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碳中和系列报告:碳中和背景下的路径指引及行业展望

北极星大气网  来源:长城证券  作者:于夕朦 罗江南等  2021/4/8 8:27:42  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:碳中和 碳排放 CCUS 

水泥行业碳中和实现路径:政策+技术减排

水泥行业碳排放量占全国总量的13.5%

据数字水泥网报道,水泥行业碳排放占当前全国碳排放总量约13.5%,碳排放峰值会在“十四五”期间到来。据数字水泥网报道及预测,我国水泥行业碳达峰时水泥熟料年产量为16亿吨左右,按照当前的行业平均碳排放量系数折算,预测年碳排放量为13.76亿吨,占当前全国碳排放总量约(约102亿吨)13.5%。因此水泥行业是实现碳达峰、碳中和的重点行业。

针对水泥生产企业,碳减排主要途径包括市场与产业政策结合减排及技术减排。1)市场与产业政策结合减排,即通过淘汰落后产能等手段进行碳减排;2)技术性减排,即通过改善工艺优化指标、使用替代原燃料、添加矿化剂降低熟料烧成温度、利用水泥窑余热进行发电、新能源技术、水泥窑烟气二氧化碳捕集纯化、提高熟料品质量以及强化生产管理。

政策途径:产能减量置换、错峰生产及绩效分类评级等

水泥行业的政策减排主要包括产能减量置换、错峰生产及绩效分类评级等。1)2020年12月16日,工信部发布《水泥玻璃行业产能置换实施办法(修订稿)》的征求意见稿,提高了水泥玻璃行业产能置换的比例。修订稿规定,位于国家规定的大气污染防治重点区域实施产能置换的水泥熟料建设项目,产能置换比例为 2:1;位于非大气污染防治重点区域的水泥熟料建设项目,产能置换比例分别为 1.5:1。2)2020年12月,工信部、生态环境部联合发布关于进一步做好水泥常态化错峰生产的通知,推动全国水泥错峰生产地域和时间常态化,所有水泥熟料生产线都应进行错峰生产。错峰政策延续,13省2020-2021平均错峰天数达到118天,与上一年基本持平。做好水泥常态化错峰生产,减少碳排放,有利于促进行业绿色健康可持续发展。3)2020年,我国应急减排措施针对重点行业绩效分级、实施差异管控,A级企业可自主采取减排措施,更有利于实现碳中和目标。2020年7月最新修订的应急减排措施全面推行差异化减排措施,评为A级和引领性的企业,可自主采取减排措施;B级及以下企业和非引领性企业,减排力度应不低于技术指南要求。更为严格的管控标准更有利于推动碳中和目标的实现。

技术途径:能源替代、生产线改造、碳捕集及绿色智能化等

水泥行业需大力推广应用节能减排技术,进而为达到碳中和目标做出积极贡献。水泥行业是二氧化碳排放大户,其排放主要来碳酸盐的分解、燃料的燃烧和电力消耗。进一步在生产工艺碳减排(如替代原料、熟料替代技术等)、生产能耗碳减排(如替代燃料、富氧燃烧技术、高效粉磨、余热发电等)、新技术碳减排(如水泥窑二氧化碳捕集利用)及新能源技术等方面加强技术研发力度。

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海螺水泥通过一系列手段降低碳排放实现碳中和,2020年预期将吨熟料二氧化碳排放较2016年减少0.0045吨,2025年预期将吨熟料二氧化碳排放较2020年下降0.0031吨。同时引进新技术将二氧化碳废气转化为二氧化碳产品。根据水泥网报道,海螺水泥通过一系列手段降低碳排放实现碳中和。如新型干法水泥生产线、富氧助力水泥熟料煅烧和水泥窑烟气二氧化碳捕集利用等方法。其中水泥窑烟气二氧化碳捕集利用技术拥有世界首条水泥窑烟气二氧化碳捕集纯化示范项目,规模为50000吨CO2/年,实现了二氧化碳资源化利用。水泥行业的碳中和新技术对水泥厂商技术实力均有较高的要求,显然有利于龙头企业。

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行业龙头中国建材、海螺水泥、金隅集团等在排放密度上相对其他企业略低,2019年中国建材和金隅集团碳排放密度分别为0.81和0.61,规模较小的东吴水泥碳排放密度为0.9。水泥行业在碳排放中和路径方面具有一定规模效应,2019年中国建材、海螺水泥和金隅集团碳排放密度分别为0.81、0.84和0.61,熟料生产量分别为315,348千吨、253,000千吨和11000千吨,东吴水泥碳排放密度为0.9而熟料产量仅为86.1万吨。

总体来说,水泥行业主要依靠行业政策、减少供给减排,目前技术减排作用有限,仍需要不断的发展应用。水泥不同于其他行业,目前有60%的碳排放是由石灰石分解产生,35%是煤炭,剩下是电等,通过节能带来的碳下降效果远不够。业内人士指出,目前核心还是对石灰石的用量。但是水泥的特质,石灰石用量下降,产量就会下降,因此主要还是控制产量。想达峰,熟料的产量必须下降,后面还有能源效率提升,碳捕捉技术等。

玻璃行业碳中和:推广清洁能源

在平板玻璃生产中,二氧化碳排放源类型主要有化石燃料燃烧排放(60%以上)、过程排放(25%以上)、购入和输出去的电力及热力产生的排放三大类。其中化石燃料燃烧排放占比最高,占整个碳排放的60 %以上,燃料燃烧产生的二氧化碳排放包括三部分:1)玻璃液熔制过程中使用重油或天然气等燃料燃烧产生的排放;2)生产辅助设施使用燃料燃烧产生的排放(生产辅助设施主要包括用于厂内搬运和运输的叉车、铲车、吊车等厂内机动车辆以及厂内机修、锅炉、氮氢站等设施);3)厂内自有车辆外部运输过程中燃料消耗产生的排放。过程排放占比达25%以上,主要包括原料配料中碳粉氧化产生的排放和原料碳酸盐分解产生的排放。

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CO2总排放量与平板玻璃的产量密切相关,2005—2014年期间随着平板玻璃产量逐年增加,CO2排放量也逐年增加,并于2011年达到峰值后逐渐趋缓。从单位重量箱玻璃碳排放总量分析,一直处于下降趋势,从2005年的58.79kg下降到2015年的52.46kg,下降幅度达12%。其中,燃料燃烧碳排放下降10.1%,生产工艺碳排放下降12.5%,电力碳排放下降20.0%.这主要是由于浮法生产技术带来的生产水平提高、生产规模扩大等原因引起的。浮法生产技术的最大优势是能耗的降低,浮法技术的推广使得更大的熔窑得以应用,相较于中小型熔窑,大型熔窑的保温效果更好和燃料利用效率更高,使得浮法玻璃每重量箱熔化标准煤耗比普通玻璃低10%左右,碳排放相对较少。

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在平板玻璃行业3大主要碳排放类型中,化石燃料燃烧占整个碳排放的60%以上,所以节约能源、优化燃料结构、提高燃烧效率等是减少碳产生和排放的主要途径。通过玻璃熔窑引入氧气燃烧系统、优化燃料结构、燃料低碳化和组合电力与化石燃料能够实现节约能源;玻璃熔窑内保温、改进燃烧器并且采用低温熔化技术能够提高燃烧效率,减少碳排放。此外,采用配合料预热技术可以大大降低熔化温度,减少燃料用量,燃烧生成的C02也会随之减少。如以流化床预热或特殊预热器预热,则C02的排放量可降低15%以上。与此同时,大型熔窑在节能、保温等方面要优于中、小型熔窑,熔化单位质量的配合料所需燃料更少。对于新建的平板玻璃项目,推荐使用天然气并配备大型熔窑( 日熔化量 650t 以上) 的浮法玻璃生产线,以减少CO2排放。

瓷砖行业碳中和实现路径:煤改气+技术降排

在陶瓷生产中,二氧化碳排放源类型主要有燃料燃烧、电力生产和碳酸盐分解过程三个阶段。燃料燃烧、电力生产和碳酸盐分解过程二氧化碳排放贡献比分别为63%、32%和5%。陶瓷砖CO2排放的主要环节为陶瓷砖的干燥烧成(喷雾干燥塔和烧成窑炉为高能耗设备)和原料粉磨,CO2的主要来源是燃料燃烧的直接排放和电力生产的间接排放。

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建筑陶瓷生命周期碳排放量为9.59kg CO2/m2。彭军霞等在《建筑陶瓷碳计量与优化模型研究》中的研究表明,坯砖、抛光砖和釉面砖的碳足迹分别为每平方米产生15.02kg、16.8kg和15.96kgCO2,曾杰等在《基于生命周期理论的建筑卫生陶瓷碳足迹研究》中综合考虑原材料生产、上游能源生产、原材料运输和产品制备四个阶段的碳排放过程,计算出建筑陶瓷生命周期碳排放量为9.59kg CO2/m2。

燃料燃烧过程中二氧化碳排放量最大,瓷砖行业碳中和主要靠煤改气实现。近年来“煤改气”力度进一步加大,集中度有望进一步提升。部分落后产能以及环保不达标的陶瓷企业被逐步淘汰及出现被关停整改。

至2020年底,全国陶瓷企业天然气使用率达53%,非天然气(含水煤气、煤层气、焦化气、电等)使用率达47%。其中,天然气使用率排名前五的省份分别为山东(天然气使用率为96.30%),四川(天然气使用率为95.50%),福建(天然气使用率为93.10%),广东(天然气使用率为82.20%),辽宁(天然气使用率为63.80%)。据中国建筑卫生陶瓷协会会长缪斌预测,2021年结束之后,全国陶瓷企业天然气使用率会达到60%以上。

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受到燃料价格上涨的影响,不同陶瓷产区各类陶瓷产品燃料成本均有所上涨。在普遍能耗下,厚度为11mm的800×800mm抛釉砖用天然气生产燃料成本普遍增加超过2元/㎡,身处气源地的四川夹江在天然气价格上涨后仅增加0.7元/m²。山东淄博、河北高邑用气比用煤成本增加均超过3元/㎡。

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虽然煤改气普遍提高了原料成本,但陶瓷生产企业在实施“煤改气”政策后,具有较大的节能效益和环保效益。根据《陶瓷企业燃料“煤改气”技术措施及节能环保效益》一文分析,陶瓷生产企业在实施“煤改气”政策后,具有较大的节能效益和环保效益。1)节能效益方面,一条日产地砖24000平方米的窑炉对比节能率为:(3.24-2.11)/3.24×100%=34.88%。该窑炉每小时使用煤制气量为10650m3/h,生产每平方米产品的煤气单耗为10.65m3/平方米产品。实际上由上述煤气站生产热值为6281kJ/Nm3的煤制气,其煤气产率为3.08m3/kg时,由于存在煤气发生炉制造煤制气的工艺过程中各项损失,需要使用热值为27416kJ/kg的原煤量为3.46kg/平方米产品。使用原煤折标准煤3.24kgce/平方米。如果该窑炉使用天然气时,若按窑炉使用热值为35335kJ/平方米,每小时使用天然气量为1850m3/h,天然气单耗为1.75Nm3/平方米,使用天然气折标准煤2.11kgce/平方米。对比原来使用的煤制气,无煤气发生炉制造煤制气的工艺过程中存在较大的各项能量损失,而且改为使用天然气之后,由于降低窑炉燃烧过程空气系数,减少了入窑的助燃风量和出窑的排烟量,减少了排烟热量损失,从而降低了窑炉实际运行能耗。2)环保效益方面,节约基建投资1200万元,节约设备投资1000万元。“煤改气”后不使用燃煤,消除了烟气SO2排放,燃烧过程粉尘排放,减轻了环保设备的负担。厂区取消了燃煤堆放仓储、煤气站、煤•渣堆放场地,减少了陶瓷企业的用地面积。以日产60000平方米仿古砖,4条窑炉生产线规模的陶瓷厂来预计,可节约用地20000平方米,节约基建投资1200万元,节约设备投资1000万元。

除此之外,“十三五”规划中建筑陶瓷行业提出的重点节能减排措施包括:瓷砖薄型化技术、新型干法制粉技术、清洁能源实用技术、窑炉燃料循环利用技术、低温烧成技术等。干法制粉、低温快烧和多层干燥窑技术的碳减排潜力分别达50.76%、13.98%和1.44%,建筑陶瓷行业推进技术的革新将有效降低碳排放。根据碳排放核算结果可知,采用湿法和干法制粉技术碳排放分别为17.200kgCO2eq./m2和8.450kg CO2eq./m2,碳减排潜力达50.76%。能源生产阶段和产品生产阶段碳减排潜力分别贡献21.13%和29.63%。低温快烧技术与普通烧成技术相比,陶瓷砖生产阶段能耗降低10MJ/m2,碳排放降低13.98%,每平方米陶瓷砖可降低温室气体2.40kgCO2eq./m2,核算边界内CO2、CH,和N2O排放量折合成二氧化碳当量相比传统烧成工艺分别降低14.12%、0.70%和16.72%。

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采用不同的干燥技术对瓷砖生产的碳排放量也会产生影响,多层干燥窑技术可以节约能源、降低碳排放。采用多层干燥窑技术能源生产阶段CO2、CH,和N₂O分别增加1.08%、1.01%和1.17%,陶瓷生产阶段降低3.31%、3.61%和0.00%。采用五层干燥窑相比一层干燥窑,干燥烧成阶段能源利用率高、散热面积小、煤耗降低5.5%,从而降低了陶瓷砖生产阶段燃料燃烧的温室气体排放;同时,需增加8.8%的电力用于传送陶瓷砖,增加了电力生产阶段的碳排放,碳减排潜力为1.44%。多层干燥窑技术中CO2、CH,对降低碳排放贡献分别为1.019%和0.421%。额外需要的电力生产间接排放的N2O提高碳排放比为0.002%。

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总体来说,建筑材料工业全面实现碳达峰的关键环节包括:1)处理好发展与碳减排的矛盾。2014年建筑材料工业碳排放达到历史高点以后,全行业碳排放量缓慢下降,但以2018年为节点,随着建筑材料工业生产增长,2019年和2020年全行业碳排放量有所回升,再次达到14.8亿吨。依靠创新驱动,加快转变行业发展方式、推进产业结构调整和技术进步等手段将是处理好发展与碳减排矛盾的关键。2)抓好水泥、石灰等重点产业的碳排放总量控制。2015年以后受水泥产品结构变化等因素影响,全行业碳排放量呈连续增长态势。目前,水泥碳排放占全行业碳排放总量84.3%,其中燃料燃烧排放占全行业燃料燃烧排放总量的75.5%,过程排放占全行业生产过程排放总量的89.9%。水泥行业成为建筑材料工业全面实现碳达峰的关键产业。冶金、化工、火电等行业石灰需求量的增长,使2018年以后石灰行业产量迅速回升,石灰行业碳排放总量呈现上升态势。3)积极推进能源结构调整。建筑材料工业使用替代燃料具备巨大潜力。建筑材料工业增加对天然气等清洁能源的利用,还需要与清洁能源供给能力及建筑材料各行业工艺适用性相衔接。4)调节国内外市场供需。以水泥为例,2020年我国水泥熟料进口3337万吨,相当于国内水泥工业减少二氧化碳排放2500万吨。在国内水泥及水泥熟料市场需求及价格、各个国家水泥产能及市场等因素综合作用下,进口水泥及水泥熟料将成为国内市场重要的调节因素,也将对我国建筑材料工业控制碳排放总量产生重要影响。

2.5基础化工:“碳中和”或将催生新一轮供给侧改革,从能耗控制、新能源材料和可降解三个角度挖掘投资机会

中国是世界第一大CO2排放国,碳中和或将催生化工行业新一轮供给侧改革。根据BP公司统计数据,2019年我国CO2总排放量达98.26亿吨,碳排放量位列世界第一,其中钢铁、水泥、化工三大行业CO2排放量达到50亿吨,占全国碳排放总量的50%左右。碳中和概念的提出或将加速我国能源结构的调整升级,化工行业将面临新一轮供给侧改革,高能耗化工子行业或将迎来产能结构的重新布局。在碳中和的大背景下,高耗能行业的龙头企业或凭优质存量资产脱颖而出,推动行业集中度进一步提升。

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针对碳中和问题,我们从生产端、材料应用端以及能源消费端,三个层面分析化工行业或将迎来的机遇与挑战。具体观点如下:

①生产层面:“碳中和”将不断压缩高耗能产业供给,产业链中的中小公司或将在成本压力下被迫出清。在碳中和背景下,技术先进且资金实力雄厚的化工企业,有望不断提高市场份额。建议关注煤化工、氯碱等行业的投资机会。

②材料应用层面:可降解塑料、生物质、碳捕捉等材料有望迎来发展机遇期。发展绿色、环保的可降解材料,有利于减少碳排放以及自然界的存留,促进碳循环,同时保护环境。建议关注:PVA,生物柴油、尾气处理材料等板块投资机会。

③能源消费层面:清洁能源在总能源消耗中占比有望大幅提升,清洁能源行业将迎来重大发展。在能源领域,光伏、风力、水利以及核能发电,占我国总发电量比重存在增长空间。在交通运输领域,发展新能源汽车是实现道路交通“碳中和”的关键。能源革命,建议关注光伏、风电等新能源材料端的投资机会,如:工业硅、碳纤维等。

高耗能、高排碳行业或将迎来二轮供给侧改革,建议关注煤化工、氯碱投资机会

煤化工行业必不可少,二轮供给侧改革预计加速强者恒强趋势。我国是一个“富煤、贫油、少气”的国家,约70%的能源消耗直接依赖于煤炭的燃烧与加工,煤化工行业作为以煤为原料的排碳大户,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程中不得不排放CO2。但又由于传统煤化工行业在化工工业生产中具有举足轻重的作用,其产品端对应的多种工业原料(如甲醇、烯烃等)与人们日常生活息息相关,因而煤化工工艺路线即使放眼未来40年,依然不可或缺。另一个层面,目前我国在很多煤化工产品如聚烯烃等材料依然要依赖进口,截至2020年底,聚乙烯树脂和聚苯乙烯树脂的对外依存度依然分别高达46.5%和27.7%。

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氯碱属于高耗能行业,未来产能扩张或将受限,行业存在景气度结构性提升发展机遇。氯碱产业属于化工板块中典型的高耗能产业,由于我国电力能源消费结构中,目前70%仍依赖火电,在“碳中和”背景下,高耗能化工产业预计将会受到产能扩张限制。以近期内蒙古出台的《关于确保完成“十四五”能耗双控目标任务若干保障措施》政策为例,自2021年起,PVC、纯碱等高耗能行业新项目不再获得审批,由此可见氯碱行业未来的产能扩张正在受到限制。从产能结构层面分析,根据卓创资讯数据,截至2020年底,国内PVC行业总共名义产能2712万吨,根据我们的分析,当前行业有效产能大约在2300万吨。从需求层面分析,PVC主要应用于房地产领域,截至2020年底国内PVC的表观消费量达到2075万吨。基于上述供需数据计算出的行业名义产能利用率及实际产能利用率分别为76.5%和90%,我们认为随着未来限产限电等产业趋势的影响,未来PVC行业供给或将继续收缩,行业存在景气度结构性提升发展机遇。

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新能源材料板块迎机遇,关注碳纤维行业投资机会

风电叶片大型化,碳纤维逐步替代玻纤趋势逐步确立。目前全球风电巨头为了降低风电的度电成本,提升产品盈利能力,均采用了风电叶片大型化、轻量化的发展目标。为降低成本,必须增加发电时间,提升风机捕捉风能的能力,其中一个最主要的途径就是增加叶片的扫风面积、增大叶片的直径。据统计,风电叶片尺寸迅速发展,2010到2019年,叶片的长度从100米逐步增长到125米,预计未来叶片尺寸还将进一步增大到150米甚至更高。随着叶片的长度逐渐增加,对于叶片的质量控制便提出了更高的要求。据了解,传统的叶片制造材料主要为玻璃纤维复合材料,但玻纤叶片重量比较大,已经无法满足风电叶片大型化的发展趋势。而碳纤维复合材料比玻璃纤维复合材料具有更低的密度,更高的强度,可以保证风电叶片在增加长度的同时, 大大降低叶片重量。

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国内风电碳纤维需求强劲。2018年,全球风电装机容量达到592GW,同比增长9.48%。根据 GWEC 的预测到 2023年风电累计装机容量将达到 909GW,2019-2023 五年复合增速将达9%。根据《2018年碳纤维复合材料市场报告》数据,2018年我国风电叶片所需碳纤维达到8000吨,同比增长161%,成为我国碳纤维产业重要增长点。

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尚未被发掘的可降解材料,PVA行业存在潜在机遇

PVA是一种应用领域尚未被完全挖掘的可降解材料。聚乙烯醇(PVA)是一种用途广泛的水溶性高分子聚合物,能够快速溶解于水中,形成稳定胶体,其性能介于塑料和橡胶之间,特点是粘结力强、致密性好、结晶度高,除了作纤维原料外,还被广泛用于生产粘结剂、涂料、纸加工剂、乳化剂、分散剂和薄膜等产品。另一方面,PVA是唯一可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物,在细菌和酶的作用下,46天可降解75%,属于一种生物可降解高分子材料,可由非石油路线大规模生产,价格低廉,其耐油、耐溶剂及气体阻隔性能出众,在食品、药品包装方面具有独特优势。在碳中和大背景下,可降解材料具备广阔应用前景,我们认为PVA是应用领域尚未被完全挖掘的材料,未来发展具有广阔机遇。

据我们此前统计,国内PVA企业在2000年以前投产的约37万吨,2000~2012年投产的约48万吨,2012年后投产的约40万吨。目前行业名义产能达到120.6万吨,而从我们的产业调研来看,实际上行业内的有效产能仅为80万吨/年左右,行业内存在较多无效产能,特别是2000年之前投产的产能,在行业盈利低迷时期已处于关停状态,甚至有些产能已处于长期停产。此外,近年来,国内中东部PVA生产商也因其成本较高而陆续关停或向下游转型,国内PVA行业已处于重新洗牌后的新局面。

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2.6石油化工:落后产能加速出清,氢能发展潜力

碳中和主要是减少二氧化碳的排放量,对于石化化工企业,主要有两种途径减少二氧化碳的排放:

提高能量利用效率,通过减少单位产品的能量消耗;

通过零碳排放比如氢能,抵消或者覆盖二氧化碳排放;

化石燃料用量减少是一个渐进的过程,前半段主要通过单位热值更大的天然气、氢气(氢含量高)等对煤炭的逐步取代,后半段通过光伏、核电、风电等实现对化石燃料的替代。

碳中和促使全球炼厂落后产能加速出清

太阳能、风能、地热等都是可再生的清洁环保能源。在技术进步与政策引导的双重作用下,太阳能和风能成为近年发展最快的可再生能源。国际石油公司对生物能源的投入虽有反复,但近两年明显加大投入,通过资本运作快速进入市场,借助与领先企业的合作实现共赢发展。全球炼厂在传统项目上的资本开支明显在缩减,从油气供应商向综合能源供应商转变。

Valero, Marathon Petroleum, Phillips 66, HollyFrontier, PBF Energy和Delek US,这几家公司总炼能占美国总炼油能力的一半。2020年以来,从以上6家代表性美国炼厂可以看出一个大趋势,美国的独立炼厂公司在大量关停自己的传统炼油厂,生物燃料获得了增量投资。传统炼厂转向生物质燃料,关停传统原油加工炼厂。从资本开支方面也可以看出,传统炼厂的资本开支更多的往生物燃料上倾斜。

总体来讲,全球的炼厂结构性调整将加剧,中国的大型炼化项目陆续投产,美国等其他海外炼厂尤其是单体小、竞争力差的炼厂持续淘汰。2021年,中国就将超过美国成为全球第一大炼能的国家。

氢能未来潜力巨大

氢能前景广阔

根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》,2030年,氢能源产业链目标市场空间将达10000亿元,能源形式利用氢规模将达到1000亿立方米/年。国际氢能委员会预测到2050年全球氢能产业链产值将达到2.5万亿美元,占能源比重约为18%。氢能具备明显优势, 优化能源结构、保障国家能源安全的战略选择。

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煤炭仍是主要的制氢来源

供给端:制氢路线多元化,煤制氢为最大供氢方式占比62%。工业制氢技术主要有以煤、天然气、石油等为原料的催化重整制氢,氯碱、钢铁、焦化等工业副产物制氢,生物质气化或垃圾填埋气生物制氢,采用网电或未来直接利用可再生能源电力电解水制氢;

制氢技术正向在可再生能源制氢转变,处于实验室阶段但潜力大的有光催化分解水、高温热化学裂解水和微生物催化等先进制氢技术。煤炭和天然气是我国人工制氢的主要原料,占比分别为62%和19%,电解水占比4%,可再生能源电解水制氢占比不足1%,未来发展潜力大。

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氢气规划逐渐加速

截至2018年底时,全球共有369座加氢站,新增48座。中国排名第四,在运营15座,已建成22座,80%的加氢站集中在广东、上海、江苏、湖北、辽宁五个省份地区。规划2025年,全球有望超过1000座,日本、德国和美国分别达到320、400和100座,挪威、意大利和加拿大约5-7座。

据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》,对我国中长期加氢站建设和燃料电池车辆的发展目标做出了规划,我国计划在2020、2025、2030年分别建成100、300和1000座加氢站,建设将由政府、产业联盟和企业将共同参与。加氢站单站建设成本1200-2000万元以单站建设投资1500万元,单站补贴300万计算,加氢站投资市场规模在135亿元左右,政策建设补贴在27亿元左右。

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当前化石原料是主要的用氢场所,但汽车后续潜力大

中国化石原料方面用氢达数千亿规模,年需求量达千万吨级。2017年需求量和产量分别为1910万吨和1915万吨,均居世界首位。主要用在提炼原油。对人造黄油、食用油等其它产品中的脂肪氢化。在玻璃及电子微芯片制造中去除残余的氧。用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料,冶金用还原剂。由于氢的高燃料性,航天工业使用液氢作为燃料等。

汽车后续潜力大,年需求量将达百万吨级,随着用氢规模扩大以及技术进步,用氢成本将明显下降,根据中国氢能联盟预计,未来终端用氢价格将降至25-40元/kg。同时燃料电池和电池零部件的更新发展将进一步推动氢能源汽车发展,汽车氢能需求将有极大的上升空间。

2.7环保:碳中和背景下碳监测、负碳技术和垃圾分类处理需求将明显提升

碳监测:碳中和背景下需求将明显提升,CEMS或将成为主流监测方法

碳监测主要指对二氧化碳等温室气体排放进行监测和核算。目前国际上主要存在两种监测温室气体排放的方法,即核算法和测量法。核算法主要通过燃烧原料的量计算温室气体排放量,而测量法主要通过使用烟气在线监测系统(CEMS)直接测量排放量。

碳排放的监测与核算是实现碳中和的基本要求。3月25日,发改委环资司召开碳排放核算专家座谈会。与会专家一致认为,建立统一规范的核算体系、摸清碳排放“家底”,是做好碳达峰、碳中和工作的当务之急,也是开展碳达峰前景分析的基本要求。下一步,环资司将组织有关机构和专家,尽快研究提出科学合理、简明适用的碳排放核算要求,明确核算边界与核算方法,指导各地区各行业扎实开展碳排放摸底和达峰前景分析。

使用CEMS的测量法在精度具有一定优势,未来有望得到推广。传统核算法由于各种类型锅炉燃效煤炭效率不同、人为干扰多等因素,核算法存在一定的误差。而研究表明,使用CEMS的测量法通过直接测量烟气流速、CO2浓度和湿度等参数即可得到温室气体排放量,相较核算法而言,数据精确度有明显提升。同时随着技术的进步,以及大规模使用后产生的规模效应,单套设备的成本有望下降。目前欧盟同时使用核算法和测量法,而美国目前主要使用测量法。我国在发展环保产业时参考欧美的环保经验较多,未来在精度和成本的驱使下可能将CEMS作为主要监测方法。

纳入碳排放权交易市场的行业与公司都是潜在的CEMS客户。目前电力行业已进入全国碳交易市场,首批纳入的电力企业达到2225家。随着碳交易市场建设的持续推进,预计“十四五”期间钢铁、建材、有色等高耗能行业企业也会纳入碳交易市场,对应碳监测的需求巨大。

负碳技术:实现碳中和的必要条件,相关行业前景广阔

碳汇是指通过植树造林、森林管理、植被恢复等措施,利用植物光合作用吸收大气中的二氧化碳,并将其固定在植被和土壤中,从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。土壤是陆地生态系统中最大的碳库,在降低大气中温室气体浓度、减缓全球气候变暖中,具有十分重要的独特作用。有关资料表明,森林面积虽然只占陆地总面积的1/3,但森林植被区的碳储量几乎占到了陆地碳库总量的一半。

中国2019年森林覆盖率为22.96%,还有很大的提升空间。根据世界银行数据,2016年,全球森林覆盖面积为30.72%,2018年日本的森林覆盖率为68.4%、韩国为64.7%、加拿大为38.7%、美国为33.9%、德国为32.7%、法国为31.2%。中国的森林覆盖率还有很大的提升空间。我国城市园林绿地面积稳步提升,2019年达到41.51%。

碳中和背景下生态修复及园林绿化需求将会持续提升。由于国家对生态环境治理的重视,我国生态修复和园林绿化行业在过去10年实现了快速发展。碳汇是实现碳中和目标的必要手段,不仅可以吸收温室气体,同样对保护环境有巨大的作用,我们认为未来生态修复和园林绿化行业都将得到快速的发展,市场规模有望迅速扩大。

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碳捕集、利用与封存(CCUS)技术,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进行循环再利用或封存。目前我国对CCUS技术的研发和示范给予了积极的关注,在国家气候变化相关规划中的文件中也明确提出加强CCUS技术的开发。目前我国开展CCUS试点项目的行业涉及火电、煤化工、水泥和钢铁行业。发达国家日益重视CCUS技术的规划与应用,美国、英国、加拿大等国家不仅将CCUS视为推动传统产业结构调整和优化的重大减排技术,更瞄准该技术未来可观的市场效益。

二氧化碳的资源化利用前景广阔,但目前由于技术原因,经济性差,难以实现产业化,建议关注技术升级带来的成本下降。二氧化碳的资源化利用技术包括合成高纯一氧化碳、可降解塑料、烟丝膨化、化肥生产、油田驱油等,其中合成可降解塑料和油田驱油技术产业化应用前景广阔。目前CCUS由于技术原因,捕集、运输、利用等各个环节成本都较高,中短期内都难以实现经济化。负碳技术是实现碳中和的必要技术,CCUS技术的研发有望得到政策和资金支持,我们认为可以持续关注CCUS技术进步带来的成本下降。

垃圾分类处理:提高垃圾资源化比例、减少碳排

垃圾的分类处理对实现碳中和目标具有积极帮助。上游端的垃圾分类可以通过分类投放、收集,将可回收的资源(塑料、橡胶。金属等)从垃圾中分离出来,实现更高效的资源化。同时,干湿垃圾的分类可以提高垃圾焚烧的吨垃圾发电量,提高能效。下游端的垃圾焚烧发电可以对垃圾进行有效的减量化、无害化、资源化处理。与垃圾填埋相比,可以有效减少占地面积并降低土地二次污染的风险。与火力发电对比,焚烧发电用焚烧余热利用代替化石燃料从而在一定程度上减少温室气体排放。

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