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中國鋼鐵工業(yè)碳達峰及低碳轉(zhuǎn)型路徑
發(fā)布時間:2021-09-08
來源:河北天創(chuàng)管業(yè)有限公司
摘要:2020年中國宣布將提高國家自主貢獻力度,二氧化碳排放力爭在2030年前達峰。鋼鐵工業(yè)作為典型的資源、能源密集型行業(yè),是率先落實碳達峰的重要行業(yè)。本文分析了鋼產(chǎn)量、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排技術(shù)和碳稅等因素對中國鋼鐵工業(yè)碳排放的影響程度。研究表明,不同的鋼產(chǎn)量達峰時間將對鋼鐵工業(yè)的碳達峰產(chǎn)生不同影響,技術(shù)和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)因素也將對中國鋼鐵工業(yè)產(chǎn)生重要影響。地方區(qū)域是落實國家碳達峰任務(wù)的責任主體,對京津冀及周邊地區(qū)、長三角地區(qū)、汾渭平原和兩廣地區(qū)4個具有不同鋼鐵生產(chǎn)特點的重點區(qū)域碳排放進行研究,并分析了區(qū)域達峰方案。加快調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推廣低碳技術(shù)、改變能源結(jié)構(gòu)、推進產(chǎn)業(yè)間耦合和加強碳資產(chǎn)管理等方面制定鋼鐵工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型路徑,對實現(xiàn)中國鋼鐵工業(yè)碳排放早日達峰和碳中和有重要意義。

關(guān)鍵詞:鋼鐵工業(yè);鋼產(chǎn)量;碳達峰;低碳轉(zhuǎn)型;重點區(qū)域

2020年,習近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的措施,二氧化碳排放力爭在2030年前達峰,努力爭取2060年實現(xiàn)碳中和。這充分體現(xiàn)了中國應(yīng)對氣候變化的力度,彰顯了中國積極應(yīng)對氣候變化、走綠色低碳發(fā)展道路的堅定決心。

鋼鐵工業(yè)是典型的資源、能源密集型行業(yè),也是實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵性領(lǐng)域。2020年,中國粗鋼產(chǎn)量突破10億t大關(guān),達到10.65億t,占全球粗鋼產(chǎn)量的56.76%。中國鋼鐵工業(yè)碳排放占全國碳排放總量的15%,在國內(nèi)所有工業(yè)行業(yè)中位居首位。隨著全國碳排放權(quán)交易管理辦法的實施,鋼鐵工業(yè)將面臨巨大任務(wù)和挑戰(zhàn)。綠色低碳是中國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵,是提高行業(yè)競爭力的重要引擎。鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展是落實中國生態(tài)文明建設(shè)目標的主要途徑,也是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要支撐。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)報告顯示,要實現(xiàn)1.5 ℃目標,則到2050年全球?qū)⒁獙崿F(xiàn)碳中和;而若要實現(xiàn)2 ℃目標則到2070年應(yīng)實現(xiàn)碳中和。目前發(fā)達國家均選擇了2050年作為時間節(jié)點,而中國在尚未達到碳排放高峰的情況下做出了2060年前達到碳中和的政治承諾。截至目前,全球已有一百多個國家承諾2050年實現(xiàn)碳中和,其中歐盟2019年年底發(fā)布了《歐洲綠色新政》并承諾于2050年前實現(xiàn)碳中和。2020年6月,美國眾議院發(fā)布的《氣候危機行動計劃》報告也表示要將應(yīng)對氣候變化作為國家的首要任務(wù),要實現(xiàn)2050年溫室氣體排放比2010年減少88%和CO2凈零排放的目標。

中國始終高度關(guān)注氣候變化問題,堅持綠色、循環(huán)、低碳的發(fā)展理念,鋼鐵工業(yè)作為高排放行業(yè)之一,其節(jié)能減排研究工作也得到了國內(nèi)學者們的廣泛關(guān)注。袁曉玲等研究了中國工業(yè)部門碳排放峰值預測及減排潛力,指出在低碳情境下各行業(yè)均能在2030年前達峰,而在高耗能情境下在2040年前后才能達峰。張琦等采用動態(tài)物質(zhì)流分析方法構(gòu)建了鋼需求量和廢鋼回收量預測模型,并基于重點節(jié)能減排技術(shù),分析了中國鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排潛力和能效提升途徑。Elzen M D等研究了中國工業(yè)到2030年的碳排放水平,研究表明,當前政策不足以在2030年實現(xiàn)碳達峰,而如果改善政策措施將實現(xiàn)2030年碳達峰。李新創(chuàng)等從降低需求、能效提升、創(chuàng)新工藝3個方面剖析了全球溫控目標下中國鋼鐵工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型路徑。王國棟、儲滿生從低碳減排角度討論了綠色鋼鐵冶金技術(shù)。這些研究對中國鋼鐵工業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了理論、技術(shù)支撐,對碳達峰目標實現(xiàn)有重要參考。

當前現(xiàn)有的研究工作為鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排做出了卓越貢獻,但是仍然存在一些需要解決的問題。盡管工業(yè)部門對全球溫室氣體排放影響巨大,但對工業(yè)部門的碳達峰給予具體的路徑指導的研究很少,特別是對鋼鐵工業(yè)如何基于碳達峰等特定目標給予指導的研究更少。因此,本文結(jié)合目前中國鋼鐵工業(yè)碳排放現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn),分析中國鋼鐵工業(yè)碳達峰的路線及趨勢,提出鋼鐵工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型路徑,為實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)綠色低碳、可持續(xù)發(fā)展提供重要依據(jù)。

1 鋼鐵工業(yè)碳排放現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)

中國鋼鐵工業(yè)的典型特點:一是以高爐-轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)流程為主的生產(chǎn)模式,2020年由該流程生產(chǎn)的粗鋼產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的91.01%(圖1);二是以煤為主的能源結(jié)構(gòu),鋼鐵工業(yè)的能源消耗占全國能源消耗總量的16%,其中,煤炭占鋼鐵工業(yè)能源消耗比例高達70%,是碳排放量的主要來源。以鐵礦石為原料生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼每噸排放CO2約2.0 t,其中鐵前工序CO2排放占整個流程的87%以上(圖2),而以廢鋼為原料的電爐鋼每噸排放CO2約0.35~0.50 t,因此增加廢鋼回收,降低鐵鋼比,能夠大幅降低鋼鐵工業(yè)CO2排放量。面對氣候變化、碳達峰、碳中和目標給鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展帶來的新壓力,中國鋼鐵工業(yè)必須要走一條低碳綠色發(fā)展之路。

當前,鋼鐵的低碳化生產(chǎn)有兩大方向:一是改變生產(chǎn)方式,推廣以氫冶金為代表的低碳技術(shù)生產(chǎn)工藝;二是改變鋼鐵生產(chǎn)的原料結(jié)構(gòu),提高廢鋼比,發(fā)揮短流程工藝的低碳綠色優(yōu)勢。中國短期內(nèi)不具備大范圍推廣氫冶金的可能性,因此根據(jù)中國資源條件,應(yīng)盡快改變國內(nèi)鋼鐵工業(yè)的原料結(jié)構(gòu),實現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的節(jié)能、低碳、綠色發(fā)展。

2 中國鋼鐵工業(yè)碳達峰路線及趨勢分析

鋼鐵工業(yè)作為碳排放量最多的行業(yè)之一,其節(jié)能減排問題一直是學者們研究的熱點和焦點問題。目前對碳排放達峰問題的研究大都針對的是中國整體工業(yè)部門,而針對鋼鐵工業(yè)碳排放達峰的研究和報道較少。特別是中國政府提出2030年碳排放達峰的目標之后,圍繞中國鋼鐵工業(yè)碳排放的峰值問題展開研究是非常有必要的。作為中國經(jīng)濟發(fā)展重要支撐產(chǎn)業(yè)和碳排放重點行業(yè),鋼鐵工業(yè)應(yīng)站在高質(zhì)量發(fā)展的高度,加大應(yīng)對碳減排共識的低碳發(fā)展研究,實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

2.1 中國鋼鐵工業(yè)碳達峰路線圖

在前期研究中,自下而上地分析了鋼產(chǎn)量、電爐鋼比例、電爐吃鐵水比和節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用等因素對中國鋼鐵工業(yè)能源消耗和碳排放的貢獻程度。研究表明,鋼產(chǎn)量是影響碳達峰的主要因素,節(jié)能減排技術(shù)和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整因素將在不同時間和區(qū)域?qū)χ袊撹F工業(yè)節(jié)能減排產(chǎn)生重要影響。

2.1.1 鋼產(chǎn)量數(shù)據(jù)

諸多學者就中國粗鋼產(chǎn)量的達峰時間和峰值進行了研究,盡管大部分學者認為中國鋼產(chǎn)量將在2030年前達到峰值,但針對具體何時鋼產(chǎn)量能夠達峰的科學性和合理性尚存在比較大的爭議。本文參考兩種鋼產(chǎn)量預測結(jié)果,一種是來自某文獻的數(shù)據(jù),顯示中國鋼產(chǎn)量將在2030年后達峰;另一種數(shù)據(jù)來自本課題組前期的研究,即鋼產(chǎn)量在2020年達到峰值。引入兩種鋼產(chǎn)量的預測數(shù)據(jù)目的是為比較鋼產(chǎn)量因素對中國鋼鐵工業(yè)碳達峰的影響。

2.1.2 情景設(shè)置及結(jié)果分析

為了更好地分析鋼鐵工業(yè)碳減排潛力及碳達峰路徑,本文將設(shè)置4個情景:基準情景(reference scenario,REF),代表鋼鐵生產(chǎn)的技術(shù)水平和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)保持不變;生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整情景(adjustment of production structure scenario,APS),代表生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整而技術(shù)水平保持不變;能源技術(shù)升級情景(energy technology upgrading scenario,ETA),代表技術(shù)水平提高而生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不變;綜合情景(integrated scenario,INT),代表生產(chǎn)技術(shù)水平提高且生產(chǎn)結(jié)構(gòu)也調(diào)整情景。

低碳技術(shù)的應(yīng)用是鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)碳減排的重要手段,根據(jù)國家發(fā)改委發(fā)布的節(jié)能低碳技術(shù)目錄和前人的研究,選取已商業(yè)化的37項技術(shù)作為本文計算對象展開。

2.1.3 結(jié)果分析

圖3所示為不同鋼產(chǎn)量達峰情景下的中國鋼鐵工業(yè)CO2排放變化趨勢。若使用2020年鋼產(chǎn)量達峰的數(shù)據(jù)進行預測,REF、ETA、APS、INT這4個情景的碳排放都呈現(xiàn)先增后減的趨勢并都將在2020年達到峰值。若使用2030年后鋼產(chǎn)量達峰的數(shù)據(jù)進行預測,REF情景的碳排放將一直呈現(xiàn)增長的趨勢,而ETA、APS、INT其他3個情景都呈現(xiàn)先增后減的趨勢并將在2025年達到峰值。通過使用2種不同達峰時間的鋼產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行預測,得到的碳排放結(jié)果存在明顯差異。2種REF情景下,因為使用的鋼產(chǎn)量數(shù)據(jù)不同,碳排放的達峰時間出現(xiàn)了明顯的差異,鋼產(chǎn)量2030年后達峰將導致鋼鐵工業(yè)碳排放在2030年后達峰,而鋼產(chǎn)量2020年達峰將會使鋼鐵工業(yè)碳排放在2020年達峰并且峰值顯著降低,這說明粗鋼產(chǎn)量是影響鋼鐵工業(yè)碳排放的決定性因素。2030年達峰情景下,ETA、APS、INT這3個情景在2025年后是呈現(xiàn)下降趨勢的,這是因為在這3個情景中考慮了節(jié)能減排技術(shù)普及和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整等碳減排影響因素,這也說明節(jié)能減排技術(shù)和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是鋼鐵工業(yè)未來節(jié)能減排發(fā)展的重要影響因素。

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