳的排放量到2050年下降28%(称作“20-40%二氧化碳减排路径”);  (3)在前两条路径的基础上,从2035年开始在改造方案中加入碳捕集技术,与2010年相比,使二氧化碳的排放量至2050年下降46%(称作“40-60%二氧化碳减排路径”);  (4)尽可能投入最大技术潜力支持去碳化,从2040年开始,对行业内一半工厂进行加入碳捕集技术的改造,另一半进行加入碳捕集技术的重建(称作“最高技术”)。  这些路径包括各项操作的部署:  (1)对现有技术的逐步改进;  (2)对最佳可行技术应用的升级;  (3)利用颠覆性技术(在中期将有可能具备商业可行性)改变重要环节。  路径的分析表明,按照当前的趋势发展,“最高技术”路径将使2050年的行业内碳排放量减少到920万吨,与2012年相比排放量下降了60%。行业内的一项重要挑战是设备长时间的使用期,这需要我们谨慎地规划设备的重要翻新与重建,使其与更新的技术达成一致,而“最高技术”路径中的减排量主要依靠碳捕集技术。除此之外,调整高炉-氧气转炉产品与电弧炉产品的比例也是一种具有明显减少碳排放潜力的操作。将高炉-氧气转炉产品向电弧炉产品转化,会增加用电量,但同时也将减少高炉-氧气转炉产生的直接排放量。随着输电网去碳化的发展,这种转化将带来一个整体性的排放降低。  四、总结  未来政府以及工业需要怎样的措施克服障碍以达到行业路径?对此,提出了八个方面的战略结论和六个核心技术组。战略结论包括:  (1)通过领导与组织开发战略,面对减排带来的挑战;  (2)去碳化最重要的障碍是缺乏投资基金;  (3)未来能源成本、能源供应安全、市场结构和竞争;  (4)工业能源政策背景;  (5)生命周期的计算;  (6)价值链合作;  (7)研究、发展与示范;  (8)人与技术。  六个核心技术组有:  (1)输电网的去碳化;  (2)热能电气化;  (3)燃料与原料的可用性;  (4)能源效率及热回收;  (5)工业集群;  (6)碳捕集。  如果政府与钢铁行业将本报告的证据与分析作为依据,那么在未来几十年的时间里,实现碳排放量的显著降低、能源效率的增加和市场竞争力的提高等目标将会实现。

1 发电环节低碳潜力
发电行业作为国民经济发展的重要基础产业,无论是能源消耗还是温室气体和污染物排放,发电行业比重都很大,是我国节能降碳的重要领域。虽然发电行业的节能降碳工作已经取得较为显著的成绩,但潜力依然很大。
1.1 火电节能减排潜力分析
我国火电以煤电为主,虽然我国煤炭资源丰富,但人均占有量低,煤炭分布不均衡,煤炭后备储量紧张。因此火电由于煤炭的不可再生性和现有储备,发展潜力有限。
随着国家火电机组“上大压小”结构减排政策的实施,目前在运小机组逐渐减少,靠结构减排降低供电煤耗的空间越来越小,因此依靠化石能源节能减排创新技术的开发与应用实现节能减排是必然的选择。虽然目前我国平均供电煤耗已经达到世界先进水平,但不同地区、不同机组煤耗差别仍然较大,因此火电机组仍有相当大的节能减排空间。
1.2 水电节能减排潜力分析
国际上,具备水能资源条件的发达国家,水电平均开发度已在60%以上。截止2003年,美国水电资源已开发约82%,日本84%,加拿大65%,德国73%,巴西、法国、挪威、瑞士均在80%以上,我国水电资源已开发约39%,由此证明水资源丰富的我国水电开发的潜力还很大。我国水力资源理论蕴藏年发电量为6.08万亿千瓦时;技术可开发装机容量5.42亿千瓦,年发电量2.47万亿千瓦时;经济可开发容量4.02亿千瓦,年发电量1.75万亿千瓦时。
我国的水电开发也存在一些问题,主要表现在地域分布极不平衡,西部多东部少,相对集中于西南;开发程度存在较大地区间差异,2010年底我国水电开发程度为45.7%,其中中东部地区开发程度超过80%,而西部地区开发程度仅为23%,特别是西南地区仅为17%;移民与环保问题制约发展。实行大中小水电开发相结合,推进水电流域梯级综合开发;扩大资源配置范围;加快抽水蓄能电站发展,能够进一步挖掘水电节能减排潜力。
1.3 核电节能减排潜力分析
目前我国核电技术的应用较为成熟,发展潜力非常大,重点强调安全发展。存在的问题主要表现在核安全管理的法律法规和政策制度体系有待完善;核电技术还处于引进、消化、吸收过程中,需要加强自主创新;需要大量投资及引进高端技术人才。未来,我国还需要制定明确稳定的核电产业政策,运用政策或法律法规保证长期发展核能战略;同时,应当注重核电市场化运作,建立统一完整的核电发展机制,推动核电产业的安全有序发展。
1.4 风电节能减排潜力分析
根据中国气象局普查成果,全国陆地离地面10米高度的风能资源总储量为43.5亿千瓦,技术可开发量约为3亿千瓦,海上可开发利用的风能约7.5亿千瓦。我国的风力资源极为丰富,绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上,特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿,平均风速更大;有的地方,一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区,发展风力发电是很有前途的。
现存问题表现在规模化程度不高、国产化水平较低;风电设备质量良莠不齐;在风能资源丰富的“三北”地区,存在电网对风电的输送与市场消纳能力不足问题。通过注重大中小、分散与集中、陆地与海上相结合的方式开发风电;加强风机生产的行业管理,遏制风机设备制造投资过热、重复引进和低水平重复建设现象;同步开展风电幵发、消纳市场和送电方案等研究解决风电并网问题等方式,能够进一步提高风电利用效率。
1.5 太阳能发电节能减排潜力分析
我国蕴藏着丰富的太阳能资源,全国三分之二的国土面积年日照小时数在2200小时以上,年太阳福射总量大于每平方米5000兆焦,属于太阳能利用条件较好的地区。西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总福射量和日照时数均较高,属世界太阳能资源丰富地区之一。我国陆地表面每年接受太阳福射能相当于49000亿吨标准煤,约等于上万个三峡工程发电量的总和。太阳能发电潜力大。现存问题表现在太阳能出力不稳定,发电成本高,并网问题较大。可参照风电,开展并网检测、功率预测等相关工作,同时加大太阳能大规模发电技术研发力度,规模效益形成后成本会大幅下降,通过技术手段提高太阳能利用。
从近几年我国发电行业发展情况可以看到,一方面,火电比重仍然非常高,致使二氧化碳排放量仍然很大,在火电锁定效应状态下,在电力与经济增长存在强度内在关联情况下,低碳和节能减排任务十分艰巨。另一方面清洁能源发电及低碳创新技术开发潜力很大,因此,基于低碳经济的发电行业节能减排路径应该围绕以下两个方面来展开:一是从优化电源结构,适当减少火电比重、增加清洁发电比重,二是加大对火力发电低碳和节能减排创新技术的研发和推广。
2 发电侧碳减排途径
至2020年,“我国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%——50%”和“非化石能源占一次能源消费比重提高到15%”等目标已纳入国民经济和社会发展中长期规划,是我国应对国际碳减排压力所做出的承诺。电力行业二氧化碳排放量约占全国能源消耗二氧化碳排放的40%左右,是节能减排和低碳发展的重点领域。
目前,控制我国火电行业温室气体的排放主要有管理减排、工程减排、结构减排和市场减排四种途径。
2.1 管理减排途径
管理减排,即通过管理提高能源转化效率以降低对能源的需求,从而在生产相同电能的同时减少化石燃料的消耗与二氧化碳排放。这是一种成本低、思路合理、综合效果好的“一举多得”的减排方式。尽管节能与减排在其实现目标上并非完全一致,但由于我国的电源结构以火电为主,通过实施节能发电调度、燃料运输和储存过程管理、电力生产和电力传输过程的优化管理等,同样有利于从整体上减少电力行业的温室气体排放,目前在我国电力工业受到高度的重视与推广。电力生产中节能通常以提高发电效率为目标,主要体现在对现役机组的优化运行和对现役机组以节能为目标的技术改造等。
需要指出的是,随着现役机组技术水平的不断提高,节能减排的潜力空间逐渐缩小,如果电力工业火电装机容量增长很快,虽然节能减排降低了二氧化碳排放强度,但电力工业总的化石能源消耗量与二氧化碳排放总量仍可能快速增长。2016年4月21日,国家发展改革委、能源局连发三份重要文件:淘汰煤电落后产能,促进煤电有序发展,展示了我国优化煤电结构、发展非化石能源的决心。主要内容有:从机组容量、供电煤耗、污染物排放等方面对煤电落后产能设定了淘汰标准,严控煤电总量规模以及各地煤电新增规模,对于经电力电量平衡测算存在电力盈余的省份以及大气污染防治重点区域,原则上不再安排新增煤电规划建设规模。
澳门新蒲京娱乐场官网,2.2 工程减排途径
工程减排,即通过二氧化碳的捕获与封存技术(CCS)减少碳排放。CCS是指将二氧化碳从工业或相关能源生产链中分离出来,输送到某个地点封存,并且长期与大气隔绝的一个过程。CCUS技术是CCS技术新的发展趋势,即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯,继而投入到新的生产过程中,可以循环再利用,而不是简单地封存。
CCS技术包括二氧化碳的捕获、运输和封存等环节,其中二氧化碳捕获主要有燃烧前捕获、燃烧后捕获及富氧燃烧捕获3种技术路线。采用二氧化碳捕获与存储技术可以减少电厂二氧化碳排放的80%——95%,理论减排潜力巨大。但由于二氧化碳化学性质稳定、需回收的量很大,且电力生产流程中二氧化碳一般己被N2气稀释,二氧化碳浓度低(一般15%以下),使待分离气体的流量很大。量大、浓度低、化学性质稳定等特点使二氧化碳捕获往往伴随着巨大能耗,导致能源利用系统效率大幅下降。例如,目前的技术水平下,超(超)临界机组如捕获烟气中90%的二氧化碳,其系统净效率将由41%——45%大幅下降至30%——35%,效率降低在10个百分点以上。近年在CCS技术发展方面我国开展了大量工作,先后与英、美、意等国就CCS的研发进行了广泛合作;在建立CCS示范项目方面,先后投产建成或启动了北京热电厂CCS烟气示范工程、中国华能集团高碑店热电厂CCS示范项目、中国华能集团上海石洞口第二热电厂CCS示范项目等,这些小型示范装置基本验证了二氧化碳捕获流程的可行性,对我国作为火电技术大国拥有完整的二氧化碳捕获设备与技术储备意义重大。但CCS目前的能耗与成本仍较高,尚难以大规模推广应用,因此需要加强对CCS技术的科技投入与深入研究,以期实现未来CCS在技术上更成熟,其减排的能耗和经济代价进一步降低。
2.3 结构减排途经
根据我国现阶段和今后电力工业的发展方向,结构减排有两方面的含义。
一方面,从能源消费结构的角度,结构减排是通过提高可再生能源、核能等清洁能源在电源结构中的比重,逐渐替代火电等高碳电源,优化电力结构,降低碳排放。
另一方面,从中长期我国以煤为主的能源格局很难发生根本改变来看,在低碳经济影响下,低碳发电是电力企业发展的必由之路。相较于水能、风能、太阳能、生物质能、核能等清洁能源,传统的常规燃煤发电机组在电源发展上具有明显的环保劣势,因此,大力发展清洁煤发电技术,改变燃煤发电机组构成,是我国结构减排的又一重要途径。
(1)调整低碳发电结构
清洁能源发电技术主要包括水电、风电、太阳能发电、生物质发电、海洋能发电、地热发电和核电等,是典型的低碳电源。部分清洁能源发电形式,除了在设备、耗材制造中产生CO2外,在发电过程中基本没有直接的CO2排放,可视为CO2近零排放发电方式。清洁能源发电还可减少化石能源的消耗,降低多种污染物的排放。虽然部分清洁能源存在能量密度低、不连续、波动性大、发展初期成本高等问题,但随着制造、材料与智能电网等技术的发展,这些问题都可以逐渐得到解决。经过多年的发展,我国清洁能源发电装机容量不断增长,技术水平有了长足进步,装备制造能力大幅度提高。
简而言之,低碳发电结构就是提高非化石能源发电比重,降低对化石能源的消耗,目前我国发电行业主要通过“上大压小”和清洁能源发电来实现。据测算,可再生能源发电量比重每提高1%,将节约电力行业煤炭消耗1319万吨标准煤,减少二氧化碳排放3654万吨。如建设一个装机容量为100万kW的水电站代替同等规模的燃煤火电厂,这样每年可以节约原煤250万吨,减少二氧化碳排放量约500万吨。据世界能源委员会测算,平均每100万千瓦时的风电电量,能减少约600吨二氧化碳的排放。而且,这些非化石能源发电项目具有较快实现温室气体减排的能力,是很好的CCER项目源,可以通过出售CCER提高企业收益。
我国目前水电继续保持强劲的发展势头,其装机容量与发电量一直是仅次于火电的第二大发电方式。风力发电近年来的发展速度非常快,正朝着大型化、规模化的方向发展:近3年来风电装机容量约100%的速度增长:单机容量方面,目前2——3MW风电机组已经投入商业运行,5——6MW风电机组已完成技术开发,10MW及以上风电机组正在研发中;风电场开发则从陆地走向海洋,有向更大规模发展的趋势。太阳能光伏发电开始从边远地区走向城市,正在向并网发电、分布式发电、与燃煤发电厂集成等方向发展。生物质发电技术发展迅速,发电成本不是很高,但存在资源量限制,且生物质的收集、核心设备制造等方面存在一些障碍。与此同时,我国是世界上少数几个拥有较完整核工业体系的国家之一,经过20多年的发展,核电工业基础己初步形成,我国核电建设进入一个快速发展时期。除此之外,地热、海洋能等可再生能源发电在特定地区有不可替代的作用,相关研究和示范在近年发展较快。
大力促进清洁能源发展,有利于从发电结构上实现CO2的减排。因此,根据技术成熟度、资源量等情况,因地制宜地发展清洁能源发电,是电力工业节能减排的重要途经。
(2)发展清洁煤发电技术
采用先进电力技术提高发电能效,降低二氧化碳排放强度是发展清洁煤发电技术的途经之一,包括热电冷三联供技术、整体煤气化联合循环技术、高效率煤炭发电技术、高效率天然气发电技术、超临界、超超临界大型高效燃煤机组等。低碳电力技术主要通过提高发电能效降低单位发电量煤耗,间接降低发电的碳排放强度。据测算,发电煤耗每降低1克/千瓦时,电力行业将节约煤炭消耗341万吨标准煤,减少二氧化碳排放946万吨。如超(超)临界发电机组的发电效率每提高1%,二氧化碳排放量减少2%——3%。
超临界和超超临界燃煤发电技术发展。该技术是燃煤电厂在高温运作时,采用先进的蒸汽循环以实现更高的热效率和比传统燃煤电厂更少的气体排放。超临界机组和超超临界机组指的是锅炉内工质的压力。锅炉内的工质都是水,水的临界压力是:22.115MP,临界温度是374.15℃;在这个压力和温度时,水和蒸汽的密度是相同的,就叫水的临界点,炉内工质压力低于这个压力就叫亚临界锅炉,大于这个压力就是超临界锅炉,炉内蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31MPa被称为超超临界。在工程上也常常将25MPa以上的称为超超临界。超临界、超超临界火电机组具有显著的节能和改善环境的效果,提高燃煤发电机组的效率,使燃煤量相对减少,污染物排放量也相对减少;发电效率提高1%,二氧化碳排放量减少2%——3%,超超临界机组与超临界机组相比,热效率要提高1.2%,一年就可节约6000吨优质煤。
采用先进的超临界火电技术对我国现有的火电结构进行改造,势在必行。我国电力工业总体水平与国外先进水平相比有较大差距,能耗高和环境污染严重是目前我国火电中存在的两大突出问题,并成为制约我国电力工业乃至整个国民经济发展的重要因素。因此,在增产煤炭的同时,必须更加重视节约发电用煤工作,提高机组的热效率实现节能降耗及降低污染排放。为迅速扭转我国火电机组煤耗长期居高不下的局面,发展国产大容量的超临界火电机组是十分必要的。近几年来国内三大动力集团在电站设备设计和制造方面的技术、经验、能力和技术装备水平等都有了很大的进步和发展。超临界机组和超超临界机组发展迅速,已经基本完成国产化,具备了批量化建造的能为。表1
不同燃煤机组二氧化碳排放系数

惠普IT技术助力节能减排

奥门蒲京娱乐场,注:国网能源研究院计算数据

2010年1月6日

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哥本哈根会议之后,中国、美国、日本等国家相继宣布温室气体减排目标。那么,企业如何才能减少能耗?作为全球最大的IT企业,惠普公司早已开发了帮助客户和业界应对气候变化挑战的产品和解决方案。惠普公司设定了减少总能源消耗和相关的温室气体排放的目标,即到2011年底,比2005年降低40%。

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