Low-carbon transition of iron and steel industry in China: Carbon intensity, economic growth and policy intervention

As the biggest iron and steel producer in the world and one of the highest CO₂ emission sectors, China's iron and steel industry is undergoing a low-carbon transition accompanied by remarkable technological progress and investment adjustment, in response to the macroeconomic climate and policy intervention. Many drivers of the CO₂ emissions of the iron and steel industry have been explored, but the relationships between CO₂ abatement, investment and technological expenditure, and their connections with the economic growth and governmental policies in China, have not been conjointly and empirically examined. We proposed a concise conceptual model and an econometric model to investigate this crucial question. The results of regression, Granger causality test and impulse response analysis indicated that technological expenditure can significantly reduce CO₂ emissions, and that investment expansion showed a negative impact on CO₂ emission reduction. It was also argued with empirical evidence that a good economic situation favored CO₂ abatement in China's iron and steel industry, while achieving CO₂ emission reduction in this industrial sector did not necessarily threaten economic growth. This shed light on the dispute over balancing emission cutting and economic growth. Regarding the policy aspects, the year 2000 was found to be an important turning point for policy evolution and the development of the iron and steel industry in China. The subsequent command and control policies had a significant, positive effect on CO₂ abatement.     

Low-carbon transition of iron and steel industry in China: Carbon intensity,economic growth and policy intervention

As the biggest iron and steel producer in the world and one of the highest CO₂ emission sectors, China's iron and steel industry is undergoing a low-carbon transition accompanied by remarkable technological progress and investment adjustment, in response to the macroeconomic climate and policy intervention. Many drivers of the CO₂ emissions of the iron and steel industry have been explored, but the relationships between CO₂ abatement, investment and technological expenditure, and their connections with the economic growth and governmental policies in China, have not been conjointly and empirically examined. We proposed a concise conceptual model and an econometric model to investigate this crucial question. The results of regression, Granger causality test and impulse response analysis indicated that technological expenditure can significantly reduce CO₂ emissions, and that investment expansion showed a negative impact on CO₂ emission reduction. It was also argued with empirical evidence that a good economic situation favored CO₂ abatement in China's iron and steel industry, while achieving CO₂ emission reduction in this industrial sector did not necessarily threaten economic growth. This shed light on the dispute over balancing emission cutting and economic growth. Regarding the policy aspects, the year 2000 was found to be an important turning point for policy evolution and the development of the iron and steel industry in China. The subsequent command and control policies had a significant, positive effect on CO₂ abatement.     

中国钢铁行业CO2减排技术及成本研究

钢铁行业是我国主要的能源消费及CO₂排放行业,推动钢铁行业低碳绿色发展已成为实现我国碳达峰、碳中和的重要环节。为此,研究围绕能源结构调整、工艺结构优化、节能减排技术推广和CCUS技术应用4方面,通过设置基础情景、稳定发展情景和强化减排情景3类情景,利用边际减排成本曲线对我国钢铁行业34项减排技术的减排成本和减排潜力进行分析。结果表明:在稳定发展情景下,我国钢铁行业平均减排成本为433元/tCO₂,所有技术的总减排成本为2100亿元,总减排潜力为4.9亿t。在各项减排技术中,废铁-电弧炉炼钢具有较高的减排经济效益,其以较低的单位减排成本贡献了钢铁行业近50%的碳减排量。未来,我国应加快推进长流程炼钢向短流程炼钢的发展,推动钢铁行业生产工艺的结构性调整。     

中国钢铁行业二氧化碳排放达峰路径研究

钢铁行业是我国重要的CO₂排放源. 作为典型的资源能源密集型产业,钢铁行业加快绿色低碳转型、尽早实现碳达峰并有效降碳,既是行业自身高质量发展的内在需要,也是支撑落实国家碳达峰、碳中和目标的客观要求. 本文综合考虑经济社会发展、资源能源利用、工艺结构调整、低碳技术应用等因素影响,开展了基于情景分析的钢铁行业CO₂排放达峰路径研究,对不同情景下钢铁行业CO₂的排放趋势进行测算,识别钢铁行业CO₂减排的主要驱动因素,判断推动钢铁行业碳排放达峰的关键举措,为制定“双碳”目标背景下钢铁行业CO₂排放控制策略提供参考. 测算结果表明,我国钢铁行业CO₂总排放量有望在2020—2024年期间达到峰值;行业CO₂总排放量峰值为18.1×108~18.5×108 t,达峰后到2030年降幅将超过3×108 t. 研究显示,粗钢产量是决定我国钢铁行业碳排放能否快速达峰的关键,加大废钢资源利用、推进外购电力清洁化以及提高系统能效水平是2030年前钢铁行业实现碳排放达峰并有效降碳的重要途径. 到2030年,粗钢产量降低、加大废钢资源利用、推进外购电力清洁化、提高系统能效水平以及氢能炼钢和二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)等前沿技术对钢铁行业CO₂减排的贡献率分别为11%~52%、34%~52%、7%~20%、5%~13%和2%~3%.      

我国钢铁工业一次颗粒物排放量估算

针对我国钢铁工业生产工艺以及颗粒物控制技术的分类,建立了一个细化到排放节点的自下而上的颗粒物排放模型.结合我国钢铁工业各地区活动水平以及颗粒物控制技术分布的历史变化趋势分析,利用此模型计算了2006—2012年我国钢铁工业一次颗粒物的排放系数和排放量.模型计算结果显示,2006年以来,我国钢铁工业颗粒物控制水平不断提高,PM_(2.5)、PM_(2.5)~10和PM10的排放系数分别降低了21.2%、19.3%和19.0%.钢铁工业一次颗粒物排放量在2006—2011年间持续增长,2011年TSP排放量为602×104t,PM10排放量为200×104t,PM_(2.5)排放量为124×104t;2012年排放量出现下降,TSP排放量为561×104t,PM10排放量为187×104t,PM_(2.5)排放量为116×104t.2012年我国钢铁工业一次PM_(2.5)排放量中的有组织排放占39.5%,无组织排放占60.5%;除加严有组织源管控之外,减少颗粒物无组织排放,对于钢铁工业颗粒物排放控制也非常重要.我国钢铁工业颗粒物排放量分布不均衡,河北、山东、江苏、辽宁、山西5个省的排放超过全国总排放的50%.     

国外控制SO2排放的成功经验以及对我国SO2控制的政策建议

我国的SO2排放已经成为制约国民经济健康持续发展的主要因素之一。首先回顾了“十五”期间SO2排放控制政策的实施情况,之后通过对国外SO2控制的成功经验的分析,提出了对“十一五”期间SO2控制政策的建议。一方面,国外的成功经验表明SO2减排与经济发展之间并不矛盾;另一方面,我国所面临的特殊国情和所处的特殊时期又决定了减排是一项艰巨的任务。除了最大限度地改善产业结构和能源结构,“十一五”期间我国的SO2减排政策应该更多着眼于能源效率的大幅度提高和烟气脱硫设施的普及;加大环保投资、扩大需求、促进环保产业发展必不可少。     

基于LCA的钢铁联合企业CO_2排放影响因素分析

钢铁企业是CO2排放大户,减少吨钢CO2排放是钢铁企业节约能源、保护环境、走可持续发展道路的必然要求.本研究旨在对钢铁企业产品生命周期清单研究的基础上,识别钢铁企业CO2排放的主要影响因素,提出针对性的减排建议.以某钢铁联合企业的产品生命周期清单模型为平台,同时利用TornadoChart工具,计算得到对企业CO2排放影响较大的因素,然后提出了相应的减排措施.结果表明,转炉流程对于钢铁企业的影响要大于电炉流程;对该企业CO2排放有重大影响和相关影响的因素有:高炉煤气(BFG)的CO2排放系数、连铸坯的钢水单耗、热轧的板坯单耗、转炉的铁水比.减少钢铁联合企业CO2排放的有效措施是采取捕集BFG中的CO2、降低转炉的铁水比、加强副产煤气的回收以及优化企业的产品生产结构.     

基于重点行业/领域的我国碳排放达峰路径研究

开展碳排放达峰路径研究,明确时间表、路线图、施工图,是支撑我国实现2030年前碳达峰目标的基础性研究工作. 本文采取自上而下和自下而上相结合的方式,以满足社会经济高质量稳定发展需求和国家碳达峰碳中和双重目标为约束开展自上而下的宏观路径研究;以合计贡献了我国碳排放(不含港澳台地区数据) 90%以上的电力、钢铁、水泥、铝冶炼、石化化工、煤化工共6个重点行业以及建筑、交通2个重点领域为对象,开展自下而上的重点行业/领域碳达峰路径研究;通过上下路径反复迭代、行业间耦合优化,打通宏观路径与微观措施的联动和双向反馈,最终形成基于重点行业/领域的我国碳达峰路径. 结果表明:为实现国家碳达峰、碳中和的目标愿景,需抓紧部署、大力推进包括清洁能源降碳、能效提升降碳、资源循环降碳、管理调控降碳等4类关键举措,方可实现我国碳排放量在2030年前达峰的目标,峰值较2020年增加5.0×108~7.0×108 t左右,达峰后将保持3~4年的峰值平台期. 受需求与技术驱动,不同领域碳排放总量将梯次实现达峰,其中工业领域（含钢铁、水泥、铝冶炼、石化化工、煤化工共5个重点行业）预计将在“十四五”期间整体达峰,达峰后碳排放稳定下降;电力行业和交通、建筑领域碳排放均在2030年左右实现达峰. 经测算,2021—2030年间,为推动碳达峰采取的4类关键措施预计需投入2.08×1013元;其中清洁能源降碳是最为有效的措施,同时也是成本最高的措施. 为保障关键举措顺利落地,建议全面加大政策创新,逐步形成系统完善的碳总量控制与交易市场机制、绿色低碳标准体系、行业准入及产业结构政策体系、价格财税及投融资机制等. 本研究分行业及领域的碳达峰路径研究成果及所识别的关键控碳减碳技术手段、措施和政策将为国家碳达峰路径设计提供技术支撑.      

中国水泥行业二氧化碳减排技术及成本研究

为降低水泥行业碳减排成本,确定最优碳减排技术路径,研究基于经济-能源模型,核算中国水泥行业最新碳减排技术的边际减排成本,使用情景分析方法,研究了与未实施减排技术相比,2020年17项技术的碳减排潜力,并将其作为基准情景,和2025,2030,2035年3个未来情景的碳减排潜力作比较,从而得出不同情景下的边际减排成本曲线。结果表明:1）2020年我国水泥行业17项减排技术的平均减排成本为124元/tCO₂,2020年实现总减排量3043万t,总减排成本为10.3亿元;在保持技术水平和排放水平不变的情况下,2035年17项减排技术可实现总减排量21307万t,总减排成本为103.4亿元。2）在各项减排技术中,集成模块化窑衬节能技术与水泥熟料烧成系统优化技术,具有较高减排潜力和较低减排成本,适合广泛推广;CO₂捕集利用与封存（CCUS）技术虽具有较高减排成本,但是未来减排潜力较大,应给予重视。3）技术普及率与熟料产量是决定减排潜力的重要因素,因此未来水泥行业应注重节能减排政策技术推广与产业结构调整,可进一步实现减排目标。     

中欧节能减排政策比较

欧盟国家开展节能减排较早,并积累了丰富的经验。比较了在金融危机影响下欧盟与中国在节能减排法律框架、管理方式、经济政策、产业政策和技术创新方面的异同,提出中国应该借鉴欧盟国家的先进经验,完善现有的节能减排政策体系,实现经济和社会的可持续发展。     

中国钢铁行业排放清单及大气环境影响研究

自下而上建立2018年中国高分辨率钢铁企业大气污染物排放清单（HSEC,2018）,定量模拟中国钢铁企业2018年和未来年情景下排放各种大气污染物对环境的影响情况.结果表明：2018年,中国钢铁行业共排放SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5、PCDD/Fs、VOCs、CO、BC、OC、EC、氟化物分别为29.02万t、66.57万t、28.73万t、11.69万t、2.24kg、89.21万t、4057.49万t、0.45万t、0.61万t、0.06万t、0.88万t,焦化、烧结、球团、高炉4个铁前工序是中国钢铁行业大气污染物主要排放环节,中国钢铁行业对各省份SO₂、NO_x、PM_2.5年均浓度贡献比例平均值分别为2.85%、3.37%、1.54%;未来年,中国钢铁企业SO₂、NO_x、PM₁₀排放量分别为4.94万t、7.58万t、4.11万t,分别下降了82.98%、88.61%、85.69%,中国钢铁行业对各省份SO₂、NO_x、PM_2.5年均浓度贡献比例平均值分别为0.31%、0.22%、0.02%.     

依靠科技进步节能减排,提高钢铁行业发展的内力

节能减排是我国经济发展中必须解决的问题,特别是高耗能产业更应首当其冲。我国钢铁行业节能减排任务很重,但依靠科学技术的进步,提高了企业发展的内力,取得了一定的成绩。但是,钢铁业总能耗依然占到全国总能耗的14%以上,今后面临的节能减排任务仍很艰巨。     

工业碳减排绩效及其影响因素动态分解

进入21 世纪以来,中国工业碳排放总量仍在波动中增长。为了考查近10 a 来中国工业碳减排绩效,并定量分析影响工业碳减排的主要因素对碳减排的贡献变化情况,论文通过构建中国工业碳排放数据库并运用“精确”的Laspeyres 分解方法,对中国2001-2010 年36 个工业行业CO₂减排的影响因素进行了动态分解,研究结果表明：①虽然中国工业CO₂排放总量在不断增加,但CO₂排放增长率和工业碳排放强度双双降低,在考察周期内,CO₂排放总量从2001 年 2.89×10⁹ t 增长到2010 年7.16×10⁹ t,工业碳排放量增长率则从2003 年最高值18.86%持续下降至2009 年的5.77%,工业整体碳排放强度由2001 年的29.14 t/104元下降到2010 年的18.12 t/10⁴ 元;②工业经济规模不断增加是工业CO₂排放增加的主导因素,技术进步和结构调整则有效抑制了CO₂的增加,10 a 间规模效应对CO₂排放总量增加的贡献度年均达到191.81%,但是由于受到技术进步效应和结构调整效应的共同作用,10 a 来总效应值年均只有109.15%;③较之技术进步效应,结构调整效应对工业CO₂减排的贡献度更大,结构调整效应累计促进碳减排达2.07× 10⁹ t,而技术进步效应促进减排的总量只有1.14×10⁹ t。论文认为,着力中长期减排政策的制定,以保证技术进步在碳减排中持续发挥作用,同时充分挖掘结构调整对减排作用潜力是中国实现工业碳减排的务实选择。     

中国工业二氧化硫排放变化指标分解研究

基于生产理论框架,应用基于Shephard输出距离函数的方法,将我国SO2排放变化指标分解为技术效率影响、技术变化影响、输入增加影响、输出结构影响等5项指标,并对中国28个地区2000~2006年SO2排放变化面板数据进行了实证分析.结果表明:引起我国2000~2006年SO2排放增加的主要因素是工业能源消耗、资本投入及产出结构变化,技术变化则在一定程度上减少了工业SO2排放.“十五”期间国家工业SO2排放控制政策,对工业SO2排放控制技术进步及技术效率的提高有明显的促进作用.在区域层面上,东、中、西3个地区的技术变化都促进了工业SO2的减排,其中东部地区由于技术变化所导致的SO2减排较为明显.     

应对气候变化的中国碳税政策研究

征收碳税是积极应对气候变化和促进节能减排的有效政策工具.利用可计算一般均衡模型,模拟了碳税征收对中国宏观经济、节约能源和抑制CO2排放的影响.模拟结果显示,征收低税率的国家碳税是一种可行的选择.低税率的碳税方案对中国的经济影响极为有限,但对减缓CO2排放增长具有明显的刺激效果.为逐步形成中国的碳税税制,利用经济手段促进节能减排目标的落实和减缓温室气体的排放,设计出中国碳税征收的实施方案.     

我国废钢产业发展概况及前景展望

对我国2009年废钢供求状况、行情及我国废钢产业的发展进行回顾,展望了2010年国内废钢市场的发展前景,指出2010年我国废钢资源依然紧缺,不利于钢铁产业节能减排;新税收政策的实施以及中小钢铁企业的恶性竞争也是造成我国废钢资源紧缺的根本原因。     

中国钢铁行业技术减排的协同效益分析

选取钢铁行业的22项节能减排措施,评估和比较了各项措施的减排潜力、减排成本和协同效益,力图得到钢铁行业减排的最优路径.研究结果表明:基于2012年的钢铁产量和生产结构,我国钢铁行业的技术减排潜力约为146.8Mt CO2、314.2kt SO2、265.7kt NOx和161.5kt PM10,分别占钢铁行业2012年总排放量的9.7%、13.1%、27.3%和8.9%;如果考虑节能收益,有10项措施具有经济可行性,累积减排潜力约为98.0Mt CO2、210.0kt SO2、211.0kt NOx和89.0kt PM10;如果综合考虑节能收益和协同效益,有14项措施具有经济可行性,累计减排潜力约为123.4Mt CO2、264.0kt SO2、234.0kt NOx和130.0kt PM10.钢铁行业开展技术减排时,需要综合考虑减排成本、节能收益和协同效益,参考减排成本选择最成本有效的措施.     

2011年中国钢铁行业典型有害重金属大气排放清单

根据中国钢铁工业年鉴等统计资料,采用排放因子法,对2011年我国钢铁行业生产活动导致的汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)、铬(Cr)、镍(Ni)等6种有害重金属的大气排放及其分布特征进行了研究,并给出了分省区排放清单.结果表明,2011年中国钢铁行业汞、铅、镉、砷、铬、镍大气排放量分别约为18.8, 3745.8, 39.4, 132.2, 241.2, 105.3t;钢铁行业重金属大气排放集中在环渤海经济圈以及长三角地区,其中河北东部及中南部、山东中部等钢铁冶炼企业集中地区重金属大气排放强度较大;钢铁企业内部炼钢工艺对重金属大气排放贡献率较高,其中转炉工序对砷、铅排放贡献率较大,电炉工序对于镉、镍贡献率较大.     

中国钢铁行业大气环境影响

本研究基于2015年在线监测等数据,分析中国钢铁行业主要工序(烧结和球团)排口烟气浓度情况,自下而上建立了2015年中国高时空分辨率钢铁行业大气污染物排放清单(HSEC, 2015),使用CAMx模型,定量模拟钢铁行业排放对区域大气污染物浓度贡献.结果表明, 2015年中国钢铁行业共排放SO_2、NO_x、PM_(10)、PM_(2.5)、PCDD/Fs、VOCs、CO、BC、OC、EC和F分别为37.48万t、 72.05万t、 33.48万t、 15.03万t、 1.91 kg、 84.29万t、 3 478.85万t、 0.64万t、 0.83万t、 0.08万t和0.77万t.从区域角度:上海和天津钢铁行业单位面积污染排放强度最大,对区域大气污染贡献比例较高.从工序角度:2015年烧结和球团烟气排口月平均浓度降低.从污染物角度:2015年钢铁行业排放NO_x对区域污染物浓度贡献最大,NO_x具有较大的减排潜力.     

中国煤炭供应行业格局优化及排放

随着中国经济发展进入新常态,煤炭行业正在发生巨大的变化。为降低中国未来煤炭供应行业总成本,在收集和分析行业现有格局及相关政策的基础上,研究优化未来中国煤炭产、运格局;并通过分析各地区煤炭供应行业的各个环节,最终核算出碳排放系数,再利用这些系数对优化格局下的煤炭活动产生的碳排放进行测算。结果显示：（1）在现有格局的基础上,在资源和政策的约束下,中国煤炭开发将不断集中化,山西、陕西、内蒙古、宁夏、甘肃、新疆的开发规模不断扩大,到2030年占全国总生产比例将近88%,比2015年提高17%;（2）煤炭调运压力先增后减,新疆、西南、东北等地区铁路运力不足,需不同程度地扩能;（3）2020年煤炭供应行业总排放约6.41亿t CO₂当量,单位供应排放比2015年降低8.75%,2030年总排放约5.26亿t CO₂当量,单位供应排放比2015年降低15.34%。在此基础上具体分析各地区煤炭生产、运输及排放情况,并提出了中国煤炭产业发展的相关对策建议,为煤炭行业相关决策和碳减排工作提供一定的支撑。