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    “碳达峰碳中和”对能源化工的影响初探(一)

    发布时间:2021-04-08 08:43:42     来源:中衍资讯
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    中衍期货投资咨询部
    投资咨询资格号Z0011977
    作者:史文华


    众所周知,全球就气候变暖生态恶化进行了多次气候谈判。在《巴黎协定》的指导下,各国达成一致目标,即在本世纪末将温度上升控制在1.5摄氏度以内。2020年9月,我国提出碳达峰碳中和的目标。全球目前已有28个国家和地区提出碳中和目标。同时,欧洲和日本由于碳减排相关工作开展较早,具有完善的碳排放交易制度和碳税制度,值得借鉴。


    2021年1月,17家石油和化工企业、园区以及石化联合会联合共同签署发布了《中国石油和化学工业碳达峰与碳中和宣言》,对整个行业极具指导意义。在各地政府积极制定整体目标规划的同时,内蒙古自治区印发了《关于确保完成“十四五”能耗双控目标任务若干保障措施(征求意见稿)》,是第一个在规划中准确提出控制目标的的地方性文件,同时也给化工等各行业提出了具体要求,具有参考价值。


    人类几乎所有活动都会有各种形式的碳排放,比如生产一个矿泉水瓶,从石油到聚酯的化学过程有能耗排放,从聚酯加工成水瓶的物理过程也有能耗排放,把水瓶运输给消费者的物流过程有柴油燃烧排放,最终变成垃圾被焚烧后水瓶自身就变成 CO 2 排放,这些排放加总起来就是一个产品的碳足迹。


    图1  2019年我国二氧化碳排放总量全球居首

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    数据来源:BP能源统计

    虽然我国人均排放量还远低于西方国家,但总量确实十分惊人。从总量上看,中国是目前全球最大的CO2排放国。2019年,全球CO2排放量达341.7亿吨,其中,中国、美国、欧盟、印度、俄罗斯及日本分别排放98.26、49.65、33.30、24.80、15.33、11.23亿吨,合计占比68%。


    从碳排放结构上看,我国电力的CO2排放量居首位,工业的排放量居次席,碳排放结构较为集中。根据 CEADs 数据统计,2019 年我国二氧化碳排放的结构可分为五个部分,分别是电力、工业、地面运输、居民消费和国内航空,各部分占我国二氧化碳总排放量的比重分别为 44.64%、38.92%、8.67%、7.22%、0.55%;其中电力的碳排放量占比最高,工业的碳排放量占比其次,二者合计占总排放量的比重超过 80%。


    图2  我国碳排放的行业分布图
     
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    数据来源:CEADs


    从能量来源角度来看,煤炭是我国最重要的能量来源,其主要应用于燃煤发电及炼钢方向。从变化趋势上看,2012年后,我国煤炭消耗总量逐渐下将,水电、核电、风电以及天然气等清洁能源在能源来源占比中的比例逐渐提升。


    图3  我国主要能源占比情况(万吨标准煤)
     
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    数据来源:中国能源统计年鉴


    同样,煤炭也是我国二氧化碳排放量的主要来源。根据 Global Carbon Atlas 数据统计,2019 年我国来源煤炭的二氧化碳排放量占全年总排放量的71%,比重较 2012 年的阶段性高点有所下降,2000-2019 年,煤炭一直是我国碳排放的主要来源;源自天然气的二氧化碳排放量自 2010 年来占总排放量的比重持续提升。


    图4  我国碳排放的能源结构
     
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    数据来源:Global Carbon Atlas


    为实现 2030 年碳达峰,我国煤炭消费占比将持续下降,非化石能源将迎来发展机遇。在能源消费的过程中,化石能源会产生碳排放,而非化石能源几乎不会产生碳排放,因此我国想要实现碳达峰和碳中和的目标,需要在降低化石能源消费占比的同时提升非化石能源消费占比。据国家统计局数据,2020 年我国能源消费总量为49.8 亿吨标准煤;据国务院发展研究中心资源与环境政策研究所发布的《中国能源革命进展报告》指出,2025 年我国能源消费总量预计将超过 55 亿吨标准煤,2030年我国能源消费总量将控制在 60 亿吨标准煤以内。该报告还指出,到 2030 年煤炭的需求占比将从 2020 年的56.6%降至 40%左右,天然气和非化石能源的需求将合计占比 40%以上。


    碳中和意味着碳排放和碳汇(指植物吸收 CO2 和人工 CO2 捕捉)相等,按照预测我国碳汇远期大约能达到 15 亿吨左右,那么未来碳排放量需要比目前减少 90%才能实现碳中和,这将是未来我国在社会责任领域最大的挑战之一。目前煤炭是我国占比最大的碳排放源达到 69%,其次是石油(19%),天然气和工业过程的量较小。碳减排的主要思路是用单位排放低的能源来代替单位排放高的能源,光伏、风电、核电按照计算规则的排放量非常低,是减排效果最佳的替代能源。天然气产生同样能量的碳排放只有煤炭的一半,用天然气替代煤炭也可以在短期内使碳排放快速减少。而且天然气使用场景限制很小,可以与新能源形成良好互补,也具有长期存在价值。光伏、风电、核电与天然气最主要替代的是煤炭发电和制热的份额,另外还可以依靠锂电与氢能源的形式替代掉汽油与柴油的份额。


    图5  2020-2060年我国能源消耗结构展望(万吨标准煤)
     
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    数据来源:CEADs


    如果没有技术革命,我国碳汇总量预计就在 15 亿吨左右,如果以 2060 年碳排放于碳汇相当为目标,则煤炭与石油消费相比目前都要有非常大幅的削减。15 亿吨碳排放仅是目前排放量的约六分之一,这意味着远期化石原料的消费量将非常有限。但按照目前的技术水平,光伏、风电、核电等新能源仍有一些情景难以应对,还是需要天然气甚至煤炭之类更灵活的能源。


    图6  细分行业在我国二氧化碳排放中的占比
     
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    数据来源:全球能源互联网发展合作组织


    与我国CO2排放的细分行业分布相对应,高能耗的电力、钢铁行业已对未来能源消费结构的转型展开布局。据新华网报道,国家电网在能源清洁低碳转型中正发挥着关键和引领作用,公司于 2021 年 3 月1 日发布“碳达峰、碳中和”行动方案,方案提出公司将加快推进能源供给多元化、清洁化、低碳化、能源消费高效化、减量化、电气化。据中国核电网消息,南方电网于 3 月 18 日发布服务碳达峰碳中和的工作方案,方案提出包括能源供应、配置、消费等五大方面的 21 项重点举措,公司计划将更大规模推动新能源发展、更大力度推进“新电气化”进程等,构建以新能源为主体的新型电力系统。钢铁行业方面,据新华网报道,宝武集团于 1 月 20 日发布碳达峰、碳中和目标:力争 2023 年实现碳达峰,2035 年实现减碳 30%,2050 年实现碳中和。为实现目标,宝武集团提出将走低碳冶金的发展路线,加大节能环保技术投入,不断提高天然气等清洁能源比例,加大太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用,布局氢能产业,推进能源结构清洁低碳化等措施。


    假设到 2060 年一次能源消费中新能源占到 82%,天然气作为补充占 15%,那留给煤炭和石油的空间只有 4%不到。在这样的情况下,即使煤炭消费量为零,石油消费空间也只有 1.75 亿吨标煤,仅目前的五分之一不到。即使天然气占比进一步压缩,但是由于天然气单位排放比煤炭和石油低很多,石油用量的提升空间也非常小。因此,石油排放量未来能否下降实际成为了我国实现碳中和承诺的关键因素。


    我国石油排放虽然只有煤炭的三分之一,但要实现大幅减排的难度却非常大。2019 年我国原油加工约 7 亿吨,其中汽柴油消费 2.7 亿吨,煤油燃料油消费 0.7 亿吨,剩余各种产品(包括化工品、沥青、液化气等)共 3.6 亿吨,这些消费最终都成为碳排放。按照锂电与氢能源的发展水平,预计未来汽车、船舶等动力系统都可能会从成品油切换到使用新能源电力的锂电和氢能,这可以使石油排放降低近一半。但还有一半石油的碳排放,超过 10 亿吨规模,以目前的社会和技术发展水平还很难使其下降。


    与煤炭、天然气和生物质相比,石油具有更好的碳氢比、碳链长度及更低的氮、氧含量,一直是最佳的化工品生产原料,原油除成品油以外的 3.6 亿吨消费量中大部分就是用来生产化工品。化工品是社会发展必不可少的原料,化工材料在各方面都超越木材、金属、纸、玻璃等传统材料,甚至从碳排放角度看化工材料的排放比传统材料更低,所以化工品的需求未来还会持续增长。要减少这部分碳排放,可行的办法只有使用生物质为原料,或者构建回收再利用的循环。然而国内在这些领域的产业发展水平还远不如新能源,考虑到新能源行业经历了近十年发展才达到如今的水平,预计国内有望尽快推出针对石油消费减量的产业政策,来应对 2060 年对世界的承诺。


    图7  我国原油消费结构(2005-2019年,单位:万吨)
     
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    数据来源:WIND资讯


    化工行业是传统的高耗能行业,其下的两个子行业石油加工、炼焦和核燃料加工业以及化学原料和化学制品制造业也都属六大高耗能行业。据国家统计局数据显示,2018 年我国石油加工、炼焦和核燃料加工业能源消费量为 2.87 亿吨标煤、化学原料及化工品制造业能源消费量为 5.13 亿吨标煤、化学纤维制造业能源消费量为1833万吨标煤、橡胶和塑料制品业能源消费量为4459万吨标煤,合计占2018年能源消费总量的 18.45%。2013-2018 年,我国化工行业整体能源消费量呈波动上升趋势,年均复合增速为 4.59%,且占能源消费总量的比重也呈现整体上升的趋势。


    图8  2018年化工行业能源消费同比增8.4%
     
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     数据来源:国家统计局


    “碳达峰碳中和”对化工产业的影响全面而深远,不过目前基本达成共识的是,化工行业中的高耗能分支领域将首当其冲。相关高能耗子行业或将受到重点限制,或将在未来数年内相继触及产能“天花板”。分产品来看,主要基础化工品的碳排放情况,单位碳排放居于前列的化工品种分别是煤制乙二醇、煤制甲醇、合成氨、工业硅、电石、烧碱、黄磷、MTO、纯碱;至于“碳达峰碳中和”目标对具体的化工品种的具体影响,由于其高度的复杂性,需要另外专门分析,只能且听下回分解了。



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