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%.      

大型钢铁企业典型工序碳排放系数的确定方法探讨

为准确合理地确定适合于钢铁行业实际的碳排放系数,通过碳平衡算法求出了各工序的碳排放量,然后按碳排放系数的定义反算出了各工序的碳排放系数.同时,通过对某大型钢铁企业焦化、烧结、炼铁3个典型工序的原料产能的实测数据调查,首先基于碳平衡方程计算出典型工序的碳排放量,然后由碳排放量计算其碳排放系数.最后以该大型钢铁企业2009年的调查数据为例,按本方法计算出的焦化、烧结、炼铁工序的碳排放系数分别为0.518、0.210、1.375,与IPCC提供的默认值(0.56、0.20、1.35)极为吻合.这一结果表明,该方法用于我国钢铁行业碳排放系数体系的建立是可行的.     

钢铁行业生命周期碳排放核算及减排潜力评估

钢铁行业是中国碳密集度最高的工业行业之一,为分析钢铁行业生命周期碳排放及碳减排潜力,从生命周期角度构建碳排放核算模型,以2020年为例开展实证分析,通过优化废钢使用量、化石燃料燃烧量、电力碳足迹因子以及清洁运输比例4项变量,对钢铁行业生命周期碳减排潜力作预测评估,同时使用敏感性分析确定影响钢铁生命周期碳减排因素的关键程度.结果表明,2020年中国钢铁行业全生命周期二氧化碳(CO₂)排放总量约24.04亿t,其中原料获取和加工生产阶段是钢铁行业碳排放的关键环节,占钢铁行业生命周期CO₂排放总量的98%以上.从CO₂排放源类别分析,化石燃料节约和外购电力清洁化是钢铁行业降碳的重中之重.到2025年,通过推广低碳技术、优化电力结构、增加废钢炼钢量、提高清洁方式运输比例,分别可使钢铁行业实现20%、 6%、 5%和1%的碳减排潜力.化石燃料燃烧量对钢铁行业生命周期CO₂排放的影响最显著,电力碳足迹因子和废钢炼钢使用量次之.关于钢铁行业节能低碳技术,短期内以推广轧钢工序与高炉炼铁工序低碳技术为主,未来随着电炉...     

钢铁联合企业分工序核算碳排放量方法研究

钢铁是能源密集型行业,是我国碳排放权交易的重要参与者。深入研究钢铁联合企业碳排放分工序核算核查技术研究,对建立全国碳市场钢铁行业的配额分配,监测、报告与核查制度(Monitoring,reporting and verification,MRV),探索与国际碳市场对接可行性等各项工作具有重要意义。本文系统提出钢铁联合企业碳排放分工序核算方法,并以天津市某钢铁联合企业为案例检验该算法在实践中的应用,提出企业可能遇到的困难及应对方法,以期为推动全国碳市场建立提供方法与实践的参考。     

钢铁行业节能技术潜力与成本分析——以长三角地区为例

钢铁行业是能源消耗和碳排放的重点行业,节能减排是钢铁行业绿色低碳转型发展的有效途径,节能技术是钢铁行业提高能源效率、降低碳排放和减少空气污染的关键。运用节能供给曲线方法对长三角地区钢铁行业技术节能成本进行评价,并对2030年长三角地区钢铁行业技术节能潜力进行评估。结果表明：钢铁行业28项技术在2030年预计为长三角地区累计节能875.74 PJ,约为2020年长三角地区钢铁行业总能耗的34%;考虑不同收益项时的技术节能成本存在差异,当不考虑任何收益时技术的节能成本最高,当将协同效益纳入考虑后,技术的节能成本降到较低水平;贴现率、温室气体或污染物交易价格等因素会对技术的节能成本产生影响,贴现率越高意味着资金成本越高,技术的节能成本也相应越高;温室气体或污染物价格上升会增加技术节能的收益,从而降低技术的节能成本。     

基于文献计量方法的碳排放责任分配研究发展态势分析

为应对碳排放造成的全球变暖问题,各国应共同采取行动,其中碳排放责任分配是各国利益相关的研究热点,该领域有关研究虽已有很多,但基于文献计量的较少.本文使用文献计量学方法,利用Citespace等软件,针对Web of Science核心合集中的碳排放责任分配领域文献进行定量分析,以揭示该领域的发展现状、研究实力分布、研究前沿等,并着重分析中国在该领域的研究发展情况.研究发现:①该领域论文于1991—2010年间发展缓慢,2010年后开始快速增加;②无论在国家、机构、作者层面,中国文章发表量均居全球首位,但由于参与研究时间较晚等原因,篇均被引水平仍相对较低;③通过对逐年篇均被引水平及文章合作度分析发现,近年来该领域文章数量增速不断加快,篇均作者数不断增加,篇均文章机构数量及篇均被引数量却不断下降,文章学术质量有所降低,可能存在一定学术泡沫现象,其中我国该现象尤为突出;④该领域最新研究主题包括管理、效率、共担社会责任等,最受关注研究主题为能源、碳足迹、消费者责任等,最常用研究方法为投入产出法,整体具有很强的连续性.总的来说,该领域近年出现很多新研究主题,但针对责任分配原则本身的创新稍有不足,同时由于研究力量分散等原因,各新主题还未得到足够关注.我国作为碳排放出口大国,应提出基于我国利益的碳排放责任分配原则,未来需继续加大研究力度、提高文章质量,掌握碳排放责任分配话语权,维护我国在国际气候谈判中的国家利益.     

唐山市钢铁行业碳排放核算及达峰预测

唐山市作为工业密集型城市,2018年生铁、粗钢和钢材产量约占全国总产量的15%,同时也排放了大量的温室气体和大气污染物。以唐山市为例,研究唐山市钢铁生产碳排放2010—2030年的变化趋势,并确定达峰时间。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,并将其应用于唐山市全部钢铁联合企业,计算得出2017年唐山市钢铁行业碳排放量为14042.52万t,碳排放系数为1.616 t CO₂/t钢。与文献、统计年鉴数据对比误差均<10%,表明数值算式有一定的准确性,可为自下而上地快速核算企业或区域的钢铁生产碳排放提供参考。同时,结合唐山市钢铁历史生产情况、生产现状及未来规划,借助LEAP构建了能源需求模型,得到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,并确定唐山市钢铁生产碳排放已于2018年达峰。     

中国城市碳排放强度时空演变与影响因素的时空异质性

运用地图可视化、核密度估计、标准差椭圆等方法对中国2005～2020年城市碳排放强度的时空演变与路径迁移进行探究,并基于时空地理加权模型(GTWR),实证考察了城市碳排放强度影响因素的时空异质性.研究发现:(1)中国城市碳排放强度逐年降低,但仍远超同期发达国家水平,减排空间较大.碳排放强度呈“北高南低”的空间分布,南北分异趋势在研究后期愈发明显.(2)各区域内部城市碳排放强度差异逐渐收敛,分布越发均衡.东部城市碳排放强度的多级分化现象显著,西部高碳城市集聚分布.碳排放强度高值区域自山西省境内持续向西北方向转移,西北地区逐步成为中国碳排放的主要贡献区域.(3)总体上,高碳化能源消费对碳排放强度呈正向促进效应,产业升级、经济发展、人口集聚、科技研发与外资强度则主要表现为负向抑制.局部内,各因素作用效果存在较强的时空分异,不同区域与时期内,各影响因素的波动方向与作用强度不尽相同.     

长江中游城市群工业碳排放空间关联及其影响因素

厘清工业碳排放空间网络结构特征及影响因素,能为推进区域工业协同减排提供参考。该文基于2011-2020年长江中游城市群地级市工业碳排放数据,借助社会网络分析法揭示长江中游城市群工业碳排放空间网络结构特征及其影响因素。研究表明：（1）2011-2020年长江中游城市群工业碳排放呈现出复杂的网络结构特征;（2）长沙和武汉等城市在长江中游城市群工业碳排放空间关联网络中居于核心地位,而鹰潭和上饶等城市处于网络的边缘地位;（3）空间地理距离、经济发展水平、城镇化水平、产业结构和对外开放水平等共同驱动着工业碳排放空间关联关系的形成。     

旅游活动的碳核算方法及研究趋势

旅游活动低碳化是新时期旅游业发展及其应对气候变化行动的根本需求。旅游活动碳核算作为低碳旅游研究的核心基础，旨在通过量化分析旅游活动的相关碳排放以准确评价其对气候变化的影响，进而为低碳旅游建设提供决策和数据支持。采用文献归纳及对比分析等方法，对过去一段时期的旅游碳排放及低碳旅游研究做了全面综述，发现当前旅游碳核算多基于公式模型模拟估算和滞后的公开数据，在测算过程中受边界模糊、数据获取困难、模型普适性差等因素影响，核算结果存在不确定性且不具备可比性。同时，不同主体低碳旅游内涵的差异导致对核算结果的需求不同，与实践寻求存在脱节。因此，未来亟需建立统一的旅游行业碳核算规范与标准体系，确定旅游碳排放核算方法及其基线，拓展低碳旅游研究深度及广度，开展低碳旅游科学示范点建设，重视政策制定实践性方面的研究。     

成分法计算钢铁的生态足迹

运用生态足迹成分法,研究了钢铁工业排放废水、废气等的生态足迹占用,并对中国钢铁工业生态足迹及其构成进行实证研究.结果表明,中国钢铁工业总的生态足迹随总产量的增加而增加,由2000年的1.89×108hm2增加到2006年的5.09×108hm2,年均增长率为17.99%,但低于钢铁总产量的年均增长率（21.78%）.单位钢铁产量的生态足迹呈下降趋势,由2000年的1.4685hm2·t-1下降到2006年的1.2150 hm2·t-1.2005年,钢铁工业的生态足迹主要由吸收二氧化碳所需要的林地（27.28%）、铁矿石的生态足迹占用（27.14%）、氮氧化物排放的生态足迹占用（18.94%）和能源地占用（18.70%）组成,四者合计高达92.06%（2005年）.近年来, 中国钢铁工业在节能减排方面取得一定成效, 但钢铁工业高能耗、高污染的特征仍十分明显, 要减少钢铁工业的生态足迹, 关键是要减少能源和铁矿石的消耗, 减少废水和废气的排放.     

基于情景分析的钢铁工业物质流与价值流协调性研究

本文基于情景分析理论和方法,建立了钢铁工业物质流与价值流协调度模型,对未来一段时期钢铁工业的协调发展状况进行研究.在维持现有发展模式的基准情景下,我国钢铁工业协调发展度将持续下降,2020年将下降到0.73.在环境恶化和经济效益相对脱钩的情景下,直到2020年我国钢铁工业协调发展度将维持在0.85的水平.而在经济与环境出现绝对脱钩的情景下,我国钢铁工业协调发展度将持续上升,2020年将达到0.95的高水平.因此,近期我国钢铁工业应遵循“基准相对脱钩绝对脱钩”的发展路径,降低总物质投入和污染物排放总量,提升经济产出效益,可持续发展才有可能实现.     

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.     

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.      

钢铁企业低碳技术评价选择与应用

钢铁行业作为最大的工业CO₂排放源之一,已成为我国实现“双碳”目标的重要领域,而低碳技术在其中起基础性和导向性作用. 本文在综合国内外低碳技术的基础上,先梳理并形成初步的钢铁行业低碳技术清单,然后通过参考相关技术评价文献、温室气体排放核算方法与报告指南,经过实地调研及Delphi法咨询专家意见构建钢铁企业低碳技术评价指标体系,并采用层次分析法确定各项指标权重,评价了湖南省钢铁企业已应用的13项低碳技术,从多角度揭示了低碳技术选择的优先排序,为钢铁企业低碳技术选择提供参考. 结果表明:若只评价碳减排效果,焦炉上升管荒煤气余热利用技术、废钢循环利用技术、富含一氧化碳的气态二次能源综合利用技术、加热炉黑体强化辐射节能技术得分较高;若只评价技术投资成本、成熟度和普适性,得分较高的是余热余压利用等节能技术. 从综合评价来看,高炉煤气余压透平发电装置、废钢循环利用技术得分较高,分别为83.129、82.982分,智能化炼钢技术、富含一氧化碳的气态二次能源综合利用得分较低,分别为74.040、72.991分,处于中等水平的技术属于余热余压利用等节能技术.      

基于多目标模型的中国低成本碳达峰、碳中和路径

为探寻我国低成本碳达峰、碳中和路径,以我国主要耗煤产业、电力、供热、交通以及森林碳汇量为研究对象,构建基于低成本碳达峰、碳中和路径的多目标模型.以成本最小、二氧化碳排放量最少以及大气污染物排放量最少为模型的多目标,以我国2030年前碳达峰以及2060年前碳中和为研究目标设置相应约束条件,并设置产业需求、电力需求、供暖需求、交通需求、各行业新能源比例、污染物控制等约束条件,其中产业考虑煤炭消耗量较大的钢铁、化工、建材以及其他行业,电力考虑火电、核电、风电、太阳能.此外,模型除考虑森林碳汇外,还考虑了碳捕获与封存（CCS）作为实现碳达峰、碳中和的技术手段.结果表明:①我国碳达峰、碳中和实现的可行性较高,2030年及2060年的时间节点设定科学,碳达峰当年的各行业成本约为17.54×1012元,代表行业碳达峰、碳中和时的二氧化碳排放量分别为68.63×108和34.50×108 t.②以钢铁、化工、建材等为代表的工业转型可行性较低,且对于碳达峰、碳中和目标实现的贡献较小;电力、供热以及交通转型可行性较高,且对碳达峰、碳中和目标实现的贡献较大,电力二氧化碳排放量占比在2030年与2060年将分别达72.86%和43.34%.③煤电装机容量将在规划期内持续减少,需取消部分已规划的煤电项目并改造和提前淘汰部分已有煤电设备;相对风力发电与太阳能发电装机容量持续增加,二者装机容量总和于2030年达12×108 kW,于2060年达24×108 kW.④CCS将为碳达峰、碳中和目标实现提供助力.研究显示,未来我国碳减排工作将重点聚焦于电力系统,其次为供热与交通,建议根据行业特征制定不同省份、不同经济圈的绿色发展模式.      

我国旅游业碳排放的空间关联性及其影响因素

为全面厘清我国旅游业碳排放的空间网络结构特征,基于2000-2015年我国各省（自治区、直辖市）旅游业碳排放相关数据（不含西藏自治区和港澳台地区数据,下同）,结合修正的引力模型,构建旅游业碳排放的空间关联关系;采用社会网络分析法,深入剖析我国旅游业碳排放的空间关联性及其影响因素.结果表明:①2000-2015年,我国旅游业碳排放的空间网络关联度始终为1,其网络关系数与网络密度持续增加,而网络等级度与网络效率平稳下降.②上海市、浙江省、江苏省、北京市、天津市等东部经济发达地区在网络中处于核心位置,对旅游业碳排放空间关联性的影响显著;而海南省、云南省、广西壮族自治区、青海省、吉林省等在网络中居于边缘位置,对旅游业碳排放空间关联性的影响微弱.③广西壮族自治区、贵州省、新疆维吾尔自治区等归为"净溢出"板块,河北省、甘肃省、陕西省等处于"经纪人"板块,北京市、天津市、内蒙古自治区等归为"双向溢出"板块,江苏省、浙江省、上海市等属于"净受益"板块.④空间邻接关系、城镇化水平差异在1%的显著性水平上对旅游业碳排放空间关联性起正向促进作用,旅游消费水平差异和产业结构差异分别在5%和10%的显著性水平上与旅游业碳排放空间关联性呈正相关,能源消耗差异在1%的显著性水平上与其呈负相关.研究显示,我国整体旅游业碳排放空间关联性愈趋紧密,但仍存在较大改良空间,各板块间的空间关联性有待进一步加强.      

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%.     

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%.