辽宁省钢铁行业工业生产过程温室气体排放 核算及实证分析 金翔鹰 黄颀 2侯强z王松 国安邦t李三喜 (1.沈阳工业大学理学院,辽宁沈阳110870;2.沈阳工业大学管理学院,辽宁沈阳1to87o) 摘要:依据辽宁省钢铁行业工业过程活动水平数据,综合考虑并采用国家发改委省级碳排放指南以及IPCC推荐的相关 参数,估算了辽宁省钢铁工业过程温室气体排放。依据实际调研中发现的生产原料与技术革新的变化情况,发现实际温室气体排 放量与当前依据IPCC核算方法得到的排放量存在一定的差异,对辽宁省钢铁工业过程温室气体排放统计核算过程中出现的问 题进行修正并提出相关建议。 关键词:钢铁行业;工业过程;温室气体排放;统计核算;实证分析 Abstract:Based on the activity data of the industrial process of the iron and steel industry of Liaoning Province and the relative data recommended by National Development and Reform Commission and IPCC,the emission of the greenhouse gas of the industrial process of the iron and steel industry of Liaoning Province was estimated.During the practical investigation on the iron and steel industry of Liaoning Province,it was found that raw materils and atechnology used in the industry have changed,which caused a certain difference between the actual greenhouse gas emission and the current calculated emission based on the IPCC provided accounting method.Thus,the issues appeared during the calculation of greenhouse gas emission in the industrial process were amended and relevant suggestions were proposed. Key words:iron and steel industry;industril praocess;greenhouse gas emissions;statistical accounting;empiicalr analysis 中图分类号:X823 文献标识码:A 文章编号:1674—1021《2018)09—0018—05 1 引言 随着世界经济的迅速发展,20世纪以来世界工 缓对策和措施。这其中最重要的诱因碳排放受到了 前所未有的重视,各个国家和区域针对减排做出了 业化和城市化进程不断加快,人口剧烈增长和对能 源的需求,导致工业污染和不可再生能源的过度开 发利用,由此引发全球气候变化对人类生存的威胁 各种努力,我国采用的是总量和强度的双控策略。进 行碳排放控制的前提是有相对较为完善的核算方 法,本文立足于辽宁省钢铁工业对核算方法进行研 日益严峻,气候变化问题已成为世人瞩目的热点和 焦点,是人类面临的共同挑战之一『1]。国际社会已经 究。钢铁工业是国民经济的支柱,其具有资源消耗 大、能耗高、原辅料成分多样、废弃物产生量大的特 点I2]。钢铁行业的产业结构急需进一步调整,目前钢 广泛达成共识,要积极应对气候变化,采取相应的减 收稿日期:2018—05—22;修订日期:2018-09—17。 作者简介:金翔鹰,女,1994年生,硕士研究生在读,主要研究方向为环境保护与化学工程。 通讯作者:黄颀,女,1984年生,讲师,博士,主要从事管理信息系统、信息技术融合、战略管理与决策等研究工作,E—mail: Cheerqlhuang( ̄l0j.COB0 基金项目:中国清洁发展机制基金项目“辽宁省应对气候变化统计核算制度研究及能力建设”(2013097)。 铁行业已经成为我国节能减排的主要行业之一 3]。 我国自1996年以来成为全球钢产量大国。2005年 式中,E。o,是钢铁生产过程二氧化碳排放量;AD 是 所在省级辖区内炼钢用生铁的数量; 是炼钢用生 铁的平均含碳率;AD 是所在省级辖区内炼钢的钢 材产量; 是炼钢的钢材产品的平均含碳率。 由公式(1)可以发现,目前需要的数据包括以下 我国工业生产过程温室气体排放总量为7.7亿t二 氧化碳当量,其中钢铁工业过程的温室气体排放占 6.1%…。为了降低钢铁工业过程温室气体排放,应对 日益严重的气候变化,2009年11月国务院公布了 全国性的碳排放强度减排目标,即相比于2005年的 碳排放强度(单位国内生产总值碳排放量),2020年 该指标将下降40%~45%Is]。2013年国家发展和改 革委员会气候司发布了10个重点行业温室气体核 算的方法和报告指南,钢铁行业是首批纳入的行业。 IPCC等国际组织、发达国家及国内许多学者和各级 政府部门已经开始了行业层面的温室气体核算研 究[6-7]。2013年全国能源消耗总量为41.7亿t标准 煤,2014年全国能源消耗为42.6亿t标准煤,其中 钢铁行业消耗4.6亿t标准煤,占全国总能耗的 10.9%[8]。钢铁行业作为传统资源消耗型产业,是辽 宁经济发展的重要支柱产业之一,也是温室气体排 放的重点行业。本文以辽宁省钢铁行业为研究对象, 探究既有的通用研究方法和辽宁钢铁产业碳排放实 际的契合度,依据调研获取的实际情况对核算方法 进行了修正,并提出了相应的核算建议。 2钢铁工业生产过程温室气体排放估算方法 在初步估算的过程中利用IPCC推荐的方法、辽 宁省工业生产过程活动水平数据、排放因子和相关 参数,综合考虑国家发改委以及IPCC推荐的缺省 值,估算辽宁省钢铁工业生产过程温室气体的排放。 2.1 钢铁工业生产过程二氧化碳排放的估算方法与 数据来源 依据2014年出版的由国家发展和改革委员会 应对气候变化司编著的((2005中国温室气体清单研 究》(以下简称《中国清单》)编制所采用的方法,以及 201 1年颁布的由国家发展和改革委员会编著的《省 级温室气体清单编制指南》(以下简称《省级指南》) 所采用的方法,钢铁工业生产过程二氧化碳排放主 要有两个来源:炼铁熔剂高温分解和炼钢一氧化成 二氧化碳排放。估算炼钢降碳过程二氧化碳排放量, 具体计算公式见式(1): =(AD,xE-AD,xF ̄)x (1) 两个方面: 排放因子数据:来源于各种机构、组织及科研人 员撰写的书籍等。包括2013年颁布的由国家应对气 候变化战略研究和国际合作中心编著的《低碳发展 及省级温室气体清单编制培训教材》(以下简称《培 训教材》)、《省级指南》、《中国清单》以及((2006年 IPCC国家温室气体清单指南》(以下简称(IPCC指 南》)[93。 活动水平数据:来源于各种组织及研究机构发 布的统计报告等,如EPS全球统计数据/分析平台。 钢铁工业过程二氧化碳排放需要的活动水平数据包 括钢铁生产过程中生铁的产量、钢材的产量、石灰石 消耗数量和白云石消耗数量。EPS数据库提供的辽 宁省钢铁生产过程2012,2013,2014年的生铁产量 和钢材产量见表1。 表1钢铁工业生产过程温室气体排放活动水平数据 t 钢铁工业生产过程二氧化碳排放需要的排放因 子包括钢铁工业生产过程中石灰石和白云石消耗因 子、生铁的平均含碳量和钢材的平均含碳量,钢铁工 业生产过程二氧化碳排放需要的相关排放因子和参 数采用省级温室气体清单编制指南里的推荐值,具 体数值见表2。 表2钢铁工业生产过程温室气体排放因子 2.2钢铁工业生产过程二氧化碳排放估算 由于在钢铁工业生产过程中,各种数据源均查 铁工业生产过程温室气体排放时,仅考虑钢铁中碳 含量下降引起的温室气体排放。根据公式(1)进行估 算,2012年辽宁省钢铁工业生产过程二氧化碳的排 放量估算结果为745.0万t,2013年二氧化碳的排放 量估算结果为794.2万t,2014年二氧化碳的排放量 估算结果为864.0万t。而《中国清单》钢铁工业生产 过程年二氧化碳排放量是5 000万t左右,由此看来 辽宁省钢铁工业生产过程二氧化碳排放量在全国钢 铁行业占据比例较大,且年二氧化碳排放量也呈现 E升趋势 3某钢铁集团钢铁工业生产过程温室气体 排放调研 3.1 企业钢铁工业生产过程的特点 进行调研的某集团是辽宁极具代表性的企业。 作为世界500强企业,该企业是我国最大的钛原料 和重要的钛白粉生产基地以及重要的铁路用钢、无 缝钢管、特殊钢生产基地。曾获得国家首批“创新型 企业”、首批“全国企事业知识产权示范单位”荣誉称 号和国家认定企业技术中心成就奖等,是国内首家 具有成套技术输出能力的钢铁企业。该企业钢铁年 产量在1 800万t左右,占辽宁省钢产量的25%以 上,其钢铁工业生产过程基本能代表辽宁省钢铁工 业的特点。在调研的过程中发现,当前该企业中钢铁 工业生产过程有以下几个特点: (1)以铁矿石为原料生产生铁,再以生铁为主要 原料、以废钢为辅助材料生产钢。生产生铁的过程 中,l t生铁会产生约0.2 t的二氧化碳。若以生铁为 原料生产钢铁,则平均每生产1 t钢,生铁用量为 900 kg。同时,该集团在生产钢铁的过程中添加废钢 作为生产原料,目前废钢生产的钢铁产量在15%左 右。 (2)使用的生铁中含碳量约为4.1%,最终钢的 含碳量约为0.03%。 (3)目前钢铁生产过程中的造渣料为白灰(CaO)、 轻烧镁球(MgO),已经不再使用传统的石灰石或者 白云石,以前在生产过程中使用石灰石或白云石等 方式已经淘汰。 修正 通过以上调研可以发现,当前钢铁工业生产过 程的温室气体排放实际情况和《中国清单》及((IPCC 指南》的方法存在较大的差异,主要表现在以下几个 方面: (1)钢铁工业生产过程中生铁生产过程存在温 室气体排放。《中国清单》及(iPCC指南》的钢铁工业 生产过程温室气体排放均未考虑生铁生产过程的温 室气体排放,而在调研过程中发现生铁的生产也是 有一定碳排放的,并且企业已经对这一部分的排放 因子进行了初步的测算,可以直接以生铁的产量为 活动水平,以企业测算的排放因子计算生铁生产过 程中的温室气体排放。 (2)造渣料不产生温室气体排放。由于企业目前 已经不使用白云石之类的矿石,而是直接使用氧化 镁,白云石等造成的排放问题在钢铁企业已经不存 在,因而不需要考虑该阶段的排放问题。 (3)使用废钢做原料生产钢铁的比例逐年增加。 以废钢为原料生产钢铁将不产生温室气体排放,废 钢的使用将极大地降低企业的碳排放。 在调研过程中,该企业介绍世界各国的钢铁生 产企业都在逐渐增加废钢生产钢铁的比例,这对减 少温室气体排放具有重要意义。同时,目前在估算时 使用总的钢产量,这部分活动水平数据包含了废钢 炼钢的比例。因此,需要将废钢炼钢的比例从总的钢 产量中扣除,这就需要对现有的钢铁工业生产过程 温室气体排放核算方法进行修正。 在调研过程中发现的这些问题里面,尤其需要 注意的是:在钢铁的生产过程中,其原料生铁的温室 气体排放在《中国清单》及((IPCC指南》的钢铁工业 生产过程温室气体排放核算方法中均未列入。然而, 作为钢铁生产的原料,生铁的生产也是钢铁生产的 一部分,其生产过程的排放应该列入钢铁工业生产 过程的排放。可见,钢铁行业的温室气体排放核算方 法需要进一步完善。增加生铁生产过程中温室气体 的排放项,扣除总的钢铁产量中废钢使用的比例,对 公式(1)进行修正,则可以得到修正后的辽宁省钢铁 工业过程温室气体排放的核算公式(2): E∞2= Dr) 豫+[4D .A ×(1-FTR)xF ̄) ̄ 1二 (2) 式中,STR是每吨生铁生产过程中二氧化碳的排放 量,该排放因子由企业根据实际生产情况实测为 0.2 t二氧化碳/t生铁;FTR是每年废钢生产钢材在 总共生产钢材中的比例,该排放因子由该企业根据 实际生产情况实测为15%。 根据对该典型企业钢铁工业生产过程的调研结 果,考虑实测的排放因子,对辽宁省2012--2014年 钢铁工业生产过程温室气体排放重新进行核算,结 果见表3。 表3调研后重新核算辽宁省钢铁工业生产过程 二氧化碳排放量结果 百. 年份 二氧化碳排放量 20l2 1 815.8 2013 l 943.2 2014 从表3可以看出,使用修正的核算方法则钢 铁工业生产过程的二氧化碳排放明显增加。在增 加生铁生产过程中的温室气体排放项,并扣除废 钢生产钢铁在钢铁总产量中比例的情况下,钢铁 工业生产过程的温室气体的排放将比原估算值增 加一倍以上。 4对策与建议 辽宁省是我国东北的老工业基地,能源消耗 大,二氧化碳的排放量大。钢铁工业是辽宁省主要 耗能行业,也是温室气体排放大户,开展温室气体 统计核算工作对积极应对碳减排工作具有重要意 义。IPCC核算方法主要用于国家层面温室气体排 放清单计算,给出的排放因子具有全球普适性,但针 对性和精确性较差No]。通过对典型企业的实地调研, 对辽宁省钢铁工业生产过程的温室气体排放核算提 出以下建议。 4.1 完善部分活动水平数据的统计 在核算钢铁工业生产过程温室气体排放时,传 统的核算方法需要的活动水平数据见表4。 表4传统核算方法需要的排放因子和活动水平数据 通过对辽宁省钢铁生产企业的实地调查发现, 由于生产工艺、原材料的变化,使得传统计算方法中 需要的白云石、石灰石消耗量不再必须。因此,在进 行钢铁工业生产过程温室气体排放核算的时候,不 再需要传统的活动水平数据,仅需要生铁产量和钢 铁产量即可。这样能减少统计量,促进准确统计核 算。 4.2进行排放因子的测算 若是考虑生铁生产过程中的温室气体排放和钢 铁生产过程中废钢的使用,则在进行钢铁工业生产 过程温室气体排放核算时,需要增加每吨生铁生产 过程中二氧化碳的排放量STR和每年废钢生产钢 材在总共生产钢材中的比例FIR,才能较为准确地 核算出钢铁工业过程的温室气体排放量,相关需求 见表5。应当指出的是,这些排放因子新的需求在现 在大多数的钢铁企业中都是可以通过实地测量直接 获取。在所调研企业中STR实测值为0.2 t二氧化 碳,生铁,FTR实测值为l5%。 表5调研后核算方法需要的排放因子和活动水平数据 5结论 通过对辽宁省某钢铁企业的实地调研发现,由 22 ~ 于生产方式与生产原料的改进革新,现有的钢铁行 与循环经济,2011,31(1):40—41. [3]张蕊娇,刘振鸿.中国钢铁行业CO 排放核算[J].中国人 口·资源与环境,2012,22(11):5-8. 业工业生产过程温室气体排放量核算方法存在一些 问题,主要包括生产生铁过程中二氧化碳排放量的 遗漏,更换造渣原料导致的核算有误,以及废钢作为 生产原料的使用导致的核算方法误差。本文针对现 有钢铁工业生产过程温室气体排放量核算中存在的 [4]苏伟,孙翠华,徐华清。2005中国温室气体清单研究[M]. 北京:中国环境出版社,2014. [5]李云燕,王静,羡瑛楠.北京市工业行业能源消费碳排放 现状、问题与对策研究[J]_环境保护与循环经济,2015,35 (11):25—30. 问题进行修正,提出了符合目前实际生产情况的核 算方法。在此基础上,通过实地调研确定了新增活动 [6]Tanaka K.A comparison study of EU and Japan methods to assess CO2 emission reduction and energy saving in the 水平数据,结合《中国清单》中的已知数据,重新对辽 宁省钢铁行业工业生产过程温室气体排放量进行核 算。今后在进行辽宁钢铁行业工业生产过程温室气 体核算时,各钢铁企业应提出完善部分活动水平数 据的统计数据,进行排放因子的准确测算,根据实际 iron and steel industry[J].Enery Polgicy,2012,51(4):578- 585. [7]World Reso urees Institute,World Business Council for Sustainable Development.The greenhouse gas protocol[R]. Washington DC:World Resources Institute,2004. 生产情况及时调整核算方法,为国家和辽宁省节能 减排政策提供更加准确的数据依据。 [8]王维兴.我国钢铁工业能耗现状与节能潜力分析[J].冶金 管理,2017(8):50—58. 参考文献 [1]段慧,高山.焦化企业温室气体排放核算方法实例解析[J]. 环境管理,2018(1):20—23. 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