唐山市钢铁行业碳排放核算及达峰预测-第2页-北极星大气网

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为分析唐山市钢铁生产能源消耗及碳排放的变化趋势，确定其达峰时间，本节基于LEAP系统模型提供的建模基础框架构建唐山钢铁行业能源消耗模型。模型的搭建涵盖烧结、球团、炼铁和炼钢4个终端消费子部门，根据其活动水平和能源消耗强度，确定能源需求，再根据不同能源品种(本文只涉及化石能源消耗)，录入碳排放因子，核算其碳排放量。唐山市钢铁行业自2005年以来一直产能过剩。2015年12月，习近平总书记在中央经济工作会议上明确提出，钢铁去产能是结构性改革任务的重点。唐山市去产能政策的导向是“兼并重组+产能置换”，并非持续的压减产能，而是将“小、落后”置换为“大、先进”，在提高产能利用率的同时，也降低了单位产品能源消耗，减少了能源需求量和碳排放量。由于钢铁企业在产业结构和能源品种上均未出现变革，因此研究唐山市钢铁生产能源需求及碳排放的变化，最主要的影响因素是产能。唐山经信委提出，唐山市计划于2020年淘汰1000 m³以下高炉、100 t以下转炉和180 m²以下烧结机，并逐步淘汰1500 m³以下高炉、150 t以下转炉。钢铁生产企业从2017年40余家整合至30家以内，到2025年减少至25家。根据经信委所制定的减产目标，2020年唐山市炼铁总产能为8686万t/a。2020年逐步淘汰落后产能后，唐山市钢铁产能应保持平稳，产能利用率有所上升后也将保持平稳。如图6所示，以2018—2019年唐山钢铁产能利用率的变化趋势为参考，利用率整体呈现缓慢提高的趋势，但会由于限产政策施行等因素的影响，在1年中有所波动(数据来源于Wind数据库)。卢峰将产能过剩的程度划分为8个区间，产能利用率在60%～75%为显著过剩；75%～80%为轻度过剩；80%～85%为基本适度。因此，本节设定年均钢铁产能利用率上升至85%后保持不变。

图6 2018—2019年唐山市钢铁产能利用率

为确定钢铁生产的碳达峰时间，构建的模型以2017年为基准年，研究时间范围为2010—2030年。2010—2017年数据来源于唐山市统计年鉴、调研数据及相关文献。2018—2030年的能源消耗和碳排放量则根据历史期的产品产量、单位产品能耗和不同能源消耗占比等数据的变化趋势，结合区域发展规划，给出2020和2030年的数值，再借助差值函数确定其发展趋势，具体参数设定见表5。

表5 唐山市钢铁生产2018—2030年参数设定

根据LEAP模型核算的能源消费量以及碳排放变化趋势如图7、8所示。唐山市钢铁行业能源需求及碳排放量于2010—2018年持续上涨，于2018年达峰，化石能源燃料的碳排放峰值为11800万t，之后开始下降。前期的持续上涨是由于产量的持续增加，通过调研与企业交流得知，去产能在初期阶段去除的是停产、废弃产能，对于企业生产影响不大。但近年来去产能力度逐渐增大，其中2019年国家发展改革委、工业和信息化部、国家能源局联合发布《关于做好2019年重点领域化解过剩产能工作的通知》，标志着全面转入结构性去产能、系统性优产能的新阶段。现阶段重点是去除小、旧设施，而唐山市1000 m³以下的高炉数量较多，产能占比在30% 以上。2018年唐山市开展产能置换工作，将于2021年完成设施的拆除和新建，且无新增产能。此后，无论总产能是保持不变还是减小，能源消耗都会减小，相应的碳排放量也会减少。

图7 2010—2030年钢铁生产能源消费量变化

图8 2010—2030年唐山钢铁生产CO2排放量

《“十三五”控制温室气体排放工作方案》对中国和河北省分别设立了到2020年碳强度比2015年下降18%和20.5%的目标, 而《河北省“十三五”控制温室气体排放工作实施方案》则进一步对唐山市提出了碳强度比2015年下降22%的要求。按照目前发展趋势，唐山市钢铁行业2030年碳排放量将相较2015年下降23%。若达到《巴黎协定》制定的长期努力方向，即全球温升低于1.5 ℃，到2030年，全球碳排放量需要比2010年的水平下降约45%，2050年碳排放量减少75%～90%。为完成这一目标，仅仅去产能不够的，还需要结合节能减排技术。而循环经济和清洁生产技术是钢铁企业降低能耗的主要途径之一，比如提高废钢原料占比，增加电弧炉炼钢占比，发展碳捕捉技术(CCUS)。尤其是近年研究的重点CCUS技术被认为能够实现化石能源利用产生的 CO₂ 近零排放，甚至实现负碳。多种减排措施的组合使用，将更好地完成减排目标，也可将本节作为基准情景，在此基础上根据不同的措施制定相应的减排情景，分析其影响因素。

04结论及展望

本文基于《温室气体排放核算与报告要求》的计算方法，初步建立了可根据设备规模、运行时长、产能利用率和单位产品能耗参数来核算企业CO₂排放的数值算式，将其应用于唐山市全部钢铁联合企业，计算了2017年碳排放量和各工序碳排放系数。同时，通过研究唐山市钢铁历史生产、生产现状及未来规划，借助LEAP模型构建了基准情景，得出2010—2030年唐山市钢铁生产化石能源消耗和碳排放量的变化趋势，得出以下主要结论：

1)初步建立钢铁生产CO₂排放核算算式，可对企业、区域和行业的生产碳排放进行核算。唐山市钢铁生产并不具有特殊性，其原料、燃料及工艺均可代表国内现阶段生产水平。根据生产政策等差异对产能利用率、生产时长和单位产品能耗进行修正后，也可以快速计算出其他时间或区域内的钢铁生产碳排放。

2)计算得出唐山市钢铁生产2017年碳排放量14042.52万t，碳排放系数为1.616 t CO2/t，其中，烧结工序的碳排放系数为0.19 t CO₂/t，炼铁工序的碳排放系数为1.27 t CO₂/t。生铁和粗钢的核算值与统计年鉴中的报告值相差7.9%和4.7%，一定程度上证明了算式的准确性。

3)唐山市钢铁生产碳排放约在2018年达峰，之后随着产能置换、能效提高和节能减排技术的完善而持续下降。但若要完成《巴黎协定》的长期努力方向，需要多种措施的组合进行。

目前国际上碳排放数据皆存在一定的滞后性，且监测的准确性难以保证，例如卫星遥感CO₂探测、CO₂移动检测设备等均难以精确量化，因此快速核算碳排放的方法尤为重要。若要进一步提高核算的准确性，则应通过加快企业能源监测管理系统的完善，设定更精确的碳排放因子来实现。为获得更精确的碳达峰时间，可以在后续研究中将国际钢铁市场的发展趋势作为驱动因素来预测碳排放的变化。产能和单位产品能源消耗现阶段虽然不会再增加，但产量受市场的需求影响可能会上涨，或出现较大波动。所以，今后的研究应将各种影响因素更好地统筹，以减少不确定性。

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