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2022年版的IEA《清洁转型中的能源安全》报告提出,清洁转型中建设新的能源基础设施需要大量的投资,可以充分利用现有化石燃料的基础设施推动并实现清洁的能源转型。
与其他化石燃料一样,石油工业将受到产品需求减少和脱碳活动需要的双重影响。随着石油工业总体投资的下降,市场竞争日益激烈,只有那些资源成本低、对成本和环境绩效有严格控制的企业,才能生存下来。
石油基础设施的变化
陆上石油生产基础设施包括油井、集输管道和加工基础设施,几乎没有转变为其他用途的空间;海上石油生产设施特别是平台,则有可能被改造为海上风能或水产养殖基地;原油和成品油管道,有可能转化为二氧化碳或氢气运输基础设施。此外,港口、码头、仓储设施和船舶等海上运输基础设施也有一定的过渡空间,可以用来处理氢、生物燃料和氨。例如,液化石油气罐很容易转移到氨的存储,电动船只的兴起需要港口的充电基础设施等。
炼油厂已经开始转型。全球约有48.3万桶/天的炼油能力已转变为生物燃料调和厂,不久的将来会再增加70.2万桶/天。利用现有炼油厂来生产生物燃料的中间体,可以减少生物燃料相关的投资需求。生物燃料在交通燃料中所占比例的提高,需要更复杂的调和与储存操作。除了完全的场地转换外,炼油厂越来越多地参与到可再生原料与石油的协同加工中。炼油厂进入生物燃料生产,涉及中游、营销和调和等活动以及所需基础设施的改造或建设。然而,因为不可能为所有的炼油厂获得足够的原料,所以并不是所有的炼油厂都能转化为进行生物燃料生产。炼油厂的另一条途径是循环经济。作为一个拥有合适设备、高技能工人、研究人员和工程师的复杂工业部门,沿着塑料到塑料或塑料到燃料的路径,炼油厂可以开发塑料废物和废油的化学回收技术。
为了生产低碳燃料,现有炼油厂需要进行大量投资。在电解燃料的生产中,电解生成的氢与一氧化碳(来自储存的碳)相结合生成合成气,然后合成气通过费托工艺转化为合成油,并成为可再生运输燃料或石化原料。在使用地质方式储存碳可能性不大的地区,这条路径可能很有价值。
炼油是世界上最大的氢消耗部门,氢气需求几乎完全来自石油(石脑油重整)或天然气(蒸汽重整)。预计到2026年,欧洲与炼油厂相关的电解项目超过500兆瓦,每年生产3.7万吨绿氢,仅占炼油行业氢气总需求的0.1%。另外,有1200兆瓦的项目尚未进入最终投资决策阶段。不过,如果提供优惠政策,这些项目将可能在相同的时间与上述项目同时投产。
在能源转型期间,石油零售行业(营销和分销)也将发生重大变化,其中许多已经为电动汽车提供充电设施。依据运输行业的电气化路径,未来它们可以进行电池交换操作和提供氢燃料服务。
天然气基础设施的转化
低碳气体,包括生物甲烷、低排放氢、合成甲烷和符合CCUS的甲烷将在脱碳途径中发挥关键的作用。
在IEA的净零情景(2021年5月18日,IEA发布《2050年净零排放:全球能源系统路线图》)下,低碳气体占2050年最终能源消费中气体燃料总量的近75%,占电力部门所消费气体燃料中的绝大部分。这就是说,低碳气体使气态燃料在最终能源消费总量中的份额接近今天的水平,并将在工业、长途运输和季节性能源储存等难以减少的行业中发挥关键的作用。在电力部门,低碳气体将在一个由可再生能源主导的供电系统中提供灵活的后备供应。
现有的天然气基础设施可以通过提供网络接入、降低运输成本并最终促进其融入更广泛的能源系统,快速部署低碳气体。
在上游层面,天然气和凝析气田、枯竭气藏及其相关的地面基础设施可用于二氧化碳存储,从而能够部署基于CCUS的解决方案,可以从甲烷中生产氢气。庞大的天然气输送和分配管道系统可以被用来输送低碳气体。由于生物甲烷和合成甲烷的化学与物理性质几乎相同,它们可以与传统甲烷完美地互换。不过,这需要制定标准以确保互连系统的天然气质量统一,并减少任何偏离这些标准的风险。
混合,可以为低排放氢提供临时的解决方案,直到专门的氢运输系统被开发出来。根据气体传输系统的特点,可以以2%~10%氢气体积的速率混合,而无需对管道系统进行实质性的改造。聚合物管道系统的耐氢性通常更强,可能允许最多20%的混合,且只需对管道基础设施进行最小或可能不用进行任何的改造。
与新建的氢管网相比,天然气管道如果重新使用、用作氢气的输送,管道改造的成本要低得多,生产周期也短得多。研究表明,管道转换成本占新氢气管道成本的21%~33%,从而带来更低的运输费用,提高氢气的成本竞争力。
利用现有的基础设施
在当前全球能源市场价格大幅度波动的背景下,各国政府正在通过供应来源的多样化以及在现有能源基础设施中使用低碳燃料,减少对化石燃料的依赖。
IEA认为,创建新的基础设施需要大量的投资,且由于需要获得不同的许可和批准而带来延误的风险。重新利用现有基础设施提供了加速清洁能源转型的可能。例如,现有的热能资产可以提供可再生能源所需要的灵活性,与传输、储存和需求响应等其他能源相补充。同时,如果使用低碳燃料进行运行,还可获得减排的效益。
现有基础设施的退役,可能给当地社区带来经济混乱,因为这些社区的就业和收入都依赖于这些基础设施。在过渡期间,利用现有的基础设施可以带来许多好处。
值得注意的是,对现有基础设施进行再利用或改造,可以保留基础设施的大部分价值,同时保留基础设施所在社区的就业机会和税基。例如,目前一些石油和天然气生产国正在发展或寻求发展CCUS、氢气和海上风能产业,利用现有的油气生产(海上)的技能和知识基础。
IEA建议,政策制定者应该评估利用现有能源基础设施扩大低碳燃料部署的机会,然后才允许所有者在整个价值链上回收或拆除现有基础设施。对现有能源基础设施采取这种前瞻性和以人为中心的办法可节省大量费用,提高能源系统的适应能力。
责任编辑:郑 丹