优化生活用纸生产：争取实现可再生能源项目的高投资回报

Eduardo De Almeida AFRY Process Industries

鉴于电网电力的二氧化碳排放量在29g/kWh～635g/kWh之间浮动，生活用纸生产商正朝着本地可再生能源发电方向发展，本文提出了一个实现工业脱碳的策略。

能源成本的上升、环境压力和法规加紧推动着工业企业走向脱碳。然而，在如何实现脱碳生产方面，有多种可选方案。与许多其他工业领域的工厂一样，生活用纸工厂中化石能源的使用是温室气体排放的重要因素。生活用纸行业涵盖了包括纸机生产操作、干燥过程和运输在内的各种环节，均需要投入大量的能源。不同工厂之间的能源来源（例如化石燃料、可再生能源）和能源利用效率可能存在差异，从而影响碳排放情况。

本文将探讨卫生纸厂如何实现能源输入端和来源端的脱碳。一个合理的方案是替换耗气设备。在能源供应充足的地区，生活用纸行业中的燃气锅炉正逐渐被生物质锅炉所取代。此外，市场上出现了第一批电动干燥气罩。

转向电动设备似乎是脱碳的一个好方法。但是，生产商仍然会面临所在国家电网电力的碳浓度影响。例如，在欧洲，二氧化碳排放量范围可能从挪威的29g/kWh到波兰的635g/kWh不等。在全球范围内，政策法规和消费者均要求低碳产品，这使得位于高碳密集型国家的生产商存在风险，特别是那些将产品出口到低碳密集型国家的生产商。

通常情况下，可以生成绿色电能，尽管价格较常规市场要高。因此，生活用纸生产企业正在考虑使用本地可再生能源，以此替代从电网购买电力。

下面以西班牙的能源利用和生活用纸市场数据为例，探讨如何来确定卫生纸厂的可再生能源发电系统的规模。

电力平均值计算

许多财务分析都是使用年度平均预测值展开的。考虑到西班牙电力价格每天甚至每小时都会波动，这种方法可能会导致严重的误差。此外，电网能源价格与可再生能源发电相关，因此任何模拟都应该考虑这一点。图1显示了西班牙电力市场及其发电情况，从中可以看出这一点。

如图2所示，在白天，来自太阳能的电力发电量占到西班牙总电产量的40%以上。这致使电力价格在中午时段下降，如图3所示。

任何考虑安装太阳能电池板的生产企业都可能会在电网购电价格非常便宜的时候开始发电。在这一特定的时间段内，电力价格甚至降至零，这在周末常常发生。这表明，盈利能力应该按小时为计量单位模拟，而不是按长期平均值。同样，风力发电也与电网电力价格相关。

确定能源脱碳项目的规模

从长远来看，有更多的生产企业和终端消费者会转而使用可再生能源，因此相关性预计会增加。基于这一点，本文将定义确定能源脱碳项目规模和最佳盈利能力所需的关键概念。

为了正确确定能源脱碳项目的规模，需要以下关键信息：

1  电力消耗模式。电力使用者可能具有自用电，而不使用电网的电力，以及其他使用情况。这将由当地法规和安装的技术规则来确定。

2  按小时计算的用电消耗情况。这组数据通过历史数据以及考虑到任何重大变化（重大资本支出投资、生产变化等）的预测值来获取。

3  每小时电价预测值。应使用发电组合、二氧化碳和天然气价格预测、消费者用电情况、国际电网连接等进行建模，以获取每小时的电价预测值。这些模型必须以每小时详细的电力工程气象模拟为基础，并考虑先前提到的相关性。应考虑三种预测场景（高、中、低电力价格），如图4所示。

4  与太阳能和风能发电相关的当地历史数据，这将与电价预测值相关联。

5  太阳能和风能装置的资金支出和运营支出。

6  财务假设，如通货膨胀、加权平均资本成本（WACC）、项目持续时间、税收等。

在获得关键信息后，可以开始模拟。模拟将考虑上述条件，并评估不同规模和组合的太阳能、风能发电装置，以及不同规模的电池储能系统（BESS），从而反映项目期间（通常为25年预测期）工厂的每小时能量平衡。

本示例评估了平准化度电成本（LCOE），即项目同期内客户通过平均可再生能源发电和从电网进口获得的电力成本和发电量（以欧元/kWh计）。

从图5中可以看到，如果企业不投资太阳能光伏或风能（即可再生能源份额为0％），则在25年内其能源成本为点1。在此示例中，对使用不同规模太阳能和风能发电装置的卫生纸厂进行了多次投资曲线模拟。每个黑色点是对为期25年的模拟，同时考虑了规模组合。蓝色曲线显示了最佳投资曲线组合，即在给定可再生能源份额的情况下最有效的规模。绿色点（点4）是绝对最优解，显示了实现最低平准化能源成本所需的太阳能和风能的规模。

在图中某一点之后，增加公司的可再生能源份额就没有意义了。这是因为多余的能源会被削减或以低价出售给电网。在以高价将电力销售给电网的情况下，最佳可再生能源份额可能会更高。

电力成本的影响

此模拟针对不同的电力价格情景进行重复。在电价预测值较高的情况下，最佳规模将会更高。

如图6所示，高电力价格情景将使可再生能源的份额提高。这是因为即使一部分能源被削减，由于减少了对电网能源的消耗，节约能源的增加将弥补这些损失。在考虑所有这些因素的基础上，可以分析如何使生活用纸生产的脱碳实现战略最优化。

脱碳战略

一旦通过模拟获得了可能性和最佳规模的分布图，生活用纸生产企业必须做出一个既有利可图又能尽量降低风险的选择。下图解释了如何最好地处理这个问题。图7中定义了以下区域：

1 无投资LCOE范围。这是生产企业在未来25年内可能预测到的电力成本范圍。也就是说，如果一家公司在生产现场没有可再生能源发电，则其将完全受到电网电力价格波动的影响。

2 投资决策范围。这考虑了处于低价和高价电网电力情景之间的可再生能源份额范围。为了实现最低的平准化度电成本，生产企业应该在此范围内确定可再生能源份额。

3 投资费用范围。这是生产企业在未来25年内可能预测到的电力价格范围，考虑到其可再生能源份额介于低价和高价情景之间的最佳值。

4 低风险区域。这是一个规模范围，在此范围内，生产企业可以确保平准化度电成本保持在电网价格之下。在生产企业具有较大可再生能源份额的情况下，如果电网价格下降，则存在平准化度电成本高于电网价格的风险。如果保持在低风险范围内，这种风险是最小的。

5  机会风险。可再生能源份额较低的生产企业可能会错过进一步降低生产成本的机会。

本研究侧重于确定最低的平准化度电成本对应的生产能源规模。同样，该研究也可以用于实现利润最大化或二氧化碳排放量最小化的测算，但最佳规模将取决于生活用纸生产企业的目标。

结论

对于各个生活用纸生产企业来说，投资自用可再生能源发电是降低成本和碳足迹的良好机会。然而，投资规模必须经过仔细计算。必须考虑生产企业的生产模式、能源市场以及所处的气候条件，并按小时模拟。

一旦获得了这些信息，就可以利用这些信息，在了解风险并符合企业生产战略的情况下，做出有利可图的能源使用和生产成本决策。

（本刊编译自Tissue World/2023年9—10月，王娟终审）