Energy and Environment能源s环境2 0 2 0年我国水泥行业C O 2排放趋势与减排路径分析蒋小谦，康艳兵，刘 强，赵 盟国家发展和改革委员会能源研究所，北京1 0003 8摘要我国水泥行业的C0，排放仅次于电力行业，约占全国排放总量的1 5％。分析水泥行业的C 0，排放趋势和减排路径对实现我国温室气体排放控制目标有着重要的现实意义。本文从影响水泥行业排放的主要影响因素着手，分析了水泥产量和单耗的现状及未来发展趋势，计算了水泥行业的历史排放、发展趋势以及减排潜力，指出了实现减排潜力面临的挑战和障碍，以及相应的措施建议。关键词水泥行业；C0排放；影响因素；减排路径中图分类号X322文献标识码A文章编号10032355201209一001705doi10．3969／i．issn．10032355．2012．09．004AbstractC0，emission from China’S cement industry iS only second to power industry，accounted for1 5％of total national emissions．Analysis on CO，emission trend and emission reduction path of cement industry is significant to the realization of GHG emissions control target in China．From the perspective of majorinfluencing factors，this paper analyzes the status and future trend of cement production and energy consumption per unit of product．calculates history and future emissions as well as emission reduction potentials，alsoanalyzes challenges and obstacles，and proposes appropriate measures recommendations．Key wordsCement industryCO，emissions；Influencing factors；Emission reduction path1 水泥行业c0，排放的影响因素分析1．1 水泥行业CO，排放的主要影响因素水泥行业CO，排放主要包括能源消费排放和工业过程排放，前者包括化石燃料燃烧引起的直接排放和电力消费引起的间接排放①，后者是指水泥熟料生产过程中碳酸盐分解产生的排放。能源排放主要由水泥产量、单位产品能耗、能源结构和能源排放因子决定，工业过程排放则由水泥熟料产量和熟料排放因子决定。一般来说，工业过程排放占水泥行业总排放的5 0～6 0％，燃料排放约占45％，电力排放占5～1 0％。水泥行业的能源消费及工业过程排放计算公式如下所示。在公式所涉及的变量中，能源排放因子和水泥熟料排放因子随时间的变化基本不大，本文假定其在计算期间内不发生变化；对于计算工业过程排放的“水泥熟料产量”来说，尽管与水泥产量存在一定的比例关系，但近年来这一比例变化有迹可循，因此水泥熟料产量的变化也基本体现为水泥产量的变化。水泥产量和单位产品能耗是影响水泥行业C O排放的两个最主要因素。水泥行业CO排放能源消费排放工业过程排放 1收稿日期20120628基金项目本文受国家973课题编号2010CB955061资助。作者简介蒋小谦，女，毕业于瑞典隆德大学环境研究与可持续发展专业，现在国家发改委能源研究所工作，主要从事气候变化、低碳发展相关研究。①本文计算电力能源消费时，按照电热当量法折算，即1kWh0，1229kgce。V01．34 No．9 Sep 2012 第34卷第9期2012年9月l’墒二J’舞Y洌娜by耪1 7万方数据能源s环境。 Energy and En vironmen t能源消费排放水泥产量单位产量C0，排放强度 2单位产量CO排放强度∑单位产品能耗∥能源排放因子f．，权重f 3工业过程排放水泥熟料产量水泥熟料排放因子 4式中公式3中的f表示工艺，本文中具体表现为新型干法水泥和“其他”两类；J表示能源品种，本文中具体表现为煤和电两类。1．2 水泥产量的驱动因素分析水泥产量增长和GDP、固定资产投资增长具有很好的同步性。由于水泥在基础建设中发挥巨大作用，水泥需求量的增长与宏观经济发展息息相关。改革开放30年以来的数据显示，GDP增速在加快和放缓的同时，水泥产量增速也会有一定幅度的增长和减少，水泥产量增速和GDP增速的比值大多数时候集中在0．3～l之间，30年平均值为0．76。同时，由于水泥主要用于建筑和基础设施建设，和固定资产投资变动趋势的相关性也十分明显，水泥产量和固定资产投资增速的比值集中在0．4～0．6之间，30年间的平均值为0．52。水泥产品的消费去向主要是房屋建筑包括城市住宅、商业建筑以及农村住宅和基础设施建设，其中房屋建筑消耗的水泥占总产量的6 0～7 0％①，基础设施建设占20～30％，其它占1 0％左右。从最近1 0年房地产投资增速的变动和水泥产量增速的变动可以看出，水泥产量和房地产投资增长率基本同步。然而，水泥消费不会随经济发展无限制的增长。根据世界发达国家和地区的发展经验，一个国家或地区的水泥需求或消费量与该国或地区所处的经济发展阶段密切相关，发展的一般趋势遵从“S”形曲线规律，即随着经济发展的起步、加速到逐渐稳定，水泥的需求和消费也经历缓慢上升、快速增长、达到顶点以及逐渐下降并趋近于稳定几个阶段。根据对美国、英国、德国、法国及日本等发达国家水泥消费量的历史分析可以发现，当人均累计水泥消费量达到1 0～l 2 t、年人均水泥消费量为600700 kg时，水泥消费量达到饱和，之后呈缓慢下降趋势。不少研究对我国水泥消费拐点出现的时间和峰值进行了预测，对拐点的判断集中在20 l 5～2020年，出现拐点时的人均累计①2004～2008年建筑工程消耗的水泥占总产量的6 l～74％。J’蝻‘，暖～T嘲耐6r劬第34卷第9期2012年9月1 R水泥消费量为16～22 t，年人均消费量为1．5～2 t。1．3 水泥单位产品能耗的驱动因素分析水泥单位产品能耗反映了其能源利用效率的变化，是影响水泥行业CO排放的又一关键要素。过去五年，随着水泥行业多项节能政策和措施的实施，如淘汰落后产能和推行强制性能耗限额标准等，新型干法水泥产量比重快速上升，新型干法水泥生产线余热发电技术、大型先进立磨技术等先进节能技术的应用比例不断提高，随之带动水泥单位产品综合能耗持续下降。“十一五”期间，我国水泥行业综合单耗电热当量法从200 5年的1 37kgce／t下降到2010年的约98kgce／t，下降了28％，但仍高于国际先进水平1 1～20％，未来一段时间内仍有较大下降空间。采用先进工艺、淘汰落后产能是降低水泥单位产品能耗的主要措施之一。就采用先进工艺来说，201 0年我国新型干法窑比例为8 l％，比2005年提高4 1个百分点，比2000年高出了近60个百分点。与传统立窑相比，采用新型干法水泥工艺可降低单耗约30％，每吨水泥节能30～40kgce。因此，新型干法水泥工艺的应用在水泥产品的节能降耗中发挥了主要作用。在淘汰落后产能方面，“十一五”期间我国累计淘汰落后产能3．4亿t。20 1 0年7月，新水泥产业发展政策从鼓励新型干法水泥发展为主调整为以深层次产业结构优化升级为主，到20 1 5年年底，新型干法水泥生产线所占比例有望超过9 5％。采用先进节能低碳技术是降低单耗的另一主要措施，但不同技术间的减排成本差距较大。根据生产规模、新旧项目不同，各种主要减排技术的减排成本由低到高依次为高效节能选粉技术474元／t、水泥窑纯低温余热发电技术578元／t、四通道喷煤燃烧节能技术810元／t、高压变频调速技术945元／t、辊压机粉磨系统1689元／t、稳流式进行水泥熟料冷却技术2 1 l 8元／t、立式磨装备及技术24 86元／t。1．4 排放因子本文未对排放因子做详细分析，所涉及的煤、电排放因子，以及水泥熟料排放因子均来自中国温室气体清单研究，分别为2．554 5 t CO 2／tCe、0．000814 t C02／kWh和0．5277 kg C02／kg熟料。2 水泥行业C0，排放主要影晌因素的变万方数据Energy and En vironmen t ．能源与环境Im,m n1．II l图1 不同技术单位减排量所需投资数据来源根据国家重点节能技术推广目录第。一、二、j三批测算。化趋势2．1 水泥产量进入21世纪以来，我国水泥产量年均增速为1 2％，2011年水泥产量达到20．7亿t，比201 0年的1 8．7亿t增长了10．7％，较2005年的10．7亿t增长了94％，“十一五”期间年均增长1 l。9％。如前所述，水泥产量遵循“s”型曲线的走势，我国由于产业结构、房地产业发展和基础设施建设、建筑结构、人口特点等都和发达国家不同，因此在判断拐点时需要相应提高我国达到饱和点时的人均累计消费量。2 0 1 1年我国人均累计水泥消费量在1 5 t左右，年人均水泥消费量1．5 t左右，已经超过了发达国家达到拐点时的水平。未来一段时期内，城市化进程将继续推动水泥行业的发展，每年新增住房面积还将在一段时期内推动水泥消费的增长。但考虑未来年新增住房面积将会进入平台期，对水泥的拉动作用将趋缓。同时，考虑到2020年二氧化碳强度下降目标对我国经济发展提出了绿色低碳发展转型的要求，本文预计我国到2015年左右，年人均水泥消费量达到1．65 t、人均累计消费量达到约2 0 t时水泥消费将达到饱和状态，按届时人口1 3．7亿计算，201 5年水泥产量达到22．7亿t；“十三五”期间，水泥产量将呈现下降态势，到2020年下降到20．5亿t左右。2．2 水泥熟料产量20世纪90年代以来，我国水泥熟料产量与水泥产量比例一直维持在72％左右。随着新型干法水泥比例的快速增加，水泥熟料质量逐渐改善。目前市场需求仍以低强度的水泥为主，水泥混合材的掺加量越来越高，2 0 0 8年我国新型干法水泥比例达到60％，水泥熟料与水泥产量比例首次突破70％；20 l c年我国新型干法水泥比例达到8 1％，水泥熟料与水泥产量比例跌到62％以下。随着新型干法水泥比例的提升，水泥熟料产量与水泥产量的比例下降，二者呈现较严格的线性关系图2。根据本文分析，2015年和2020年我国新型干法水泥产量占水泥总产量的比重将分别达到9 5％和100％，由此计算得到水泥熟料产量占水泥产量的比例将分别降至58％和56％，水泥熟料产量分别达到1 3．1亿t和1 1．5亿t。图2 水泥熟料产量与水泥产量比重和新型干法水泥比重的关系2．2 水泥单耗及单位产品C0，排放强度2005年我国水泥行业综合单耗为137kgce／t当量法，2010年约为98kgce／t，“十一五”期间下降28％。在“十二五”和“十三五”期间，我国水泥行业仍将继续强化节能，加强淘汰落后产能和对非新型干法水泥生产线的替代，大力推广余热发电、先进立磨技术等先进节能技术，加大燃料替代等节能措施实施力度，全行业能效利用水平将进一步提升。预计“十二五”和“十三五”期间，水泥综合能耗年均分别下降2％和1％，水泥行业单耗水平到201 5年和2020年分别降至88kgce／t和83kgce／t。从单位水泥C02排放强度看，2005年为403．6kgC02／t，2010年为297．5kgC02／t，下降了26．3％；到20 1 5年和2020年将分别下降到266．5 kg C02／t和253．0 kg C02／t。3 水泥行业C 0，排放及技术减排路径分析3．1 水泥行业CO二排放“十一五”期间我国水泥行业CO排放由2005年的8．42亿t增长到20 1 0年的11．8亿t，增长了40％。其中，能源排放由4．31亿t增长到5．73亿t，增长了33％，占总排放的比例由5 1．3％下降到48．5％；工业过程排放由4．11亿t增长到2010 一It．≈占l-’嘿第34卷第9期2012年9月T嘲划bV研1 9万方数据能源与环境 Energy and En vironmen t年6．07亿t，增长了48％。根据前述CO排放计算公式，以及对水泥产量、熟料产量和单耗变化趋势的分析，本研究计算得到，201 5年我国水泥行业C02排放将达13．2亿t，比20l 0年增长l 2％，其中能源排放6．3亿t，增长10％，工业过程排放6．9亿t，增长14％；2020年我国水泥行业CO排放为11．3亿t，比201 5年下降15％，其中能源排放5．3亿t，下降16％；工业过程排放6亿t，下降1 3％。3．2 水泥行业技术减排路径分析水泥行业C0减排主要来自于控制产量和以单位产品能耗下降为主的技术减排。尽管活动水平对减排潜力的影响较大，但通过对未来产量的预测来计算减排潜力的意义不大，因此本文只讨论在既定活动水平下技术进步带来的减排潜力，同时也只针对能源排放的减排潜力进行分析。我国水泥行业技术减排主要包括三方面措施。1既有产能改造，即对现有较为落后的新型干法水泥生产线进行节能改造，提高其能效水平；2淘汰落后产能并用高效的新型干法产能“等量替换”；3净新增高效产能。在过去五年中，水泥行业通过上述三项措施，已经实现减排量近2亿t，其中，既有产能改造带来减排量近2900万t，淘汰落后产能并用新型干法窑等量替换实现减排量5 900万t，净新增高效新型干法水泥带来减排量近1．1亿t，三者对减排的贡献率分别为1 4％、30％和56％。水泥产量在过去五年中增长较快，但未来十年增速将放缓，20 1 5年左右达到峰值后产量开始下降，因此未来新增水泥对减排的贡献将不像200 5～20 1 0年期间的明显，相反由于存量较大，既有产能改造对减排的贡献会上升。在现有水泥能耗和落后产能比例的基础上，2 0 2 0年水泥行业减排潜力主要存在于淘汰落后产能，贡献率为5 7％，其次是既有产能改造，贡献率为3 1％，而新增产能的减排潜力贡献为l 2％。因此，在今后的努力中，淘汰落后产能和既有产能改造是控制水泥行业CO 2排放的关键。为实现上述减排潜力，除了将产量控制在本文预测的水平之外，主要需要实现对几个关键指标的控制，分别是，2020年吨水泥综合能耗下降至83kgce／t，新型干法水泥比例达到100％，吨水泥电耗下降至80kWh／t。4 水泥行业减排面临的挑战和障碍，．‘≈‘■，暮一T懈帕I协第34卷第9期2012年9月20 ’2010年已经实现的减排潜力净新毽产能 眦订i12％ 201 1--2020年减排潜／J图3 水泥行业技术减排途径及减排量分布表1 水泥行业关键控制指标2005年2010年2015年2020年产量亿t 10．6 l 8．7 22．7 20．5吨水泥综合能耗kgce／t l 37 98 88 8 3新型干法水泥比例％45 81 95 100吨水泥电耗kwh／t 95 90 85 801产能过剩问题严重2011年我国年入均水泥消费量为1．5 t，远远超过了美国、日本等发达国家的最高水平。“十一五”期间水泥建设投资总额达到5755亿元，2010年接近2000亿元，有6 80多条生产线建成投产，水泥产能过剩已成为不争的事实。2009年，国家发展和改革委员会等十部委联合发布了关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展若干意见的通知，将水泥行业归类为产能过剩行业。目前，我国的水泥产能已经高达28～29亿t，远远超过了实际需求。但是，面临着日益严峻的经济下行压力，一些地方仍然存在继续盲目上马水泥项目来拉动经济增长的冲动。2产业结构调整任务依然艰巨虽然近年来大企业大集团已经取得了较大发展，但是一批生产规模小、技术相对落后的高耗能、高污染生产企业和生产能力在行业中还占有相当大的比例，严重影响着行业节能减排和循环经济的发展。“十一五”末期，水泥熟料还有3亿t多落后生产能力，淘汰落后产能工作越到后期难万方数据Energy and En vironmen t 能源5环境度越大。此外，还有部分中小型水泥窑是在20世纪八九十年代早期设计建设的新型干法生产线，技术装备水平已经较为落后，单位水泥产品的综合能耗和排放指标均与国际先进水平有较大差距。l3工艺过程减排难度较大根据本文分析可以看到，在排放总量增长期间200 5～20l 5年，工业过程排放的增长速度快于能源排放，在排放总量下降期间2016～2020年，工业过程排放的下降速度一1 3％慢于能源排放一16％。工业过程排放主要取决于熟料的产量，i从技术角度看，高熟料系数对于某些混凝土产品是可能的，但有一些非技术因素会造成障碍，如区域内熟料替代品的来源，普通硅酸盐水泥和复合水泥的国家标准，以及消费者和建筑商的惯例和对复合』水泥的接受度和使用情况等。因此，熟料替代短期内已无法发挥很大作用。5 建议1合理控制水泥需求一方面，通过调整国民经济产业结构和改变经济发展方式合理控制水泥需求。在巩固农业的基础上大力发展第三产业，逐步改善国民经济三|个产业的比例结构。同时，要积极改变目前主要以固定资产投资拉动经济增长的方式，通过合理扩{大消费来促进经济发展。另一方面，要提高水泥质量，延长建筑和基础i设施的使用寿命，避免由于建筑物和基础设施寿命减少而形成的“重复建设”、“大拆大建”等。建j议尽快修订建筑工程规范和标准，建立建筑物和相关基础设施报废拆除审批制度，实行问责制，全面提高水泥制品质量，避免不必要浪费造成的额外水泥需求。2继续淘汰落后产能，抑制产能过剩未来十年淘汰落后产能带来的减排潜力占水泥行业总体减排潜力的一半以上，是控制水泥行i业排放的重点。“十二五”期间应严格按照“等量或减量淘汰替换”原则淘汰落后产能，停止核准或者严格控制新建扩大水泥熟料产能生产线项i目，对综合能耗不达标的水泥熟料生产线、水泥粉|磨站进行技术改造，技术改造仍不能达标的应该|限期关停。3鼓励低温余热发电和其他节能技术的应用应积极支持既有产能改造，在经济可行情况下，对旧厂进行节能设备改造，鼓励低温余热发电、粉磨系统节能等节能减排的技术改造投资项{目。对于新建生产线，尽量做到余热发电与水泥生产同时设计、同时建设和同时投产。同时，应在国家层面和地方政府层面协调好水泥厂余热发电项目上网方式和上网电价的问题，制定鼓励性政策，消除水泥窑余热电站并网壁垒问题。参考文献【1] 国家重点节能技术推广目录第一、二、三批【Z】．[2】2007年度建材工业增长和产、Ik结构变化情况，http／／jyjc．acftu org／template／10001／file．j spaid7068[31 2008年中国水泥技术年会暨第十届全国水泥技术交流大会论文集，2008到2050年中国水泥消费量预测【z】．[41 IEA．Cement Technology Roadmap 2009Carbon Emission Reductions up to 2050[Z1．2009．[5】 崔素萍，刘伟．水泥生产过程CO z减排潜力分析2008．水泥工艺网http／／www．sngyw．com／hcolumns／20085／190．html。【6] 工信部．工、业和信息化部关于水泥工业节能减排的指导意见[z】．2010．[7】 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9．74元的地区，该项技术没有经济性可谈。所以，同一节能技术并不是在任何地区都具有可行性和经济性。案例2LED灯节能技术对菜城市购物中心进行节能改造某购物中心灯具共12000盏，每盏两支26W节能灯管加上两支镇流器10W，合计功率为62W。每天每盏灯工作1 3 h，每日总能耗9672 kWh，每年总能耗35 3万kWh。现更换LED灯具每盏功率为12W，每日节约能耗7800kWh，每年可节约能耗284．7万kWh。LED灯的寿命高达5万h，平均寿命期按5年计算。改造总投资额288万元目前LED灯更换的平均投资20元／W。节能成本[P MT1 0％，5，28 8 00002880000}3％]／28470000．30元／kWh案例2是节电技术。节约一度电的成本是0．30元。从表1中可以看出，全国各地区的一般商业电度电价相当于平段电价均高于此项目的节能成本，所以这类项目在全国范围内不同地区的商业中心实施，均具有良好的经济效益。当前，我国在节能技术推荐上以各级政府出台节能技术推荐目录为主要手段，推荐目录所收集的技术的经济性说明多以典型项目的投资回收期描述为主，而据上文所分析，项目的投资回收期与本地的能源价格密切相关，同一技术在不同区域的应用经济性差距较大，甚至是不具备经济性。因此，对此类技术推荐清单的实际效用大打折扣。同时，我国目前针对节能技术应用的激励政策中也没有对不同技术进行区分对待，存在着一些经济性极佳的技术，不需要一些经济激励政策也会有很好的市场应用，而另外一类技术则在目前的经济激励政策下仍然不具备经济性。因此针对不同的节能技术出台不同的经济激励政策十分必要。节能成本不仅考虑了项目的投资、节能量、寿命期、折现率等因素，还考虑了项目运行维护成本。直观科学的描述了节能技术的实际应用成本，具有通用性。用能企业将节能成本与本地能源价格比较可直观判断出技术的经济适用性，有利于节能技术的推广应用。因此，建议各级政府在发布 l’d≈二上暖一T洌哪6∥劬第34卷第9期2012年9月JO节能技术推荐目录时，应将节能成本作为重要的经济性参考指标予以公开。另外，政府也可以通过对不同节能技术的节能成本进行分析，制定出区别对待的节能技术应用经济激励政策。3 总结节能成本是一个内涵极其丰富的指标，不仅涵盖了项目的寿命期、贴现率、项目总投资额、年节能量等方面的因素，而且考虑了项目的年运行成本，同时，可以将某项技术的节能成本与当地的能源价格进行比较，便于人们直观的判断该技术应用的经济性，并且可以在全国范围内通用，从而避免了传统的经济性评价指标的局限性。随着国际能源价格的走高，市场竞争的激烈程度加剧，用能企业节能增效工作的重要性愈加凸显。采用节能成本法对节能技术进行经济性评价的优点主要体现在以下两个方面一是对于用能企业而言，企业根据自身的情况，结合节能成本和能源价格，优选一些技术；二是对政府管理部门而言，可以用节能成本对节能技术进行排序，确定本地区优先推广的节能技术，并制定相应实施的计划和激励政策。本文写作过程中，受到原世界银行／G E F中国节能促进项目办公室执行主任王树茂的指导，在此表示感谢参考文献[1]Meier，Alan Kevin．Supply Curves of Conserved Energy【Z】．Lawrence Berkeley National Laboratory，1 982．[2】 张建国，等．节能项目技术经济评价指标和方法研究[J】．中国能源，2009，01．上接第2 1页[201韦保仁，八木田浩史．中国水泥需求量计算模型研究[Z】．【21】韦保仁．人均水泥累计消费量与城市化率的协整分析[z】．建筑材料学报，2007，3．[22】姚燕．全力推进节能减排引领中国建材工业发展低碳经济【z】．中国建筑材料科学研究总院，2009．【23]昃向祯．中国水泥工业发展状况分析[z】．1241曾学敏．中国水泥工业及其供求现状【z】．[25]中国经济信息网．2009年中国行业年度报告之建材[Z】．【26】中国经济信息网．2009年中国行业年度报告之水泥【Z】．[27】中国经济信息网．2010年中国行业年度报告之建材【Z】．[28】中国经济信息网．2010年中国行业年度报告之水泥[z】．万方数据2020年我国水泥行业CO2排放趋势与减排路径分析作者 蒋小谦， 康艳兵， 刘强， 赵盟作者单位 国家发展和改革委员会能源研究所,北京,100038刊名 中国能源英文刊名 Energy of China年，卷期 2012,349被引用次数 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