脫碳之路的關(guān)鍵：用木屑顆粒替代發(fā)電中的煤炭

　　隨著氣候變化的后果加速并變得越來越昂貴，旨在控制化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量的政策也將加速并變得更加激進(jìn)。

　　在發(fā)電行業(yè)中，存在降低碳排放的現(xiàn)成途徑。該解決方案通過用可再生的固體燃料代替大型燃煤電站中的煤炭。這種相對容易實施的燃料轉(zhuǎn)換可顯著降低每兆瓦時發(fā)電的凈碳排放量。替代固體燃料是可持續(xù)來源的木屑顆粒。

　　此主題是以前的FutureMetrics白皮書的主題。但是，鑒于當(dāng)前covid-19引發(fā)的對我們?nèi)蚪?jīng)濟(jì)的破壞以及這可能如何影響能源政策戰(zhàn)略，重要的是要記住，有一個相對低成本，易于部署且具有高碳效益能源的電力解決方案。

　　在許多國家，木屑顆粒已經(jīng)成為可再生能源發(fā)電的重要組成部分。在英國，兩個大型燃煤發(fā)電廠Drax和Lynemouth已被重新利用代替煤。英國最大的燃煤發(fā)電廠Drax可以在其650兆瓦的四條輸電線路上使用100％的顆粒發(fā)電。通過相對低成本的改造，兩個改建的燃煤發(fā)電站沒有損失任何輸出容量。每臺Drax燃煤電力鍋爐的容量為650 MW，而燃顆粒鍋爐的容量為650 MW。

　　發(fā)電不是斷斷續(xù)續(xù)的。下表顯示了英國顆粒燃料的電力如何發(fā)揮基本負(fù)荷的作用，這對于太陽能和風(fēng)能來說是不可能的。晚上太陽能永遠(yuǎn)不會產(chǎn)生，有時風(fēng)不會吹得很厲害。跟隨圖表上的箭頭，以英國為例，當(dāng)時太陽能（夜晚）和風(fēng)能發(fā)電不多。幾天后，風(fēng)能產(chǎn)生了很多能量。顆粒以及核能都很穩(wěn)定，并支撐著電網(wǎng)的按需供電。為了提高穩(wěn)定性，顆粒燃燒或核能都不會增加大氣中的凈二氧化碳濃度。

　　當(dāng)風(fēng)力渦輪機發(fā)電時（從上表的4月16日晚開始），使用的天然氣較少，而化石燃料會增加大氣中的凈二氧化碳。來自運行鈾和顆粒的大型發(fā)電站的基本負(fù)荷為低碳電力奠定了堅實的基礎(chǔ)。

　　可持續(xù)管理的林業(yè)活動產(chǎn)生的木屑顆粒用于發(fā)電時，不會增加大氣中二氧化碳的凈存量*。對于一個被管理的森林來說，基本的必要條件是，如果森林的生長速度等于或超過采伐速度，那么森林中的碳凈存量就保持不變或正在增長。因此，燃燒釋放的二氧化碳同時被新的增長吸收，并且沒有凈新的二氧化碳被添加到大氣中。

　　對于英國的Drax電站，用顆粒代替煤平均減少的二氧化碳排放量平均約為86％。 顆粒供應(yīng)鏈中使用的化石燃料導(dǎo)致輸送到發(fā)電站的顆粒產(chǎn)生碳足跡。應(yīng)當(dāng)記住，天然氣、煤炭或柴油供應(yīng)鏈中使用的化石燃料也增加了這些燃料的碳足跡。如果將化石燃料用于發(fā)電，供熱和/或運輸，則需要通過管道，卡車，鐵路和/或船舶進(jìn)行開采，收割，提煉和運輸?shù)娜魏稳剂隙紝⒎e累碳足跡。

　　對于卡車、鐵路或輪船的行駛距離，每噸公里使用的燃料、發(fā)電方式和英國電站使用顆粒的效率等進(jìn)行多個假設(shè)，以將顆粒從美國東南部運送到英國發(fā)電廠 ，估計的二氧化碳足跡為每兆瓦時發(fā)電量（kg / MWhe）約133公斤。上表顯示了如何計算*。將煤運到發(fā)電站將具有相似的二氧化碳足跡。

　　反對將顆粒用于發(fā)電的意見基于以下兩點：（1）顆粒在燃燒中不是碳中性的；（2）使用顆粒會導(dǎo)致森林砍伐。他們有理由擔(dān)心發(fā)電和森林砍伐產(chǎn)生的碳排放；但是在先進(jìn)經(jīng)濟(jì)體中使用顆粒發(fā)電時，兩者都錯了。

　　顆粒已經(jīng)成為全球減少二氧化碳排放量的主要組成部分。這些努力得到了國家政策的支持，這些國家以某種形式激勵公用事業(yè)生產(chǎn)更多的無碳電力。這些激勵措施通常是對發(fā)電機的補貼，以抵消顆粒燃料相對于煤炭的較高成本。為了有資格享受政策帶來的好處，發(fā)電者必須通過嚴(yán)格且獨立的審核證明存在凈碳收益。

　　審計的基礎(chǔ)是維持森林中固存的碳凈存量的要求。還有許多其他重要標(biāo)準(zhǔn)可以滿足使用生物質(zhì)衍生燃料的認(rèn)證要求。但是這里我們只關(guān)注那些標(biāo)準(zhǔn)如何確保碳凈收益。

　　舉一個簡單的例子，假設(shè)一個受管理的森林地區(qū)，其目的是為林產(chǎn)品業(yè)種植木材，每年又增加了500,000噸的新木材。該年增長率將為一年內(nèi)最大清除量設(shè)定界限。如果沒有越界，那么森林中的碳凈存量就不會減少，因為生物質(zhì)的凈存量不會減少。如果所有的收成都變成木屑顆粒（極不可能發(fā)生，因為用來制造木材的鋸木幾乎永遠(yuǎn)不會變成顆粒），那么在顆粒燃燒中釋放出的碳將通過管理中的新增長而從大氣中循環(huán)出來。因為很大一部分年度收成變成了木材，并且碳沒有循環(huán)回新的增長，所以只要不超過基于年增長率的可持續(xù)性界限，大氣中二氧化碳的凈變化就為負(fù)。

　　這就解釋了為什么反對者對使用顆粒燃料的兩個反對意見都是精心設(shè)計的。我們大家都應(yīng)該關(guān)注森林砍伐。但是，要在歐洲，英國和不久的日本的主要進(jìn)口國的發(fā)電廠中將顆粒用作燃料，顆粒必須帶有證書，證明它們是用可持續(xù)原料生產(chǎn)的。如果顆粒原料的來源是永久減少林地的活動的結(jié)果，那么電廠將無法獲得允許其首先使用顆粒的支持。那些被拒絕的顆粒將在這些市場上沒有買家。二氧化碳減排政策中嵌入的可持續(xù)性規(guī)則有目的地防止森林砍伐。

　　通常，在以林產(chǎn)品為原料的工廠中進(jìn)行的任何大型投資，例如大型木材廠，制漿造紙廠或顆粒廠，都不會期望需要數(shù)億美元投資的工廠短缺幾年后的木材，因為他們的年需求剝奪了森林。出于良好的商業(yè)理由，木材廠、紙漿廠或顆粒廠的生產(chǎn)率絕不應(yīng)該超過該地區(qū)每年每天供應(yīng)木材的能力，基本上是永久性的。

　　換句話說，年需求不能超過該地區(qū)產(chǎn)生等于或大于工廠年需求的年新增長的能力。使工廠規(guī)模與可持續(xù)的年度供應(yīng)相匹配是一項很好的業(yè)務(wù)。

　　但是顆粒生產(chǎn)商必須超越“良好業(yè)務(wù)”的動機，因為出口顆粒廠必須證明其原料的可持續(xù)性。因此，沒有理由擔(dān)心北美與主要顆粒進(jìn)口國之間的顆粒業(yè)務(wù)會毀林。

　　森林的可持續(xù)性是顆粒碳效益的基礎(chǔ)。限制年度允許采伐量不超過年度增長量的可持續(xù)性限制條件，使即使每棵采伐的樹木都變成顆粒狀，大氣中的二氧化碳凈增加量也不會增加。

　　但是，如上所述，這不是行業(yè)的運作方式。顆粒不是由樹的高價值部分制成的。砍伐的樹木的大部分可用部分變成了木材，紙張或其他人造木制品；其中許多固存了二氧化碳。鋸木廠產(chǎn)生的一些副產(chǎn)品變成顆粒。通常在正常市場中，只有不適合木材和其他建筑/家具產(chǎn)品或紙漿和紙張的部分采伐樹木會變成顆粒。

　　沒有任何合理的邏輯可以表明，對負(fù)責(zé)任和可持續(xù)管理的森林使用材料可以導(dǎo)致大氣中二氧化碳的凈添加。

　　隨著氣候變化后果成倍增加，甚至像美國這樣的國家也將看到將一些現(xiàn)有的高效燃煤發(fā)電站轉(zhuǎn)換為使用木屑顆粒的價值。