優(yōu)化生活用紙生產(chǎn)：爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)可再生能源項(xiàng)目的高投資回報(bào)

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(dòng)，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(gè)實(shí)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(dòng)著工業(yè)企業(yè)走向脫碳。然而，在如何實(shí)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(lǐng)域的工廠(chǎng)一樣，生活用紙工廠(chǎng)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(jī)生產(chǎn)操作、干燥過(guò)程和運(yùn)輸在內(nèi)的各種環(huán)節(jié)，均需要投入大量的能源。不同工廠(chǎng)之間的能源來(lái)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(chǎng)如何實(shí)現(xiàn)能源輸入端和來(lái)源端的脫碳。一個(gè)合理的方案是替換耗氣設(shè)備。在能源供應(yīng)充足的地區(qū)，生活用紙行業(yè)中的燃?xì)忮仩t正逐漸被生物質(zhì)鍋爐所取代。此外，市場(chǎng)上出現(xiàn)了第一批電動(dòng)干燥氣罩。

轉(zhuǎn)向電動(dòng)設(shè)備似乎是脫碳的一個(gè)好方法。但是，生產(chǎn)商仍然會(huì)面臨所在國(guó)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(nèi)，政策法規(guī)和消費(fèi)者均要求低碳產(chǎn)品，這使得位于高碳密集型國(guó)家的生產(chǎn)商存在風(fēng)險(xiǎn)，特別是那些將產(chǎn)品出口到低碳密集型國(guó)家的生產(chǎn)商。

通常情況下，可以生成綠色電能，盡管價(jià)格較常規(guī)市場(chǎng)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(gòu)買(mǎi)電力。

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

電力平均值計(jì)算

許多財(cái)務(wù)分析都是使用年度平均預(yù)測(cè)值展開(kāi)的?？紤]到西班牙電力價(jià)格每天甚至每小時(shí)都會(huì)波動(dòng)，這種方法可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的誤差。此外，電網(wǎng)能源價(jià)格與可再生能源發(fā)電相關(guān)，因此任何模擬都應(yīng)該考慮這一點(diǎn)。圖1顯示了西班牙電力市場(chǎng)及其發(fā)電情況，從中可以看出這一點(diǎn)。

如圖2所示，在白天，來(lái)自太陽(yáng)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(jià)格在中午時(shí)段下降，如圖3所示。

任何考慮安裝太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)企業(yè)都可能會(huì)在電網(wǎng)購(gòu)電價(jià)格非常便宜的時(shí)候開(kāi)始發(fā)電。在這一特定的時(shí)間段內(nèi)，電力價(jià)格甚至降至零，這在周末常常發(fā)生。這表明，盈利能力應(yīng)該按小時(shí)為計(jì)量單位模擬，而不是按長(zhǎng)期平均值。同樣，風(fēng)力發(fā)電也與電網(wǎng)電力價(jià)格相關(guān)。

確定能源脫碳項(xiàng)目的規(guī)模

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，有更多的生產(chǎn)企業(yè)和終端消費(fèi)者會(huì)轉(zhuǎn)而使用可再生能源，因此相關(guān)性預(yù)計(jì)會(huì)增加?；谶@一點(diǎn)，本文將定義確定能源脫碳項(xiàng)目規(guī)模和最佳盈利能力所需的關(guān)鍵概念。

為了正確確定能源脫碳項(xiàng)目的規(guī)模，需要以下關(guān)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(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)和安裝的技術(shù)規(guī)則來(lái)確定。

2 ?按小時(shí)計(jì)算的用電消耗情況。這組數(shù)據(jù)通過(guò)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(yù)測(cè)值來(lái)獲取。

3 ?每小時(shí)電價(jià)預(yù)測(cè)值。應(yīng)使用發(fā)電組合、二氧化碳和天然氣價(jià)格預(yù)測(cè)、消費(fèi)者用電情況、國(guó)際電網(wǎng)連接等進(jìn)行建模，以獲取每小時(shí)的電價(jià)預(yù)測(cè)值。這些模型必須以每小時(shí)詳細(xì)的電力工程氣象模擬為基礎(chǔ)，并考慮先前提到的相關(guān)性。應(yīng)考慮三種預(yù)測(cè)場(chǎng)景（高、中、低電力價(jià)格），如圖4所示。

4 ?與太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電相關(guān)的當(dāng)?shù)貧v史數(shù)據(jù)，這將與電價(jià)預(yù)測(cè)值相關(guān)聯(lián)。

5 ?太陽(yáng)能和風(fēng)能裝置的資金支出和運(yùn)營(yíng)支出。

6 ?財(cái)務(wù)假設(shè)，如通貨膨脹、加權(quán)平均資本成本（WACC）、項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間、稅收等。

在獲得關(guān)鍵信息后，可以開(kāi)始模擬。模擬將考慮上述條件，并評(píng)估不同規(guī)模和組合的太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電裝置，以及不同規(guī)模的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS），從而反映項(xiàng)目期間（通常為25年預(yù)測(cè)期）工廠(chǎng)的每小時(shí)能量平衡。

本示例評(píng)估了平準(zhǔn)化度電成本（LCOE），即項(xiàng)目同期內(nèi)客戶(hù)通過(guò)平均可再生能源發(fā)電和從電網(wǎng)進(jìn)口獲得的電力成本和發(fā)電量（以歐元/kWh計(jì)）。

從圖5中可以看到，如果企業(yè)不投資太陽(yáng)能光伏或風(fēng)能（即可再生能源份額為0％），則在25年內(nèi)其能源成本為點(diǎn)1。在此示例中，對(duì)使用不同規(guī)模太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電裝置的衛(wèi)生紙廠(chǎng)進(jìn)行了多次投資曲線(xiàn)模擬。每個(gè)黑色點(diǎn)是對(duì)為期25年的模擬，同時(shí)考慮了規(guī)模組合。藍(lán)色曲線(xiàn)顯示了最佳投資曲線(xiàn)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(diǎn)（點(diǎn)4）是絕對(duì)最優(yōu)解，顯示了實(shí)現(xiàn)最低平準(zhǔn)化能源成本所需的太陽(yáng)能和風(fēng)能的規(guī)模。

在圖中某一點(diǎn)之后，增加公司的可再生能源份額就沒(méi)有意義了。這是因?yàn)槎嘤嗟哪茉磿?huì)被削減或以低價(jià)出售給電網(wǎng)。在以高價(jià)將電力銷(xiāo)售給電網(wǎng)的情況下，最佳可再生能源份額可能會(huì)更高。

電力成本的影響

此模擬針對(duì)不同的電力價(jià)格情景進(jìn)行重復(fù)。在電價(jià)預(yù)測(cè)值較高的情況下，最佳規(guī)模將會(huì)更高。

如圖6所示，高電力價(jià)格情景將使可再生能源的份額提高。這是因?yàn)榧词挂徊糠帜茉幢幌鳒p，由于減少了對(duì)電網(wǎng)能源的消耗，節(jié)約能源的增加將彌補(bǔ)這些損失。在考慮所有這些因素的基礎(chǔ)上，可以分析如何使生活用紙生產(chǎn)的脫碳實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略最優(yōu)化。

脫碳戰(zhàn)略

一旦通過(guò)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(gè)既有利可圖又能盡量降低風(fēng)險(xiǎn)的選擇。下圖解釋了如何最好地處理這個(gè)問(wèn)題。圖7中定義了以下區(qū)域：

1 無(wú)投資LCOE范圍。這是生產(chǎn)企業(yè)在未來(lái)25年內(nèi)可能預(yù)測(cè)到的電力成本范圍。也就是說(shuō)，如果一家公司在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有可再生能源發(fā)電，則其將完全受到電網(wǎng)電力價(jià)格波動(dòng)的影響。

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

3 投資費(fèi)用范圍。這是生產(chǎn)企業(yè)在未來(lái)25年內(nèi)可能預(yù)測(cè)到的電力價(jià)格范圍，考慮到其可再生能源份額介于低價(jià)和高價(jià)情景之間的最佳值。

4 低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。這是一個(gè)規(guī)模范圍，在此范圍內(nèi)，生產(chǎn)企業(yè)可以確保平準(zhǔn)化度電成本保持在電網(wǎng)價(jià)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(jià)格下降，則存在平準(zhǔn)化度電成本高于電網(wǎng)價(jià)格的風(fēng)險(xiǎn)。如果保持在低風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)，這種風(fēng)險(xiǎn)是最小的。

5 ?機(jī)會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。可再生能源份額較低的生產(chǎn)企業(yè)可能會(huì)錯(cuò)過(guò)進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的機(jī)會(huì)。

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

結(jié)論

對(duì)于各個(gè)生活用紙生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，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(jī)會(huì)。然而，投資規(guī)模必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算。必須考慮生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)模式、能源市場(chǎng)以及所處的氣候條件，并按小時(shí)模擬。

一旦獲得了這些信息，就可以利用這些信息，在了解風(fēng)險(xiǎn)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）