2024白酒酿造能源需求分析与节能降碳发展路径研究报告

能源消费智能化研究所 InstituteofIntelligentEnergy Consumption 白酒酿造 能源需求分析与节能降碳发展路径研究报告 作者：李祖宇高浪 2024/05 能源消费智能化研究所 InstituteofIntelligentEnergyConsumption 关于我们 Ⅰ 能源消费智能化研究所 InstituteofIntelligentEnergy Consumption SichuanEnergyInternetResearchInstitute TinghuaUniversity 目录 Ⅱ 执行摘要 白酒作为中国特有的酒类，在食品饮料市场中占有重要地位。随着“碳达峰碳中和”目标的提出，白酒行业的节能降碳成为推动其可持续发展的关键任务。本研究旨在分析白酒行业的能源需求，探索其行业节能降碳的发展潜力并提出相应的发展路径。 白酒行业具有丰富的产品类型和地域特色，其中浓香型、酱香型和清香型为目前的主要消费类别。四川和贵州是中国白酒产业的核心区域，产量和利润占全国的绝大部分。 白酒生产涉及原料处理、制曲、糖化、发酵、蒸馏、陈酿和勾调等多个环节，其中蒸馏（含蒸粮和蒸酒）环节是主要的能源消耗点。不同香型的白酒在原料选择、发酵工艺、生产流程等方面各有特点，但均需大量的热能和电能。通过对部分白酒企业的生产成本和能源消耗数据进行分析，发现能源消耗的效率和成本 在不同企业间存在显著差异，不仅具有推动行业节能降碳的巨大潜力，对企业的降本增效亦具有重大意义。 在白酒行业节能降碳的发展路径上具有三大重点任务：1.推广热泵和电锅炉应用，以替代传统的燃煤和燃油锅 炉，从而实现清洁能源的生产和供应。 2.加强余热的梯次利用，通过改进设备和工艺流程，提高能源利用效率，减少能源浪费。 3.完善废弃物循环处理体系，将酒糟和废水等废弃物转化为可再生能源，实现资源循环利用。 此外，建议政府加强政策引导，完善激励和约束机制，推动行业绿色转型。同时，鼓励企业增进低碳技术和绿色装备的认知，提升内部管理水平。白酒行业的节能降碳不仅是响应全球气候变化的需要，也是提升行业竞争力的重要途径。通过技术创新、管理优化和政策支持等手段，白酒行业有望实现绿色、低碳、高效的可持续发展。 Ⅲ 研究背景 1 图片来源；中国《四川郎酒之声》品第1 一、行业概述 2 图片来源；中国《四川郎酒之声》品牌杂志第2期 图1.12016-2023年白酒产销及出口量统计* 数据来源：国家统计局，Choice，海关总署 *2023年白酒销售数据暂缺 3 二、产业脉络 4 据目前的国家标准，白酒分为十二种主要香型，包括浓香型、酱香型、清香型、米香型、凤香型、豉香型、芝麻香型、特香型、兼香型、老白干香型、董香型和馥郁香型。各类香型白酒在原料处理、制曲、发酵、蒸馏、陈酿和勾调等工艺段具有相似性，但在酿酒原料选择、酒曲品种、工艺控制特性、生产流程与循环上均各有特点。 白酒制酒原料主要包括高粱、玉米、大米、小麦、青稞、薯类、豆类和糖蜜等。部分工艺中，需添加辅料使酒醅保有一定的疏松度和含氧量，有利于其升温发酵。常用辅料包括粗谷糠、稻壳、高粱壳和玉米芯等。 各类糖化发酵剂中，南方大曲多采用小麦，生产酱香型和浓香型白酒；而北方大曲多采用大麦和豌豆，生产清香型白酒；高寒地区酿酒则主要采用青稞制大曲。小曲原料一般为精白度不高的籼米或米糠。麸曲主要采用麸皮，即小麦最外层的表皮。酒母指人工酵母培养物或培养液，一般采用玉米粉或薯干粉制作。 图2.1酿酒行业分类 *参考自《GB/T4754-2017国民经济行业分类》 5 表2.1白酒主要香型简介* *资料来源：《GB/T17204-2021饮料酒术语和分类》 6 三、白酒生产工艺及设备 图3.1大曲白酒典型酿造工艺流程 7 表3.1酱香工艺简介 8 以茅台为代表的坤沙型酱香白酒遵从“12987”工艺流程，即每年一个生产周期、两次下粮投料（下沙和糙沙）、九次蒸煮、八次发酵和七次取酒。每批酒取酒入库后均需要经过三年以上的贮存时间。 图3.2坤沙酱香白酒“12987”酿造工艺典型流程 9 酵糟醅加入原料和辅料后，再经蒸煮糊化、打量水和摊晾下曲等工序后继续放回原来的窖池后密封发酵。分层堆糟指在窖内发酵完毕的糟醅在出窖时按照面糟、母糟分开出窖，面糟在蒸酒后弃糟处理，而母糟在出窖时自上而下逐层出糟堆放，经取糟配料、拌料、蒸酒、撒曲后继续投入原窖池发酵，从而一直保持原窖母糟风格和窖池的等级质量，因此俗称“千年老窖万年糟” 图3.3浓香型白酒酿造工艺典型流程 10 图3.4清香型白酒酿造工艺典型流程 11 人工踩曲成型度更高及韧性更好等原因，酱香白酒仍保留采用人工制曲。曲房温湿度控制对于影响曲块内微生物群落演替、控制大曲菌种比例尤为重要，传统方法一般采用人工测温，再通过人工调节门窗、围盖草栅和洒水等方式调控曲面温度。新式智能化曲房可结合传感系统、中控系统、自动窗机系统、加湿系统和空气能热泵系统等以控制曲面温度曲线最贴合目标工艺温度曲线。 图3.5传统曲房和智能化曲房制曲① 图3.6白酒发酵窖池② ①图源：中国酒志网；《智能化环控曲房的设计和应用研究》 ②图源：凤凰网 12 图3.7传统酒甑与新型酒甑* *图源：凤凰网；贵州日报 13 四、白酒成本剖析与用能评估 14图片来源：《四川郎酒之声》品牌杂志第一期 表4.1部分酒企生产成本剖析 注：单产成本=企业酿酒业务年度总成本/成品酒年产量；能源成本=单产成本*能源成本百分比； 单产用能=标煤化表达的年用能量/成品酒年产量；能源折价=能源成本/单产用能，表示企业为每千克标煤能源消费所支付的能源费用。“-”表示无可信数据源。 数据来源：各企业年报，各企业环境、社会及治理(ESG)报告。 15 图4.1酒企生产成本与能源成本聚类分析 16 表4.2不同供热设备能源价格与折算价格表 图4.2部分酒企单产用电量与用气量分布图图4.3部分酒企蒸汽用能折算价格推测 电锅炉（元/kWh)热泵（元/kWh) 燃煤锅炉（元/t）燃油锅炉（元/t） 天然气锅炉（元/m³）能源折算价格（元/kgcc） 蒸汽折算价格（元/t）酒企A 酒企B酒企D酒企F酒企G酒企J酒企P 17 五、白酒节能降碳发展路径 18 19 20 图5.1 白酒酿造节能降碳技术路线示意图 21 行业案列分别参考于五粮液公司ESG报告；贵州茅台公司ESG报告 22 行业案列分别参考于五粮液公司ESG报告；贵州茅台公司ESG报告 23 行业案列分别参考于五粮液公司ESG报告；水井坊公司ESG报告 24 若再结合水蒸气压缩机（MechanicalVaporRecom-pression，MVR）的使用，其输出蒸汽可达180~200℃。但是一般而言，成本因素是热泵推广的主要障碍，其包括设备、安装与调试在内的初装价格往往明显高于锅炉设备。不过，从综合考虑天然气价格和电力价格因素在内的全生命周期成本角度，热泵机组仍可能是成本最优的选择。 通过以下算例作为说明：以1蒸吨设备产出140℃蒸汽（功率约为0.74MW）作为基准，比较天然气锅炉、电锅炉与高温热泵全生命期成本优劣。 假定天然气锅炉热效率为0.92，电锅炉热效率0.97，热泵COP为2。那么，在天然气价格3~5元/m³、电价0~1元/kWh的单位范围内，采用天然气锅炉、电锅炉或高温热泵方案时每小时的能源成本差异如下表5.1和表5.2所示。 表5.1电锅炉-天然气锅炉单位小时能源成本差异表 25 表5.2热泵-天然气锅炉单位小时能源成本差异表 以天然气价格为4元/m³为例，电价需要低于0.4元 /kWh时电锅炉相比天然气锅炉才具有能源使用成本优势，但电价低于0.85元/kWh时热泵相比天然气锅炉已经具有能源使用成本优势了。 考虑该设备日运行10h，年运行300天，使用期均为15年，资金折现率6%，则三种方案在使用期全寿命阶段内的能源相对效益现值如下图所示。 图5.2三种方案全生命期能源相对收益现值 *橘色系列线为天然气价格在3~5元/m³以0.1元/m³为间隔的一簇直线，加深的两根分别表示3.6元/m³和4.2元/m³的天然气价格作为参考。蓝色系列线为天然气价格在3~5元/m³以0.1元/m³为间隔的一簇直线，加深的两根分别表示3.6元/m³和4.2元/m³的天然气价格作 26为参考。 图5.3三种方案全生命期净现值与电价关系图 全生命期净现值 电锅炉最优 高温热泵最优 天然气锅炉最优 电价 27 除酒糟和废水外，酿酒行业其他废弃物还包括无法再循环利用的制曲稻草及废弃窖泥等。稻草与曲块直接接触，表面粘连大量的麦粉和微生物，可用作肥料、饲料、菌类培养基及生物质颗粒燃料制备等用途；窖泥一般混杂了稻壳、糟醅，具有丰富的微生物菌群，可用于协同生成有机肥、协同酒糟制备固体颗粒燃料以及蚯蚓养殖基材等用途。 总体来看，酿酒废弃物的循环处理适宜以生物质天然气（经提纯后的沼气）为核心，其供给源包括丢糟处置和酿酒废水处理等，可用于热电联产直接供应厂区所需电力及蒸汽。 以年产量1万吨基酒的酒厂为例，其年能源消耗量约1万吨标煤。生产每吨基酒约产出三吨酒糟，酒糟产沼气约60万方；生产每吨基酒约排放废水40吨，废水厌 氧处理产沼气约200万方。沼气总体可供应能源0.16万吨标煤，即通过自身厂区废弃物的循环利用便可覆盖约16%的年能源需求。 29 六、研究总结 白酒行业作为我国的特色产业，其能源利用与物料消耗过程具有其独有的特点。不同香型的白酒，其工艺流程各有传承，但都具有相似的工艺段区分，其中主要的用能段包括蒸粮和蒸酒流程。 为推进白酒行业节能降碳工作，本报告中对于部分企业的用能特点与能源费用进行了比较研究，并提出了包括推广热泵和电锅炉应用、加强余热梯次利用和完善废弃物循环处理体系等三项重点任务共五大板块的未来发展路径建议，希望推动白酒行业在新时代更进一步高质量发展。（完） 30 图片来源；pexels.com 地址电子邮箱 四川省成都市双流区天府新区天府菁蓉中心B区2-7号楼9楼 高浪Gaolang@tsinghua-eiri.com李祖宇Lizuyu@tsinghua-eiri.com 除特别注明外，所有图片均来源自制 本报告内容仅代表作者个人观点，并不代表任何组织、机构或政府观点。若无特别声明，本报告解释权及研究成果均由其作者专属所有。 ©2024清华四川能源互联网研究院